申请日2016.09.30
公开(公告)日2017.02.08
IPC分类号C02F3/34; C02F3/02
摘要
本发明提供一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥及其制备方法，具体方法为：将活性碳粉末加入浓硝酸中，完全浸没，恒温搅拌1‑2h，过滤水洗干燥得到改性粉末活性炭，将改性粉末活性炭加入硝酸铁水溶液中，超声振荡，过滤烘干高温煅烧，得到磁性活性碳粉末，以絮状活性污泥粉末为种泥，置于序批式反应器中，加入磁性活性炭粉末，混合均匀后，恒温水运行，经曝气‑进水‑排水‑沉淀‑闲置‑排泥，得到基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥。本发明制备的基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥含有两个碳源，好氧颗粒污泥水处理效果好，除磷效果优异，还有利于回收碳元素，绿色环保。
权利要求书
1.一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥，其特征在于：所述基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥中包括污泥、磁性粒子和生物菌，所述磁性粒子为氧化铁，所述生物菌种包括聚磷菌，所述基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥使将磁性活性炭粉末加入絮状活性污泥中，并通入乙酸，培养得到的基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥，其特征在于：所述基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的碳源为乙酸和磁性活性炭粉末。
3.一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将活性碳粉末加入浓硝酸中，完全浸没，恒温搅拌1-2h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在105℃下干燥24h，得到改性粉末活性炭，将改性粉末活性炭加入硝酸铁水溶液中，超声振荡，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣烘干后，在150-200℃下高温煅烧，得到磁性活性碳粉末;
(2)以絮状活性污泥粉末为种泥，置于序批式反应器中，加入步骤(1)制备的磁性活性炭粉末，混合均匀后，将反应器置于30℃的恒温水浴锅中运行，在0.6L/min的曝气量下，一天运行2个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，排水5min，沉淀3-5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥。
4.根据权利要求3所述的一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，硝酸铁与改性粉末活性炭的质量比为1：1-6。
5.根据权利要求3所述的一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，磁性活性碳粉末的粒径为80-300目。
6.根据权利要求3所述的一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，絮状活性污泥粉末为城市污水处理厂的絮状活性污泥。
7.根据权利要求3所述的一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述种泥的浓度为7500-8000mg/L，接种量为4L。
8.根据权利要求3所述的一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，进水中含有乙酸，乙酸的体积含量为20-50%。
9.根据权利要求3所述的一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，粒径为0.5mm-2.5mm，形状为球形或者椭圆形。
10.根据权利要求3所述的一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥中聚磷菌的含量为70-80%。
说明书
一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理材料技术领域，具体涉及一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥及其制备方法。
背景技术
污泥颗粒化现象最早是在UASB厌氧系统中发现的，好氧颗粒污泥是Mishima等在1991年发现的，好氧颗粒污泥是在一定水力剪切力作用下源于微生物的一种聚集体颗粒，具有规则的外形、密实的结构、优良的沉降性能和耐冲击负荷高等优点，因此，在处理高浓度有机废水、有毒有害废水等方面有广泛的应用前景。
然后，好痒颗粒污泥稳定运行一段时间后容易发生丝状菌膨胀、微生物活性降低、颗粒内核瓦解等问题，最终导致颗粒污泥失稳解体，因此提高好氧颗粒污泥系统的稳定高效显得十分重要。中国专利CN 102153192B公开的一种强化好氧颗粒污泥培养方法，通过在气提式间歇反应器的底测外侧安装对称的永磁铁，使反应器内部产生稳定的静态磁场，同时利用絮状好氧活性污泥作为种泥，进行好氧颗粒污泥的培养，按照进水-曝气-沉降-排水的方式运行，得到成型速度快，稳定性好的好氧颗粒污泥。该方法是利用静态磁场的磁场加快好氧颗粒污泥的形成速率，并通过适量添加营养元素和微量元素保证微生物的生长，制备得到强化的好氧颗粒污泥。中国专利CN104628128B公开的强化好氧颗粒污泥工艺稳定运行的泥水分排方法，在接种絮状活性污泥的反应器中，采用序批式运行方式，包括进水-曝气-初次沉降-排泥-二次沉降-初回六个阶段，实现排泥和出水分阶段排放，该体系的污泥浓度稳定在10g/L，对COD和氨氮的去除率达90%，该方法利用排泥和出水分阶段排放，实现了低强度进水下反应器污泥颗粒化及其稳定运行。
由上述现有技术可知，目前强化好氧颗粒污泥的方法是利用改善反应器本身的装置结构，对于好氧颗粒污泥本身强化改性方面的研究并不多见。本发明的申请人将磁性粒子和生物菌种接枝到好氧颗粒污泥中，从物理效应、化学效应和生物效应三重方面强化好氧颗粒污泥，提高好氧颗粒污泥的稳定性和分离处理效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥及其制备方法，将磁性改性活性炭粉末与乙酸分别作为碳源，絮状活性污泥作为种泥，经曝气-进水-排水-沉淀-闲置-排泥，得到基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥。本发明制备的基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥含有两个碳源，好氧颗粒污泥水处理效果好，除磷效果优异，碳元素可回收再利用，绿色环保高效。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥，所述基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥中包括污泥、磁性粒子和生物菌，所述磁性粒子为氧化铁，所述生物菌种包括聚磷菌，所述基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥使将磁性活性炭粉末加入絮状活性污泥中，并通入乙酸，培养得到的基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥。
作为上述技术方案的优选，所述基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的碳源为乙酸和磁性活性炭粉末。
本发明还提供一种基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)将活性碳粉末加入浓硝酸中，完全浸没，恒温搅拌1-2h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在105℃下干燥24h，得到改性粉末活性炭，将改性粉末活性炭加入硝酸铁水溶液中，超声振荡，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣烘干后，在150-200℃下高温煅烧，得到磁性活性碳粉末;
(2)以絮状活性污泥粉末为种泥，置于序批式反应器中，加入步骤(1)制备的磁性活性炭粉末，混合均匀后，将反应器置于30℃的恒温水浴锅中运行，在0.6L/min的曝气量下，一天运行2个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，排水5min，沉淀3-5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，硝酸铁与改性粉末活性炭的质量比为1：1-6。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，磁性活性碳粉末的粒径为80-300目。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，絮状活性污泥粉末为城市污水处理厂的絮状活性污泥。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，所述种泥的浓度为7500-8000mg/L，接种量为4L。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，进水中含有乙酸，乙酸的体积含量为20-50%。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，粒径为0.5mm-2.5mm，形状为球形或者椭圆形。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥中聚磷菌的含量为70-80%。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备方法是将磁性活性炭粉末加入絮状活性污泥中进行培养，经添加乙酸作为第二碳源，提高好氧颗粒污泥对污水的处理效果，而且乙酸作为碳源可促进聚磷菌的生成，抑制聚氧菌的生长，提高好氧颗粒污泥的除磷效果，并且好氧颗粒污泥的沉降性能很好，有利于提高效率，综合提高好氧颗粒污泥的除污和稳定性能。
(2)本发明制备的基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥中含有磁性粒子，可以在反应器中增加静电磁场，促进有利的生物效应、物理效应和化学效应的产生，还可以增加好氧颗粒污泥中生物酶如脱氢酶的活性，加快生物降解过程，促进污泥的硝化反应，进一步提高脱氮除磷的效率。
(3)本发明制备的基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥中活性炭粉末还有磁性，磁性粒子为氧化铁，氧化铁具有优良的磁特性，有利于之后活性炭的回收再利用，解决了活性炭分离难的问题，降低了好氧颗粒污泥的成本，极高好氧颗粒污泥的经济效率，有利于市场推广使用。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将活性碳粉末加入浓硝酸中，完全浸没，恒温搅拌1h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在105℃下干燥24h，得到改性粉末活性炭，按重量份计，将1份的改性粉末活性炭加入1份的硝酸铁的水溶液中，超声振荡20min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣烘干后，在150℃下高温煅烧，得到粒径为80目磁性活性碳粉末。
(2)以城市污水处理厂的絮状活性污泥粉末为种泥，种泥的浓度为7500mg/L，接种量为4L，置于序批式反应器中，加入2mg的磁性活性炭粉末，混合均匀后，将反应器置于30℃的恒温水浴锅中运行，在0.6L/min的曝气量下，一天运行2个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，其中进水中含有乙酸，乙酸的体积含量为20%，排水5min，沉淀3min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥，其中基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，粒径为0.5mmmm，形状为椭圆形，聚磷菌的含量为70%。
实施例2：
(1)将活性碳粉末加入浓硝酸中，完全浸没，恒温搅拌2h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在105℃下干燥24h，得到改性粉末活性炭，按重量份计，将6份的改性粉末活性炭加入1份的硝酸铁的水溶液中，超声振荡30min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣烘干后，在200℃下高温煅烧，得到粒径为300目磁性活性碳粉末。
(2)以城市污水处理厂的絮状活性污泥粉末为种泥，种泥的浓度为8000mg/L，接种量为4L，置于序批式反应器中，加入3mg的磁性活性炭粉末，混合均匀后，将反应器置于30℃的恒温水浴锅中运行，在0.6L/min的曝气量下，一天运行2个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，其中进水中含有乙酸，乙酸的体积含量为50%，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥，其中基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，粒径为2.5mm，形状为球形，聚磷菌的含量为80%。
实施例3：
(1)将活性碳粉末加入浓硝酸中，完全浸没，恒温搅拌1.5h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在105℃下干燥24h，得到改性粉末活性炭，按重量份计，将4份的改性粉末活性炭加入1份的硝酸铁的水溶液中，超声振荡25min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣烘干后，在180℃下高温煅烧，得到粒径为100目磁性活性碳粉末。
(2)以城市污水处理厂的絮状活性污泥粉末为种泥，种泥的浓度为7600mg/L，接种量为4L，置于序批式反应器中，加入2.5mg的磁性活性炭粉末，混合均匀后，将反应器置于30℃的恒温水浴锅中运行，在0.6L/min的曝气量下，一天运行2个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，其中进水中含有乙酸，乙酸的体积含量为30%，排水5min，沉淀4min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥，其中基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，粒径为1.5mm，形状为椭圆形，聚磷菌的含量为75%。
实施例4：
(1)将活性碳粉末加入浓硝酸中，完全浸没，恒温搅拌1h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在105℃下干燥24h，得到改性粉末活性炭，按重量份计，将5份的改性粉末活性炭加入1份的硝酸铁的水溶液中，超声振荡30min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣烘干后，在150℃下高温煅烧，得到粒径为200目磁性活性碳粉末。
(2)以城市污水处理厂的絮状活性污泥粉末为种泥，种泥的浓度为8000mg/L，接种量为4L，置于序批式反应器中，加入2mg的磁性活性炭粉末，混合均匀后，将反应器置于30℃的恒温水浴锅中运行，在0.6L/min的曝气量下，一天运行2个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，其中进水中含有乙酸，乙酸的体积含量为35%，排水5min，沉淀4min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥，其中基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，粒径为1mm，形状为球形，聚磷菌的含量为76%。
实施例5：
(1)将活性碳粉末加入浓硝酸中，完全浸没，恒温搅拌2h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在105℃下干燥24h，得到改性粉末活性炭，按重量份计，将2份的改性粉末活性炭加入1份的硝酸铁的水溶液中，超声振荡30min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣烘干后，在150-℃下高温煅烧，得到粒径为250目磁性活性碳粉末。
(2)以城市污水处理厂的絮状活性污泥粉末为种泥，种泥的浓度为8000mg/L，接种量为4L，置于序批式反应器中，加入2mg的磁性活性炭粉末，混合均匀后，将反应器置于30℃的恒温水浴锅中运行，在0.6L/min的曝气量下，一天运行2个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，其中进水中含有乙酸，乙酸的体积含量为40%，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥，其中基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，粒径为2mm，形状为椭圆形，聚磷菌的含量为78%。
实施例6：
(1)将活性碳粉末加入浓硝酸中，完全浸没，恒温搅拌2h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在105℃下干燥24h，得到改性粉末活性炭，按重量份计，将3份的改性粉末活性炭加入1份的硝酸铁的水溶液中，超声振荡20min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣烘干后，在150℃下高温煅烧，得到粒径为150目磁性活性碳粉末。
(2)以城市污水处理厂的絮状活性污泥粉末为种泥，种泥的浓度为8000mg/L，接种量为4L，置于序批式反应器中，加入2.5mg的磁性活性炭粉末，混合均匀后，将反应器置于30℃的恒温水浴锅中运行，在0.6L/min的曝气量下，一天运行2个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，其中进水中含有乙酸，乙酸的体积含量为45%，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥，其中基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，粒径为2mm，形状为球形，聚磷菌的含量为80%。
经检测，实施例1-6制备的基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的COD去除率、氨氮去除率和磷去除率的结果如下所示：
运行30天：
实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6COD去除率(%)969897989697氨氮去除率(%)100100100100100100磷去除率(%)929594939495
运行60天：
实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6COD去除率(%)929795969695氨氮去除率(%)999899989999磷去除率(%)909493929193
运行120天：
实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6COD去除率(%)859088898785氨氮去除率(%)999799979798磷去除率(%)868887868887
由上表可见，本发明制备的基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥的COD去除率、氨氮去除率和磷去除率高，且在长时间运行下的的COD去除率、氨氮去除率和磷去除率下降不明显，说明基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥处理性能和稳定性能好，此外，基于氧化铁和聚磷菌的好氧颗粒污泥中活性炭的回收率可达90%以上。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。