申请日2015.05.06
公开(公告)日2015.09.02
IPC分类号C02F101/36; C02F3/28
摘要
本发明公开了一种强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥及其制备方法及其应用，所述强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥，包括零价铁和粘附在所述的零价铁外表面的含有微生物菌体的厌氧污泥。所述的强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥可用于降解含氯代烃废水。本发明厌氧颗粒污泥具有沉降性能好、颗粒稳定、结构致密以及还原脱氯活性高效稳定等优点。该颗粒污泥有效地富集了还原脱氯菌等功能菌群，消除电子供体[H]、中间产物等代谢流传递的空间障碍，强化了UASB反应器的还原脱氯性能。
权利要求书
1.强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥，其特征在于，包括零价铁和粘附在 所述的零价铁外表面的含有微生物菌体的厌氧污泥。
2.根据权利要求1所述的强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥，其特征在于， 所述的厌氧颗粒污泥的粒径为1-3mm，所述的零价铁的粒径为180～220目。
3.根据权利要求1所述的强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥，其特征在于， 所述的厌氧颗粒污泥的颗粒铁浓度为0.10-0.50g·g-1TSS。
4.根据权利要求1～3任一项所述的强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥，其 特征在于，所述的含有微生物菌体的厌氧污泥来源于城市污水处理厂的厌 氧消化池的污泥。
5.根据权利要求4所述的强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥，其特征在于， 其中含有的微生物菌体，主要为产甲烷菌(Methanogenium)、硫酸盐还原菌 (Desulfovibrio)或有脱氯功能的菌(Clostridiales)中的一种以上。
6.根据权利要求1～5任一项所述的强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥的制 备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将取自城市污水处理厂的厌氧消化池污泥，接种于升流式固定床 反应器内，从所述的反应器底部通入以葡萄糖为底物的含有目标污染物废 水，COD负荷范围为2500-3000g·m-3·d-1，在30-40℃条件下，培养接种污 泥40～60天，反应器COD去除率逐步达到90%，反应器COD去除率逐步 达到90%以上;
接种污泥的总悬浮固体(TSS)为7～8g/L，挥发性悬浮固体(VSS) 为2～3g/L，VSS/TSS为35～40%;
除了目标污染物外，所述的葡萄糖为底物的废水的组成和含量为：
葡萄糖：2.5-4g·L-1，NH4Cl：1.5g·L-1，NaH2PO4：0.4g·L-1，MgSO4·7H20： 0.4g·L-1，CaCl2：0.1g·L-1，NaHCO3：3.0g·L-1，Na2S·9H20：0.5g·L-1，KCl： 0.4g·L-1，微量元素：1mL·L-1，维生素：1mL·L-1。其中，微量元素的组成 为：FeSO4·4H20：2.0g·L-1，CuSO4·5H20：0.02g·L-1，NiSO4·6H20：0.00013 g·L-1，NH4VO3：0.00065g·L-1，MnSO4·4H2O：2.0g·L-1，NaSiO3·9H20：0.00014 g·L-1，SnCl2：0.00012g·L-1。维生素的组成为：维生素B12：0.1g·L-1，对 氨基苯甲酸：0.08g·L-1，生物素：0.02g·L-1，烟酸：0.2g·L-1，D-泛酸钙： 0.1g·L-1，盐酸吡哆纯B6：0.3g·L-1，二水盐酸硫胺：0.2g·L-1，ddH20：1L;
(2)将零价铁粉投入所述的反应器，与接种污泥混合，零价铁粉的加 入重量为：20～40g/L;
然后将含有目标污染物和以葡萄糖为底物的废水，从底部通入反应器， 对厌氧污泥进行连续驯化，然后收集反应器中的固体物，即可获得所述的 厌氧颗粒污泥，为圆形或椭圆形颗粒污泥;以葡萄糖为底物的废水的组成 和含量同步骤(1)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的颗粒污泥的驯化 过程具体包括以下阶段：
(1)启动期30-60天：采用目标污染物低污染负荷方式对厌氧污泥进 行驯化，控制进水COD容积负荷在2500-3500g·m-3·d-1左右，目标污染物 负荷为5-10mg·L-1·d-1左右，水力停留时间(HRT)为18-24h;
(2)负荷提升期40-220天：进水COD容积负荷逐步提高到4000-5000 g·m-3·d-1左右，目标污染物负荷逐步提高到50～80mg·L-1·d-1，水力停留时 间(HRT)缩短至8-12h左右;
(3)稳定运行期60-90天：进水COD负荷保持4000-5000g·m-3·d-1左 右，目标污染物负荷保持为50～80mg·L-1·d-1，水力停留时间(HRT)保持 在8-12h;
步骤(1)和(2)中，所述的目标污染物为四氯乙烯。
8.根据权利要求1～5任一项所述的强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥的应 用，其特征在于，用于降解含氯代烃废水。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，应用方法如下：
将所述的厌氧颗粒污泥置于升流式固定床反应器(UASB)中，然后将 所述的厌氧颗粒污泥置于升流式固定床反应器(UASB)中，厌氧颗粒污泥 的接种量为3-5g VSS·L-1，废水中加入葡萄糖，浓度控制在0.5g·L-1以上， 目标污染物负荷不超过100mg·L-1·d-1。
说明书
强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥及其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种用于废水处理的颗粒污泥的及其制备方法。
背景技术
氯代烃在很多工业上都有着广泛的使用，因其在环境中难以降解，在 环境中如地下水和土壤均有着较为严重的污染。氯代烃不仅具有三致效应 与遗传毒性，对人体的肝、肾、心血管和胃肠等器官都有极强的毒害作用， 还会影响中枢神经系统，这些对生态环境和人体健康构成极大威胁。利用 传统的固定床反应器对氯代烃废水进行处理，颗粒污泥大多具有脱氯活性 低、处理效果不稳定等问题。因此，强化固定床反应器的还原脱氯性能是 十分必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥及其制备方法 及其应用，以克服现有技术存在的缺陷。
所述的厌氧颗粒污泥，包括零价铁和粘附在所述的零价铁外表面的含 有微生物菌体的厌氧污泥;
所述的厌氧颗粒污泥的粒径为1-3mm;
所述的零价铁的化学式为Fe0，粒径为180～220目;
所述的厌氧颗粒污泥的颗粒铁浓度为0.10-0.50g·g-1TSS;
术语“g·g-1TSS”的定义，在《给水排水设计手册》上有详细的记载;
(g·g-1TSS指的是每克总悬浮固体中所含的颗粒铁的浓度)
所述的含有微生物菌体的厌氧污泥来源于城市污水处理厂的厌氧消化 池的污泥，其中含有微生物菌体，主要为产甲烷菌(Methanogenium)、硫酸 盐还原菌(Desulfovibrio)及具有脱氯功能的菌(Clostridiales);
其中：
Methanocorpusculum为公知的微生物，在文献Maria V S,Oleg R K,et al. Isolation and Characterization of New Strains of Methanogens from Cold Terrestrial Habitats[J].Systematic and Applied Microbiology,2003,26,312-318. 中有详细的报道;
Desulfovibrio为公知的微生物，在文献Effect of Sulfide,Selenite and Mercuric Mercury on the Growth and Methylation Capacity of the Sulfate Reducing Bacterium Desulfovibrio Desulfuricans[J].Science of the Total Environment,2013,449,373-384.中有详细的报道;
Clostridiales为公知的微生物，在文献Duhamel M,Edwards E A. Microbial Composition of Chlorinated Ethene–Degrading Cultures Dominated by Dehalococcoides[J].FEMS Microbiology Ecology,2006,58(3):538-549.中 有详细的报道;
所述的强化固定床脱氯性能的厌氧颗粒污泥的制备方法，包括如下步 骤：
(1)将取自城市污水处理厂的厌氧消化池污泥，接种于升流式固定床 反应器(UASB)内，从所述的反应器底部通入以葡萄糖为底物的含有目标 污染物废水，COD负荷范围为2500-3000g·m-3·d-1，在30-40℃条件下，培 养接种污泥40～60天，反应器COD去除率逐步达到90%，反应器COD去 除率逐步达到90%以上;
接种污泥的总悬浮固体(TSS)为7～8g/L，挥发性悬浮固体(VSS) 为2～3g/L，VSS/TSS为35～40%;
除了目标污染物外，所述的葡萄糖为底物的废水的组成和含量为：
葡萄糖：2.5-4g·L-1，NH4Cl：1.5g·L-1，NaH2PO4：0.4g·L-1，MgSO4·7H20： 0.4g·L-1，CaCl2：0.1g·L-1，NaHCO3：3.0g·L-1，Na2S·9H20：0.5g·L-1，KCl： 0.4g·L-1，微量元素：1mL·L-1，维生素：1mL·L-1。其中，微量元素的组成 为：FeSO4·4H20：2.0g·L-1，CuSO4·5H20：0.02g·L-1，NiSO4·6H20：0.00013 g·L-1，NH4VO3：0.00065g·L-1，MnSO4·4H2O：2.0g·L-1，NaSiO3·9H20：0.00014 g·L-1，SnCl2：0.00012g·L-1。维生素的组成为：维生素B12：0.1g·L-1，对 氨基苯甲酸：0.08g·L-1，生物素：0.02g·L-1，烟酸：0.2g·L-1，D-泛酸钙： 0.1g·L-1，盐酸吡哆纯B6：0.3g·L-1，二水盐酸硫胺：0.2g·L-1，ddH20：1L;
所述的升流式固定床反应器(UASB)在《给水排水设计手册》中有详 细的报道;
(2)将零价铁粉投入所述的反应器，与接种污泥混合，零价铁粉的加 入重量为：20～40g/L;
然后将含有目标污染物和以葡萄糖为底物的废水，从底部通入反应器， 对厌氧污泥进行连续驯化，然后收集反应器中的固体物，即可获得所述的 厌氧颗粒污泥，为圆形或椭圆形颗粒污泥;以葡萄糖为底物的废水的组成 和含量同步骤(1);
优选的，所述的颗粒污泥的驯化过程具体包括以下阶段：
(1)启动期30-60天：采用目标污染物低污染负荷方式对厌氧污泥进 行驯化，控制进水COD容积负荷在2500-3500g·m-3·d-1左右，目标污染物 负荷为5-10mg·L-1·d-1左右，水力停留时间(HRT)为18-24h;
(2)负荷提升期40-220天：进水COD容积负荷逐步提高到4000-5000 g·m-3·d-1左右，目标污染物负荷逐步提高到50～80mg·L-1·d-1，水力停留时 间(HRT)缩短至8-12h左右;
(3)稳定运行期60-90天：进水COD负荷保持4000-5000g·m-3·d-1左 右，目标污染物负荷保持为50～80mg·L-1·d-1，水力停留时间(HRT)保持 在8-12h左右;
步骤(1)和(2)中，所述的目标污染物为四氯乙烯;
厌氧颗粒污泥培养过程中，可通过反应器出水回流或提高出水回流速度 来加快颗粒污泥的形成。
本发明获得的强化脱氯性能的厌氧颗粒污泥，可以用于降解含氯代烃废 水，应用方法如下：
将所述的厌氧颗粒污泥置于升流式固定床反应器(UASB)中，然后将 所述的厌氧颗粒污泥置于升流式固定床反应器(UASB)中，厌氧颗粒污泥 的接种量为3-5gVSS·L-1，废水中加入葡萄糖，浓度控制在0.5g·L-1以上， 目标污染物负荷不超过100mg·L-1·d-1。
本发明通过培养结构化的以零价铁(ZVI)为亚核的具有还原脱氯活性 的厌氧颗粒污泥，以富集还原脱氯菌等功能菌群，消除电子供体[H]、中间 产物等代谢流传递的空间障碍，强化了UASB反应器的还原脱氯性能。
本发明的有益效果为：
获得的厌氧颗粒污泥具有沉降性能好、颗粒稳定、结构致密以及还原脱 氯活性高效稳定等优点。该颗粒污泥粒径集中在1-3mm，颗粒铁浓度为 0.10-0.50g·g-1TSS，具有沉降性能好、颗粒稳定、结构致密以及还原脱氯活 性高效稳定等优点。该颗粒污泥有效地富集了还原脱氯菌等功能菌群，消 除电子供体[H]、中间产物等代谢流传递的空间障碍，强化了UASB反应器 的还原脱氯性能。