公布日：2023.11.07
申请日：2022.04.26
分类号：C02F3/34(2023.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种污水处理场受高负荷冲击后生化单元快速恢复的方法。该方法包括：当生化单元受高负荷冲击时，且呼吸速率的波动幅度低于正常范围低限值的10％以上的时间超过30min，则报警通知给控制系统，停止进水，并向系统中投加粉末活性炭以及生物吸附剂，直到呼吸速率恢复到正常范围时报警解除，停止投加活性炭和生物吸附剂，同时启动进水继续运行，系统实现了冲击后的快速恢复；生物吸附剂包括负载金属的载体和产糖酯的微生物。本发明方法通过活性污泥呼吸速率和化学需氧量两个检测指标进行冲击风险的提前诊断，可实现提前预警，及时消除冲击风险并做到快速恢复，不需要重新对污泥进行驯化培养，降低了恢复时间，保证系统的长周期稳定运行效果。
权利要求书
1.一种高负荷冲击后生化单元的快速恢复方法，包括：当生化单元受高负荷冲击时，且呼吸速率OUR的波动幅度低于正常范围下限值的10％以上(优选为10％～20％)的时间超过30min，则报警通知给控制系统，停止进水，并启动活性炭投加装置向系统中投加粉末活性炭，同时启动生物吸附剂投加装置向系统中投加生物吸附剂，直到呼吸速率OUR恢复到正常范围时报警解除，并停止投加活性炭和生物吸附剂，同时启动进水继续运行，系统实现了冲击后的快速恢复，进入稳定运行状态；所述生物吸附剂包括负载金属的载体和产糖酯的微生物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物吸附剂中，金属含量以氧化物计占改性气凝胶质量的1％～20％，腐殖酸占改性气凝胶质量的0.1％～10％，产糖酯微生物占改性气凝胶质量的5％～50％，优选10％～30％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高负荷冲击是指生化单元的化学需氧量COD高于正常值20％以上，优选为20％～100％。
4.一种污水处理场受异常负荷冲击后生化单元的快速恢复方法，包括：(1)生化单元出水不能满足排放标准要求时，根据生化单元的化学需氧量(COD)来判断冲击类型即低负荷冲击或高负荷冲击；(2)当生化单元受高负荷冲击时，且呼吸速率(OUR)的波动幅度低于正常范围下限值的10％以上(优选为10％～20％)时并在10min～30min内呼吸速率恢复到正常范围内的数值，则不需要采取措施；(3)当生化单元受高负荷冲击时，且呼吸速率(OUR)的波动幅度低于正常范围下限值的10％以上(优选为10％～20％)的时间超过30min，则报警通知给控制系统，停止进水，并启动活性炭投加装置向系统中投加粉末活性炭，同时启动生物吸附剂投加装置向系统中投加生物吸附剂，直到呼吸速率OUR恢复到正常范围时报警解除，并停止投加活性炭和生物吸附剂，同时启动进水继续运行，系统实现了冲击后的快速恢复，进入稳定运行状态；(4)当生化单元受低负荷冲击时，且呼吸速率(OUR)的波动幅度低于正常范围下限值的10％以上(优选为10％～20％)时并在60min～120min内呼吸速率恢复到正常范围内的数值，则不需要采取措施；(5)当生化单元受低负荷冲击时，且呼吸速率(OUR)的波动幅度超过正常范围下限值的10％以上(优选为10％～20％)的时间超过120min，则报警通知给控制系统，并启动活性炭投加装置，向系统中投加粉末活性炭，直到OUR恢复到正常范围时报警解除，并停止投加活性炭，实现冲击系统的快速恢复，进入稳定运行状态。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，生化单元污水为经过隔油浮选预处理后的好氧生化单元的废水，其中石油类为5～30mg/L、COD为300～1000mg/L、氨氮为100～300mg/L、总氮为100～300mg/L。
6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，当生化单元受高负荷冲击时，活性炭的投加方式是：每隔30～60分钟投加一次，每次按照投加后固液混合物浓度30～50mg/L进行投加，生物吸附剂与活性炭同时投加，每次投加时活性炭和生物吸附剂的质量比为1：1～15：1，优选1：1～10：1。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当生化单元受低负荷冲击时，活性炭的投加方式是：每隔30～60分钟投加一次，每次按照投加后固液混合物浓度30～50mg/L进行投加。
8.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述生物吸附剂按照以下方法制备的：(a)将气凝胶置于醋酸溶液中反应，取出后洗涤至中性；(b)将腐殖酸溶于Fe(OH)3溶液中，加入气凝胶，在50～70℃反应后，洗涤至弱碱性得到改性气凝胶；(c)在改性气凝胶上负载活性金属，得到负载金属的载体；(d)在负载金属的载体上吸附产糖酯的微生物，吸附完成后经干燥获得生物吸附剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述气凝胶为碳气凝胶、硅气凝胶、纤维素气凝胶中的至少一种，优选碳气凝胶。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述醋酸溶液的浓度为1.0～2.0mol/L；将气凝胶浸没于醋酸溶液进行反应，反应温度为30～50℃，反应时间为1.0～2.0h；将气凝胶取出后，洗涤至pH值中性。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(b)所述Fe(OH)3溶液的浓度为0.5～0.8mol/L，Fe(OH)3溶液与腐殖酸的质量比为1：1～3：1。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(b)将气凝胶浸没于腐殖酸和Fe(OH)3溶液的混合体系中，在50～70℃下水浴震荡反应3～5h；取出后洗涤至pH值为弱碱性，优选为7.6～8.0。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(c)所述的活性金属为Cu2+、Fe2+、Mg2+中的至少一种，优选Fe2+。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(d)是将负载金属的载体浸渍于产糖酯的微生物的发酵液进行菌体的吸附生长，负载金属的载体与发酵液的体积比1：1～3；吸附生长条件为：温度20～38℃，优选20～30℃，pH为6.0～8.5，优选6.0～7.0，反应时间为12～36h。
15.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(d)所述产糖酯微生物为发酵生产鼠李糖酯、海藻糖脂、槐糖脂和蔗糖酯中至少一种糖酯的微生物，优选地产鼠李糖酯的铜绿假单胞菌、产海藻糖脂的绿脓假单胞菌中的至少一种。
16.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(d)所述的干燥是在35～50℃干燥24～48h。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述吸附剂中，金属含量以氧化物计占改性气凝胶质量的1％～20％，腐殖酸占改性气凝胶质量的0.1％～10％，产糖酯微生物占改性气凝胶质量的5％～50％，优选10％～30％。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种污水处理场受高负荷冲击后生化单元快速恢复的方法。本发明方法通过活性污泥呼吸速率(OUR)和化学需氧量(COD)两个检测指标进行冲击风险的提前诊断，可以实现提前预警，及时消除冲击风险并做到快速恢复，不需要重新对污泥进行驯化培养，降低了恢复时间，保证系统的长周期稳定运行效果。
本发明所述的呼吸速率采取活性污泥呼吸仪在线测定，COD采取化学需氧量在线分析仪测定。在运行过程中当系统受到负荷冲击时污泥的活性均会出现短暂增强，相应活性污泥颗粒之间的絮凝性变差，则反应一段时间后会有细小的未絮凝活性污泥颗粒将随水流失，生物量降低，则呼吸速率会有所下降。如果系统能够耐受冲击，则呼吸速率短时间内会恢复到初始状态，如果已经采取调节水量和曝气量等措施后仍然没有恢复，证明流失的功能菌体大于系统能够承受的范围。
本发明第一方面提供了一种高负荷冲击后生化单元的快速恢复方法，包括：
当生化单元受高负荷冲击时，且呼吸速率(OUR)的波动幅度低于正常范围下限值的10％以上(优选为10％～20％)的时间超过30min，则报警通知给控制系统，停止进水，并启动活性炭投加装置向系统中投加粉末活性炭，同时启动生物吸附剂投加装置向系统中投加生物吸附剂，直到呼吸速率OUR恢复到正常范围时报警解除，并停止投加活性炭和生物吸附剂，同时启动进水继续运行，系统实现了冲击后的快速恢复，进入稳定运行状态；所述生物吸附剂包括负载金属的载体和产糖酯的微生物。
本发明中，所述生物吸附剂中，金属含量以氧化物计占改性气凝胶质量的1％～20％，腐殖酸占改性气凝胶质量的0.1％～10％，产糖酯微生物占改性气凝胶质量的5％～50％，优选10％～30％。
本发明中，当生化单元的化学需氧量(COD)低于正常值20％以上，优选为20％～100％时属于低负荷冲击；当生化单元的化学需氧量COD高于正常值20％以上，优选为20％～100％时，属于高负荷冲击。其中，化学需氧量(COD)的正常值是指生化单元正常稳定运行时的化学需氧量，若正常稳定运行时化学需氧量(COD)允许在一定范围内操作时，高负荷冲击时的正常值是指范围的上限，低负荷冲击时的正常值是指范围的下限。
本发明中，呼吸速率(OUR)的正常范围是指生化单元正常稳定运行时曝气池活性污泥的内源呼吸速率(OUR)可允许的范围。
本发明第二方面提供了一种污水处理场受异常负荷冲击后生化单元的快速恢复方法，包括：
(1)生化单元出水不能满足排放标准要求时，根据生化单元的化学需氧量(COD)来判断冲击类型即低负荷冲击或高负荷冲击；
(2)当生化单元受高负荷冲击时，且呼吸速率(OUR)的波动幅度低于正常范围下限值的10％以上(优选为10％～20％)时并在10min～30min内呼吸速率恢复到正常范围内的数值，则不需要采取措施；
(3)当生化单元受高负荷冲击时，且呼吸速率(OUR)的波动幅度低于正常范围下限值的10％以上(优选为10％～20％)的时间超过30min，则报警通知给控制系统，停止进水，并启动活性炭投加装置向系统中投加粉末活性炭，同时启动生物吸附剂投加装置向系统中投加生物吸附剂，直到呼吸速率OUR恢复到正常范围时报警解除，并停止投加活性炭和生物吸附剂，同时启动进水继续运行，系统实现了冲击后的快速恢复，进入稳定运行状态；
(4)当生化单元受低负荷冲击时，且呼吸速率(OUR)的波动幅度低于正常范围下限值的10％以上(优选为10％～20％)时并在60min～120min内呼吸速率恢复到正常范围内的数值，则不需要采取措施；
(5)当生化单元受低负荷冲击时，且呼吸速率(OUR)的波动幅度超过正常范围下限值的10％以上(优选为10％～20％)的时间超过120min，则报警通知给控制系统，并启动活性炭投加装置，向系统中投加粉末活性炭，直到OUR恢复到正常范围时报警解除，并停止投加活性炭，实现冲击系统的快速恢复，进入稳定运行状态。
本发明中，当生化单元的化学需氧量(COD)低于正常值20％以上，优选为20％～100％时属于低负荷冲击；当生化单元的化学需氧量COD高于正常值20％以上，优选为20％～100％时，属于高负荷冲击。其中，化学需氧量(COD)的正常值是指生化单元正常稳定运行时污水的化学需氧量，若正常稳定运行时化学需氧量(COD)允许在一定范围内操作时，高负荷冲击时的正常值是指范围的上限，低负荷冲击时的正常值是指范围的下限。
本发明中，步骤(1)所述的排放标准要求一般是对COD和氨氮浓度的要求，比如COD浓度不大于40mg/L，氨氮浓度不大于5mg/L，即排放标准限值COD浓度为40mg/L，氨氮浓度为5mg/L。
本发明中，呼吸速率(OUR)的正常范围是指生化单元正常稳定运行时曝气池活性污泥的内源呼吸速率(OUR)可允许的范围。
本发明方法中，生化单元污水可以为经过隔油浮选预处理后的任何好氧生化单元的废水，其中石油类为5-30mg/L、COD为300-1000mg/L、氨氮为100-300mg/L、总氮为100-300mg/L。
本发明中，当生化单元受高负荷冲击时，活性炭的投加方式是：每隔30～60分钟投加一次，每次按照投加后固液混合物浓度30～50mg/L进行投加，生物吸附剂的投加方式是与活性炭同时投加，其中每次投加时，活性炭和生物吸附剂的质量比为1：1～15：1，优选1：1～10：1。
本发明中，所述活性炭是本领域技术人员熟知的，可以是粉末活性炭，也可以是煤基破碎炭。
本发明中，当生化单元受低负荷冲击时，活性炭的投加方式是：每隔30～60分钟投加一次，每次按照投加后固液混合物浓度30～50mg/L进行投加。
进一步地，所述生物吸附剂中，金属含量以氧化物计占改性气凝胶质量的1％～20％，腐殖酸占改性气凝胶质量的0.1％～10％，产糖酯微生物占改性气凝胶质量的5％～50％，优选10％～30％。
本发明中，所述生物吸附剂按照以下方法制备的：(a)将气凝胶置于醋酸溶液中反应，取出后洗涤至中性；(b)将腐殖酸溶于Fe(OH)3溶液中，加入气凝胶，在50～70℃反应后，洗涤至弱碱性得到改性气凝胶；(c)在改性气凝胶上负载活性金属，得到负载金属的载体；(d)在负载金属的载体上吸附产糖酯的微生物，吸附完成后经干燥获得生物吸附剂。
本发明中，步骤(a)所述气凝胶为碳气凝胶、硅气凝胶、纤维素气凝胶等中的至少一种，优选碳气凝胶。通常采用自制或者商业购买方式获得，气凝胶的比表面积为600～1100m2/g、孔隙率为80％～98％。
本发明中，步骤(a)所述醋酸溶液的浓度为1.0～2.0mol/L。将气凝胶浸没于醋酸溶液进行反应，反应温度为30～50℃，反应时间为1.0～2.0h。可以直接加热或者水浴加热，优选水浴加热至30～50℃反应。将气凝胶取出后，洗涤至pH值中性，一般为6.5～7.5。
本发明中，步骤(b)所述Fe(OH)3溶液的浓度为0.5～0.8mol/L，Fe(OH)3溶液与腐殖酸的质量比为1：1～3：1。
本发明中，步骤(b)将气凝胶浸没于腐殖酸和Fe(OH)3溶液的混合体系中，在50～70℃下水浴震荡反应3～5h。取出后洗涤至pH值为弱碱性，一般为7.6～8.0。
本发明中，步骤(c)所述的活性金属为Cu2+、Fe2+、Mg2+等中的至少一种，优选Fe2+。所述负载活性金属可以采用本领域常规使用的浸渍法，如可以采用等体积、过量浸渍等。一般采用活性金属的可溶性盐溶液，其中金属离子的浓度为1～4mol/L。例如可以采用将改性气凝胶浸渍到活性金属溶液中，在60～70℃下浸渍6～10h。
本发明中，步骤(d)是将负载金属的载体浸渍于产糖酯的微生物的发酵液进行菌体的吸附生长，负载金属的载体与发酵液的体积比1:1～3。吸附生长条件为：温度20～38℃，优选20～30℃，pH为6.0～8.5，优选6.0～7.0，反应时间为12～36h。
本发明中，步骤(d)所述产糖酯微生物为发酵生产鼠李糖酯、海藻糖脂、槐糖脂和蔗糖酯等中至少一种糖酯的微生物，如可以是产鼠李糖酯的铜绿假单胞菌、产海藻糖脂的绿脓假单胞菌等中的至少一种。所述产糖酯的微生物发酵液的制备方法是本领域常规的。
本发明中，步骤(d)所述的干燥是在35～50℃干燥24～48h。所述生物吸附剂中，金属含量以氧化物计占改性气凝胶质量的1％～20％，腐殖酸占改性气凝胶质量的0.1％～10％，产糖酯微生物占改性气凝胶质量的5％～50％，优选10％～30％。所述生物吸附剂在使用前需要真空保存，保存时间一般为1～3个月。
本发明中，污水处理场受异常负荷冲击后的快速恢复方法中，采用正常稳定运行时的操作条件，并不需要作出调整。运行条件为pH为7.0～8.5、温度为25～35℃，其中A池控制溶解氧浓度小于0.5mg/L，O池控制溶解氧浓度为2～5mg/L。
本发明中，投加活性炭或投加生物吸附剂是向曝气池投加，比如O池。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用OUR和COD联动作为污水处理系统的综合预警和控制指标，易于实现在线及时监测污水处理系统收到的异常负荷冲击，两个检测指标联动作为提前诊断信号，降低了冲击风险。
(2)本发明遇到高负荷冲击时首先停止进水，投加的活性炭可以临时吸附来水中的有机污染物，减缓了高浓度或者有毒污染物对活性污泥中微生物的毒性干扰，生物吸附剂可以截留并快速吸附解絮后释放的微生物，同时吸附小分子物质，在为微生物正常生长代谢提供营养的同时保证出水水质，实现系统冲击后的快速恢复，保证系统的长周期稳定运行效果。
(3)本发明遇到低负荷冲击时投加粉末活性炭，可以起到降低溶解氧并降低解絮的功能微生物随水流失量，实现系统冲击后的快速恢复，保证系统的长周期稳定运行效果。
(4)本发明采用活性炭和生物吸附剂同时投加的协同作用，可以隔离高浓度有毒物质与微生物接触，大分子物质的临时存储和生物酶的协同降解，在保证生物活性的同时减少了流失量，可以大大降低恢复时间，实现系统冲击后的快速恢复，保证系统的长周期稳定运行效果。
(5)发明人在研究中发现，在改性气凝胶上负载活性金属后，通过吸附生长产糖酯的微生物，从而使合成的生物吸附剂在使用中能够避免活性金属流失，提高对功能微生物的吸附性能，增加生物量有利于实现系统冲击后的快速恢复。
（发明人：高会杰;孙丹凤;王刚;陈明翔）