硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法

　　申请日2014.07.09

　　公开(公告)日2014.10.15

　　IPC分类号C02F3/28; C02F3/00

　　摘要

　　本发明属于废水生物处理技术领域，具体涉及一种硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法。所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法分为三个阶段：污泥驯化阶段、颗粒污泥成长阶段和颗粒污泥成熟阶段。本发明采用机械搅拌，控制搅拌速度，活性污泥均匀分布，使得形成的颗粒污泥性能稳定，耐冲击性能好，适应外界环境变化能力强，实现了在一个反应器内有效去除有机物、氮磷，且硫酸根参与整个过程起到协同作用。

　　权利要求书

　　1.一种硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法，其特征在于具体包含如下步骤：

　　(1)污泥驯化阶段：向反应器中投加硫协同反硝化脱氮除磷接种污泥，进水为含有碳源、硫源、磷源、钙离子和镁离子的废水，启动反应器开始厌氧释磷阶段;当碳源浓度降到零后，投加硝酸盐作为氮源，反应器进入缺氧吸磷阶段;当磷源去除率达到20%以上，硝酸盐去除率达到80～100%，污泥体积指数 SVI5低于80mL/g，SVI30低于35mL/g时，驯化阶段结束;

　　(2)颗粒污泥成长阶段：驯化阶段结束后，向反应器中继续投加含有碳源、硫源、磷源、钙离子和镁离子的废水，反应器进入厌氧释磷阶段;当碳源浓度降到零后，投加硝酸盐后开始缺氧吸磷阶段，定期测量活性污泥的平均粒径，当其平均粒径达到85～100μm时，即可认为颗粒污泥形成阶段结束;

　　(3)颗粒污泥成熟阶段：颗粒污泥形成阶段结束后，向反应器中继续投加含有碳源、硫源、磷源、钙离子和镁离子的废水，进行厌氧释磷阶段;当碳源浓度降到零后，投加硝酸盐反应器进入缺氧吸磷阶段，颗粒污泥在反应器内相互聚集并形成较大颗粒污泥，测定其平均粒径达到110～120μm，磷源的去除率高于70%，硝酸盐去除率高于90%时，即可认为颗粒污泥趋于成熟。

　　2.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法，其特征在于：

　　所述的碳源为有机碳源，由醋酸钠提供;所述的废水中醋酸根初始浓度为 150mg C/L;

　　所述的硫源由硫酸钠提供，所述的废水中硫酸根初始浓度为200mg S/L;

　　所述的磷源由磷酸氢二钾和磷酸二氢钾提供;所述的废水中磷酸根的初始浓度为20mg P/L。

　　3.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法，其特征在于：

　　所述的钙离子由氯化钙提供，所述的废水中钙离子的初始浓度为18～20mg Ca2+/L;

　　所述的镁离子由氯化镁提供，所述的废水中镁离子的初始浓度为9～10mg Mg2+/L。

　　4.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法，其特征在于：

　　步骤(1)、(2)和(3)中所述的硝酸盐由硝酸钾提供，投加硝酸盐后，硝酸盐在反应器中的终浓度为20～50mg N/L。

　　5.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法，其特征在于：

　　步骤(1)中的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式，采用低转速150rpm机械搅拌，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间保持在12～16h。

　　6.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法，其特征在于：

　　步骤(2)中工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式，采用低转速120rpm机械搅拌，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间保持在12～16h。

　　7.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法，其特征在于：

　　步骤(3)中工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式，采用低转速120～150rpm机械搅拌，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间保持在10～12h。

　　8.根据权利要求1所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法，其特征在于：

　　所述的反应器为间歇式活性污泥反应器;

　　所述的硫协同反硝化脱氮除磷接种污泥为泥水混合物，其污泥浓度为9～12 g SS/L。

　　9.根据权利要求8所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法，其特征在于：

　　所述的硫协同反硝化脱氮除磷接种污泥，其制备方法包含如下具体步骤：

　　①在反应器中加入厌氧活性污泥进行污泥驯化，进水为含有碳源、硫源和磷源的废水以驯化微生物适应磷源存在的情况;驯化初期，无硝酸盐的投加;

　　②当硫化物产生量达到系统总硫量的15%时，采用厌氧释磷-缺氧吸磷方式进行活性污泥的进一步驯化培养;其中，含有碳源、硫源和磷源的废水进入反应器即开始厌氧释磷阶段，厌氧释磷阶段与第一阶段方法一致即厌氧段无硝酸盐的投加;当碳源浓度降到零时，开始投加硝酸盐作为氮源，开始缺氧吸磷阶段，且硝酸盐投加后在反应器中的浓度由5mg N/L逐渐增加至20mg N/L，以达到微生物逐步驯化的目的，进而得到硫协同反硝化脱氮除磷接种污泥。

　　10.根据权利要求9所述的硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法，其特征在于：

　　步骤①、②中所述的碳源为有机碳源，由醋酸钠提供;所述的含有碳源、硫源和磷源的废水中醋酸根初始浓度为150mg C/L;所述的硫源由硫酸钠提供，所述的含有碳源、硫源和磷源的废水中硫酸根初始浓度为200mg S/L;所述的磷源由磷酸氢二钾和磷酸二氢钾提供;所述的含有碳源、硫源和磷源的废水中磷酸根的初始浓度为20mg P/L;所述的硝酸盐为硝酸钾;

　　步骤①中所述的厌氧活性污泥为泥水混合，其污泥浓度为5.98g SS/L;

　　步骤①的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式，搅拌速度400rpm，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间100～136 h;

　　步骤②的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式，搅拌速度400rpm，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间68～100 h;

　　步骤①的反应时间为0.5～1个月，步骤②的反应时间为1.5～3个月。

　　说明书

　　一种硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法

　　技术领域

　　本发明属于废水生物处理技术领域，具体涉及一种硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法。

　　背景技术

　　21世纪人类面临着一些严重的全球性问题，其中水质水量问题尤为突出。通过各种废水处理工艺去除营养物质以减轻水体富营养化问题，是各地区不得不采取的措施。最常用的是强化生物除磷工艺，该工艺在第二阶段采用硝酸根作为电子受体，即可达到同步脱氮除磷的效果。但沿海地区对海水的开发利用，导致了大量含盐废水的产生，因此一种含盐废水处理工艺应运而生，硫酸盐还原、白养反硝化和硝化一体化工艺(简称工艺)，该工艺能有效减少剩余污泥的产量，同时对去除有机物和氮有明显效果，但在除磷方面略有不足。

　　颗粒污泥由于其优秀的沉降性能、高生物量水平、高有机负荷以及对有毒物质的耐受能力等得到了越来越多的关注。在序批式活性污泥反应器中已有成功培养出聚磷微生物颗粒的研究，但大多采用的是厌氧和好氧交替的工艺条件。

　　因此，如何在厌氧和缺氧交替的工艺条件下培养出硫协同反硝化脱氮除磷颗粒污泥，并达到较好的处理效果，成为该工艺颗粒化应用中必须首先攻克的难题。

　　发明内容

　　本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法。

　　本发明的目的通过下述技术方案实现：

　　一种硫协同反硝化同步脱氮除磷颗粒污泥的培养方法，包含如下步骤：

　　所述的碳源为有机碳源，由醋酸钠提供;所述的废水中醋酸根初始浓度为 150mg C/L;

　　所述的硫源由硫酸钠提供，所述的废水中硫酸根初始浓度为200mg S/L;

　　所述的磷源由磷酸氢二钾和磷酸二氢钾提供;所述的废水中磷酸根的初始浓度为20mg P/L;

　　所述的钙离子由氯化钙提供，所述的废水中钙离子的初始浓度为18～20mg Ca2+/L;

　　所述的镁离子由氯化镁提供，所述的废水中镁离子的初始浓度为9～10mg Mg2+/L;

　　步骤(1)、(2)和(3)中所述的硝酸盐由硝酸钾提供，投加硝酸盐后，硝酸盐在反应器中的终浓度为20～50mg N/L;

　　所述的反应器为间歇式活性污泥反应器(Sequencing Batch Reactor简称 SBR)，材质为有机玻璃，由取样阀、取样管、剩余污泥管、剩余污泥阀、出水桶、进水桶、进水泵、出水管、出水阀、进水阀、进水管、搅拌桨、搅拌主机、 ORP探头、pH探头、ORP主机、pH主机和反应器主体组成;

　　所述的反应器的反应体积优选为1.4L;

　　步骤(1)、(2)和(3)中所述的废水的投加量均为0.7L;

　　步骤(1)中的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式，采用低转速150rpm机械搅拌，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间保持在12～16h;

　　步骤(2)中工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式，采用低转速120rpm机械搅拌，使反应器内搅拌桨位于底部位置，活性污泥在反应器保持完全混匀状态;反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间保持在12～16h;

　　步骤(3)中工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式，采用低转速120～150rpm机械搅拌，使反应器内搅拌桨位于底部位置，活性污泥在反应器保持完全混匀状态;反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间保持在10～12h;

　　所述的硫协同反硝化脱氮除磷接种污泥为泥水混合物，其污泥浓度为9～12 g SS/L，在反应器中的投加量为1.4L，然后经过沉淀排掉上清液0.7L;

　　所述的硫协同反硝化脱氮除磷接种污泥，其制备方法包含如下具体步骤：

　　①在反应器中加入厌氧活性污泥进行污泥驯化，进水为含有碳源、硫源和磷源的废水以驯化微生物适应磷源存在的情况;驯化初期，无硝酸盐的投加，主要目的在提高硫的转化效果，特别是硫酸盐还原效果;

　　步骤①、②中所述的反应器为间歇式活性污泥反应器(Sequencing Batch Reactor简称SBR)，材质为有机玻璃，由取样阀、取样管、剩余污泥管、剩余污泥阀、出水桶、进水桶、进水泵、出水管、出水阀、进水阀、进水管、搅拌桨、搅拌主机、ORP探头、pH探头、ORP主机、pH主机和反应器主体组成; 步骤①、②中所述的反应器的反应体积优选为10L;

　　步骤①中所述的厌氧活性污泥为泥水混合，其污泥浓度为5.98g SS/L，投加量为10L，然后经过沉淀排掉上清液5L;

　　步骤①、②中所述的废水进水优选为5L;

　　步骤①的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式，搅拌速度400rpm，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间100～136 h;

　　步骤②的工艺操作条件为：采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式，搅拌速度400rpm，反应温度20～25℃，进水pH6.8～7.3，水力停留时间68～100 h;步骤①的反应时间为0.5～1个月，步骤②的反应时间为1.5～3个月;

　　本发明的原理：

　　所述的反应器系统中的微生物在厌氧释磷阶段先利用有机物及细胞内含物糖原作为电子供体，硫酸盐作为电子受体进行代谢，同时释放生物细胞内聚合磷酸盐，生成硫化物、二氧化碳以及细胞内含物聚β羟基脂肪酸、聚合硫颗粒; 随后在缺氧吸磷阶段投加硝酸盐后，系统中微生物利用硝酸盐作为电子受体进行自养代谢，氧化系统中的硫化物，生成硫酸盐，同时进行过量吸磷，此时细胞内含物聚β羟基脂肪酸、聚合硫颗粒为过量吸磷过程提供能量。稳定系统中的各物质在微生物作用下进行转化，进水有机物降解为二氧化碳，硫酸根先转化为硫化物然后再氧化为硫酸根完成一个循环，同时在有机物消耗完的情况下投加的硝酸根转化为氮气;

　　本发明在以上微生物代谢的原理基础上，在进水中投加钙镁离子，在活性污泥形成颗粒的过程中作为颗粒骨架，钙镁离子在进水中浓度分别为9～10mg Ca2+/L和18～20mg Mg2+/L。同时反应器运行采用机械搅拌，搅拌桨为标准四叶螺旋式，搅拌速度保持在120～150rpm，搅拌速度控制在达到泥水混合均匀的临界点，以减少搅拌桨对颗粒的破坏作用。

　　本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

　　本发明方法采用机械搅拌，控制搅拌速度，活性污泥均匀分布，使得形成的颗粒污泥性能稳定，耐冲击性能好，适应外界环境变化能力强。实现了在一个反应器内有效去除有机物、氮磷，且硫酸根参与整个过程起到协同作用。具体优点为：

　　(1)处理效率高，有机物和硝酸根的去除率在90%以上，磷酸根的去除率也达80%左右;

　　(2)无二次污染，硫酸根参与整个过程起到协同作用，虽然有中间产物硫化氢产生，但在第二阶段即被氧化为硫酸根;

　　(3)污泥产率低，无剩余污泥产生，无需进行剩余污泥处理;

　　(4)占地面积省，有机物、氮磷的去除在一个反应器中完成;

　　(5)颗粒污泥的沉降性能好，明显缩短了处理时间，提高了处理效率。

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