一種用于處理滲濾液的顆粒狀污泥的培養(yǎng)及馴化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于處理滲濾液的顆粒狀污泥的培養(yǎng)及馴化方法。先用腐葉下土壤作為處理滲濾液的接種目標(biāo)，外加適量葡萄糖，完成顆粒狀污泥的培養(yǎng)；停止投加葡萄糖，進(jìn)行顆粒狀污泥馴化，出水COD在200mg/L以下，實(shí)現(xiàn)70%左右的總氮去除率。污泥馴化成功后逐步提升待處理滲濾液的負(fù)荷，待處理滲濾液的出水的COD均能達(dá)到200mg/L以下，實(shí)現(xiàn)了對中老齡滲濾液的有效處理。本發(fā)明具有接種目標(biāo)針對性高，污泥啟動快，抗外界沖擊能力強(qiáng)、沉淀效果好等優(yōu)勢，并可廣泛用于其他傳統(tǒng)生物法難處理的廢水處理。
【專利說明】一種用于處理滲濾液的顆粒狀污泥的培養(yǎng)及馴化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于處理滲濾液的顆粒狀污泥的培養(yǎng)及馴化方法，具體是一種用于處理傳統(tǒng)生物法難以處理的含高濃度有機(jī)物廢水，如填埋場老齡垃圾滲濾液的高針對性微生物接種及顆粒狀污泥培養(yǎng)和馴化方法。屬于廢水生物處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前滲濾液的處理工藝主要是前段厭氧工藝+好氧工藝+雙膜工藝。處理成本高，運(yùn)行操作復(fù)雜。該工藝會產(chǎn)生高濃度有機(jī)物的濃縮液，更加難以處理。同時由于滲濾液中C/N比較低，不能滿足傳統(tǒng)的生物法處理對營養(yǎng)配比的需求。為此，很多學(xué)者開發(fā)了新的工藝:比如同步硝化反硝化，短程硝化反硝化，厭氧氨氧化等工藝，不能否定的是，這些工藝在實(shí)驗(yàn)室甚至部分小規(guī)模工程中均取得了非常好的效果，節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用，但是這些工藝都有一個共同的缺點(diǎn):對環(huán)境條件要求較為嚴(yán)格。還有高級氧化技術(shù)等新技術(shù)同樣也存在著條件苛刻的問題，比如芬頓反應(yīng)的最佳PH范圍在3.0左右，這在實(shí)際工程中幾乎不能實(shí)現(xiàn)。而臭氧氧化工藝由于制備臭氧的高昂價格，也使得工程人員望而卻步。其他新生的垃圾滲濾液處理工藝有:微生物電池處理垃圾滲濾液，但是目前該法在處理高濃度氨氮的滲濾液上仍舊面臨著很大的困難。對于高濃度有機(jī)物廢水一滲濾液處理領(lǐng)域，厭氧工藝一般作為預(yù)處理工藝。目前應(yīng)用的厭氧工藝主要包括:UASB，EGSB，IC以及ASBR等。厭氧工藝對于將廢水處理到滿足后續(xù)工藝對水質(zhì)要求是至關(guān)重要的。
[0003]厭氧水處理是指在溶解氧(DO)在0.2mg/L以下在活性污泥工藝。厭氧工藝對于運(yùn)行條件的要求是比較嚴(yán)格的，溫度要求較高，實(shí)際應(yīng)用困難。而且厭氧工藝啟動時間長。同樣傳統(tǒng)的厭氧工藝對于難生物降解的有機(jī)物的廢水的處理并不能得到明顯的效果。厭氧顆?；钚晕勰喾ㄔ趶U水處理領(lǐng)域成為一個研究的熱點(diǎn)。因?yàn)轭w粒狀的污泥具有耐受有機(jī)負(fù)荷高，抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，微生物種群豐富，沉淀性能好等優(yōu)勢，在處理高濃度有機(jī)廢水領(lǐng)域是一個很有前景的工藝。但不足的是顆粒污泥的培養(yǎng)馴化過程較難，周期時間長(3個月以上)。如果可以實(shí)現(xiàn)厭氧工藝的快速啟動，并取得良好的有機(jī)物去除率，與此同時包含有顆粒污泥的抗沖擊、沉淀性能好等優(yōu)點(diǎn)，那對于含高濃度有機(jī)物廢水的處理將是一個大喜訊。
[0004]中國專利CN101125718A公開了一種處理中晚期垃圾滲濾液的方法:首先采用鳥糞石結(jié)晶沉淀法除 去氨氮后用改進(jìn)的膨潤土進(jìn)行吸附從而除去滲濾液中的有機(jī)物。該技術(shù)為物化方法，實(shí)施后仍會有很大的膨潤土等需要進(jìn)一步處理；中國專利CNlOl 125724A公開了一種生物法處理中老齡滲濾液的方法，采用上流式UBF-BAF固定化微生物組合工藝取得了較高的COD去除率，但是出水COD仍然在400mg/L左右，對后續(xù)的工藝要求仍較高。如能通過一種生物法將中老齡滲濾液出水COD控制在200mg/L以下，對滲濾液處理行業(yè)將是一個喜訊。現(xiàn)行處理滲濾液的活性污泥的接種絕大部分來自城市生活污水處理廠，其中的菌種對于滲濾液的有機(jī)物種類的降解能力很有限。篩選有機(jī)物降解能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)的微生物實(shí)現(xiàn)對滲濾液，尤其是中老齡滲濾液進(jìn)行有效處理是很有必要的。利用相應(yīng)的土壤直接進(jìn)行接種，快速培養(yǎng)出的顆粒狀污泥對中老齡滲濾液可以實(shí)現(xiàn)高針對性、有效的處理，而且該類方法并未見報道。
[0005]中國專利CN103265111A公開了一中加速厭氧污泥顆?；姆椒?。該方法是向污泥混合體系中同時添加顆?；钚蕴亢途奂句@鹽，通過提高顆粒物與微生物間接觸與附著以加快微生物在顆粒物表面的富集，使之形成顆粒污泥的核心載體，進(jìn)而形成顆粒狀的污泥形態(tài)，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性及沉淀性能都有所提高。中國專利CN102557248A公開了一種厭氧顆粒污泥快速培養(yǎng)的方法。該方法是通過投加活性炭和聚丙烯酰胺等使得原有的破碎或絮化的厭氧顆粒污泥快速再次形成高效穩(wěn)定的厭氧顆粒污泥。但是這些專利都是在外加污泥或者在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行污泥顆?；?，且具有應(yīng)用局限性，如對于特定的廢水處理仍需要接種大量的相似污泥進(jìn)行接種馴化。利用相應(yīng)的土壤直接進(jìn)行接種，快速培養(yǎng)出的顆粒狀污泥對指定的廢水可以實(shí)現(xiàn)高針對性、高效的處理，而且該類方法并未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對于現(xiàn)有針對滲濾液處理面臨的難題:活性污泥法有機(jī)物耐受負(fù)荷不高、物化法成本高且運(yùn)行條件嚴(yán)格等，本發(fā)明嘗試采用一種對腐殖質(zhì)降解針對性高的土壤微生物接種培養(yǎng)污泥并結(jié)合顆粒污泥的特性進(jìn)行污泥的馴化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)腐殖質(zhì)大分子的有效降解，提高廢水的可生化性，以期可在好氧工藝或者其他深度處理工藝的輔助下完成對中老齡滲濾液的達(dá)標(biāo)處理。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下工藝:
[0008]A，從樹木自然落葉覆蓋三年以上且未遭污染地區(qū)取泥土，該泥土為微生物生長附著體的土壤，將蒸餾水或自來水加入泥土中，攪拌，配制得到形態(tài)呈黏流態(tài)的土壤渾濁液；
[0009]B，將土壤渾濁液投入序批式反應(yīng)器中，土壤渾濁液的投加量為反應(yīng)器有效容積的
0.4~0.75/10 ;然后將中老齡滲濾液輸入序批式反應(yīng)器中；并將葡萄糖也投入其中；再用稀鹽酸溶液將PH控制在7~ 8之間，水溫在15~25°C，連續(xù)按150r/min攪拌，每日進(jìn)、出滲濾液的量均為反應(yīng)器有效容積的3/10 (水力停留時間控制在3~4天)，培養(yǎng)18-22天，觀察反應(yīng)器內(nèi)污泥形態(tài)變化，當(dāng)出現(xiàn)絮狀污泥時繼續(xù)按照上述條件運(yùn)行5天，完成顆粒狀污泥的培養(yǎng)；
[0010]上述葡萄糖每天投加一次，每次投加葡萄糖的量是按中老齡滲濾液中總氮含量的20倍減去一半化學(xué)需氧量含量，然后乘以中老齡滲濾液的進(jìn)水量:
[0011]
葡萄糖投加量(g)=^m (mg/Dx20--化學(xué)需氧量:(mg/:b<0.5x每日進(jìn)水量(L);
1000
[0012]上述中老齡滲濾液是生活垃圾填埋年限5年以上的滲濾液，COD為500~1000mg/L, TN 為 200 ~300mg/L ；
[0013]C，停止投加葡萄糖，進(jìn)入顆粒狀污泥馴化:將反應(yīng)器溫度調(diào)整為22~25°C，并用稀鹽酸溶液將PH值控制為7~8，繼續(xù)按上述速率攪拌18-20天，每日進(jìn)、出滲濾液的量均為反應(yīng)器有效容積的3/10，利用光照和反應(yīng)器出水、進(jìn)水pH對顆粒狀污泥馴化成功與否進(jìn)行檢查和確認(rèn):首先檢查顆粒狀污泥馴化，即連續(xù)觀察在強(qiáng)光照射條件下反應(yīng)器內(nèi)污泥中細(xì)微土壤顆粒的外觀形態(tài)，初期的污泥中土壤顆粒在強(qiáng)光照射下會出現(xiàn)反光現(xiàn)象，當(dāng)微生物增值到一定程度后會將土壤顆粒完全包裹，強(qiáng)光照射后無反光現(xiàn)象，污泥形態(tài)介于傳統(tǒng)絮狀污泥和顆粒污泥之間，觀察不到土壤顆粒，然后檢測反應(yīng)器出水與進(jìn)水pH值，達(dá)到持平，確認(rèn)該顆粒狀污泥馴化成功；此時，滲濾液出水COD的去除率為75%，出水COD降至200mg/L 以下；
[0014]D，顆粒狀污泥馴化成功后逐步提升作為進(jìn)水的待處理滲濾液負(fù)荷，第一階段進(jìn)水的COD濃度在1000~1500mg/L之間，當(dāng)測定出水COD下降到200mg/L以下后，再將進(jìn)水COD濃度升高至1500~2500mg/L，以此類推，需要處理的待處理滲濾液的COD濃度值均達(dá)標(biāo)(出水COD下降到200mg/L以下)，該過程中水力停留時間、溫度、攪拌等條件控制均與顆粒狀污泥馴化階段相同。
[0015]上述步驟A中泥土選取要求是:取土區(qū)域?yàn)橹辽龠B續(xù)經(jīng)歷三年以上自然落葉覆蓋的地方，且堆積的落葉明顯腐爛，土壤未被污染。撥開腐葉，取腐葉下較濕潤土壤，取土深度不超過5cm。將取得的土壤樣品裝入一個敞口容器中，加入相對于土樣5倍體積左右的蒸餾水，攪拌，不存在較大土壤顆粒即可。然后濾去渾濁液上層樹葉和草根等懸浮物。再次攪拌均勻，停止后快速倒出大約2/3左右的渾濁液(呈黏流態(tài))至另外一個敞口容器中備用，剩下的較重的殘?jiān)沟?。重?fù)以上步驟，直至得到足夠的土壤渾濁液(至少為SBR反應(yīng)器有效容積的1/20)。
[0016]上述B步顆粒狀污泥培養(yǎng)中葡萄糖投加量計(jì)算時，第一天進(jìn)水量是以反應(yīng)器內(nèi)實(shí)際輸入的中老齡滲濾液量計(jì)算。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是；
[0018]1，由于本發(fā)明采用長期處于腐葉覆蓋的土壤中富含各種對腐殖酸類物質(zhì)具有高耐受性的菌種，而且這些菌種存活能力超強(qiáng)；此外老齡滲濾液中90%以上的有機(jī)物為腐殖酸類物質(zhì)，所以采用該類土壤進(jìn)行菌種的引進(jìn)具有針對性高，活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，也是本發(fā)明可以快速培養(yǎng)出目標(biāo)污泥的根本原因。
[0019]2，由于本發(fā)明的土壤渾濁液中的土壤細(xì)小顆粒為微生物富集提供了良好的附著點(diǎn)，因此可以通過用手電照射，觀察`反應(yīng)器水樣中因出現(xiàn)的大量絲狀菌厭氧微生物附著在細(xì)小土壤顆粒上，而不出現(xiàn)反光點(diǎn)判斷顆粒狀污泥培養(yǎng)馴化結(jié)束。
[0020]3，本發(fā)明在污泥培養(yǎng)過程中沒有引入任何污泥作為菌種來源，只在污泥培養(yǎng)過程中加入少量的葡萄糖，投加的葡萄糖量根據(jù)進(jìn)水滲濾液COD及TN數(shù)值，不考慮TP的需求，微生物對于C，N的需求比值為40:1，以COD及TN的去除率為50%對每日需要進(jìn)行估算。
[0021]4，本發(fā)明對利用接種土壤培養(yǎng)出來的污泥進(jìn)行馴化不再投加葡萄糖，該過程中采用的滲濾液仍然為老齡滲濾液，但是COD負(fù)荷需升高,在污泥馴化過程中開始對常規(guī)參數(shù)如DO，pH, ORP，進(jìn)出水C0D、B0D5、NH3-N、TN、N0x__N等指標(biāo)進(jìn)行記錄，并且與進(jìn)水pH持平，該現(xiàn)象說明污泥馴化過程已經(jīng)結(jié)束。也可以通過對反應(yīng)器中土壤顆粒形態(tài)的觀察進(jìn)行馴化進(jìn)程的判斷。
[0022]5，本發(fā)明中土壤微小顆粒的存在使得顆粒狀污泥沉淀性能非常好，不存在出水污泥流失情況，加快了污泥的培養(yǎng)過程也避免了污泥處理的工作，所獲得的厭氧顆粒狀污泥具有沉降性能好，抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，對難降解有機(jī)物耐受性強(qiáng)等優(yōu)勢；而且啟動時間短，啟動階段對于環(huán)境條件的要求溫和、簡單，不需要投加大量的營養(yǎng)鹽，PH和溫度等要求都比較低，非常適合于工程應(yīng)用。【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的顆粒狀污泥馴化過程中時間與進(jìn)、出水pH值變化曲線圖
[0024]圖2為本發(fā)明的顆粒狀污泥馴化過程中時間與進(jìn)出水COD含量以及去除率變化曲線圖
【具體實(shí)施方式】
[0025]A，從一棵松樹腐葉下淺土層采取土樣，將20g左右的土壤樣品裝入250mL燒杯中，加入150mL左右的蒸餾水，攪拌，使得燒杯中不存在較大土壤顆粒。然后濾去渾濁液上層樹葉和草根等懸浮物。再次攪拌均勻，停止攪拌后快速倒出大約2/3左右的渾濁液(呈黏流態(tài))至另外一個250mL燒杯中備用，將剩下的較重的殘?jiān)沟?。重?fù)以上步驟，直至得到大約90mL左右土壤渾濁液。用2L大玻璃燒杯作為ASBR反應(yīng)器，并將土壤渾濁液倒入燒杯中，加入滲濾液至1800mL標(biāo)線左右。
[0026]B,污泥培養(yǎng)過程進(jìn)水滲濾液COD在500mg/L左右，TN在200mg/L左右，每日進(jìn)出水量均為500mL (水力停留時間控制在3~4天)，經(jīng)過計(jì)算，每日需要投加2.0g葡萄糖。機(jī)械攪拌速度控制在150r/min左右以保證反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物和污泥的均勻混合。第21天在反應(yīng)器觀察到絮狀污泥出現(xiàn)，繼續(xù)培養(yǎng)5天。并且在污泥培養(yǎng)的過程中，每隔三、四天取水樣在顯微鏡下進(jìn)行菌種觀察。出現(xiàn)污泥后，水樣中出現(xiàn)大量絲狀菌，這為厭氧微生物附著在細(xì)小土壤顆粒上生長提供了必要的條件。此后為了進(jìn)行活性污泥的馴化，不再投加葡萄糖。
[0027]C，顆粒狀污泥馴化過程中采用的老齡滲濾液的COD值在800mg/L左右，TN在300mg/L左右。馴化過程中將反應(yīng)器放置在水浴鍋中，維持反應(yīng)器內(nèi)水溫在22°C左右。用稀HCL溶液將反應(yīng)器內(nèi)溶液pH維持在7~8之間，顆粒狀污泥馴化18天(從12月09日-12月26日)后，反應(yīng)器出水pH與進(jìn)水pH持平后，不再人為調(diào)節(jié)pH。該現(xiàn)象確認(rèn)污泥馴化過程已經(jīng)結(jié)束，見圖.1，12月26日`之后出水pH與進(jìn)水持平，出水COD也明顯下降，見圖.2。觀察反應(yīng)器中土壤顆粒形態(tài)，用手電照射反應(yīng)器，當(dāng)污泥中不出現(xiàn)反光點(diǎn)的時候說明所有的土壤顆粒均被微生物包裹，此時污泥馴化結(jié)束。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明馴化過程中可以最高實(shí)現(xiàn)COD的去除率為75%，出水COD維持在200mg/L以下，見圖.2，但不足的是數(shù)據(jù)僅記錄到12.29日，之后由于滲濾液備量不足實(shí)驗(yàn)被迫終止，但已足以證明實(shí)驗(yàn)的有效性；TN最高有70%左右的去除率，氨氮最終實(shí)現(xiàn)88%以上的去除率。
[0028]雖然在實(shí)驗(yàn)過程沒有進(jìn)行曝氣操作，但是隨著顆粒狀污泥馴化的推進(jìn)，滲濾液中溶解氧波動上升，使得滲濾液中溶解氧維持在0.2~0.5之間(如表.1 )，滲濾液處于缺氧狀態(tài)，這將有利于反硝化的進(jìn)行。從12.16日之后溶解氧一直維持在0.2mg/L以上，有意思的是12.16日之后出水NH3-N及TN的濃度也開始大幅度消減，印證了反硝化的存在。
[0029]表.1反應(yīng)器運(yùn)行過程中溶解氧(DO)及氨氮(NH3-N)的變化
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理滲濾液的顆粒狀污泥的培養(yǎng)及馴化方法，其特征在于: A，從樹木自然落葉覆蓋三年以上且未遭污染地區(qū)取泥土，該泥土為微生物生長附著體的土壤，將蒸餾水或自來水加入泥土中，攪拌，配制得到形態(tài)呈黏流態(tài)的土壤渾濁液； B，將土壤渾濁液投入序批式反應(yīng)器中，土壤渾濁液的投加量為反應(yīng)器有效容積的0.4~0.75/10 ;然后將中老齡滲濾液輸入序批式反應(yīng)器中；并將葡萄糖也投入其中；再用稀鹽酸溶液將PH控制在7~8之間，在15~25°C，連續(xù)按150r/min攪拌，每日進(jìn)、出滲濾液的量均為反應(yīng)器有效容積的3/10，培養(yǎng)18-22天，觀察反應(yīng)器內(nèi)污泥形態(tài)變化，當(dāng)出現(xiàn)絮狀污泥時繼續(xù)按照上述條件運(yùn)行5天，完成顆粒狀污泥的培養(yǎng)； 上述葡萄糖每天投加一次，每次投加葡萄糖的量是按中老齡滲濾液中總氮含量的20倍減去一半化學(xué)需氧量含量，然后乘以中老齡滲濾液的進(jìn)水量: 葡萄糖投加量(g)=^M (mg/L)x20-ft￥ffg? (mg/L)x0.5x每日進(jìn)水量(L);1000 上述中老齡滲濾液是生活垃圾填埋年限5年以上的滲濾液，COD為500~1000mg/L，TN為 200 ~300mg/L ； C，停止投加葡萄糖，開始顆粒狀污泥馴化:將反應(yīng)器溫度調(diào)整為22~25°C，并用稀鹽酸溶液將PH值控制為7~8，繼續(xù)按上述速率攪拌18-20天，每日進(jìn)、出滲濾液的量均為反應(yīng)器有效容積的3/10，利用光照和反應(yīng)器出水、進(jìn)水pH對顆粒狀污泥馴化成功與否進(jìn)行檢查和確認(rèn):首先通過連續(xù)觀察在強(qiáng)光照射下反應(yīng)器內(nèi)污泥中細(xì)微土壤顆粒的外觀形態(tài)，檢查顆粒狀污泥馴化進(jìn)展，即，初期的污泥中土壤顆粒在強(qiáng)光照射下會出現(xiàn)反光現(xiàn)象，當(dāng)微生物增值到一定程度后會將土壤顆粒完全包裹，強(qiáng)光照射后無反光現(xiàn)象，污泥形態(tài)介于傳統(tǒng)絮狀污泥和顆粒污泥之間，觀察不到土壤顆粒，然后檢測反應(yīng)器出水與進(jìn)水PH值，達(dá)到持平，確認(rèn)該顆粒 狀污泥馴化成功；此時，滲濾液出水COD的去除率為75%，出水COD降至200mg/L 以下； D，顆粒狀污泥馴化成功后逐步提升作為進(jìn)水的待處理滲濾液負(fù)荷，第一階段進(jìn)水的COD濃度在1000~1500mg/L之間，當(dāng)測定出水COD下降到200mg/L以下后，再將進(jìn)水COD濃度升高至1500~2500mg/L，以此類推，待處理滲濾液的出水COD均維持在200mg/L以下，該過程中水力停留時間，溫度，和攪拌的控制均與顆粒狀污泥馴化階段相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于處理滲濾液的顆粒狀污泥的培養(yǎng)及馴化方法，其特征在于:步驟A中泥土選取方法是，撥開腐葉，取腐葉下較濕潤土壤，取土深度不超過5cm，將取得的泥土樣品裝入一個敞口容器中，加入相對于泥土樣品5倍體積左右的蒸餾水，攪拌，不存在較大土壤顆粒即可，然后濾去渾濁液上層樹葉和草根等懸浮物，再次攪拌均勻，停止后快速倒出大約2/3左右的呈黏流態(tài)的渾濁液至另外一個敞口容器中備用，剩下的較重的殘?jiān)沟簟?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于處理滲濾液的顆粒狀污泥的培養(yǎng)及馴化方法，其特征在于:所述的B步的顆粒狀污泥培養(yǎng)中葡萄糖投加量計(jì)算時，第一天的進(jìn)水量是以反應(yīng)器內(nèi)實(shí)際輸入的中老齡滲濾液的量計(jì)算的。
【文檔編號】C02F3/34GK103864226SQ201410090545
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】趙由才, 張 杰, 柴曉利, 牛冬杰, 蘭思杰, 張駿 申請人:同濟(jì)大學(xué)