本發(fā)明屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種廣譜性生化污泥膨脹控制藥劑和制備方法。

背景技術(shù)：

目前的廢水處理工藝多數(shù)采用活性污泥處理工藝，在處理過程中最為關(guān)鍵的步驟是污泥與已處理廢水分離，由于分離時主要通過重力沉降方式，污泥沉降時間的快慢直接影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，對處理效果也起到至關(guān)重要的作用。然而，在處理過程中如果發(fā)生污泥沉降困難、污泥膨脹現(xiàn)象，將會直接影響系統(tǒng)的正常運行。

污泥膨脹具體表現(xiàn)為污泥體積膨脹，含水率上升，不易沉降，一般表現(xiàn)有以下幾個特點：(1)發(fā)生率高。據(jù)統(tǒng)計，采用活性污泥法處理系統(tǒng)的污水處理廠，德國約50％、美國約60％發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，在我國也有不小的發(fā)生率；(2)危害性大。污泥膨脹由于無法完全沉降而隨廢水流失，不僅影響生化系統(tǒng)的處理效果，而且導(dǎo)致出水懸浮物增加，影響出水水質(zhì)，當(dāng)污泥膨脹嚴重時，將會導(dǎo)致生化系統(tǒng)癱瘓；(3)普遍性。不同的活性污泥工藝、池型、水質(zhì)類型、運行工況等都有可能發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象；(4)突發(fā)性。污水處理廠污泥膨脹發(fā)生迅速，通過現(xiàn)有污水廠的監(jiān)測指標(biāo)難以準(zhǔn)確預(yù)測污泥膨脹的發(fā)生。

污泥膨脹主要分為兩大類，一種是由于絲狀菌過度增值引起的絲狀菌污泥膨脹，另一種是高親水性粘性物質(zhì)黏附于污泥上引起的粘性污泥膨脹，也稱非絲狀菌污泥膨脹。目前針對于絲狀菌污泥膨脹控制的研究非常廣泛，采用的方法包括：(1)在回流污泥中加入氯氣、過氧化氫等殺菌劑對絲狀菌直接進行破壞；(2)去除曝氣池的有機酸抑制絲狀菌的生長。

經(jīng)檢索，現(xiàn)有技術(shù)已有大量的技術(shù)方案，如中國專利申請?zhí)?01310195768.4，該申請案公開了一種有效控制由抗氯性絲狀菌引起污泥膨脹的方法，該方法中采用了十六烷基三甲基溴化銨(ctab)作為抗氯性絲狀菌殺菌劑，取得了較好的效果，然而該方法難以解決粘性污泥膨脹，應(yīng)用范圍較窄。其他的技術(shù)方案還包括中國專利申請?zhí)?01510877306.x，該申請案公開了一種抑制活性污泥膨脹的方法，其利用植物提取液加入硫酸銅、氯化鎂和氯化鈉來抑制細菌生長，提高了污泥的壓密性，有效改善了污泥的沉降性能，然而，該方法同樣存在缺陷，主要包括：(1)實施過程引入了cu²⁺，存在出水重金屬超標(biāo)風(fēng)險；(2)植物提取液中含天然抑菌成分，并非對絲狀菌具有專一性，因此存在抑制正常微生物的風(fēng)險，進而影響生化系統(tǒng)的處理效果；(3)該方法主要抑制由絲狀菌引起的污泥膨脹，對粘性污泥引起的膨脹同樣難以適用。總之，在諸多公開報道的專利文獻中，現(xiàn)有的污泥膨脹控制措施除了普遍存在見效慢、易反彈、產(chǎn)生二次危害等問題，還具有非廣譜性，只能針對于單一類型的污泥膨脹，導(dǎo)致治理前需要對引起污泥膨脹的類型進行鑒定，操作步驟較為繁瑣。

此外，粘性污泥膨脹一旦發(fā)生，其污泥胞外絮體蛋白質(zhì)含量會減少，多糖含量會增加，表面負電荷數(shù)量將會減少，結(jié)合水將大量增加，最終導(dǎo)致污泥沉淀壓實困難，嚴重影響泥水分離效果。

經(jīng)檢索，現(xiàn)有技術(shù)對于粘性污泥膨脹的控制也存在一些技術(shù)方案。如中國專利號cn201310359766.4，該申請案提出了一種快速解決粘性污泥膨脹問題的方法，該方法采用稀釋進水供給并改變反應(yīng)器的運行方式的手段，使系統(tǒng)在低進水有機負荷、高底物濃度梯度的條件下運行，且利用微生物的生理特性，使其在底物匱乏條件下分解其自身分泌的胞外聚合物，使菌膠團表面結(jié)合水明顯減少來解決污泥沉降困難的問題。然而，實際的運行過程中對于不同類別的反應(yīng)器需要采用不同的運行模式、設(shè)置不同參數(shù)，還需要監(jiān)測胞外聚合物蛋白質(zhì)和多糖的濃度等，整個操作過程較為復(fù)雜，在一定程度上增加了投入成本。

隨著研究的進一步深入，復(fù)合酶促活性污泥法為本領(lǐng)域技術(shù)人員開拓了新的思路。復(fù)合酶促活性污泥法是通過鐵離子介入微生物生化反應(yīng)與能量代謝過程，強化鐵離子參與電子傳遞的作用與酶促反應(yīng)激活劑作用，增強微生物代謝反應(yīng)活性，改善微生物抵抗外界環(huán)境因素變化的能力，從而改善活性污泥的絮體結(jié)構(gòu)，達到對污泥膨脹的治理。現(xiàn)有技術(shù)也已提供了相關(guān)的技術(shù)方案，如中國專利號cn201310137152.1，該申請案公開的一種離子交換樹脂脫附液的資源化利用的方法，該申請案將復(fù)合酶促活性污泥法和膜分離技術(shù)有效結(jié)合，其制成的含鐵活性污泥營養(yǎng)液對污泥沉降性的改善起到了一定的作用，但對于嚴重化污泥膨脹的處理能力還有待提高。

對于污泥膨脹的治理，公開的方案還包括中國專利號201410413671.0，該申請案公開了一種污泥的化學(xué)調(diào)理方法及調(diào)理劑，該調(diào)理劑包括無機調(diào)理劑和有機調(diào)理劑兩種，無機調(diào)理劑為質(zhì)量濃度為36～40％的三氯化鐵水溶液，有機調(diào)理劑為濃度為4.2～6.1‰的液態(tài)陽離子聚丙烯酰胺水溶液，該申請案的化學(xué)調(diào)理方法利用鐵離子強大的水解能力，利用鐵離子在ph大于1的條件即可以生成單核羥基弱離子的特點，從而生成[fe(oh)]²⁺、[fe(oh)2]⁺、[fe3(oh)4]⁴⁺等帶電荷離子，利用上述帶電荷離子與菌膠團發(fā)生靜電中和作用形成絮體，該申請案的化學(xué)調(diào)理方法可改善污泥的脫水性能，有效解決污泥透水性差的問題，使污水更易達到泥水分離，且在該方法實施過程中避免了殺滅正常菌種，然而，該方法僅僅利用了鐵離子生成的單核羥基弱離子與菌膠團靜電中和作用，對于嚴重的污泥膨脹，其治理能力和治理速度還有待提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有生化系統(tǒng)中污泥膨脹難題，傳統(tǒng)的加藥技術(shù)容易產(chǎn)生殺滅正常菌種，產(chǎn)生二次污染、處理效果不佳的缺陷，且具有非廣譜性，在使用之前需要確定產(chǎn)生污泥膨脹類型和環(huán)境，處理過程較為繁瑣。

本發(fā)明提供了一種廣譜性生化污泥膨脹控制藥劑和制備方法，將石墨烯高效電子傳導(dǎo)功能、活性炭生物親和性、鐵離子的電中和和絮凝作用巧妙結(jié)合，此外，還利用了鐵氧化物磁力吸引、自身重力壓縮等功能，將多重作用應(yīng)用于污泥膨脹控制，具有見效快、無二次污染、抑制作用持久、廣譜性等優(yōu)點。

2.技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種廣譜性控制生化污泥膨脹藥劑為鐵氧化物、活性炭和石墨烯的混合物。

作為本發(fā)明更進一步的改進，所述藥劑由鐵離子鹽溶液、活性炭、石墨烯粉末混合，再與堿溶液反應(yīng)制備而成。

作為本發(fā)明更進一步的改進，所述藥劑有效成分的質(zhì)量百分比分別為：鐵氧化物中的鐵元素為52％～63％，活性炭為4.6％～6.9％，石墨烯為0.46％～0.69％。

作為本發(fā)明更進一步的改進，所述鐵離子鹽溶液為含有fe²⁺和fe³⁺鹽溶液，所述鐵離子鹽溶液中fe²⁺含量不得低于鐵離子總含量的30％。

作為本發(fā)明更進一步的改進，所述鐵離子鹽溶液為feso4·7h2o與fecl3·6h2o溶于水制備而成，所述堿溶液為氫氧化鈉溶液。

作為本發(fā)明更進一步的改進，所述活性炭經(jīng)過了活化處理。

作為本發(fā)明更進一步的改進，所述活性炭活化步驟為：將活性炭粉末在氫氧化鈉溶液中浸泡、洗滌后，再在鹽酸溶液中浸泡、洗滌、烘干、冷卻。

作為本發(fā)明更進一步的改進，所述藥劑的粒徑為150～250目。

作為本發(fā)明更進一步的改進，一種廣譜性控制生化污泥膨脹藥劑的制備方法，其特征在于依照下列步驟進行：

步驟(1)、鐵離子鹽溶液制備：分別取feso4·7h2o和fecl3·6h2o固體，溶于水中，得到鐵離子鹽溶液，所述鐵離子鹽溶液中fe²⁺不得低于鐵離子總含量的30％；

步驟(2)、活性炭活化：取活性炭粉末在氫氧化鈉溶液中浸泡、洗滌后，再在鹽酸溶液中浸泡、洗滌、烘干、冷卻；

步驟(3)、取步驟(1)中的鐵離子鹽溶液，步驟(2)中的活性炭，以及石墨烯粉末混合，所述鐵離子鹽溶液中的鐵元素、活性炭和石墨烯粉末加入的質(zhì)量比例分別為10：1：0.1，混合均勻后超聲、加熱，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph至10～11，繼續(xù)攪拌、升溫、陳化，冷卻、洗滌沉淀物至中性；

步驟(4)、將步驟(3)的沉淀物干燥，研磨篩分出粒徑為150～250目的粉末顆粒。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明的一種廣譜性控制生化污泥膨脹藥劑，較好的解決了現(xiàn)有生化系統(tǒng)中污泥膨脹難題，其使用可以不受污泥膨脹類型及環(huán)境的影響，適用于各行業(yè)廢水生化處理過程中絲狀菌或非絲狀菌引起的各種污泥膨脹問題，具有廣譜性的優(yōu)點。

(2)本發(fā)明的一種廣譜性控制生化污泥膨脹藥劑，藥劑成分不會改變原有生化系統(tǒng)的菌群結(jié)構(gòu)，因此不會對生化系統(tǒng)產(chǎn)生危害，具有安全性高的特點。

(3)本發(fā)明的一種廣譜性控制生化污泥膨脹藥劑，藥劑中的活性炭與活性污泥有較強的親和性，能較好的被菌膠團包裹；同時藥劑中鐵氧化物為沉淀物的形式，與現(xiàn)有技術(shù)中在溶液中鐵元素以鐵離子形式存在的形式相比，鐵氧化物可以緩慢釋放的鐵離子和亞鐵離子。以此方式可以提高微生物酶活性，進而達到輔助調(diào)理生化系統(tǒng)的作用，改善污泥沉降的效果持久穩(wěn)定。

(4)本發(fā)明的一種廣譜性控制生化污泥膨脹藥劑，其將活性炭較好的生物親和性和石墨烯較高的電子傳導(dǎo)能力結(jié)合，可以將帶負電荷的菌膠團中含有的剩余電子傳遞至鐵氧化物上，并被鐵氧化物緩釋的鐵離子中和，從而快速消除菌膠團表面的剩余負電荷，使污泥快速沉降；與現(xiàn)有技術(shù)中鐵離子單純發(fā)揮靜電中和作用相比，該藥劑中的鐵氧化物發(fā)揮了雙重作用，其釋放的鐵離子和亞鐵離子不僅具有電子中和作用，而且可以接收石墨烯傳遞的電子，因此在污泥膨脹的治理效果上相對現(xiàn)有技術(shù)具有更加快速、高效的特點，對于污泥發(fā)生嚴重膨脹的情況治理效果顯著。

(5)本發(fā)明的一種廣譜性控制生化污泥膨脹藥劑，其將藥劑含鐵氧化物成分，相互間具有磁力吸引的作用，使污泥絮體間接觸更緊密，有利于污泥間的縫隙水排出；同時鐵元素以鐵氧化物形式存在，鐵氧化物具有的自身重力可帶動污泥絮體進一步相互壓縮，從而有效改善污泥沉降性能，對污泥膨脹的治理效果起到了進一步加強的作用，具有更加徹底有效、不易反彈的特點。

(6)本發(fā)明的一種廣譜性控制生化污泥膨脹藥劑，采用的原料來源廣泛，價格低廉，將絮凝、電中和、磁力增重及壓縮等多重作用應(yīng)用于污泥膨脹的控制，成本控制較低，效果優(yōu)異，值得推廣。

(7)本發(fā)明的一種廣譜性控制生化污泥膨脹藥劑，藥劑固體運輸方便，藥劑投加無需溶解，可長效投加也可作為應(yīng)急，靈活性較強。

附圖說明

圖1是fc-200型號藥劑1‰投加量下sv30隨反應(yīng)時間的變化趨勢圖；

圖2是fc-250型號藥劑不同投加量下svi隨時間變化的趨勢圖；

圖3是fc-200型號藥劑不同投加量下svi隨時間變化的趨勢圖；

圖4是fc-150型號藥劑不同投加量下svi隨時間變化的趨勢圖。

具體實施方式

為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述。

實施例1

本實施例的一種廣譜性控制生化污泥膨脹藥劑由以下步驟制備而成：

a)鐵離子鹽溶液制備：將feso4·7h2o與fecl3·6h2o按摩爾比1:1溶于水中，配置成含鐵離子濃度為5mmol/l的溶液備用；

b)活性炭活化處理：將20μm的粉末活性炭浸泡于8％的氫氧化鈉溶液12小時，用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性后晾干，再將其浸泡于8％的鹽酸溶液中12小時，用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性，自然晾干后置于105℃烘箱10小時，自然冷卻備用；

c)混合反應(yīng)及陳化：將步驟a)中得到的鐵離子溶液、步驟b)中得到的活性炭與石墨烯粉末混合，其中鐵離子鹽溶液中的鐵元素、活性炭和石墨烯粉末加入的質(zhì)量比例分別為10：1：0.1，混合均勻后放在超聲儀超聲15分鐘，然后放置在水浴中加熱至70℃左右，在280r/min機械攪拌下緩慢勻速滴入濃度為10％的氫氧化鈉溶液，直至ph為11左右時停止滴加氫氧化鈉溶液，繼續(xù)攪拌30分鐘后停止攪拌，將溫度升至約95℃水浴中陳化10小時，冷卻至室溫，用乙二醇與去離子水反復(fù)洗滌至沉淀物為中性；

d)干燥：將步驟c)中得到的沉淀物置于105℃烘箱干燥10小時；

e)研磨篩分：將步驟d)中干燥后的沉淀物研磨均勻，篩分出不同粒徑的材料。

按粒徑分為fc-250、fc-200、fc-150三種型號；其中，fc-250為目數(shù)>250目的材料；fc-200為目數(shù)在250～200目之間的材料；fc-150為目數(shù)在200～150目之間的材料。

所述藥劑顆粒最終成分為鐵氧化物、活性炭和石墨烯的混合物，在制備過程中產(chǎn)生的微量損失可忽略不計，本實施例中得到藥劑顆粒有效成分中鐵元素、活性炭、石墨烯質(zhì)量分別為總質(zhì)量的63％、6.9％、0.69％。

采用本實施例藥劑對河南某印染廢水處理廠生化系統(tǒng)產(chǎn)生的絲狀菌污泥膨脹進行治理，上述處理廠采用“水解酸化-生物選擇-好氧-二沉”處理工藝，處理量為3000噸/天，其在處理過程中發(fā)生污泥膨脹較為頻繁，svi高達350ml/g左右，sv30高達90％以上，絲狀菌豐度為池e級，有時二沉池出水懸浮物嚴重超標(biāo)(高達500mg/l以上)，經(jīng)常有污泥流失，svi代表污泥體積指數(shù)，良好的活性污泥svi常在50～120ml/g之間，sv30是指曝氣池混合液在量筒靜止沉降30min后污泥所占的體積百分比，由以上數(shù)據(jù)可知，該生化系統(tǒng)發(fā)生的污泥膨脹較為嚴重。

平行取上述污水廠好氧池中活性污泥水樣100ml，平均分為3組，用多孔石曝氣頭曝氣，分別稱取一定質(zhì)量的fc-150、fc-200、fc-250型號藥劑，按0g、0.005g、0.01g、0.05g、0.1g、0.5g的質(zhì)量投加至好氧池。

按所處理污水的質(zhì)量投加藥劑，結(jié)合附圖1所示，投加污水質(zhì)量1‰的fc-200藥劑后，sv30數(shù)值在1min內(nèi)急劇下降，1min后趨于平緩，表明本發(fā)明提供的藥劑具有見效快的特點。

結(jié)合附圖2、附圖3、附圖4所示，fc-200型號藥劑投加量為污水質(zhì)量的0.1％時，svi值在1min內(nèi)可從474ml/g降至200ml/g以下，相比fc-250和fc-150型號藥劑，fc-200型號藥劑性能較佳。

上述結(jié)果表明，本發(fā)明的藥劑對于嚴重的污泥膨脹治理效果優(yōu)異，原因在于其治理過程將石墨烯高效電子傳導(dǎo)功能、活性炭生物親和性、鐵氧化物的電子接收和絮凝作用巧妙結(jié)合，此外，還利用了鐵氧化物磁力吸引、自身重力壓縮等功能，將多重作用應(yīng)用于污泥膨脹控制，因此該藥劑的治理過程可以不受污泥膨脹嚴重程度的限制。

實施例2

本實施例的一種廣譜性控制生化污泥膨脹藥劑由以下步驟制備而成：

a)鐵離子鹽溶液制備：將feso4·7h2o與fecl3·6h2o按摩爾比3:7溶于水中，配置成含鐵離子5mmol/l的溶液備用；

b)活性炭活化處理：將20μm的粉末活性炭浸泡于8％的氫氧化鈉溶液12小時，用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性后晾干，再將其浸泡于8％的鹽酸溶液中12小時，用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性，自然晾干后置于105℃烘箱10小時，自然冷卻備用；

c)混合反應(yīng)及陳化：將步驟a)中得到的鐵離子溶液、步驟b)中得到的活性炭與石墨烯粉末混合，其中鐵離子鹽溶液中的鐵元素、活性炭和石墨烯粉末加入的質(zhì)量比例分別為10：1：0.1，混合均勻后放在超聲儀超聲15分鐘，然后放置在水浴中加熱至70℃左右，在280r/min機械攪拌下緩慢勻速滴入濃度為10％的氫氧化鈉溶液，直至ph為10左右時停止滴加氫氧化鈉溶液，繼續(xù)攪拌30分鐘后停止攪拌，將溫度升至約95℃水浴中陳化10小時，冷卻至室溫，用乙二醇與去離子水反復(fù)洗滌至沉淀物為中性；

d)干燥：將步驟c)中得到的沉淀物置于105℃烘箱干燥10小時；

e)研磨篩分：將步驟d)中干燥后的沉淀物研磨均勻，篩分出型號為fc-200的藥劑材料待用。

在制備過程中產(chǎn)生的微量損失可忽略不計，本實施例中得到藥劑顆粒有效成分中鐵元素、活性炭、石墨烯質(zhì)量分別為總質(zhì)量的59％：6.1％：0.46％。

采用本實施例的藥劑對江蘇某混合型城鎮(zhèn)污水處理廠生化系統(tǒng)產(chǎn)生的粘性污泥膨脹進行治理，上述生化系統(tǒng)采用“a²/o”處理工藝，處理量為10000噸/天，夏季易發(fā)生粘性膨脹，sv30可達70％，svi達280ml/g，好氧池中有較多粘性泡沫，二沉池出水懸浮物經(jīng)常超標(biāo)。

取好氧池中活性污泥1000ml，用多孔石曝氣頭曝氣，以充分攪動的方式調(diào)節(jié)合適曝氣量將本實施例制備的fc-200型號藥劑投加于好氧池中，投加量為污水質(zhì)量0.8‰，反應(yīng)1min后，sv30降至28％，svi為112ml/g。持續(xù)曝氣模擬運行15天后，sv30仍保持23～36％之間。

上述結(jié)果表明，本發(fā)明的藥劑具有廣譜性，其旨在通過改變污泥物理形態(tài)的變化，即改善污泥壓縮性能達到污泥快速沉降的目的，因此對粘性污泥膨脹同樣具有較好的治理效果。

實施例3

本實施例藥劑的制備步驟基本同實施例1，不同之處在于：(1)本實施例中得到藥劑顆粒有效成分中鐵元素、活性炭、石墨烯質(zhì)量分別為總質(zhì)量的52％：4.6％：0.49％；(2)篩分出的藥劑材料型號為fc-200。

采用本實施例制備而成的藥劑對江蘇某工業(yè)園區(qū)污水處理中試工程產(chǎn)生的污泥膨脹進行治理，上述處理系統(tǒng)采用“水解酸化+好氧”工藝，處理量為10噸/天，經(jīng)常發(fā)生污泥膨脹，sv30最高為58％，svi約為250ml/g。

將本實施例中制備的fc-200型號藥劑直接投加于好氧池中，投加量為污水質(zhì)量的0.5‰，反應(yīng)5min后，sv30降至21％，svi為92ml/g，15天后補投一次藥劑，投加量為污水質(zhì)量的0.3‰，連續(xù)運行30天，sv30保持在18～31％之間，svi保持在100ml/g左右水平。

以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。