專利名稱：一種復(fù)合污泥共包埋載體，其制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合污泥共包埋載體，特別涉及一種在處理廢(污)水生物脫氮的復(fù)合污泥共包埋載體。
背景技術(shù)：
亞硝化和厭氧氨氧化過程的聯(lián)合為生物脫氮開辟了一條新途徑，特別適于處理高氨氮和低C/N比的廢水,如污泥消化液和垃圾滲浙液。在整個(gè)過程中,氨氧化菌首先將57%的氨氮轉(zhuǎn)化亞硝酸鹽；隨后，厭氧氨氧化菌將亞硝酸鹽和剩余氨氮轉(zhuǎn)化成N2。與傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝相比，單級自養(yǎng)脫氮過程節(jié)省60%的氧氣，不需要投加有機(jī)碳源，污泥產(chǎn)量降低了 90%。與亞硝化-厭氧氨氧化兩級脫氮工藝相比，占地面積減少，節(jié)省了化學(xué)試劑投加量。所以，單級自養(yǎng)脫氮過程越來越受人們關(guān)注。截至今年，已經(jīng)有26·家污水處理廠建立了基于亞硝化厭氧氨氧化的單級自養(yǎng)脫氮反應(yīng)設(shè)備，其中17家處理污泥出水，5家處理垃圾滲浙液廢水，4家處理工業(yè)廢水。實(shí)現(xiàn)單級自養(yǎng)氮去除過程，必須考慮到兩個(gè)重要問題。第一，兩類菌群都是自養(yǎng)菌，生長很緩慢，延長污泥停留時(shí)間是關(guān)鍵。第二，氨氧化菌利用氧氣產(chǎn)生亞硝酸鹽，但氧氣濃度不應(yīng)過高，否則會轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，并且會大大抑制厭氧氨氧化菌的活性。所以，氧氣必須要限量供應(yīng)。共包埋技術(shù)將兩類協(xié)同脫氮的自養(yǎng)菌包埋在一起，避免了細(xì)胞流失，延長了污泥停留時(shí)間。同時(shí)由于載體的阻礙作用，溶液中的氧氣較難傳入，這為兩類菌群提供了共存微環(huán)境，我們采用在一個(gè)連續(xù)曝氣的圓柱反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)了單級自養(yǎng)氮去除。通過批式實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了系統(tǒng)的溶解氧濃度和污泥生物量比例。隨后，啟動了單級自養(yǎng)氮去除反應(yīng)器，考察了反應(yīng)器長期運(yùn)行效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種復(fù)合污泥，為自養(yǎng)菌提供一個(gè)共存的環(huán)境，以便有效地存留更多的生物量。本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合污泥共包埋載體的制備方法，包括如下步驟①將PVA，海藻酸鈉和水混合，121°C加熱20min，得凝膠溶液；其中，所述的PVA的聚合度為1700 1800 ；②將硼酸，氯化鈣和水混合后，用2mol/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)至pH值為7，得固化液；③將亞硝化污泥和厭氧氨氧化污泥加入到凝膠溶液中，得到混合液；④將步驟③中混合液滴加到步驟②固化液中，固化12h。本發(fā)明的上述制備方法中，為了優(yōu)化技術(shù)方案，亞硝化污泥和厭氧氨氧化污泥還包括濃縮的步驟；所述步驟為在6000r/min下離心12min,棄去上清液。本發(fā)明的上述制備方法中的任一技術(shù)方案，步驟③中的亞硝化污泥與凝膠溶液按質(zhì)量體積比為4. 5 g : IO Om I混合，厭氧氨氧化污泥與凝膠溶液按質(zhì)量體積比為
4.5^18g: IOOml混合。優(yōu)選的是亞硝化污泥與凝膠溶液按質(zhì)量體積比為4. 5g 100ml混合，厭氧氨氧化污泥與凝膠溶液按質(zhì)量體積比為18g: IOOml混合。本發(fā)明的上述制備方法中的任一技術(shù)方案，步驟①中凝膠溶液的原料優(yōu)選為，按質(zhì)量百分比，PVA15%，海藻酸鈉2%，水83%。本發(fā)明的上述制備方法中的任一技術(shù)方案，步驟②中固化液的原料優(yōu)選為，按質(zhì)量百分比，硼酸3%、氯化鈣2%，水95%。本發(fā)明的另一目的在于提供上述任一所述方法制備得到的復(fù)合污泥共包埋載體。本發(fā)明的再一目的在于提供上述復(fù)合污泥共包埋載體在單級廢(污)水脫氮中的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括如下步驟
·
①復(fù)合污泥共包埋載體的制備a將PVA，海藻酸鈉和水混合，121°C加熱20min，得凝膠溶液；其中，所述的PVA的聚合度為1700 1800 ；b將硼酸，氯化鈣和水混合后，用2mol/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)至pH值為7，得固化液；c將亞硝化污泥和厭氧氨氧化污泥加入到凝膠溶液中，得到混合液；d將c中的混合液滴加到b的固化液中，固化12h ;②培養(yǎng)自來水清洗步驟①得到的復(fù)合污泥共包埋載體后，在35°C、150r/min恒溫?fù)u床培養(yǎng)I周，且每天更換培養(yǎng)液，得到包埋微生物；③除氮將400ml包埋微生物添加到連續(xù)曝氣的柱反應(yīng)器中，曝氣量從40ml/min增加到350ml/min后，調(diào)整體系pH值至7. 5，進(jìn)行除氮實(shí)驗(yàn)。因此，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)( I)本發(fā)明中共包埋以亞硝化污泥和厭氧氨氧化污泥，有效地截留了微生物，延長了污泥停留時(shí)間；(2)本發(fā)明中載體阻礙了溶解氧的傳遞，營造了好氧和缺氧微環(huán)境，為兩類菌群的協(xié)同作用提供了條件；(3)本發(fā)明中使用的原料易得，生產(chǎn)成本較低，制備方法工藝簡便，非常適合環(huán)境微生物及其環(huán)境保護(hù)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，并有利于工業(yè)化生產(chǎn)。


本發(fā)明附圖6幅，圖I為本發(fā)明的包埋微生物不同時(shí)間除氮后的圖片，其中，a為反應(yīng)器運(yùn)行I天的圖片，b為反應(yīng)器運(yùn)行81天的圖片；圖2為本發(fā)明的復(fù)合污泥共包埋載體最佳DO濃度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，顯示DO濃度對共包埋細(xì)菌TN去除率，亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮積累率的影響(35° C)；圖3為本發(fā)明的復(fù)合污泥共包埋載體污泥生物量比例優(yōu)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，顯示污泥生物量比例對共包埋細(xì)菌TN去除率，亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮積累率的影響(35° C)；圖4為本發(fā)明的連續(xù)曝氣柱反應(yīng)器的運(yùn)行性能I ;顯示無機(jī)氮濃度和HRT隨時(shí)間變化；
圖5為本發(fā)明的連續(xù)曝氣柱反應(yīng)器的運(yùn)行性能II ;顯示總氮體積負(fù)荷和去除負(fù)荷隨運(yùn)行時(shí)間變化；圖6為本發(fā)明的包埋微生物不同時(shí)間除氮后凝膠SEM照片；顯示反應(yīng)器運(yùn)行I天和81天的凝膠載體表面和切面載體照片。黑箭頭指向厭氧氨氧化菌；白箭頭指向氨氧化菌。
具體實(shí)施例方式下述非限制性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明所使用的便攜式DO儀由梅特勒-托利多公司生產(chǎn)，型號FiveGo FG4，購于大連元博。亞硝化污泥在搖動床生物膜反應(yīng)器內(nèi)富集，反應(yīng)器中的填料是Biofringe填料，由親水性聚酯纖維構(gòu)成。反應(yīng)器的有效工作容積為5. 5L。反應(yīng)器通過曝氣產(chǎn)生的驅(qū)動力使微生物以懸浮狀態(tài)存在，以保證泥水混合均勻，DO濃度在I. Omg/L以下。反應(yīng)器內(nèi)通過加熱棒控制溫度在35°C和pH為7. 5的條件下，接種污泥(污泥來自大連凌水河生活污水二沉池的污泥，MLVSS 5000mg/L)。運(yùn)行3個(gè)多月，亞硝酸氮的積累率約90%，經(jīng)FISH分析，氨氧化細(xì)菌占總菌的88%，成為系統(tǒng)的優(yōu)勢菌。厭氧氨氧化污泥在圓柱形反應(yīng)器內(nèi)富集，Non-woven無紡布為反應(yīng)器固定床生物填料。反應(yīng)器的容積約為2. 5L，其上部是固定床，以無紡布作為載體；下部是流化床。實(shí)際容積約在2. 8L。反應(yīng)器內(nèi)通過恒溫水槽控制溫度在35 37°C，pH在7. 5^7. 8，曝氮?dú)馊コ腥芙庋踔?. 5mg/L以下。接種污泥(污泥來自于凌水河污水處理廠二沉池污泥)，反應(yīng)器起始污泥濃度為0. 7g/L，回流比1:1。經(jīng)I年的培養(yǎng)，總氮去除率達(dá)到I. 85kg N/m3/day。第一部分復(fù)合污泥共包埋載體的制備及其性能測試實(shí)施例I①將15g PVA, 2g海藻酸鈉和83g水混合，在121°C下加熱20min，制得凝膠溶液；②將3g硼酸,2g氯化韓和95g水混合后,用2mol/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)至pH值為7，制得固化液；③將亞硝化污泥和厭氧氨氧化污泥分別在6000r/min下離心12min后，棄去上清液，得到濃縮的亞硝化污泥和濃縮厭氧氨氧化菌污泥；④將4. 5g濃縮的亞硝化污泥和4. 5g濃縮的厭氧氨氧化污泥加入到IOOml凝膠溶液中，得到混合液；⑤將混合液滴加到固化液中，固化12h。實(shí)施例2 3制備步驟同實(shí)施例I的方法，但其以亞硝化污泥和厭氧氨氧化污泥的加入量如表I所示。實(shí)施例4性能測試將實(shí)施例廣3制備得到的復(fù)合污泥共包埋載體做如下操作分別用自來水清洗后，將50ml清洗后復(fù)合污泥共包埋載體加入到200ml的氨氮溶液中(氨氮濃度為IOOmg N/L)，其填充量為50ml (填充率為20%)。反應(yīng)溫度在35°C下，通過磁力攪拌轉(zhuǎn)速控制溶液中DO濃度分別為0. 56，I. 58和2. 56mg/L。每三個(gè)小時(shí)取樣，測定氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽氮和總氮濃度，計(jì)算亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的積累率和總氮的去除速率，其測試結(jié)果如表I所示。從表I、圖I、圖2和圖3的結(jié)果可以看出，共包埋亞硝化污泥和厭氧氨氧化菌污泥載體的脫氮體系中，最適DO濃度為I. 5mg/L (0. 5,1. 5,2. 5三個(gè)濃度中)。當(dāng)亞硝化污泥和厭氧氨氧化污泥生物量VSS比為1:2，體系內(nèi)幾乎無亞硝酸鹽氮積累。較優(yōu)的包埋量為每IOOmL凝膠溶液包埋4. 5g亞硝化污泥和18g厭氧氨氧化菌污泥。表I


權(quán)利要求
1.一種復(fù)合污泥共包埋載體的制備方法，包括如下步驟 ①將PVA，海藻酸鈉和水混合，121°C加熱20min，得凝膠溶液；其中，所述的PVA的聚合度為1700 1800 ； ②將硼酸，氯化鈣和水混合后，用2mol/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)至pH值為7，得固化液； ③將亞硝化污泥和厭氧氨氧化污泥加入到凝膠溶液中，得到混合液； ④將③中的混合液滴加到②的固化液中，固化12h。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合污泥共包埋載體的制備方法，其特征在于亞硝化污泥和厭氧氨氧化污泥還包括濃縮的步驟；所述步驟為在6000r/min下離心12min,棄去上清液。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的復(fù)合污泥共包埋載體的制備方法，其特征在于步驟③中的亞硝化污泥與凝膠溶液按質(zhì)量體積比為4. 5g =IOOml混合，厭氧氨氧化污泥與凝膠溶液按質(zhì)量體積比為4. 5"l8g: IOOml混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的優(yōu)選的復(fù)合污泥共包埋載體的制備方法，其特征在于步驟③中的亞硝化污泥與凝膠溶液按質(zhì)量體積比為4. 5g 100ml混合，厭氧氨氧化污泥與凝膠溶液按質(zhì)量體積比為18g: IOOml混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合污泥共包埋載體的制備方法，其特征在于步驟①中所述原料的加入量，按質(zhì)量百分比，PVA15%，海藻酸鈉2%，水83%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合污泥共包埋載體的制備方法，其特征在于步驟②中所述原料的加入量，按質(zhì)量百分比，硼酸3%、氯化鈣2%，水95%。
7.權(quán)利要求I所述的方法制備得到的復(fù)合污泥共包埋載體。
8.權(quán)利要求7所述的復(fù)合污泥共包埋載體在單級廢(污)水脫氮中的應(yīng)用，其特征在于包括如下步驟 ①復(fù)合污泥共包埋載體的制備 a將PVA，海藻酸鈉和水混合，121°C加熱20min，得凝膠溶液；其中，所述的PVA的聚合度為1700 1800 ； b將硼酸，氯化鈣和水混合后，用2mol/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)至pH值為7，得固化液； c將亞硝化污泥和厭氧氨氧化污泥加入到凝膠溶液中，得到混合液； d將c中的混合液滴加到b中的固化液中，固化12h ； ②培養(yǎng)自來水清洗步驟①得到的復(fù)合污泥共包埋載體后，在35°C、150r/min恒溫?fù)u床培養(yǎng)I周，且每天更換培養(yǎng)液，得到包埋微生物； ③除氮將400ml包埋微生物添加到連續(xù)曝氣的柱反應(yīng)器中，曝氣量從40ml/min增加到350ml/min后，調(diào)整體系pH值至7. 5，進(jìn)行除氮實(shí)驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合污泥共包埋載體的制備及在污水生物脫氮處理中的應(yīng)用。本發(fā)明通過聚乙烯醇和海藻酸鈉混合物共包埋氨氧化菌泥和厭氧氨氧化菌泥，使污泥停留時(shí)間延長，同時(shí)又為兩類菌群協(xié)同脫氮提供了好氧和厭氧微環(huán)境；提高了體系的氨氮脫除能力；另外，載體原料易得，生產(chǎn)成本較低，制備方法工藝簡便，非常適合環(huán)境微生物及其環(huán)境保護(hù)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，并有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C02F3/34GK102786147SQ20121027755
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者喬森, 周集體, 段秀梅, 金若菲 申請人:大連理工大學(xué)