一种促进活性污泥颗粒化的方法与流程

本发明属于污泥处理技术领域，尤其涉及一种促进活性污泥颗粒化的方法。

背景技术：

颗粒污泥法具有沉降性能良好、结构密实、生物量浓度高、抗冲击能力强、可抵抗有毒有害物质等特性，是活性污泥法工艺的核心技术。污泥颗粒化不仅有助于微生物反应，有助于微生物积累，同时也是生物反应器高效运行的主要基础条件。好氧工艺是处理城市污水的主流工艺。然而，好氧颗粒污泥成核条件苛刻、生长周期较长，限制了好氧颗粒污泥在实际废水处理工程中的应用。晶核假说是目前较为主流的颗粒污泥成核原理。好氧污泥颗粒污泥的形成过程可以看成污泥胶团结晶的过程，在晶核的基础上，颗粒污泥不断的成长，直到最后形成成熟、稳定的颗粒污泥。而传统的晶核来源于接种污泥或者在污泥的生长发育过程中产生的无机盐、有机物等胞外聚合物。故越来越多的研究者将各种具有优良性能的材料当作晶核投加到污泥中。李冬、高阳等(中国环境科学，2016，36：25～28)发现在颗粒形成初期投加颗粒活性炭作为初始晶核，可以节省小颗粒形成的时间。国家发明专利(CN 103708688 A)公开了一种水晶微粉促进好氧污泥颗粒化的方法。微晶粉的主要成分是微米级二氧化硅，然而二氧化硅是疏水材料，且对生物的亲和性较弱，有必要对其进行改性，促使形成具有坚实三维立体结构的好氧颗粒污泥。

综上所述，现有的水晶微粉促进好氧污泥颗粒化的方法存在对生物的亲和性较弱，在一定程度上限制了微生物细胞在其上的粘附，也不利于形成坚实的颗粒污泥。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种促进活性污泥颗粒化的方法，旨在解决现有的水晶微粉促进好氧污泥颗粒化的方法存在对生物的亲和性较弱的问题。

本发明是这样实现的，一种改性纳米球，所述改性纳米球按照摩尔比包括：表面活性剂：NaOH：水溶液：正硅酸乙酯：异硅源＝1：2.5：9500：7.4～7.8：0.2～0.6；

所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化胺、十二烷基胺三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵中的一种或几种；

所述异硅源为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨乙基)-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-[3-(2-氨基乙基氨基)丙基]三甲氧基硅烷中的一种或几种。

进一步，所述改性纳米球直径为20～100nm、氨基改性的纳米硅球。

本发明的另一目的在于提供一种所述改性纳米球的制备方法，所述改性纳米球的制备方法包括以下步骤：

步骤一，将表面活性剂、NaOH、水溶液、正硅酸乙酯、异硅源按照1：2.5：9500：7.4～7.8：0.2～0.6的摩尔比于60～80℃条件下混合搅拌12～48h；

步骤二，再于80～120℃下水热处理24～48h，将悬浊液抽滤、洗涤后80～120℃下干燥过夜，制得改性纳米球。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述改性纳米球的间歇流活性污泥系统。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述改性纳米球的连续流活性污泥系统。

本发明提供的促进活性污泥颗粒化的方法，改性纳米硅球为直径为20～100nm、氨基改性的纳米硅球。好氧污泥颗粒污泥的形成过程可看成结晶的过程，以大比表面积的纳米硅球作为颗粒污泥附着的“核”，可加快颗粒化的进程，促进颗粒污泥不断成长，直到最后形成成熟、稳定的颗粒污泥。好氧颗粒污泥表面一般带有电负性，这种带电特性可以用Zeta点位来表示，Zeta电位越高，粒子间的静电斥力就越大。在一般情况下，微生物胶团是带负电荷的，能够与水溶液中的阳离子产生电中和反应，由此微生物胶团不断变大，同时结构也会变得更加紧凑。而胺改性材料给颗粒污泥胶团提供了更多的正电荷位点，与微生物细菌自身所带的负电荷相匹配，使改性材料与微生物菌胶团结合的更加紧密，从而促进颗粒化的进程。纳米硅球在水中有良好的分散性，微生物胶团聚集在纳米硅球上，可以使微生物系统的传质过程更加稳定。在生物系统中，微生物在适宜的条件下，相互聚集后形成共生体颗粒，活性和传质条件直接影响着颗粒的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的促进活性污泥颗粒化的方法流程图。

图2是本发明实施例提供的纳米硅球(左)与改性纳米硅球(右)的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的纳米硅球的TEM图。

图4是本发明实施例提供的#0、#3、#7、#none反应器内污泥形态变化(×4倍)。

图5是本发明实施例提供的#0、#3、#7、#none反应器内污泥SVI变化情况。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

本发明实施例提供的改性纳米球为直径为20～100nm、氨基改性的纳米硅球。改性纳米球按照摩尔比包括：表面活性剂：NaOH：水溶液：正硅酸乙酯(TEOS)：异硅源＝1：2.5：9500：(7.4～7.8)：(0.2～0.6)。

如图1所示，本发明实施例提供的改性纳米球的制备方法包括以下步骤：

S101：将表面活性剂、NaOH、水溶液、正硅酸乙酯(TEOS)、异硅源按照1：2.5：9500：(7.4～7.8)：(0.2～0.6)的摩尔比于60～80℃条件下混合搅拌12～48h；

S102：再于80～120℃下水热处理24～48h，将悬浊液抽滤、洗涤后80～120℃下干燥过夜，制得改性纳米球。

所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化胺、十二烷基胺三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵中的一种或几种。

所述异硅源为3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨乙基)-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-[3-(2-氨基乙基氨基)丙基]三甲氧基硅烷中的一种或几种。

所述的活性污泥系统为间歇或连续流活性污泥系统。

下面结合实验对本发明的应用效果作详细的描述。

将1.02g CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)溶于480ml蒸馏水中，加入3.5ml NaOH溶液(2mol/L)，80℃油浴条件下搅拌0.5h后，滴加一定质量的TEOS(正硅酸乙酯)和一定质量的APTS(氨丙基三乙氧基硅烷)，80℃下继续搅拌24h，后于100℃水热处理48h，抽滤，洗涤，100℃干燥过夜，样品研磨备用。当APTS中硅的摩尔量占体系总硅量的0％、3％、7％时可制得SiO₂、A₃SiO₂、A₇SiO₂样品。

本实验采用平行试验方案，建立四个构造相同的SBR反应器，控制反应器的运行控制参数(如表1)，按0.5g/L的比例分别向#0、#3、#7反应器中添加SiO₂、A₃SiO₂、A₇SiO₂样品，#none反应器不添加任何样品。本实验中所有的接种污泥均采于四川省成都市双流县科雅污水处理有限公司二沉池回流污泥。污泥培养的进水指标见表2。

表1反应器运行的控制参数

表2主要进水指标

实验中采用透射电镜(JEM-2010透射电子显微镜，日本电子JEOL公司，加速电压为160KV)观察纳米硅球的微观形貌，结果如图2所示。采用水热法制备的硅球粒径大小约30～100nm，具有较好的单分散性。

本实验采用光学显微镜观察污泥外表的形貌特征。接种的污泥外观为褐色絮状(以菌胶团为主)，呈较松散蓬松的状态，丝状菌含量较多，沉降性能不好。在接种初期，4个反应器依然呈现为褐色，在曝气装置的作用下，污泥能够均匀的分散在水体中。培养11天时，通过光学显微镜看到#none、#0、#7反应器中的污泥无明显变化，而#3反应器中的污泥逐渐形成颗粒；培养24天时，#none、#0、#7反应器中有一些聚集态的污泥，但是其粒径还十分细小，仍然达不到颗粒污泥的大小，而#3反应器中的污泥粒径变化明显，估计最大粒径达400-550μm。

实验中采用重力沉降法测定污泥的沉降速率。随机地从反应器溶液中取出好氧污泥，将其放入500ml量筒中，让其自由沉降，记录沉降时间和距离，从而计算得到污泥的沉降速度。如附图5所示，由于接种污泥相同，初始的SVI值几乎相等。随着反应的进行，各试验装置的污泥体积指数(SVI)逐渐减小并最终趋于稳定。但#3反应器的沉降性能最佳，沉降时间最短，沉降体积最小。这与反应器中快速形成的颗粒污泥有直接关系。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。