一种菌丝球促进好氧污泥颗粒化的方法
【专利摘要】一种菌丝球促进好氧污泥颗粒化的方法，涉及环境生物工程，所述方法包括以下过程：配制氯酚模拟废水；制备菌丝球；菌丝球在SBR反应器中的投加；反应器的启动与好氧颗粒污泥的培养；反应器启动运行过程中，定期观察好氧颗粒污泥粒径、外观形态、沉降性能、密度与含水率、孔隙度等性质，并定期测定出水水质，分析判断污泥颗粒化程度、颗粒污泥长期运行的稳定程度和对氯酚模拟废水的去除效果。可以大大缩短污泥颗粒化的培养周期，提高污泥颗粒在反应器中的长期运行稳定性，强化有机废水处理效率。
【专利说明】
一种菌丝球促进好氧污泥颗粒化的方法
技术领域
[0001]本发明涉及环境生物工程，特别是涉及一种菌丝球促进好氧污泥颗粒化的方法。
【背景技术】
[0002]好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge, AGS)是微生物在适当的环境条件下，通过自发凝聚形成的一种颗粒状聚集体活性污泥。与普通活性污泥相比，好氧颗粒污泥具有结构密实、沉降性能好、生物相高、代谢活性好、抗冲击负荷能力强、不易发生污泥膨胀以及去除有毒有害物质效果好等优点，因此一直倍受国内外众多学者的广泛关注。然而，颗粒污泥培养周期耗时过长，从污泥驯化到颗粒成熟大多需要经历I?2个月左右的时间，并且成熟后的颗粒污泥无法维持长期稳定运行，容易出现解体、沉降性能变差等现象，由此限制了好氧颗粒污泥在实际工业废水处理应用中的推广和产业化。因此，如何快速实现污泥颗粒化、维持长时间稳定运行是使好氧颗粒污泥在实际工程中大规模推广和应用亟待解决的关键问题。
[0003]通过外部投加微小颗粒作为晶核来实现好氧颗粒污泥的快速培养是一种较为有效的解决方法。这种方法的形成机理基于诱导晶核假说，它认为好氧颗粒污泥的形成是一种类似结晶的过程，首先要有一个晶核作为微生物聚集和附着生长的场所，微生物在晶核上附着，不断地聚集生长，粒径逐渐变大，直至形成成熟的颗粒污泥。诱导晶核的存在可以加快污泥好氧颗粒化的进度，省去小颗粒的形成时间。常见的投加晶核颗粒有活性炭、石灰、水晶微粉等无机颗粒物和厌氧/好氧颗粒污泥等。然而，利用菌丝球作为晶核促进好氧污泥颗粒化的相关研究目前国内外尚未见有报道。
[0004]菌丝球是由霉菌或放线菌在液体淹没条件下振荡培养、自动聚集形成的一种既具有生命特征，又有吸附和载体特性的球状颗粒物。由于菌丝球本身就是微生物菌体的组成部分，具有较好的亲疏水平衡值;且菌丝分泌的胞外聚合物及其表面存在的静电引力、官能团或元素等都有利于对其他微生物细胞的粘附，其特有的网状表面结构也有利于微生物的栖息和繁殖，因此有利于污泥附着固定形成污泥颗粒。从理论上分析，将菌丝球投加到活性污泥中，可以形成诱导晶核，为微生物相互吸附生长提供表面空间，促进微生物相互聚集形成颗粒污泥，并将大大增加污泥颗粒的物理强度，表现出优越的物理特性。
[0005]因此，本发明基于好氧颗粒污泥的“诱导晶核假说”，投加菌丝球作为诱导晶核，加速好氧污泥的颗粒化，以期为好氧颗粒污泥技术在工业废水处理中的实际应用起到积极的推动作用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种菌丝球促进好氧污泥颗粒化的方法，该方法以菌丝球作为诱导晶核，利用其特殊结构将好氧活性污泥附着固定于菌丝表面，达到加速好氧污泥颗粒化的目的。形成的污泥颗粒结构密实、沉降性能良好，物理强度高，抗冲击负荷能力强，不仅解决传统SBR反应器内污泥沉降速度慢、污泥浓度低等问题，而且可以大大缩短污泥颗粒化的培养周期，提高污泥颗粒在反应器中的长期运行稳定性，强化有机废水处理效率。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
本发明提出一种利用菌丝球作为诱导晶核，促进好氧污泥颗粒化的方法。具体步骤包括:
1、配制氯酚模拟废水
用自来水配制含2-氯苯酚的模拟废水，其组分包括:0.5?2克/升葡萄糖，0.1?1.0克/升(NH4)2S04，0.05-0.5克/升MgS04.7H20，0.05-0.2克/升KH2P04，0.05-0.2克/升K2HP04，
0.01-0.05克/升CaS04，50?150毫克/升2-氯苯酚，pH为自然。此时，进水COD浓度约为500?2500毫克/升。
[0008]2、制备菌丝球
在无菌操作台上，采用无菌移液管移取10毫升真菌孢子悬液(每毫升去离子水中含有孢子约103?1010个)于装有90毫升无菌氯酚模拟废水的锥形瓶中。将锥形瓶用无菌纱布封口后置于空气浴振荡器中进行振荡培养，转速为100?200转/分钟，培养温度为25?35°C。待培养形成大小均匀、直径为I?3毫米左右的菌丝球后，取出用无菌纱布过滤，用无菌生理盐水清洗3次，然后浸泡在无菌生理盐水中备用。
[0009]3、菌丝球在SBR反应器中的投加
试验采用序批式活性污泥反应器(Sequencing Batch Reactor，SBR)工艺。取污泥浓度(MLSS)为1000?5000毫克/升的好氧活性污泥投加到SBR反应器中，不添加任何营养物质，连续曝气48小时后静置30分钟，倒出上清液。将菌丝球按投配比(菌丝球干重与活性污泥干重的百分比)5%?30%添加到SBR反应器中，开始连续运行后将氯酚模拟废水注入反应器。
[0010]4、反应器的启动与好氧颗粒污泥的培养
从第一次进水到第二次进水形成一个运行周期，设计每天运行周期数为2?8，每个运行周期时间3?12小时。其中，在每个周期内，进水时间设定为2?20分钟，曝气时间为120?600分钟，沉降时间为2?20分钟，闲置时间5?120分钟，排水时间为2?30分钟，曝气量为0.1-0.5立方米/小时，水中溶解氧为2?5毫克/升，水力停留时间2?12小时，水利剪切力0.5-3.0厘米/秒。体积交换率30%?80%。
[0011]反应器启动运行过程中，定期观察好氧颗粒污泥粒径、外观形态、沉降性能、密度与含水率、孔隙度等性质，并定期测定出水水质，分析判断污泥颗粒化程度、颗粒污泥长期运行的稳定程度和对氯酚模拟废水的去除效果。
[0012]本发明的优点与效果是:
本发明以菌丝球作为诱导晶核，利用其特殊结构将好氧活性污泥附着固定于菌丝表面，从而达到加速好氧污泥颗粒化的目的。形成的污泥颗粒结构密实、沉降性能良好，物理强度高，抗冲击负荷能力强，不仅解决传统SBR反应器内污泥沉降速度慢、污泥浓度低等问题，而且可以大大缩短污泥颗粒化的培养周期，提高污泥颗粒在反应器中的长期运行稳定性，强化有机废水处理效率。此外，该方法还具有操作简便、生产成本低、菌丝球可重复利用等优点，这为发展促进好氧颗粒化技术提供新的技术方法，同时也为解决好氧颗粒技术由实验室走向实际工业废水处理应用提供技术支撑和试验依据。
【附图说明】
[0013]图1是序批式活性污泥反应器的示意图；
图2是菌丝球外观电镜照片(40 X );
图3是菌丝球诱导形成好氧颗粒污泥外观扫描电镜照片(40X)。
[0014]图中:1.进水箱;2.潜水栗;3.溶解氧测定仪;4.玻璃转子流量计;5.空压机；
6.砂芯曝气头;7.排水电磁阀；8.时间继电器;9.排水口； 10.取样口； 11.放空管。
【具体实施方式】
[0015]下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0016]本发明所提供的光合细菌是一株可降解2-氯苯酚的沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)，暂命名为PSB-1D，16SrDNA序列为GenBank Access1nN0.HM068966。该菌是已知现有菌种，各大菌种保藏库中均有保存。
[0017]本发明所提供的可形成菌丝球的微生物为一株命名为DHl的黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)。该菌是已知现有菌种，各大菌种保藏库中均有保存。
[0018]本发明采用HZQ-C型空气浴震荡器作为微生物培养设备。
[0019]本发明的高压蒸汽灭菌采用LD2X-40BI电热压力蒸汽灭菌器。
[0020]本发明采用的无菌去离子水、生理盐水经高压蒸汽灭菌处理，处理条件为温度1210C，压力0.105兆帕，维持20~30分钟。
[0021]实施例1:
1、配制氯酚模拟废水
用自来水配制含2-氯苯酚的模拟废水，其组分包括:0.5克/升葡萄糖，0.1克/升(NH4)2S04，0.05克/升MgS04.7H20，0.062克/升KH2P04，0.062克/升K2HP04，0.012克/升CaS04，50毫克/升2-氯苯酚，pH为自然。此时，进水COD浓度约为550毫克/升。
[0022]2、制备菌丝球
在无菌操作台上，采用无菌移液管移取10毫升真菌孢子悬液(每毫升去离子水中含有孢子约105个)于装有90毫升无菌氯酚模拟废水的锥形瓶中。将锥形瓶用无菌纱布封口后置于空气浴振荡器中进行振荡培养，转速为160转/分钟，培养温度为30 °C。培养待形成大小均匀、直径为2毫米左右的菌丝球后，取出用无菌纱布过滤，用无菌生理盐水清洗3次，然后浸泡在无菌生理盐水中备用。
[0023]3、菌丝球投加到SBR反应器
试验采用装置为自行设计的SBR生物反应器。该反应器的主体为圆柱形有机玻璃容器，总高度为100厘米，内径为9厘米，有效容积为5升。沿侧壁设3个排水/取水阀门。开始连续运行后，经ZQB4X5-24型潜水栗2将进水箱I中的氯酚模拟废水注入到反应器中，反应器内污泥所需的氧气由AC0-318型空气压缩机5提供，通过反应器底部的砂芯曝气头6进行曝气，并由LZB-3型玻璃转子流量计4调节曝气量，利用RSS-5100型便携式溶解氧分析仪3在线测定溶解氧浓度DO值，由ZDT-Bl排水电磁阀7控制排水。整个运行系统采用时间继电器8控制进水、曝气、沉淀、闲置、排水各阶段的时间。
[0024]取污泥浓度(MLSS)为3850毫克/升的好氧活性污泥投加到SBR反应器中，不添加任何的营养物质，连续曝气48小时后静置30分钟，倒出上清液。将菌丝球按投配比(菌丝球干重与活性污泥干重的百分比)15%添加到SBR反应器中，开始连续运行后将5升氯酚模拟废水注入反应器。
[0025]4、SBR反应器的启动
从第一次进水到第二次进水形成一个运行周期，设计每天运行周期数为6，每个运行周期时间4小时。其中，在每个周期内，进水时间设定为10分钟，曝气时间为200分钟，沉淀时间为5分钟，闲置时间20分钟，排水时间为5分钟，排水量为60升/小时，曝气量为0.2立方米/小时，水力停留时间6小时，水利剪切力为1.2厘米/秒，体积交换率60%。
[0026]在上述启动条件下，投加菌丝球作为诱导晶核的反应器运行13天后实现完全污泥颗粒化，与相同启动条件下常规制备的好氧颗粒污泥相比，培养时间缩短了38天。菌丝球诱导形成的颗粒化污泥大小分布均匀，结构密实，形状规则，粒径稳定保持于3~5毫米，孔隙度为0.60-0.88，密度为1.216-1.247克/升，污泥沉降速度为32.82米/小时，SVI为26毫升/克。颗粒污泥在反应器中可长期维持稳定运行120天，期间完整性系数始终大于95%以上，没有出现颗粒污泥的膨胀或解体现象，每个周期对模拟废水中2-氯苯酚的去除始终在82%以上，COD去除在90%以上，有机负荷为3.5千克/立方米.天左右，明显好于相同运行条件下常规制备好氧颗粒污泥反应器的处理效果(2-氣苯酸去除率为70%左右，C0D去除率为85%左右，有机负荷为2.8千克/立方米.天左右)。
[0027]实施例2:
1、配制模拟氯酚废水
用自来水配制含2-氯苯酚的模拟废水，其组分包括:1.5克/升葡萄糖，0.5克/升(NH4)2S04，0.05克/升MgS04.7H20,0.01克/升KH2P04,0.01克/升K2HP04，0.02克/升CaS04，100毫克/升2-氯苯酚，pH为自然。此时，进水COD浓度约1700毫克/升。
[0028]2、制备混合菌丝球
在无菌操作台上，采用无菌移液管接种10毫升真菌孢子悬液(每毫升去离子水中含有孢子约107个)于90毫升灭菌冷却后的模拟氯酚废水中。将锥形瓶用无菌纱布封口后，置于空气浴振荡器中进行振荡培养，转速为180转/分钟，培养温度为28°C。培养待形成大小均匀、直径为I毫米左右的菌丝球后，取出用无菌纱布过滤，用无菌生理盐水清洗3次后，浸泡在无菌生理盐水中备用。
[0029]3、菌丝球投加到SBR反应器
试验采用装置为自行设计的SBR生物反应器。该反应器的主体为圆柱形有机玻璃容器，总高度为100厘米，内径为9厘米，有效容积为5升。沿侧壁设3个排水/取水阀门。开始连续运行后，经ZQB4X5-24型潜水栗2将进水箱I中的氯酚模拟废水注入到反应器中，反应器内污泥所需的氧气由AC0-318型空气压缩机5提供，通过反应器底部的砂芯曝气头6进行曝气，并由LZB-3型玻璃转子流量计4调节曝气量，利用RSS-5100型便携式溶解氧分析仪3在线测定溶解氧浓度DO值，由ZDT-Bl排水电磁阀7控制排水。整个运行系统采用时间继电器8控制进水、曝气、沉淀、闲置、排水各阶段的时间。
[0030]取污泥浓度(MLSS)为3270毫克/升的好氧活性污泥投加到SBR反应器中，不添加任何的营养物质，连续曝气48小时后静置30分钟，倒出上清液。将菌丝球按投配比(菌丝球干重与活性污泥干重的百分比)25%添加到SBR反应器中，开始连续运行后将5升氯酚模拟废水注入反应器。
[0031]4、SBR反应器的启动从第一次进水到第二次进水形成一个运行周期，设计每天运行周期数为4，每个运行周期时间6小时。其中，在每个周期内，进水时间设定为5分钟，曝气时间为320分钟，沉淀时间为5分钟，闲置时间20分钟，排水时间为10分钟，排水量为24升/小时，曝气量为0.15立方米/小时，体积交换率80%，水力停留时间7.5小时，水利剪切力为1.2厘米/秒。
[0032]在上述启动条件下，投加菌丝球作为诱导晶核的反应器运行16天后实现完全污泥颗粒化，与相同启动条件下常规制备的好氧颗粒污泥相比，培养时间缩短了35天。菌丝球诱导形成的颗粒化污泥大小分布均匀，结构密实，形状规则，粒径稳定保持于2?4毫米，孔隙度为0.76-0.95，密度为1.106-1.231克/升，污泥沉降速度为34.65米/小时，SVI为28毫升/克。颗粒污泥在反应器中可长期维持稳定运行105天，期间完整性系数始终大于95%以上，没有出现颗粒污泥的膨胀或解体现象，每个周期对模拟废水中2-氯苯酚的去除始终在86%以上，COD去除在92%以上，有机负荷为3.8千克/立方米.天左右，明显好于相同运行条件下常规制备好氧颗粒污泥反应器的处理效果(2-氣苯酸去除率为80%左右，C0D去除率为88%左右，有机负荷为3.2千克/立方米.天左右)。
【主权项】
1.一种菌丝球促进好氧污泥颗粒化的方法，其特征在于，所述方法包括以下过程: 1)配制氯酚模拟废水 用自来水配制含2-氯苯酚的模拟废水，其组分包括:0.5?2克/升葡萄糖，0.1?1.0克/升(NH4)2SO4，0.05-0.5克/升MgSO4.7H20，0.05-0.2克/升KH2PO4，0.05-0.2克/升K2HPO4,0.01-0.05克/升CaSO4，50?150毫克/升2-氯苯酚，pH为自然;此时，进水COD浓度为500?2500毫克/升； 2)制备菌丝球 在无菌操作台上，采用无菌移液管移取10毫升真菌孢子悬液，于装有90毫升无菌氯酚模拟废水的锥形瓶中；将锥形瓶用无菌纱布封口后置于空气浴振荡器中进行振荡培养，转速为100?200转/分钟，培养温度为25?35°C;待培养形成大小均匀、直径为I?3毫米左右的菌丝球后，取出用无菌纱布过滤，用无菌生理盐水清洗3次，然后浸泡在无菌生理盐水中备用； 3)菌丝球在SBR反应器中的投加 试验采用序批式活性污泥反应器(Sequencing Batch Reactor，SBR)工艺；取污泥浓度(MLSS)为1000?5000毫克/升的好氧活性污泥投加到SBR反应器中，不添加任何营养物质，连续曝气48小时后静置30分钟，倒出上清液;将菌丝球按投配比，S卩，菌丝球干重与活性污泥干重的百分比5%?30%添加到SBR反应器中，开始连续运行后将氯酚模拟废水注入反应器配； 4)反应器的启动与好氧颗粒污泥的培养 从第一次进水到第二次进水形成一个运行周期，设计每天运行周期数为2?8，每个运行周期时间3?12小时;其中，在每个周期内，进水时间设定为2?20分钟，曝气时间为120?600分钟，沉降时间为2?20分钟，闲置时间5?120分钟，排水时间为2?30分钟，曝气量为0.1-0.5立方米/小时，水中溶解氧为2?5毫克/升，水力停留时间2?12小时，水利剪切力0.5-3.0厘米/秒;体积交换率30%?80% ； 反应器启动运行过程中，定期观察好氧颗粒污泥粒径、外观形态、沉降性能、密度与含水率、孔隙度等性质，并定期测定出水水质，分析判断污泥颗粒化程度、颗粒污泥长期运行的稳定程度和对氯酚模拟废水的去除效果。2.根据权利要求1所述的一种菌丝球促进好氧污泥颗粒化的方法，其特征在于，所述真菌孢子悬液每毫升去离子水中含有孢子约13?101()个。
【文档编号】C02F3/12GK106006950SQ201610549254
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】董怡华, 张书源, 王英刚, 张玉革, 吴程浩
【申请人】沈阳大学