本發(fā)明涉及一種應(yīng)用納米磁鐵促進(jìn)絮狀活性污泥顆粒化的方法，屬于環(huán)境化學(xué)和廢水治理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

好氧顆粒污泥是微生物固定化技術(shù)的一種特殊形式，是近年來(lái)興起的新型廢水生物處理技術(shù)。好氧顆粒污泥是活性污泥微生物通過(guò)自固定形成的結(jié)構(gòu)緊湊、外形規(guī)則的生物聚集體。與絮狀活性污泥相比，好氧顆粒污泥具有密實(shí)的結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的沉降性能、多樣的微生物種群等優(yōu)點(diǎn)，其對(duì)沖擊負(fù)荷、毒性物質(zhì)和重金屬等具有較高的耐受能力，并對(duì)難降解污染物質(zhì)具有較好的處理效果；利用好氧顆粒污泥在序批式反應(yīng)器中處理污水，無(wú)需二次沉淀池和污泥回流系統(tǒng)，工藝簡(jiǎn)單、操作靈活、占地面積小、投資和運(yùn)行成本低。污泥顆粒的形成受到很多因素影響，該過(guò)程涉及到微生物生長(zhǎng)和衰減、氧的傳質(zhì)以及底物的擴(kuò)散等，非常復(fù)雜，這使得污泥顆粒化過(guò)程費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，往往要花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間。如此長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間限制了好氧顆粒污泥的工業(yè)應(yīng)用，目前多數(shù)好氧顆粒污泥的研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室和中試階段，只有少數(shù)實(shí)際應(yīng)用，還有許多關(guān)鍵技術(shù)有待解決，特別是如何以較低的成本縮短從活性污泥轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚躅w粒污泥的時(shí)間，從而應(yīng)對(duì)實(shí)際應(yīng)用時(shí)的批量化生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題成為了目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。因此，以較低的成本加快污泥顆粒化過(guò)程，從而縮短顆粒形成時(shí)間對(duì)于該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

目前現(xiàn)有技術(shù)中，已有對(duì)污泥顆粒化的相關(guān)研究。如，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)cn105731640a公開(kāi)了一種磁鐵礦強(qiáng)化生物電極耦合型uasb裝置及運(yùn)行方法；該發(fā)明通過(guò)投加磁鐵礦納米顆粒強(qiáng)化微生物與電極之間的直接電子傳遞，最終實(shí)現(xiàn)厭氧生物反應(yīng)器快速啟動(dòng)、污泥顆?；约爱a(chǎn)能性能提升；但該發(fā)明結(jié)合電場(chǎng)和磁鐵礦的綜合作用，較為繁瑣，并且磁鐵礦的用量較多，成本較高。又如，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)cn106396093a公開(kāi)了一種促進(jìn)活性污泥顆粒化的方法，將改性納米球投加到活性污泥系統(tǒng)中來(lái)促進(jìn)污泥的顆?；?；改性納米球由表面活性劑、naoh、水溶液、正硅酸乙酯和異硅源為主要原料制備而成；該改性納米球可加快顆?；倪M(jìn)程，促進(jìn)顆粒污泥不斷成長(zhǎng)；但該發(fā)明中改性納米球的制備方法繁瑣，并且改性納米球的用量較多，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，即由絮狀活性污泥轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚躅w粒污泥時(shí)間較長(zhǎng)，成本較高，嚴(yán)重阻礙了好氧顆粒污泥的實(shí)際應(yīng)用，本發(fā)明提供一種應(yīng)用納米磁鐵促進(jìn)絮狀活性污泥顆?；姆椒?。采用本發(fā)明的方法可以促進(jìn)活性污泥的顆?；?，促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，提高污水處理效能，環(huán)境友好易于工程應(yīng)用，且成本較低。

術(shù)語(yǔ)說(shuō)明：

室溫：具有公知的含義，具體是指15-35℃。

納米磁鐵：主要成分為鐵和氧，其中鐵主要以二價(jià)鐵和三價(jià)鐵的形式存在。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種應(yīng)用納米磁鐵促進(jìn)絮狀活性污泥顆?；姆椒ǎú襟E如下：

將絮狀活性污泥、納米磁鐵和污水混合，通過(guò)納米磁鐵和絮狀活性污泥之間的相互作用促進(jìn)絮狀活性污泥的顆粒化；顆粒化過(guò)程在室溫下、按周期進(jìn)行，每個(gè)周期內(nèi)，充分曝氣。

根據(jù)本發(fā)明，所述絮狀活性污泥為市政污水處理廠或工業(yè)廢水處理廠的活性污泥。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述絮狀活性污泥的質(zhì)量和污水的體積比為2500-6000mg/l。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述納米磁鐵的質(zhì)量和污水的體積比為10-200mg/l。

優(yōu)選的，所述納米磁鐵的質(zhì)量和污水的體積比為20-60mg/l。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述納米磁鐵和絮狀活性污泥的質(zhì)量比為1:20-400。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述納米磁鐵為磁性氧化鐵納米微球。所述磁性氧化鐵納米微球可市購(gòu)獲得或按現(xiàn)有技術(shù)制備得到。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述納米磁鐵的粒徑為80-400nm，比表面積為10-30m²/g。

根據(jù)本發(fā)明，所述污水為城市生活污水，其中含有濃度為30-60mg/l的nh4⁺-n，cod為400-800mg/l。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，曝氣量為0.1-0.5m³/h，每個(gè)周期內(nèi)的曝氣時(shí)間為3.5-11.5小時(shí)；水力停留時(shí)間為4-12小時(shí)。

優(yōu)選的，曝氣量為0.1m³/h，每個(gè)周期內(nèi)的曝氣時(shí)間為218min；水力停留時(shí)間為8小時(shí)。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述室溫為20-30℃；最優(yōu)選為20-25℃。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述顆?；^(guò)程每天進(jìn)行2-6個(gè)周期，每個(gè)周期3.75-13小時(shí)。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，每個(gè)周期內(nèi)還包括：進(jìn)水時(shí)間3-18min，靜置時(shí)間10-25min，出水時(shí)間2-17min。

優(yōu)選的，進(jìn)水時(shí)間為6min，靜置時(shí)間為12min，出水時(shí)間為4min。

根據(jù)本發(fā)明，一種優(yōu)選的方案，應(yīng)用納米磁鐵促進(jìn)絮狀活性污泥顆粒化的方法，包括步驟如下：

將絮狀活性污泥接種于序批式反應(yīng)器中，通入污水和納米磁鐵的混合液a；序批式反應(yīng)器在室溫下每天運(yùn)行2-6個(gè)周期，每個(gè)周期內(nèi)，充分曝氣，曝氣量為0.1-0.5m³/h，曝氣時(shí)間為3.5-11.5小時(shí)，進(jìn)水時(shí)間為3-18min，靜置時(shí)間為10-25min，出水時(shí)間為2-17min；水力停留時(shí)間為4-12小時(shí)；所述進(jìn)水是通入污水和納米磁鐵的混合液b，所述混合液b中納米磁鐵的質(zhì)量濃度與混合液a中納米磁鐵的質(zhì)量濃度相同，以維持序批式反應(yīng)器中納米磁鐵的濃度不變。

根據(jù)本發(fā)明，所述序批式反應(yīng)器(sequencingbatchreactor,sbr)為現(xiàn)有技術(shù)，利用序批式反應(yīng)器按現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行活性污泥培養(yǎng)好氧顆粒污泥。

現(xiàn)有的序批式反應(yīng)器(sequencingbatchreactor,sbr)運(yùn)行活性污泥顆?；囵B(yǎng)系統(tǒng)，sbr反應(yīng)器由內(nèi)管與外管組合構(gòu)成,空氣由氣泵通過(guò)反應(yīng)器底部中央安裝的微孔曝氣頭進(jìn)入反應(yīng)器，形成的氣流推動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)液體和污泥在內(nèi)管中向上運(yùn)動(dòng)，然后在內(nèi)外管壁之間向下運(yùn)動(dòng)，到反應(yīng)器底部后再次被氣流牽引向上運(yùn)動(dòng)，混合液可在內(nèi)外管壁間循環(huán)流動(dòng)并混合均勻；通過(guò)蠕動(dòng)泵在反應(yīng)器底部進(jìn)水，由電磁閥控制排水口的通斷，體積交換率為50％；sbr反應(yīng)器的進(jìn)水、曝氣、沉降和排水時(shí)間均由雙時(shí)間繼電器自動(dòng)控制，進(jìn)水為城市生活污水。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明的納米磁鐵具有獨(dú)特的超順磁性質(zhì)，具有一定的吸附作用；納米磁鐵的比表面積效應(yīng)，使得其在與活性污泥共存時(shí)可以影響活性污泥的絮凝性能，從而加快好氧顆?；倪^(guò)程；納米磁鐵具有的生物相容性能，可以使其與活性污泥共存而不致產(chǎn)生生物毒性；表面功能基團(tuán)使得納米磁鐵親水，在與活性污泥共存時(shí)，可以起到基體作用，并與活性污泥的基團(tuán)發(fā)生作用，從而促進(jìn)活性污泥由絮體到顆粒的轉(zhuǎn)化；并且得到的顆粒更加密實(shí)，穩(wěn)定性更好。

(2)本發(fā)明在保持處理效果的前提下，納米磁鐵可以較好地分散在絮狀活性污泥體系中，并能轉(zhuǎn)化為鐵離子作為微量元素為微生物利用，有效促進(jìn)顆粒化過(guò)程。因此,本發(fā)明應(yīng)用納米磁鐵促進(jìn)好氧污泥顆?；哂懈咝?、安全的特點(diǎn)。

(3)本發(fā)明的納米磁鐵容易購(gòu)買(mǎi)且對(duì)環(huán)境安全無(wú)害，并且便于工程應(yīng)用。

(4)本發(fā)明將納米磁鐵直接應(yīng)用在促進(jìn)污泥顆?；^(guò)程中，加入少量的納米磁鐵，即能有效縮短污泥顆粒化時(shí)間，成本低、高效、安全、條件溫和，常溫常壓下即可使用。本發(fā)明的方法運(yùn)行費(fèi)用低主要體現(xiàn)在鐵的消耗上。例如，采用本方法向有效容積為5l中的污水處理系統(tǒng)中每次加入0.25g納米磁鐵，即可取得明顯的促進(jìn)效果，鐵消耗少，成本較低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1使用的納米磁鐵的掃描電鏡圖。

圖2為試驗(yàn)例1中污泥顆粒化進(jìn)程效果圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍并不局限于具體實(shí)施方式中所描述的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例所用原料均為市購(gòu)產(chǎn)品，所用設(shè)備均為常規(guī)設(shè)備。

實(shí)施例中污水處理所用反應(yīng)器均為序批式反應(yīng)器(sbr)，為市購(gòu)常規(guī)水處理設(shè)備；

sbr反應(yīng)器由內(nèi)管與外管組合構(gòu)成,空氣由氣泵通過(guò)反應(yīng)器底部中央安裝的微孔曝氣頭進(jìn)入反應(yīng)器，形成的氣流推動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)液體和污泥在內(nèi)管中向上運(yùn)動(dòng)，然后在內(nèi)外管壁之間向下運(yùn)動(dòng)，到反應(yīng)器底部后再次被氣流牽引向上運(yùn)動(dòng)，混合液可在內(nèi)外管壁間循環(huán)流動(dòng)并混合均勻；通過(guò)蠕動(dòng)泵在反應(yīng)器底部進(jìn)水，由電磁閥控制排水口的通斷，體積交換率為50％，有效容積為5l；sbr反應(yīng)器的進(jìn)水、曝氣、沉降和排水時(shí)間均由雙時(shí)間繼電器自動(dòng)控制。

實(shí)施例中所述絮狀活性污泥來(lái)源于市政污水處理廠曝氣池。

實(shí)施例中所述城市生活污水取于城市污水處理廠調(diào)節(jié)池，其中含有濃度為40mg/l的nh4⁺-n，cod在500mg/l左右。

實(shí)施例中所用納米磁鐵上海阿拉丁生化科技股份有限公司有售，粒徑約為200nm，比表面積為15m²/g。

實(shí)施例1

一種應(yīng)用納米磁鐵促進(jìn)絮狀活性污泥顆粒化的方法，包括步驟如下：

將絮狀活性污泥接種到序批式反應(yīng)器中，通入城市生活污水和納米磁鐵的混合液5l(混合液中納米磁鐵的濃度為50mg/l)，使序批式反應(yīng)器中污泥的濃度為4000mg/l，納米磁鐵的濃度為50mg/l；反應(yīng)器在溫度25℃下按周期運(yùn)行，反應(yīng)器周期內(nèi)各階段的運(yùn)行轉(zhuǎn)換都通過(guò)時(shí)間繼電器進(jìn)行控制，每天運(yùn)行6個(gè)周期，水力停留時(shí)間(hrt)為8小時(shí)，每個(gè)周期4h，包括6min的進(jìn)水時(shí)間，218min的曝氣時(shí)間，12min的靜置時(shí)間，4min的出水時(shí)間；每個(gè)周期內(nèi)，用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行曝氣，曝氣量維持在0.1m³/h；每個(gè)周期內(nèi)的進(jìn)水為通入城市生活污水和納米磁鐵的混合液(混合液中納米磁鐵的濃度為50mg/l)，使序批式反應(yīng)器中納米磁鐵的濃度維持在50mg/l。廢水中的污染物降解效率得到提高。反應(yīng)器10天后運(yùn)行穩(wěn)定。

本實(shí)施例中納米磁鐵的掃描電鏡照片如圖1所示，由圖1可知，納米磁鐵為粒徑為200nm左右的球形顆粒。

實(shí)施例2

一種應(yīng)用納米磁鐵促進(jìn)絮狀活性污泥顆?；姆椒?，步驟如實(shí)施例1所述，所不同的是：序批式反應(yīng)器中納米磁鐵的濃度為10mg/l。

實(shí)施例3

一種應(yīng)用納米磁鐵促進(jìn)絮狀活性污泥顆?；姆椒?，步驟如實(shí)施例1所述，所不同的是：序批式反應(yīng)器中納米磁鐵的濃度為100mg/l。

實(shí)施例4

一種應(yīng)用納米磁鐵促進(jìn)絮狀活性污泥顆?；姆椒?，步驟如實(shí)施例1所述，所不同的是：序批式反應(yīng)器中納米磁鐵的濃度為200mg/l。

對(duì)比例1

一種絮狀活性污泥顆?；姆椒?，步驟如實(shí)施例1所述，所不同的是：不加入納米磁鐵。

試驗(yàn)例1

對(duì)實(shí)施例1和對(duì)比例1反應(yīng)器中顆粒的粒徑進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定，結(jié)果如圖2所示。圖2中橫坐標(biāo)為天數(shù)，縱坐標(biāo)為形成顆粒平均粒徑(單位mm)；由圖2可知，本發(fā)明加入納米磁鐵，可有效縮短污泥顆?；瘯r(shí)間。

試驗(yàn)例2

對(duì)實(shí)施例1-4和對(duì)比例1的反應(yīng)器中形成粒徑大于0.5mm的顆粒的時(shí)間進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表1所示。

表1不同納米磁鐵用量下好氧污泥顆粒化形成時(shí)間表

由表1可知，本發(fā)明能夠以較小的納米磁鐵用量，有效縮短污泥顆?；瘯r(shí)間。