一种污泥颗粒化的方法
技术领域
本发明属于水处理应用领域，具体涉及一种加速污泥颗粒化的方法，主要方法是通过加入破碎的颗粒污泥作为造粒晶核，并在接种污泥中加入高密度的物质增加接种污泥比重，并通过投加絮凝剂和PAM的方式提高污泥中添加物质的留存能力，维持接种污泥比重长时间和造粒晶核相同，并利用特定的反应器提供合适的水力剪切力，缩短颗粒污泥形成的时间。
背景技术
自从活性污泥法诞生以来，越来越广泛的用于污水处理。而随着土地成本的逐渐提高，人们对高负荷，占地面积小的反应器需求越来约急切。而且污泥颗粒化技术的出现，很好的解决了这一问题。但是，污泥颗粒的形成受到很多因素影响，包括微生物生长及衰减以及底物的扩散等，非常复杂，这使得污泥颗粒化过程费时较长，往往要花费几个月的时间，如果处理对象为低浓度废水时，则需要更长的时间。
晶核假说是有关厌氧颗粒污泥的形成机理，该机理认为颗粒污泥的形成类似于结晶过程，在晶核基础上颗粒污泥不断发育，最终形成了成熟的颗粒污泥。厌氧颗粒污泥作为常见的一种晶核也已有报道。但是，与接种污泥相比，厌氧颗粒污泥密度较大，在连续流反应器中培养颗粒污泥过程中晶核和接种污泥容易发生分层现象，影响反应器造粒效果。一种快速培养好氧颗粒污泥的方法和序批式反应装置（CN201710666785.X）公开了一种利用厌氧消化污泥作为晶核加速污泥颗粒化的方法，但该方法为了使晶核和絮状污泥更好混合，采用了序批式培养颗粒污泥的方法，未解决工程上需要实现连续流反应器培养颗粒污泥的需求；一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法及系统（CN201811130287.4）公开了一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法，该方法为了使接种污泥和晶核混合均匀，采用了异位预处理的方法，但机械搅拌的方法可能会破坏污泥团聚，且依然没有改变晶核与接种污泥密度不同问题。本发明的目的是通过增加絮状污泥密度，强化晶核和絮状污泥的聚合能力，提高低浓度废水的造粒能力，缩短颗粒污泥形成时间。
发明内容
针对污泥颗粒化时间长、投加的晶核与原污泥有密度差，投加药剂易流失等问题，结合上述背景技术，利用已有反应器（引用自专利ZL 201910487315.6）本发明提供了一种污泥颗粒化的方法。
本发明的技术方案如下：
以连续流反应器进行颗粒污泥培养，利用破碎的颗粒污泥为絮状污泥颗粒化的造粒晶核，同时增加悬浮污泥的污泥密度，防止由于两种状态污泥的密度差导致因为不同上升流速导致的污泥流失或晶核沉积的问题，同时强化低浓度废水的造粒能力。具体方法如下：
使用离心泵将厌氧颗粒污泥破碎，并作为污泥颗粒化的造粒晶核；
利用好氧活性污泥絮体对反应器进行接种，接种污泥浓度为2000-10000mg/L，该污泥浓度为造粒晶核浓度的5-50倍；
若反应器处理低浓度废水，则向接种污泥中加入200-10000目的零价铁，并通过投加絮凝剂调整污泥密度，直至与造粒晶核的密度相同，利用旋流布水混合均匀；
若反应器处理高浓度废水，则先向接种污泥中加入氯化钙，利用旋流布水混合均匀后，再加入碳酸钠，并通过投加絮凝剂调整污泥密度，直至与造粒晶核的密度相同；
最后将造粒晶核和接种污泥混合均匀，加入1-1000ppm的PAM强化接种污泥与造粒晶核的混合。
反应器水处理流程采用下进上出浸没式。反应器运行时，布水器呈缓慢转动状态，为污泥床的扰动提供一定的推动力。同时，旋流布水的状态也为污泥提供了足够的水力剪切力，强化了颗粒污泥的生成。
本发明的进一步改进是：针对利用连续流反应器培养颗粒污泥时，直接投加促进污泥颗粒化的晶核存在密度差的问题，改变了造粒晶核的加入方式，通过向接种污泥中投加絮凝剂和助凝剂，强化造粒晶核和接种污泥的连接，并通过加入零价铁或氯化钙/碳酸钠和絮凝剂的方式提高接种污泥密度，防止连续流反应器运行过程中造粒晶核与接种污泥分层的现象发生。
本发明的特点是：开发了一种颗粒污泥的培养方法，使反应器更易形成颗粒污泥，能大幅提高反应器负荷。同时，在处理低浓度废水时，零价铁的加入有利于促进电子传递，强化反应过程，提高反应速率，节省了低浓度废水的处理成本。与传统悬浮污泥反应器相比，本发明可以极大提高反应器污泥浓度和反应器负荷，减少反应器占地面积，节约投资成本。与颗粒污泥反应器相比，本反应器可以以絮状污泥为接种对象，并通过提高接种污泥密度，强化污泥粘聚力的方法，减少造粒晶核流失，加快污泥颗粒化速度，减少了反应器启动成本。本发明为高负荷反应器的设计提供了技术支持。
附图说明
图1为一种处理低浓度废水的厌氧反应器的示意图，引用自专利ZL201910487315。
附图标记
1-中心进水端；2-中心进水管；3-反应区；4-布水口；5-布水管；6-厌氧污泥；7-出水口；8-布水器；9-边缘进水端；10-切向布水口；11-三相分离器；12-澄清区；13-排气孔。
具体实施方式
以下结合附图并通过实例对本发明作进一步说明：
污泥预处理流程如图一所示，该预处理流程描述如下：
将颗粒污泥破碎后测定颗粒污泥密度，静置备用；利用好氧活性污泥絮体对反应区3进行接种。
在处理低浓度废水时，接种污泥浓度为2000-4000 mg/L，该污泥浓度为造粒晶核浓度的5-10倍。
将200-10000目的零价铁加入到接种污泥中，废水和絮凝剂一部分经中心进水端1通过进水管2进入布水器8的布水管5中，再经布水口4流入反应区3；另一部分废水和絮凝剂从边缘进水端9经切向布水口10进入反应区3，利用水力剪切力使絮凝剂调整污泥密度到与晶核污泥密度相同，并将絮凝剂、零价铁与接种污泥混合均匀；
在处理高浓度废水时，接种污泥浓度为4000-10000mg/L，该污泥浓度为造粒晶核浓度的10-100倍。将废水和氯化钙一部分经中心进水端1通过进水管2进入布水器8的布水管5中，再经布水口4流入反应区3，另一部分废水和氯化钙从边缘进水端9经切向布水口10进入反应区3，混合均匀后加入碳酸钠（氯化钙和碳酸钠的摩尔比为（0.1-10）：（0.1-10）），用同样的办法搅拌均匀。
将破碎后的颗粒污泥投入反应区3中，废水和1-1000ppm的PAM一部分经中心进水端1通过进水管2进入布水器8的布水管5中，再经布水口4流入反应区3；另一部分废水和从边缘进水端9经切向布水口10进入反应区3，通过水力搅拌利用PAM把破碎颗粒污泥和接种污泥紧密连接。
完成污泥预处理后反应器正式启动，布水器8在外部驱动力作用下缓慢转动，与切向布水口10的水流一起带动污泥6在反应器内与废水充分接触并发生反应；通过布水产生的水力剪切力对污泥进行冲刷，加速颗粒污泥形成。
实施例1
使用本反应器培养反硝化颗粒污泥，其中1#作为对照组直接投加破碎颗粒污泥进行颗粒化培养，2#利用本发明方法对污泥进行预处理，加入零价铁和聚合硫酸铁提高接种污泥密度，污泥浓度为4000 mg/L，晶核污泥浓度为200 mg/L，进水为市政二沉池废水，硝酸盐氮含量为10-15 mg/L，进水COD为乙酸钠和甲醇复配碳源，约40-60 mg/L，1#反应器上升流速为3m/h，2#反应器上升流速5m/h随着反应器运行，逐步提高到10 m/h。运行过程中，1号反应器出现了絮状污泥流失和颗粒造粒晶核沉积的现象，2#反应器运行效果明显优于1#反应器，反应器运行结束后，1#反应器污泥浓度降到2756 mg/L，2#反应器污泥浓度升到到8965 mg/L。具体运行参数如表1所示：
表1 实施例1的运行监测数据
实施例2
使用本反应器培养厌氧颗粒污泥，其中1#作为对照组直接投加破碎颗粒污泥进行颗粒化培养，2#利用本发明方法对污泥进行预处理，使用氯化钙和碳酸钠以及聚合氯化铝提高污泥密度，接种污泥浓度为9000 mg/L，晶核污泥浓度为2000 mg/L，进水为淀粉废水，进水COD约为9000mg/L±1000mg/L，1#反应器上升流速为3m/h，2#反应器上升流速5m/h，随着颗粒化的进行，两个反应器负荷均提升到8-10 m/h。1#反应器早期存在污泥流失现象和晶核与接种污泥分层现象，而且2#反应器污泥无论是沉降性能和颗粒化程度明显优于1#反应器。具体运行数据见表2。
表2实施例2的运行监测数据
实施例3
使用本反应器培养反硝化颗粒污泥，其中1#作为对照组直接投加破碎颗粒污泥进行颗粒化培养，2#利用本发明方法对污泥进行预处理，使用氯化钙和碳酸钠以及聚合氯化铝提高污泥密度，污泥浓度为9000 mg/L，晶核污泥浓度为500 mg/L，进水为乙二酸生产废水，硝酸盐氮含量为800-1200 mg/L，亚硝态氮浓度为50~150mg/L，进水COD为800-1000 mg/L，利用乙酸钠和甲醇复配碳源，使C/N=4，1#反应器上升流速为3 m/h，2#反应器上升流速5m/h随着反应器运行，逐步提高到10 m/h。运行过程中，1号反应器出现了大量絮状污泥流失的现象上升流速降至1.5 m/h，2#反应器运行效果明显优于1#反应器，反应器运行结束后，1#反应器污泥浓度降到4369 mg/L，2#反应器污泥浓度升到到16359 mg/L。具体运行参数如表3所示：
表3实施例3的运行监测数据
实施例1、实施例2和实施例3分别用于低浓度反硝化颗粒污泥、高浓度反硝化颗粒污泥和厌氧颗粒污泥的培养，利用本发明的方法均比较快速的完成了污泥颗粒化，而且在颗粒化早期比较好的保留了絮状污泥，具有较高的工业应用价值。
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