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  •  1、颗粒化污泥研究背景

    随着高速工业化、人口剧增和城市化,自然环境和自然资源面临着难以承受的巨大压力。当前世界的环境问题已呈现出环境污染范围扩大、危害加重、难以防范的特点。水作为自然环境的重要组成元素,是人类赖以生存,社会可持续发展的重要基础。中国的“水”主要存在两大问题:一是水资源短缺,二是水污染严重,其中水污染形势尤为严峻。由于环境保护意识的缺乏,使得大量有危害的工业废水以及氮磷含量较高的农业废水、生活污水进入水体,造成严重的环境污染,日趋加剧的水污染,已经严重影响到了人们的日常生活与生产,是当前亟需解决的重大环境问题。

    工业废水因排放量大、组成复杂及污染物浓度高、毒性大等特点,在实际中面临处理难度高、效率低等问题。生物处理法作为二级处理在废水处理中应用非常广泛,也是大多数学者研究的热点。目前常见的生物处理技术有厌氧生物处理法、活性污泥法和生物膜法。其中厌氧生物处理法主要用于处理污水中沉淀污泥的消化,也用于处理高浓度的有机废水,但它存在反应缓慢、周期长的缺点。 

    永续环境在纺织印染、造纸制浆、皮革制造、医药化工、食品酿造、煤化工、园区污水处理厂、城镇污水处理厂130多个案例实际操作中也碰到了同样的困难和问题:1.物化絮凝产泥量大;2.高级氧化(芬顿、电解、臭氧)投资大,系统难控制、操作不方便且产泥量大;3.膜系统如(UFMBRR/OSTR/O等)因生化系统效率低,容易堵膜,清洗麻烦,投资大、成本高,使用寿命短。综合以上水处理困扰,我司团队及在各方面智囊团的帮助下,潜心研究生物增效明显、抗毒性、抗冲能力强;微生物含量高,同步硝化和反硝化和无需外加滤料优势的颗粒化污泥。我们的愿望是让污水处理时的危废固废减少大部分,让膜系统顺畅出水,让生化系统效率显著增强,让污水处理系统稳定达标且操作方便,为出水水质达到适合当前要求的更高标准如:GB3838-2012四类水、三类水水质,让水处理行业的同仁们在愉快、简便的工作中达到适合当代又能永续发展的净水环境。

    2.污泥颗粒化形成机理:

    以永续生物增效载体为基核,通过投入抗逆性极强的复合微生物,在高效厌氧、兼氧、好氧微生物孵化系统独特的挤压螺旋设计作用下,微生物大量富集,挂膜后形成的一种相对规则,结构紧密并且具有多层结构的微生物聚集体的颗粒化污泥(外部好氧、中部兼氧、孔隙内部厌氧)。该过程包括物理、化学及生物(投入微生物和原池内微生物)等多种作用及合理协同的因素下,形成了结构紧密,抗水力、扩散力、重力、泵力、机械摩擦剪切,形成高强度、高密度、抗逆性强、菌胶团壮实、粒径大的多元化颗粒污泥。

    生物增效载体、复合生物菌剂、高效厌氧、兼氧、好氧孵化器促进颗粒化污泥形成的机理。

    只有高浓度的COD、氨氮、TP、TN、高MLSS污废水,才能形成颗粒化污泥。

     

     (a)为放大 150 倍的颗粒污泥外观形态图,(b)为放大5000倍颗粒污泥表面构成图,图(c)放大10000倍颗粒内部结构剖面图。

     

     3.颗粒化污泥特征:

    好氧颗粒污泥外观规则,一般为球形或椭球形,有清晰的边界,结构紧实,其粒径一般为1-25mm 而活性污泥的粒径一般小于0.15mm,好氧颗粒污泥力径影响着基质传输溶解氧传递效果,如粒径太大颗粒内部的微生物得不到足够的营养源,而颗粒力径太小不易形成厌氧或缺氧区,所含的反硝菌及聚磷菌较少,达不到去TN和TP的效果。

    颗粒污泥沉降性能是指泥分离的速率,颗粒污泥沉降性好 一般沉降速度35-80m/h之间,远大于絮状活性污泥的沉降速度(8-10m/h)SV1值低, 一般在10-50ml/g,其远低于普通活性污的120-150ml/g ,出色的沉降性能有利于微生物的大量富集,同时大大提升沉淀池的效率节省土地及建造成本。

    颗粒化好氧污泥的结构比较紧实,密度通常为1.004-1.025g/cm3,含水率一般为94%左右,以生物增效载体为基核的颗粒化污泥强度高于97% 具有较强的抗摩擦与剪切作用,发达的多孔隙结构构成了基质和氧的传递阻碍,以厌氧、兼氧、好氧孵化器独特的结构设计可以将基质和氧均匀的传递。

    颗粒污泥的化学特性主要有三个:①细胞表面疏水性②胞外聚合物(EPS)③比耗氧速率(SOUR)。

    ①疏水性越强 微生物之间的相互吸引聚集的作用就越强,通过加大DO可以缩短沉降时间,提高细胞的疏水性,从而促使颗粒化的形成。

    ②胞外聚合物(EPS)是微生物在特定环境条件下细胞代谢分泌的包裹在细胞壁外的高分子聚合物。主要由蛋白质(PN)多糖物质(PS)核酸,磷脂和腐植酸等组成,EPS具有增强聚合物的反应,转移细胞表面的负电荷进而加强相邻细胞间的连接作用,合理调节蛋白质(PN)多糖物质(PS)可以解决疏水性问题。

    SOUR比耗氧速率通常用来衡量污泥的生物活性,是指单位重量的微生物在单位时间内的耗氧量。微生物的比耗氧越大其活性越高,颗粒化污泥的SOUR(比耗氧速度)是普通活性污泥的几倍,普通污泥SOUR一般为48mg/(g.ss.h),颗粒化污泥的SOUR一般为86-135.5mg/(g.ss.h)且在有毒废水中仍保持较高的活性。

    颗粒化污泥重点在于微生物的种类,富集的数量,其中主要微生物由异养菌、自养菌、硝化细菌、反硝化细菌、聚磷菌、聚糖菌和真菌组成。

    当系统内DO高于0.5mg/L时即可形成颗粒化污泥,DO≤0.5mg/L 时,即使提供较好的条件污泥仍无法形成颗粒化,DO浓度较高时,颗粒污泥结构紧凑密实,随着DO饱和度从20%升高到50%,脱氮效率随之提升,如DO饱和度提的过高时脱氮效率随之下降,普通曝汽设施DO和基质的传递一般在50-1000um,所以我司研发高效厌氧、兼氧、好氧孵化器提高DO和基质的传输效率。

    普通活性污泥法微生物的最佳温度(15℃-35℃),低于下限或高于上限微生物的活性都呈下降趋势,如果温度条件再恶劣的情况下严重的会导致生化系统瘫痪,在颗粒污泥驯化过程中已投入了抗逆性超强的(复合COD菌、复合脱氮菌、复合聚磷菌、复合脱硫菌)此微生物的耐温,耐盐和活菌数量的优势使生化系统增效的有力保障。如北方天气的原因冬季气温很低,所以我公司在厌氧、兼氧、好氧孵化器中配制微生物卵化器和加温装置来保障颗粒化污泥的抗温度的冲击性。

    4.颗粒污泥驯化基材:

    4.1生物增效载体是一种不同规则不同规格具有发达孔隙的微孔材料,作为颗粒化污泥的基核,具有超大的比表面积超强的吸附与富集微生物的能力,改变普通活性污泥法以丝状菌作为桥架连接体,解决了有益菌的连接桥为非生命体的微孔固体材料,颗粒污泥耐水力剪切扩散力、重力、泵体剪切、抗机械耐磨性大大增强,形成高强度、高密实的颗粒污泥,所以能大大提高MLSS MLVSS 不断拉长污泥的总泥龄,不用担心细状菌污泥膨胀,污泥老化等普通活性污泥法的困扰。

    4.2复合生物菌剂(COD、脱氮、聚磷、脱硫、除油、光化)

    复合微生物菌剂:不同的自然环境中筛选出来,经过复配后形成活菌数大于800亿,抗逆性显著提高,可以适应6℃-55℃的温度环境,45000ppm以下的盐度,生化池中微生物数量在短期内以几千亿的数量增加细菌之间相互碰撞,细菌之间相互抢夺(C:N:P)过程中大量向吸附了COD的生物增效载体富集,微生物细胞外壁存在大量多糖物质(PS)蛋白蛋(PN)作为起初附着的粘性体,因碰撞而聚集的微生物保持稳定的生物聚集体,微生物持续生长,繁殖、聚集、优胜劣汰的抢夺,一般一周挂膜一圈,四周挂膜后形成结实紧密的生物膜, 促使颗粒污泥形成微生物的作用包括(微生物分泌的胞外聚合物、细菌菌群的生长、由环境引起的微生物生理代谢的改变和抢夺营养源的竞争,随着微生物的富集数量增多,微生物表面疏水性同时增强,细菌分泌的胞外聚合物EPS也随之增多,从而形成更大的聚集体,在特制厌氧、兼氧、好氧反应器的特殊造粒,冲氧水力剪切的作用下颗污泥更加紧密结实。

    4.3特制反应器

    该设备可为系统引入光化菌,厌氧光化培养器可提供光化菌所需要的生育光线。厌氧光化培养条件下,厌氧光化菌能利用低级脂肪酸、多种二羧酸、醇类、糖类、芳香族化合物等低分子有机物作为光合作用的电子受体,进行光能异养生长,降解水中的亚硝酸盐、硝酸盐和硫化物。好氧光化菌可以提高好氧池的溶解氧。好氧光化培养器可为所有好氧微生物提供生育光线,促进微生物生长、代谢与繁殖、提高微生物活性,实现微生物的处理效能增量,实现高效生化去除污染物。

     

    5颗粒化污泥技术优势:

    1)污泥沉降速度

    污泥沉降性能是指泥分离的速率,HJDL污泥沉降性好,污泥沉降性一般在35 – 80 m.h-1 (15-50 m.h-1)之间,远大于絮状活性污泥的沉降速度。出色的沉降性能有利于微生物的大量富集,同时提升沉淀池效率,节省土地建造成本。

    2)MLSS和MLVSS

    市政污水处理厂污泥龄达到90天,工业污水污泥龄达180天,未发现污泥膨胀现象,在同一进出水指标、同一达标排放标准、同一进水量的情况下,生化段污泥减量可达20-40%,相对可减少污泥处理系统负荷。

    3)污泥体积指数(SVI)

    HJDL工艺的SVI值一般在20-60ml/g,其远低于其他工艺的120-150ml/g,没有丝状菌、污泥膨胀、污泥老化等困扰。

    4)颗粒化污泥的密度(SDI)

    HJDL工艺好氧污泥的结构比较紧实,密度通常为1-1.5g/cm3,含水率一般为85%-94%左右;发达的多孔隙结构构成了基质和氧的良好的传递通道,以厌氧、兼氧、好氧孵化器独特的结构设计可以将基质和氧均匀的传递。

    5)颗粒化污泥强度

    以生物增效载体为基核的颗粒化污泥强度高于97%,具有极强的抗摩擦及剪切作用。

    6) 比耗氧速度(SOUR)

    HJDL工艺污泥的SOUR是普通活性污泥的几倍,普通工艺SOUR一般为48mg/(g.ss.h),HJDL工艺的SOUR一般为86-135.5mg/(g.ss.h),且在有毒废水中仍保持较高的活性。

    7)温度(T)

    利用从自然界中筛选的抗逆性极强的复合微生物菌(复合COD菌、复合脱氮菌、复合聚磷菌、复合脱硫菌、复合耐盐菌、复合除油菌),此微生物的耐温,耐盐和活菌数量的优势使生化系统增效的有力保障,具有耐8℃—55℃的极端条件,远远强于普通工艺运行的最佳温度(15℃-35℃)。

    8)毒物及抑制物质

    生物增效载体的微孔结构可提高吸附有毒有害物质的能力,可以吸附COD、BOD、苯胺、氰化物、重金属等物质,帮生化系统解毒,特别是对锑、铬、镍、铜、铅、苯胺类效果最为显著。

    9)可全线缩短水力停留时间HRT(调节池、生化池、沉淀池)。

    6. 颗粒化污泥脱氮除磷优势

    传统生物脱氮是通过硝化和反硝化实现的,生物脱氮工艺是在 20 世纪 60 年代幵发出来的,到目前为止已经形成了多种处理方法。传统废水生物脱氮过程如图所示。

     

    传统活性污泥法因氧与基质传输受阻,无法形成颗粒化污泥的原因如图所示

     

    颗粒污泥类似球状的结构导致了溶解氧浓度在其表面和内部分布不均,从而将颗粒分成了好氧区、缺氧区和厌氧区,其中好氧亚硝酸盐菌(AOB)在好氧区内先将氨氮氧化为亚硝态氮再经过硝酸盐菌(NOB)氧化为硝态氮,兼性细菌和厌氧细菌(包括反硝化细菌)在缺氧区内将亚硝态氮或硝态氮还原为氮气。

        

     

    传统生物脱氮除磷工艺在废水脱氮除磷方面起到了一定的作用,但仍存在着一些无法克服的问题和矛盾:

    1)硝化菌群增殖速度慢且难以维持较高生物浓度,因此造成系统总水力停留时间较长,有机负荷较低,增加了基建投资和运行费用;

    2 硝化阶段的曝气过程去除了大部分COD,使得后置反硝化阶段需要外加碳源,因此导致运行费用较高;

    3)为维持较高的生物浓度及获得良好的脱氮除磷效果,必须同时进行污泥回流和硝化液回流,增加了动力消耗及运行费用;

    4)系统抗冲击能力弱,硝化菌的生长易受到抑制;

    5)为中和硝化过程中产生的酸度,需要加碱,增加了处理费用。

        颗粒化污泥在脱氮除磷中,解决了传统脱氮除磷处理工艺的问题和矛盾:

    1)颗粒化污泥具有高生物浓度,有机负荷高,水力停留时间短,减少了基建投资和运行费用。

    2)硝化和反硝化同时进行,碳源来源于来水和三合一菌剂及被淘汰的微生物,节省了外加碳源费用。

    3)颗粒化污泥利用高效厌氧、兼氧、好氧反应器独特的回流设计,节省动力消耗40%以上。

    4)颗粒化污泥抗毒、抗冲击能力强,微生物浓度高,新陈代谢快。

    5)颗粒化污泥硝化和反硝化同步进行,利用微生物自行调节酸碱度,无需额外加酸碱。

    案例赏析——黑山县垃圾渗滤液污水处理厂

    本次黑山县垃圾渗滤液处理项目进水水质特点为:垃圾渗滤液中CODcr平均浓度5600mg/L 左右,BOD,平均浓度1500mg/L,大多是老龄化的垃圾渗滤液,内含如苯、萘、菲等杂环芳烃化合物、多环芳烃、酚、醇类化合物、苯胺类化合物等难降解有机物,受雨水影响填埋厂垃圾渗滤液产生量大。B0D5/CODcr为0.6左右,可生化性好。垃圾渗滤液总氮浓度和氨氮浓度均很高,属于典型的难处理高浓度废水,而且随着季度性降雨量和气温的变化,水质水量变化幅度很大。本项目垃圾渗滤液经过处理后,使排放水质指标达到《生活垃圾填埋场污染物排放控制标准》(GB16889-2008)中表2的要求。

    其进水主要指标必须达到以下标准:

    6月1日,永续环境黑山县垃圾渗滤液处理项目部已经就位,运维调试部、

    微生物部还有水质化验部正在现场有条不紊的进行着调试。

    6月10日,永续黑山县垃圾渗滤液处理项目部使用HJDL工艺技术目前各类检测项目去除率如下:总氮(TN)去除率99.14%,氨氮(NH3-N)去除率99.33%,化学需氧量(COD)去除率96.77%,总磷(TP)去除率94.55%。

    永续环境,让事实数据说话说话,调试数据如下:

    永续环境,让事实数据说话!

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