公布日：2023.11.07
申請日：2022.04.26
分類號：C02F3/34(2023.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發明公開了一種污水處理場受高負荷沖擊后生化單元快速恢復的方法。該方法包括：當生化單元受高負荷沖擊時，且呼吸速率的波動幅度低于正常范圍低限值的10％以上的時間超過30min，則報警通知給控制系統，停止進水，并向系統中投加粉末活性炭以及生物吸附劑，直到呼吸速率恢復到正常范圍時報警解除，停止投加活性炭和生物吸附劑，同時啟動進水繼續運行，系統實現了沖擊后的快速恢復；生物吸附劑包括負載金屬的載體和產糖酯的微生物。本發明方法通過活性污泥呼吸速率和化學需氧量兩個檢測指標進行沖擊風險的提前診斷，可實現提前預警，及時消除沖擊風險并做到快速恢復，不需要重新對污泥進行馴化培養，降低了恢復時間，保證系統的長周期穩定運行效果。
權利要求書
1.一種高負荷沖擊后生化單元的快速恢復方法，包括：當生化單元受高負荷沖擊時，且呼吸速率OUR的波動幅度低于正常范圍下限值的10％以上(優選為10％～20％)的時間超過30min，則報警通知給控制系統，停止進水，并啟動活性炭投加裝置向系統中投加粉末活性炭，同時啟動生物吸附劑投加裝置向系統中投加生物吸附劑，直到呼吸速率OUR恢復到正常范圍時報警解除，并停止投加活性炭和生物吸附劑，同時啟動進水繼續運行，系統實現了沖擊后的快速恢復，進入穩定運行狀態；所述生物吸附劑包括負載金屬的載體和產糖酯的微生物。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物吸附劑中，金屬含量以氧化物計占改性氣凝膠質量的1％～20％，腐殖酸占改性氣凝膠質量的0.1％～10％，產糖酯微生物占改性氣凝膠質量的5％～50％，優選10％～30％。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高負荷沖擊是指生化單元的化學需氧量COD高于正常值20％以上，優選為20％～100％。
4.一種污水處理場受異常負荷沖擊后生化單元的快速恢復方法，包括：(1)生化單元出水不能滿足排放標準要求時，根據生化單元的化學需氧量(COD)來判斷沖擊類型即低負荷沖擊或高負荷沖擊；(2)當生化單元受高負荷沖擊時，且呼吸速率(OUR)的波動幅度低于正常范圍下限值的10％以上(優選為10％～20％)時并在10min～30min內呼吸速率恢復到正常范圍內的數值，則不需要采取措施；(3)當生化單元受高負荷沖擊時，且呼吸速率(OUR)的波動幅度低于正常范圍下限值的10％以上(優選為10％～20％)的時間超過30min，則報警通知給控制系統，停止進水，并啟動活性炭投加裝置向系統中投加粉末活性炭，同時啟動生物吸附劑投加裝置向系統中投加生物吸附劑，直到呼吸速率OUR恢復到正常范圍時報警解除，并停止投加活性炭和生物吸附劑，同時啟動進水繼續運行，系統實現了沖擊后的快速恢復，進入穩定運行狀態；(4)當生化單元受低負荷沖擊時，且呼吸速率(OUR)的波動幅度低于正常范圍下限值的10％以上(優選為10％～20％)時并在60min～120min內呼吸速率恢復到正常范圍內的數值，則不需要采取措施；(5)當生化單元受低負荷沖擊時，且呼吸速率(OUR)的波動幅度超過正常范圍下限值的10％以上(優選為10％～20％)的時間超過120min，則報警通知給控制系統，并啟動活性炭投加裝置，向系統中投加粉末活性炭，直到OUR恢復到正常范圍時報警解除，并停止投加活性炭，實現沖擊系統的快速恢復，進入穩定運行狀態。
5.根據權利要求1或4所述的方法，其特征在于，生化單元污水為經過隔油浮選預處理后的好氧生化單元的廢水，其中石油類為5～30mg/L、COD為300～1000mg/L、氨氮為100～300mg/L、總氮為100～300mg/L。
6.根據權利要求1或4所述的方法，其特征在于，當生化單元受高負荷沖擊時，活性炭的投加方式是：每隔30～60分鐘投加一次，每次按照投加后固液混合物濃度30～50mg/L進行投加，生物吸附劑與活性炭同時投加，每次投加時活性炭和生物吸附劑的質量比為1：1～15：1，優選1：1～10：1。
7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，當生化單元受低負荷沖擊時，活性炭的投加方式是：每隔30～60分鐘投加一次，每次按照投加后固液混合物濃度30～50mg/L進行投加。
8.根據權利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述生物吸附劑按照以下方法制備的：(a)將氣凝膠置于醋酸溶液中反應，取出后洗滌至中性；(b)將腐殖酸溶于Fe(OH)3溶液中，加入氣凝膠，在50～70℃反應后，洗滌至弱堿性得到改性氣凝膠；(c)在改性氣凝膠上負載活性金屬，得到負載金屬的載體；(d)在負載金屬的載體上吸附產糖酯的微生物，吸附完成后經干燥獲得生物吸附劑。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(a)所述氣凝膠為碳氣凝膠、硅氣凝膠、纖維素氣凝膠中的至少一種，優選碳氣凝膠。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(a)所述醋酸溶液的濃度為1.0～2.0mol/L；將氣凝膠浸沒于醋酸溶液進行反應，反應溫度為30～50℃，反應時間為1.0～2.0h；將氣凝膠取出后，洗滌至pH值中性。
11.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(b)所述Fe(OH)3溶液的濃度為0.5～0.8mol/L，Fe(OH)3溶液與腐殖酸的質量比為1：1～3：1。
12.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(b)將氣凝膠浸沒于腐殖酸和Fe(OH)3溶液的混合體系中，在50～70℃下水浴震蕩反應3～5h；取出后洗滌至pH值為弱堿性，優選為7.6～8.0。
13.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(c)所述的活性金屬為Cu2+、Fe2+、Mg2+中的至少一種，優選Fe2+。
14.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(d)是將負載金屬的載體浸漬于產糖酯的微生物的發酵液進行菌體的吸附生長，負載金屬的載體與發酵液的體積比1：1～3；吸附生長條件為：溫度20～38℃，優選20～30℃，pH為6.0～8.5，優選6.0～7.0，反應時間為12～36h。
15.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(d)所述產糖酯微生物為發酵生產鼠李糖酯、海藻糖脂、槐糖脂和蔗糖酯中至少一種糖酯的微生物，優選地產鼠李糖酯的銅綠假單胞菌、產海藻糖脂的綠膿假單胞菌中的至少一種。
16.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，步驟(d)所述的干燥是在35～50℃干燥24～48h。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于所述吸附劑中，金屬含量以氧化物計占改性氣凝膠質量的1％～20％，腐殖酸占改性氣凝膠質量的0.1％～10％，產糖酯微生物占改性氣凝膠質量的5％～50％，優選10％～30％。
發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種污水處理場受高負荷沖擊后生化單元快速恢復的方法。本發明方法通過活性污泥呼吸速率(OUR)和化學需氧量(COD)兩個檢測指標進行沖擊風險的提前診斷，可以實現提前預警，及時消除沖擊風險并做到快速恢復，不需要重新對污泥進行馴化培養，降低了恢復時間，保證系統的長周期穩定運行效果。
本發明所述的呼吸速率采取活性污泥呼吸儀在線測定，COD采取化學需氧量在線分析儀測定。在運行過程中當系統受到負荷沖擊時污泥的活性均會出現短暫增強，相應活性污泥顆粒之間的絮凝性變差，則反應一段時間后會有細小的未絮凝活性污泥顆粒將隨水流失，生物量降低，則呼吸速率會有所下降。如果系統能夠耐受沖擊，則呼吸速率短時間內會恢復到初始狀態，如果已經采取調節水量和曝氣量等措施后仍然沒有恢復，證明流失的功能菌體大于系統能夠承受的范圍。
本發明第一方面提供了一種高負荷沖擊后生化單元的快速恢復方法，包括：
當生化單元受高負荷沖擊時，且呼吸速率(OUR)的波動幅度低于正常范圍下限值的10％以上(優選為10％～20％)的時間超過30min，則報警通知給控制系統，停止進水，并啟動活性炭投加裝置向系統中投加粉末活性炭，同時啟動生物吸附劑投加裝置向系統中投加生物吸附劑，直到呼吸速率OUR恢復到正常范圍時報警解除，并停止投加活性炭和生物吸附劑，同時啟動進水繼續運行，系統實現了沖擊后的快速恢復，進入穩定運行狀態；所述生物吸附劑包括負載金屬的載體和產糖酯的微生物。
本發明中，所述生物吸附劑中，金屬含量以氧化物計占改性氣凝膠質量的1％～20％，腐殖酸占改性氣凝膠質量的0.1％～10％，產糖酯微生物占改性氣凝膠質量的5％～50％，優選10％～30％。
本發明中，當生化單元的化學需氧量(COD)低于正常值20％以上，優選為20％～100％時屬于低負荷沖擊；當生化單元的化學需氧量COD高于正常值20％以上，優選為20％～100％時，屬于高負荷沖擊。其中，化學需氧量(COD)的正常值是指生化單元正常穩定運行時的化學需氧量，若正常穩定運行時化學需氧量(COD)允許在一定范圍內操作時，高負荷沖擊時的正常值是指范圍的上限，低負荷沖擊時的正常值是指范圍的下限。
本發明中，呼吸速率(OUR)的正常范圍是指生化單元正常穩定運行時曝氣池活性污泥的內源呼吸速率(OUR)可允許的范圍。
本發明第二方面提供了一種污水處理場受異常負荷沖擊后生化單元的快速恢復方法，包括：
(1)生化單元出水不能滿足排放標準要求時，根據生化單元的化學需氧量(COD)來判斷沖擊類型即低負荷沖擊或高負荷沖擊；
(2)當生化單元受高負荷沖擊時，且呼吸速率(OUR)的波動幅度低于正常范圍下限值的10％以上(優選為10％～20％)時并在10min～30min內呼吸速率恢復到正常范圍內的數值，則不需要采取措施；
(3)當生化單元受高負荷沖擊時，且呼吸速率(OUR)的波動幅度低于正常范圍下限值的10％以上(優選為10％～20％)的時間超過30min，則報警通知給控制系統，停止進水，并啟動活性炭投加裝置向系統中投加粉末活性炭，同時啟動生物吸附劑投加裝置向系統中投加生物吸附劑，直到呼吸速率OUR恢復到正常范圍時報警解除，并停止投加活性炭和生物吸附劑，同時啟動進水繼續運行，系統實現了沖擊后的快速恢復，進入穩定運行狀態；
(4)當生化單元受低負荷沖擊時，且呼吸速率(OUR)的波動幅度低于正常范圍下限值的10％以上(優選為10％～20％)時并在60min～120min內呼吸速率恢復到正常范圍內的數值，則不需要采取措施；
(5)當生化單元受低負荷沖擊時，且呼吸速率(OUR)的波動幅度超過正常范圍下限值的10％以上(優選為10％～20％)的時間超過120min，則報警通知給控制系統，并啟動活性炭投加裝置，向系統中投加粉末活性炭，直到OUR恢復到正常范圍時報警解除，并停止投加活性炭，實現沖擊系統的快速恢復，進入穩定運行狀態。
本發明中，當生化單元的化學需氧量(COD)低于正常值20％以上，優選為20％～100％時屬于低負荷沖擊；當生化單元的化學需氧量COD高于正常值20％以上，優選為20％～100％時，屬于高負荷沖擊。其中，化學需氧量(COD)的正常值是指生化單元正常穩定運行時污水的化學需氧量，若正常穩定運行時化學需氧量(COD)允許在一定范圍內操作時，高負荷沖擊時的正常值是指范圍的上限，低負荷沖擊時的正常值是指范圍的下限。
本發明中，步驟(1)所述的排放標準要求一般是對COD和氨氮濃度的要求，比如COD濃度不大于40mg/L，氨氮濃度不大于5mg/L，即排放標準限值COD濃度為40mg/L，氨氮濃度為5mg/L。
本發明中，呼吸速率(OUR)的正常范圍是指生化單元正常穩定運行時曝氣池活性污泥的內源呼吸速率(OUR)可允許的范圍。
本發明方法中，生化單元污水可以為經過隔油浮選預處理后的任何好氧生化單元的廢水，其中石油類為5-30mg/L、COD為300-1000mg/L、氨氮為100-300mg/L、總氮為100-300mg/L。
本發明中，當生化單元受高負荷沖擊時，活性炭的投加方式是：每隔30～60分鐘投加一次，每次按照投加后固液混合物濃度30～50mg/L進行投加，生物吸附劑的投加方式是與活性炭同時投加，其中每次投加時，活性炭和生物吸附劑的質量比為1：1～15：1，優選1：1～10：1。
本發明中，所述活性炭是本領域技術人員熟知的，可以是粉末活性炭，也可以是煤基破碎炭。
本發明中，當生化單元受低負荷沖擊時，活性炭的投加方式是：每隔30～60分鐘投加一次，每次按照投加后固液混合物濃度30～50mg/L進行投加。
進一步地，所述生物吸附劑中，金屬含量以氧化物計占改性氣凝膠質量的1％～20％，腐殖酸占改性氣凝膠質量的0.1％～10％，產糖酯微生物占改性氣凝膠質量的5％～50％，優選10％～30％。
本發明中，所述生物吸附劑按照以下方法制備的：(a)將氣凝膠置于醋酸溶液中反應，取出后洗滌至中性；(b)將腐殖酸溶于Fe(OH)3溶液中，加入氣凝膠，在50～70℃反應后，洗滌至弱堿性得到改性氣凝膠；(c)在改性氣凝膠上負載活性金屬，得到負載金屬的載體；(d)在負載金屬的載體上吸附產糖酯的微生物，吸附完成后經干燥獲得生物吸附劑。
本發明中，步驟(a)所述氣凝膠為碳氣凝膠、硅氣凝膠、纖維素氣凝膠等中的至少一種，優選碳氣凝膠。通常采用自制或者商業購買方式獲得，氣凝膠的比表面積為600～1100m2/g、孔隙率為80％～98％。
本發明中，步驟(a)所述醋酸溶液的濃度為1.0～2.0mol/L。將氣凝膠浸沒于醋酸溶液進行反應，反應溫度為30～50℃，反應時間為1.0～2.0h�？梢灾苯蛹訜峄蛘咚〖訜�，優選水浴加熱至30～50℃反應。將氣凝膠取出后，洗滌至pH值中性，一般為6.5～7.5。
本發明中，步驟(b)所述Fe(OH)3溶液的濃度為0.5～0.8mol/L，Fe(OH)3溶液與腐殖酸的質量比為1：1～3：1。
本發明中，步驟(b)將氣凝膠浸沒于腐殖酸和Fe(OH)3溶液的混合體系中，在50～70℃下水浴震蕩反應3～5h。取出后洗滌至pH值為弱堿性，一般為7.6～8.0。
本發明中，步驟(c)所述的活性金屬為Cu2+、Fe2+、Mg2+等中的至少一種，優選Fe2+。所述負載活性金屬可以采用本領域常規使用的浸漬法，如可以采用等體積、過量浸漬等。一般采用活性金屬的可溶性鹽溶液，其中金屬離子的濃度為1～4mol/L。例如可以采用將改性氣凝膠浸漬到活性金屬溶液中，在60～70℃下浸漬6～10h。
本發明中，步驟(d)是將負載金屬的載體浸漬于產糖酯的微生物的發酵液進行菌體的吸附生長，負載金屬的載體與發酵液的體積比1:1～3。吸附生長條件為：溫度20～38℃，優選20～30℃，pH為6.0～8.5，優選6.0～7.0，反應時間為12～36h。
本發明中，步驟(d)所述產糖酯微生物為發酵生產鼠李糖酯、海藻糖脂、槐糖脂和蔗糖酯等中至少一種糖酯的微生物，如可以是產鼠李糖酯的銅綠假單胞菌、產海藻糖脂的綠膿假單胞菌等中的至少一種。所述產糖酯的微生物發酵液的制備方法是本領域常規的。
本發明中，步驟(d)所述的干燥是在35～50℃干燥24～48h。所述生物吸附劑中，金屬含量以氧化物計占改性氣凝膠質量的1％～20％，腐殖酸占改性氣凝膠質量的0.1％～10％，產糖酯微生物占改性氣凝膠質量的5％～50％，優選10％～30％。所述生物吸附劑在使用前需要真空保存，保存時間一般為1～3個月。
本發明中，污水處理場受異常負荷沖擊后的快速恢復方法中，采用正常穩定運行時的操作條件，并不需要作出調整。運行條件為pH為7.0～8.5、溫度為25～35℃，其中A池控制溶解氧濃度小于0.5mg/L，O池控制溶解氧濃度為2～5mg/L。
本發明中，投加活性炭或投加生物吸附劑是向曝氣池投加，比如O池。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
(1)本發明采用OUR和COD聯動作為污水處理系統的綜合預警和控制指標，易于實現在線及時監測污水處理系統收到的異常負荷沖擊，兩個檢測指標聯動作為提前診斷信號，降低了沖擊風險。
(2)本發明遇到高負荷沖擊時首先停止進水，投加的活性炭可以臨時吸附來水中的有機污染物，減緩了高濃度或者有毒污染物對活性污泥中微生物的毒性干擾，生物吸附劑可以截留并快速吸附解絮后釋放的微生物，同時吸附小分子物質，在為微生物正常生長代謝提供營養的同時保證出水水質，實現系統沖擊后的快速恢復，保證系統的長周期穩定運行效果。
(3)本發明遇到低負荷沖擊時投加粉末活性炭，可以起到降低溶解氧并降低解絮的功能微生物隨水流失量，實現系統沖擊后的快速恢復，保證系統的長周期穩定運行效果。
(4)本發明采用活性炭和生物吸附劑同時投加的協同作用，可以隔離高濃度有毒物質與微生物接觸，大分子物質的臨時存儲和生物酶的協同降解，在保證生物活性的同時減少了流失量，可以大大降低恢復時間，實現系統沖擊后的快速恢復，保證系統的長周期穩定運行效果。
(5)發明人在研究中發現，在改性氣凝膠上負載活性金屬后，通過吸附生長產糖酯的微生物，從而使合成的生物吸附劑在使用中能夠避免活性金屬流失，提高對功能微生物的吸附性能，增加生物量有利于實現系統沖擊后的快速恢復。
（發明人：高會杰;孫丹鳳;王剛;陳明翔）
