一种好氧颗粒污泥形成系统的构建方法技术方案

本发明专利技术涉及污水处理技术领域，具体公开了一种好氧颗粒污泥形成系统的构建方法，包括以下步骤：步骤1，制备掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料：使用铁源、氮源和氧化石墨烯合成制备得到掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料；步骤2，系统构建：将掺氮载铁/氧化石墨烯投加进含有污泥的SBR反应器中，控制曝气强度、表面气速、水力负荷以及水力停留时间，培养后构建形成含有好氧颗粒污泥的系统。本发明专利技术通过制备掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料，为颗粒污泥的形成提供骨架，以促进污泥聚集和种间电子传递，从而达到加速好氧颗粒污泥形成的目的。从而达到加速好氧颗粒污泥形成的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种好氧颗粒污泥形成系统的构建方法


[0001]本专利技术涉及污水处理
，具体涉及一种基于掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料的好氧颗粒污泥形成系统的构建方法。

技术介绍

[0002]生化工艺是污水处理中的主要工艺，包括活性污泥法和生物膜法，传统活性污泥法的具体工艺包括CASS、氧化沟、A/O和A2/O等。1991年Mishima等最早发现了好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge，AGS)，并第一次报道了利用连续流好氧上流式污泥床反应器(Aerobic Upflow Sludge Blanket，AUSB)培养出AGS。好氧颗粒污泥是一种细胞自固定化的生物絮凝体，具有结构紧凑、沉降性能好、抗冲击强等优点，独特的分层结构使好氧颗粒污泥具备同时碳化、硝化反硝化的能力，大大缩短污水除碳脱氮除磷过程，应用前景广阔。虽然好氧颗粒污泥的高效性得到广泛认可，但存在影响其工程化实施的瓶颈问题：一是颗粒污泥培养速度缓慢；二是污泥空穴化导致颗粒易解体，尤其是在具有宽幅时变特征的城镇污水中难以利用；三是好氧颗粒污泥技术具有能耗高、间歇式运行和不利于放大等特点。
[0003]现如今好氧颗粒污泥的优化主要从加速好氧颗粒污泥的形成过程和好氧颗粒污泥稳定性强化这两个角度出发。加速好氧颗粒污泥形成过程的方法主要有：1.投加辅助材料或改变接种污泥组分(金属离子、絮凝剂和成熟颗粒污泥等)；2.调控运行条件(降低ST、延长饥饿时长、提高剪切力和提高OLR等)；3.耦合选择压(耦合强水力选择压和高负荷的运行模式等)。好氧颗粒污泥失稳原因主要包括丝状菌大量繁殖、颗粒厌氧内核水解、功能菌丧失和EPS成分改变。目前关于强化长期运行过程中好氧颗粒污泥稳定性的策略主要包括：提供适宜的运行条件、筛选富集生长速率慢的微生物、抑制颗粒内部厌氧活性和强化颗粒内核。然而，目前好氧颗粒污泥培养过程中存在颗粒因丝状菌过量增殖和微生物内源呼吸而导致的结构稳定性差等问题及好氧颗粒污泥长期运行中颗粒稳定性下降的问题。

技术实现思路

[0004]针对于目前好氧颗粒污泥存在的一些问题，本专利技术提出一种基于掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料的好氧颗粒污泥形成系统的构建方法，采用掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料，使其具有一定的机械强度、导电性、孔隙率及吸附特性，并以其为核心从而达到好氧颗粒污泥形成系统的快速构建。
[0005]本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
[0006]一种好氧颗粒污泥形成系统的构建方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，制备掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料：
[0008]使用铁源、氮源和氧化石墨烯合成制备得到掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料；
[0009]步骤2，系统构建：
[0010]将掺氮载铁/氧化石墨烯投加进含有污泥的SBR反应器中，控制曝气强度、表面气速、水力负荷以及水力停留时间，培养后构建形成含有好氧颗粒污泥的系统。
[0011]优选地，所述步骤1中，掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料的制备方法为水热合成法或高温合成法。
[0012]优选地，所述步骤1中，水热合成法的铁源为六水合氯化铁，氮源为尿素。
[0013]优选地，所述步骤1中，高温合成法的铁源为六水合氯化铁，氮源为氨气或氮气。
[0014]优选地，所述步骤1中，掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料的电导率在(1
‑
10)
×
106S/m之间。
[0015]优选地，所述步骤2中，污泥为从污水厂生化工艺好氧段取回的经两天时间的曝气驯化后的絮状污泥。
[0016]优选地，所述步骤2中，曝气强度为2.7L/min，表面气速为1cm/s，水力停留时间为4h，水力负荷为3m3/(m3·
d)。
[0017]优选地，所述步骤2中，培养时间为15
‑
30天。
[0018]优选地，所述步骤2中，掺氮载铁/氧化石墨烯加入至污泥中的浓度为400mg/L。
[0019]优选地，所述步骤2中，SBR反应器具体运行参数为：反应器高径比为9，内径均为7.5cm，高为67.5cm，有效容积为3L。
[0020]优选地，所述步骤2中，SBR采用逐步缩短污泥沉降时间(15min
→
10min
→
5min)的方法培养好氧颗粒污泥。
[0021]优选地，所述步骤2中，SBR反应器的周期总长为240min，一天运行6个周期，在更换周期时补充最初添加量50％的掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料。
[0022]优选地，所述步骤2中，培养形成的好氧颗粒污泥的浓度达6000mg/L以上。
[0023]优选地，所述步骤2中，好氧颗粒污泥的粒径分布为0.4
‑
1.5mm，密度为1.0078～1.0380g/cm3。
[0024]优选地，使用水热合成法合成所述掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料的过程为：
[0025](1)制备先驱物尿素铁：
[0026]将尿素溶于无水乙醇中，待其完全溶解后，加入六水合氯化铁，磁力搅拌下反应2个小时后，生成淡绿色的尿素铁络合物沉淀，常压过滤，并用无水乙醇洗涤数次，于烘箱中烘干，得到先驱物尿素铁；其中，六水合氯化铁与尿素的质量比为0.5
‑
1:1；材料的导电性随着六水合氯化铁和氮素含量的增加而增强，材料的吸附性随着石墨烯含量的增加而增强；
[0027](2)配置氧化石墨烯
‑
氨水混合液：
[0028]向50mL浓度为7mg/mL的氧化石墨烯中加入30mL的氨水，磁力搅拌下混合均匀，并超声一定的时间，得到氧化石墨烯
‑
氨水混合液；
[0029](3)制备掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料：
[0030]取0.5
‑
2g先驱物尿素铁，溶于30mL的乙二醇中，加入0.2g的PVP(分散剂)，待PVP完全溶解后，加入到氧化石墨烯
‑
氨水混合液中，用饱和的氢氧化钠水溶液调解pH＝11，磁力搅拌并超声后，使其成为均匀的混合液后，将该混合液移入200mL的反应釜中，置于200℃的烘箱中反应一定的时间；待反应结束后，冷却到室温，收集产物并用蒸馏水洗涤至中性，于真空干燥箱中烘干，之后碾成过筛得到100
‑
120目的粉末状目标产物，即得到掺氮载铁/氧化石墨烯。
[0031]优选地，使用高温合成法合成所述掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料的过程为：
[0032](1)称量六水合三氯化铁，溶解于离子水中，形成FeCl3水溶液；其中，六水合氯化
铁和去离子水的质量比为0.2
‑
2:1；材料的导电性随着六水合氯化铁含量和氮素的增加而增强，材料的吸附性随着石墨烯含量的增加而增强；
[0033](2)将4mLFeCl3水溶液逐滴加入装有氧化石墨烯分散液的烧杯中，同时进行充分的磁力搅拌，待Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种好氧颗粒污泥形成系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，制备掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料：使用铁源、氮源和氧化石墨烯合成制备得到掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料；步骤2，系统构建：将掺氮载铁/氧化石墨烯投加进含有污泥的SBR反应器中，控制曝气强度、表面气速、水力负荷以及水力停留时间，培养后构建形成含有好氧颗粒污泥的系统。2.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥形成系统的构建方法，其特征在于，所述步骤1中，掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料的制备方法为水热合成法或高温合成法。3.根据权利要求2所述的好氧颗粒污泥形成系统的构建方法，其特征在于，所述步骤1中，水热合成法的铁源为六水合氯化铁，氮源为尿素；高温合成法的铁源为六水合氯化铁，氮源为氨气或氮气。4.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥形成系统的构建方法，其特征在于，所述步骤1中，掺氮载铁/氧化石墨烯复合导电材料的电导率在(1
‑
10)
×
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫俊国，李俊峰，赫睿宁，王健康，张虎跃，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：