[发明专利]好氧颗粒污泥及其培养方法

说明书

本发明提供了好氧颗粒污泥及其培养方法。该好氧颗粒污泥，以颗粒污泥为基体，其中交织有骨架材料，骨架材料包括一维骨架材料、二维骨架材料和三维骨架材料中的至少一种，好氧颗粒污泥的结构得到了增强，同时颗粒的沉降性能更高，结构更加稳定。运行能耗明显降低。本发明的好氧颗粒污泥培养方法，利用具备生物稳定性和机械强度高的外源骨架对颗粒自身的部分骨架进行替代和强化，提高了颗粒骨架的强度及其在长期运行过程中的完整性，同时能够对颗粒化所需的水力剪切力进行补偿，实现了好氧颗粒污泥反应器的低能耗稳定运行的目的。

技术领域

本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及好氧颗粒污泥及其培养方法。

背景技术

随着生活污水排放量的逐年增加，环境水体所承受的自净压力越来越大，提高污水处理厂出厂水水质和工艺节能降耗已经刻不容缓。传统的污水生物处理技术存在占地面积大、污染物负荷能力低、受运行环境影响大等问题，尤其是在低温等不利环境下，出水往往无法达到现行的污水排放标准，对环境水体的水质状况造成威胁。

传统好氧颗粒污泥技术是是一种通过微生物自絮凝而形成的特殊生物膜，具有污泥沉降性能良好、生物量和污染物去除效率高、抗冲击负荷能力强等优点。同时，其内部特殊的层状结构可在同一反应器中实现各类污染物的同步去除，有效减少了工艺构筑物的占地面积和运行成本。但是，传统好氧颗粒污泥在长期运行过程中存在稳定性不足的问题。丝状菌的过量扩增，以及胞外聚合物中β-多糖随着颗粒内部传质限制的增加而被微生物降解利用，使得颗粒骨架完整性被破坏，无法为颗粒整体结构提供支撑，导致颗粒解体，污染物去除效能恶化，制约了该工艺的应用。

为提高好氧颗粒污泥的结构稳定性，国内外研究者们进行了一系列探索，主要集中于调整反应器运行条件以提高选择压力、投加金属离子、絮凝剂和惰性核心以促进微生物结合密实度等方面。然而，以上手段均无法解决颗粒内部骨架在长期运行过程中的生物降解问题，选择压力的提高还会导致反应器运行能耗的增加，缺乏有效性和普适性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出好氧颗粒污泥及其培养方法。

本发明第一方面提供了好氧颗粒污泥，包括颗粒污泥基体，以及交织于所述颗粒污泥基体中的骨架材料；所述骨架材料包括一维骨架材料、二维骨架材料和三维骨架材料中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，述一维骨架材料为碳纤维。

根据本发明的一些实施方式，所述一维骨架材料的直径为2～25μm，长度为100～1000μm，比表面积为1.2～22×10³m²/g。

上述一维骨架材料的直径、长度和比表面积范围有利于控制颗粒尺寸，促进材料与微生物之间的结合，同时避免对颗粒内部微生物分布产生过大干扰。当材料长度过短时，无法对颗粒自身骨架产生有效强化，而当长度过长时，材料难以穿透进颗粒内部，无法充分发挥作用。

根据本发明的一些实施方式，所述二维骨架材料为石墨烯。

根据本发明的一些实施方式，所述二维骨架材料的厚度为5～30μm，边长为0.5～3mm，比表面积为0.96～2.6×10³m²/g。

上述二维骨架材料的厚度能够避免材料对颗粒内部微生物分布产生过大干扰、边长有利于控制颗粒尺寸，比表面积范围有利于促进材料与微生物之间的结合。另外，与一维骨架材料相比，二维骨架材料的优势是更方便微生物的定殖与扩增。

根据本发明的一些实施方式，所述三维骨架材料为微海绵。

微海绵为空间网状材料，包括三聚氰胺海绵、聚乙烯醇海绵和聚氨酯海绵。