[发明专利]一种加速好氧颗粒污泥形成的复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种加速好氧颗粒污泥形成的复合材料、制备方法及应用；本发明构建了基于多孔碳和铁系材料复合纳米材料的好氧颗粒污泥快速构建体系，投加多孔碳和铁系材料制备得到的复合纳米材料，使得好氧颗粒污泥形成速度显著提高；本发明所制备得到的复合纳米材料与投加惰性材料、不投加材料两种对比，本发明的时间缩短30‑50％。本发明制备得到的好氧颗粒污泥成熟后稳定性好，能抵御较大的冲击负荷，处理污水水质达到一级A标准，对常规污染物的处理能力提高10％‑30％，较常规好氧颗粒污泥技术节省曝气量和占地，节约能耗10‑30％。

技术领域

本发明涉及污水生化处理技术领域，具体涉及一种加速好氧颗粒污泥形成的复合材料、制备方法及应用。

背景技术

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：(1)颗粒污泥培养速度缓慢，形成时间长，能耗高；(2)由于丝状菌大量繁殖、颗粒厌氧内核水解、功能菌丧失和EPS成分改变造成的污泥空穴化、稳定性下降导致颗粒易解体，尤其是在具有宽幅时变特征的城镇污水中难以利用。

当前对于好氧颗粒污泥的优化方法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。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。现有技术的优化方法不仅较为繁琐，还会对系统的除污效果产生负面影响。

发明内容

本发明的目的是提供了一种加速好氧颗粒污泥形成的复合材料、制备方法及应用。本发明针对好氧颗粒污泥培养过程中因颗粒因丝状菌过量增殖和微生物内源呼吸，导致的结构稳定性差、形成缓慢的问题。本发明提供的一种加速好氧颗粒污泥形成的复合材料，在反应器中可为颗粒污泥的形成提供骨架，促进污泥凝聚和种间电子传递，缩短好氧颗粒污泥培养时间。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种加速好氧颗粒污泥形成的复合材料，由多孔碳材料和纳米铁系材料形成的复合材料；所述纳米铁系材料负载在多孔碳材料的表面和/或其孔道内；所述纳米铁系材料和多孔碳材料的含量比例为0.5-1.0:1.0；所述纳米铁系材料包括零价铁和/或铁的氧化产物；

本发明所涉及的所述复合材料，以多孔碳材料为载体，将纳米铁系材料负载到多孔碳材料的表面和/或孔道，兼具多孔碳的吸附性及铁系材料的导电性。根据负载原理，孔径由多孔碳材料决定；

本发明所述的多孔碳材料为活性炭材料，其粒径为80-300目。

所述复合材料具有一定的机械强度、导电性、孔隙率及吸附特性，在反应器中可以其为核心促进污泥凝聚并提高其稳定性，其中，复合材料的导电性随铁含量的增加而增强，吸附性随多孔碳含量的增加而增强。

优选地，所述多孔碳材料的比表面积为200-300m²/g。

优选地，所述纳米铁系材料的比表面积为20-80m²/g。