一种保持好氧颗粒污泥性能及结构稳定性的储存方法

技术领域

本发明属于废水生物处理技术领域，特别涉及一种保持好氧颗粒污泥性能及结构稳定性的储存方法。

背景技术

好氧颗粒污泥（AGS）是微生物在好氧条件下自发凝聚、增殖而形成的一种形状规则、结构紧密的颗粒状生物聚集体。与传统活性污泥絮体相比，AGS具有沉降性能优异、生物持留量高、耐有机负荷冲击、微生物更加多样等优点。AGS颗粒从外至内可分别形成好氧区、缺氧区和厌氧区，为不同功能微生物提供适宜的生长环境，具有同步脱氮除磷功能。好氧颗粒污泥系统多以SBR工艺运行，占地面积小，处理效果好，运行成本低，是一项极具潜力的废水生物处理新技术。

目前，AGS系统在启动过程中颗粒化周期较长，成为制约其在实际工程应用中的难题。为了实现快速颗粒化，研究者们尝试了多种办法，如添加金属离子、活性碳等作为内核加速颗粒形成；添加絮凝菌种、天然或人工絮凝剂等促进污泥絮凝为生物聚集体；添加完整或破碎的颗粒污泥、真菌、载体物质等作为细胞初始附着的核或骨架结构吸附其他微生物，加速AGS的形成等。上述方法均有助于AGS尽快实现造粒，缩短启动反应器时间，降低运行成本和费用。在AGS反应器运行过程中，为维持反应器稳定运行会周期性排除剩余AGS，若将这部分好氧颗粒污泥储存起来，作为接种污泥启动新反应器，不仅节约时间，而且还可降低经济成本。因此，AGS的储存具有重要的实际意义。

胞外聚合物（EPS）是微生物在特定环境条件下分泌的有机大分子聚合物，主要成分为蛋白质（PN）和多糖（PS）。研究表明，EPS对于AGS的形成和稳定具有重要意义，可通过影响表面电荷、亲疏水性等性质，进而影响好氧颗粒污泥的结构、沉降性能、絮凝和脱水性能等，对于维持AGS的结构稳定性起到至关重要的作用。而颗粒污泥良好的结构稳定性是AGS反应器快速启动及保持长期稳定运行最重要的前提条件。已有研究表明，在AGS长期储存过程中，极易发生EPS中的PN、PS含量大幅减少的现象，从而增加了污泥的电负性，降低了疏水性，导致部分颗粒出现解体，储存后的颗粒污泥损耗大。因此，在AGS储存中如何有效维持颗粒中的EPS对于保持颗粒污泥结构稳定性极为重要。

常见的AGS储存方法主要有干式储存和湿式储存。干式储存操作过程复杂，脱水过程可致使部分微生物死亡，破坏颗粒原有微观结构，影响颗粒污泥形态。湿式储存操作过程相对简单，但存在冷冻过程中水形成冰晶，造成细胞膜和细胞器的破坏而引起细胞死亡。并且，在冷冻、储存和解冻过程中，具有一定活性的微生物在饥饿状态下可降解EPS作为能源物质。此外，常见的AGS储存方法中，为达到抑制微生物、实现微生物脱水的目的，需加入苯酚、丙酮等化学药剂，这些有毒有害化学物质可能会对储存后的好氧颗粒污泥造成二次破坏，不利于好氧颗粒污泥的复用。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种保持好氧颗粒污泥性能及结构稳定性的储存方法，该储存方法能有效保留胞外聚合物，保持好氧颗粒污泥的结构完整性和稳定性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种保持好氧颗粒污泥性能及结构稳定性的储存方法，对好氧颗粒污泥进行洗涤，然后加入甘油-盐水混合液，并将好氧颗粒污泥完全浸没，摇床混合均匀后进行氮气吹脱，最后经梯度冷冻后转移至-20~-80 ℃下储存；所述甘油-盐水混合液中的甘油浓度为30~35% v/v，盐水浓度为2~5% v/v。

进一步地，洗涤时，采用自来水洗涤3~5 次。

进一步地，甘油-盐水混合液浸没好氧颗粒污泥后，甘油-盐水混合液液面高出好氧颗粒污泥2~3 cm。

进一步地，摇床混合时，摇床转速为50~100 rpm，室温下混合10~30 min。

进一步地，氮气吹脱时间为10~20 min。

进一步地，梯度冷冻过程为：先将好氧颗粒污泥置于4 ℃下静置30~60 min，然后在-20 ℃下静置30~60 min。

本发明还提供了前面所述的储存方法所储存的好氧颗粒污泥复用方法，将好氧颗粒污泥置于室温下自来水中浸泡至完全解冻，然后用自来水清洗3~5 次，最后将好氧颗粒污泥投入反应器中运行。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用甘油-盐水混合液对好氧颗粒污泥进行浸没，甘油作为冷冻保护剂，可提高混合液的黏稠度，使混合液的冰点提高，再结合梯度冷冻能有效防止冻结和融化过程中的冰晶产生，从而有效保护微生物细胞，保证好氧颗粒污泥的结构完整性，利于后续好氧颗粒污泥活性的恢复。

同时甘油作为有机物质，可在冷冻和解冻过程中充当微生物的营养物质，减少甚至避免微生物降解胞外聚合物，从而有利于保持好氧颗粒污泥的完整性和结构稳定性。

在冷冻、储存及解冻过程中，盐水的加入可以抑制微生物代谢，减少微生物对EPS的降解，有利于维持颗粒污泥稳定的结构。

2、利用本发明的储存方法储存好氧颗粒污泥，可有效保护微生物细胞和胞外聚合物，进而保持好氧颗粒污泥结构完整性和稳定性。储存后的好氧颗粒污泥复用时，操作便捷，好氧颗粒污泥活性恢复时间短，可有效缩短好氧颗粒污泥反应器的启动运行时间，降低运行成本和费用，有利于好氧颗粒污泥技术在工程中的推广和应用。

附图说明

图1-实施例1中储存后好氧颗粒污泥照片。

图2-实施例1中储存前后好氧颗粒污泥反应器对氨氮和COD的去除率。

图3-实施例1中储存前后好氧颗粒污泥浓度及沉降性能。

图4-实施例1中储存前后好氧颗粒污泥粒径分布。

图5-实施例1中储存前后好氧颗粒污泥失稳系数。

图6-实施例1中储存前后好氧颗粒污泥EPS含量。

图7-对比实施例1中储存后好氧颗粒污泥照片。

图8-对比实施例2中储存后好氧颗粒污泥照片。

具体实施方式

一种保持好氧颗粒污泥性能及结构稳定性的储存方法，对好氧颗粒污泥进行洗涤，然后加入甘油-盐水混合液，并将好氧颗粒污泥完全浸没，摇床混合均匀后进行氮气吹脱，最后经梯度冷冻后转移至-20~-80 ℃下储存；所述甘油-盐水混合液中的甘油浓度为30~35% （v/v），盐水浓度为2~5% （v/v）。

这里的甘油-盐水混合液采用甘油和盐水混合而成，其中盐水采用氯化钠和水配制而成。甘油作为冷冻保护剂，可提高混合液的黏稠度，使混合液的冰点提高，再结合梯度冷冻能有效防止冻结和融化过程中的冰晶产生，从而有效保护微生物细胞，保证好氧颗粒污泥的结构完整性，利于后续好氧颗粒污泥活性的恢复。

同时甘油作为有机物质，可在冷冻和解冻过程中充当微生物的营养物质，减少甚至避免微生物降解胞外聚合物，从而有利于保持好氧颗粒污泥的完整性和结构稳定性。

在冷冻、储存及解冻过程中，盐水的加入可以抑制微生物代谢，减少微生物对EPS的降解，有利于维持颗粒污泥稳定的结构。

具体实施时，洗涤时，采用自来水洗涤3~5 次。

具体实施时，甘油-盐水混合液浸没好氧颗粒污泥后，甘油-盐水混合液液面高出好氧颗粒污泥2~3 cm。

保证甘油-盐水混合液能有效浸没好氧颗粒污泥，从而保证好氧颗粒污泥与混合液有效接触。

具体实施时，摇床混合时，摇床转速为50~100 rpm，室温下混合10~30 min。

具体实施时，氮气吹脱时间为10~20 min。

具体实施时，梯度冷冻过程为：先将好氧颗粒污泥置于4 ℃下静置30~60 min，然后在-20 ℃下静置30~60 min。

需要对本发明储存的好氧颗粒污泥进行复用时，只需将好氧颗粒污泥置于室温下自来水中浸泡至完全解冻，用自来水清洗3~5 次后将好氧颗粒污泥投入反应器中运行。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

（1）AGS的低温保存

收集需要保存的AGS，转移至封闭容器中用自来水洗涤3~5 次，倒去上清液，加入甘油浓度为35%（v/v），盐水浓度为5%（v/v）的甘油-盐水混合液，浸没颗粒污泥2 cm。设摇床转速为100 rpm，室温下混匀好氧颗粒污泥与甘油-盐水混合液20 min，然后氮气吹脱15min后密封，置于4 ℃下静置60 min，再转移至-20℃下静置45 min，最后转移至-80℃条件下储存，储存时间为6个月。

（2）AGS的活性恢复

将储存的AGS取出，室温下浸泡于自来水中至完全解冻。用自来水清洗3次后，转移至SBR反应器中，按照原工况运行反应器，实现启动。

a、储存后的好氧颗粒污泥的照片如图1所示，由图1可见，好氧颗粒污泥呈土黄色，颜色较亮，大部分颗粒呈清晰规则球形，少数颗粒呈棒状，污泥结构紧凑。

b、好氧颗粒污泥储存前后反应器氨氮和COD的去除率如图2所示，采用储存后的好氧颗粒污泥运行反应器，6天后氨氮、COD去除能力均恢复至80%以上，表明该储存方法可以有效保持AGS活性，在短时间内便可以完成反应器的启动。

经过测定，污泥浓度及沉降性能如图3所示，污泥浓度和SVI保持稳定。

c、储存前和储存后好氧颗粒污泥粒径分布如图4所示，粒径超过2 mm的颗粒占据绝对优势。

d、储存前后好氧颗粒污泥失稳系数如图5所示，由图可见，储存后的好氧颗粒污泥活性恢复后，颗粒失稳系数与储存前相近。

由a~d表明，本发明的储存方法可以有效保持AGS原有颗粒结构的完整性和稳定性，且具有良好的沉降性能和生物活性。

此外，不同时间段的EPS浓度如图6所示，储存后的好氧颗粒污泥EPS浓度较储存前仅降低6%。其中，PN浓度降低了7%，PS浓度降低4%。表明本发明的储存方法可以有效防止储存过程AGS中微生物对于EPS的降解。

对比实施例1

本实施例同实施例1，不同之处在于，本实施例中未加甘油-盐水混合液。

储存后的好氧颗粒污泥的照片如图7所示，由图7可见，部分颗粒碎裂，甚至有部分颗粒污泥出现空化现象，内部呈现黑褐色。经测定储存后EPS浓度下降至15.28 mg/g VSS，相较储存前下降22.8%，表明整个储存过程中颗粒污泥内大量EPS发生水解，导致好氧颗粒污泥结构完整性受到破坏，稳定性降低。

对比实施例2

本实施例同实施例1，不同之处在于，本实施例氮气吹脱后，未经梯度冷冻直接置于-80℃条件下储存。

储存后的好氧颗粒污泥的照片如图8所示，由图8可见，大部分颗粒碎裂，好氧颗粒污泥完整性受到破坏，结构稳定性变差，碎屑颗粒会随出水排出反应器，发生污泥流失，进而影响反应器污染物去除性能。

综上所述，本发明所述的储存方法在储存AGS过程中，不仅有效避免了冻融过程中冰晶对于微生物细胞的损伤，且有效防止了微生物在冷冻和冻融过程中对EPS的降解，维持了AGS原有结构的完整性和稳定性、优良的沉降性能以及生物活性。经过长期储存的颗粒污泥转移至反应器并按照原工况运行，在短时间内可恢复性能，节约了反应器启动时间，降低了运行成本和费用，有利于AGS技术在实际工程的推广和应用。

最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。