一种用于培养厌氧颗粒污泥复合核的制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及一种用于培养厌氧颗粒污泥的复合核的制备方法及其应用，属于污水处理领域。
技术背景
2.目前在uasb反应器内培养出厌氧颗粒污泥耗时长，少则2、3个月，长则需要半年甚至更久，并且培养出来的颗粒污泥沉降性差、产甲烷活性低、颗粒松散易碎，达不到废水处理的要求，甚至会造成污泥的流失，起不到废水处理的要求。影响颗粒污泥成型的因素有很多：有机负荷、水力停留时间、液体上升流速、反应器内温度、ph、添加不同的聚合物以及离子等。目前传统的处理办法主要通过优化上述影响成型的条件，改变uasb内的有机负荷、水力停留时间、添加单一的聚合物或离子等来探究加速颗粒污泥的成型的条件。
3.污泥造粒形成颗粒污泥的内核的方法具有减少颗粒污泥形成时间、可以大量的形成颗粒污泥以及具备一定的废水处理能力等优点。但目前的研究发现：污泥造粒形成的颗粒所需要的成本较大，污泥颗粒稳定性较差、容易被自身微生物缓慢降解，不能长期稳定的进行废水处理。因此需要提出一种新的颗粒污泥形成的方法，提高颗粒污泥的性能。
4.经过对污泥颗粒化的相关专利进行检索，其结果如下：有专利报道用污泥聚集体制备促进好氧颗粒污泥快速形成的方法，专利号cn108675440a，该种方法将活性污泥浓缩后与阳离子高分子聚合物混合并通过ph调节后形成污泥聚集体用于促进好氧颗粒污泥的快速形成。此种方法虽然能够一定程度上促进好氧颗粒污泥的形成，但污泥聚集体制备方法繁琐、且聚集效率难以控制，同时其制备出的是好氧颗粒污泥，与厌氧颗粒污泥有本质区别。专利号cn104876332a，该专利利用零价铁促进厌氧颗粒污泥的形成，强化还原脱氯菌的富集，所形成的具有脱氯性能的厌氧颗粒污泥能够用于降解含氯代烃废水。该专利中零价铁的作用仅为亚核，且零价铁的还原性非常弱，对氯代烃的降解无有益效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了快速培养厌氧颗粒污泥、提高厌氧颗粒污泥稳定性、提高污染物的降解效率以及克服容易被自身微生物缓慢降解的缺点，而提供一种用于厌氧颗粒污泥培养的复合核制备方法及其应用，通过腐殖酸的吸附作用促进颗粒污泥与污染物的接触，利用纳米零价铁的强还原性破坏大分子污染物分子结构，使污染物转变为易于生物代谢的小分子有机物，进一步地，腐殖酸的高效电子转移能力促进微生物对大分子污染物、小分子有机物的代谢，从而实现污染物的高效降解。而骨粉和腐植酸和纳米零价铁复合核中的骨粉可以释放多种微量元素和大量钙质不仅对污染物的生物代谢具有促进作用，同时其能够加快厌氧颗粒污泥形成速率，提高晶核强度，并提升厌氧颗粒污泥的代谢活性和稳定性，延长提高厌氧颗粒污泥的使用寿命。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种用于培养厌氧颗粒污泥的复合核的制备方法，如下：
7.步骤(一)：将包埋剂和腐殖酸和骨粉粉末混合形成复合物；
8.步骤(二)：向步骤(一)所述复合物中加入交联剂进行交联形成复合体；
9.步骤(三)：将步骤(二)所述复合体加入氯化铁溶液内，再加入硼氢化钠并搅拌，得到骨粉和腐殖酸和纳米零价铁结合体；
10.步骤四：将步骤(三)所述的骨粉和腐殖酸和纳米零价铁结合体用蒸馏水洗涤3-5次至中性得到骨粉和腐殖酸和纳米零价铁复合核；
11.步骤(一)中的包埋剂包括聚乙烯醇和海藻酸钠和二氧化硅。
12.优选的，所述包埋剂、骨粉、腐殖酸、氯化铁质量比为100：(20-50)： (0.2-0.5)：(0.5-3)，所述氯化铁溶液内氯化铁浓度为0.5-3％，所述硼氢化钠与氯化铁溶液中fe
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的摩尔比为(3-5)：1，所述骨粉粉末粒径小于0.2mm。
13.优选的，所述包埋剂由聚乙烯醇和海藻酸钠加水混合溶解，再加入二氧化硅和腐殖酸，得到含腐殖酸的包埋材料。
14.优选的，所述含腐殖酸的包埋材料中各组分的浓度分别为：聚乙烯醇为 6-12％，海藻酸钠为1-3％，二氧化硅为0.8-2.5％，腐殖酸为0.2-0.5％。
15.优选的，所述步骤(二)中得交联剂为含有氯化钙的饱和硼酸溶液，所述含有氯化钙的饱和硼酸溶液中氯化钙浓度为1-5％。
16.优选的，所述交联时间为12-24h，温度为2-6℃。
17.优选的，所述步骤(三)在氮气环境下进行。
18.优选的，将所述步骤(三)制备得到的骨粉和腐殖酸和纳米零价铁结合体洗涤至中性得到骨粉和腐殖酸和纳米零价铁复合核。
19.优选的，包埋剂、骨粉、腐殖酸、氯化铁质量比为100：30：0.3：1.5。
20.本发明还提供了一种用于培养厌氧颗粒污泥复合核的应用，本发明制备得到的复合核在难降解废水、污水处理中的应用，例如煤制气废水、焦化废水、 ta废水等。
21.有益效果：
22.1.本发明提供的复合核中骨粉可以为微生物提供微量元素，含有大量的钙质可以强化污泥的晶核强度，通过腐殖酸缓释作用，实现了零价铁还原持久性与厌氧微生物生长周期的匹配。
23.2.本发明中腐植酸可以吸附污染物为微生物提供营养物质，起到碳酸氢盐缓冲剂的效果，提高微生物活性。
24.3.本发明中纳米零价铁可以与有毒污染物作用，减少颗粒污泥成型过程的毒害，提供厌氧环境、腐蚀产氢为微生物提供电子供体，提高产甲烷微生物的活性。
25.4.本发明提供的复合核中的纳米零价铁与腐植酸结合具有更优的生物电子转移效率，这对于厌氧颗粒污泥的形成、生长和稳定具有显著的促进作用，使得颗粒污泥的形成时间短、能耗低、效率高。
26.5.本发明通过海藻酸钠等包埋剂中的化学基团与交联剂中钙离子发生配位反应，形成不溶于水的凝胶球，使腐殖酸、骨粉、纳米零价铁以及其他包埋材料快速结合形成小球，为厌氧颗粒污泥提供内核，有利于微生物的附着，加速颗粒污泥的形成。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.具体实施例1
29.将骨粉研磨成粉末状备用；取6g聚乙烯醇，1.2g海藻酸钠，1g二氧化硅，加水加热到30℃溶解到100ml，加入20g骨粉，0.2g腐殖酸，搅拌均匀，制备得到复合物。将复合物滴加到含有2％氯化钙的饱和硼酸溶液，6℃避光交联12h 后，用蒸馏水洗涤3次，得到骨粉和腐殖酸包埋体复合体。将骨粉和腐殖酸包埋体复合体加入到200ml 1w/t％氯化铁溶液，在氮气氛围下加入40ml 0.72m的 nabh4原位合成纳米零价铁负载在包埋结构上，形成骨粉和腐殖酸和纳米零价铁的结合体，用蒸馏水洗涤3次，最终得到骨粉和腐殖酸和纳米零价铁复合核，无氧条件下保存。
30.具体实施例2
31.将骨粉研磨成粉末状备用；取8g聚乙烯醇，1.6g海藻酸钠，1.5g二氧化硅，加水加热到40℃溶解到100ml，加入30g骨粉，0.3g腐殖酸，搅拌均匀，制备得到复合物。将复合物滴加到含有3.5％氯化钙的饱和硼酸溶液，4℃避光交联 18h后，用蒸馏水洗涤3次，得到骨粉和腐殖酸包埋体复合体。将骨粉和腐殖酸包埋体复合体加入到200ml 1.5w/t％氯化铁溶液，在氮气氛围下加入50ml 0.72m 的nabh4原位合成纳米零价铁负载在包埋结构上，形成骨粉和腐殖酸和纳米零价铁的结合体，用蒸馏水洗涤3次，最终得到骨粉和腐殖酸和纳米零价铁复合核，无氧条件下保存。
32.具体实施例3
33.将骨粉研磨成粉末状备用；取10g聚乙烯醇，2.5g海藻酸钠，2g二氧化硅，加水加热到35℃溶解到100ml，加入35g骨粉，0.4g腐殖酸，搅拌均匀，制备得到复合物。将复合物滴加到含有4％氯化钙的饱和硼酸溶液，4℃避光交联24h 后，用蒸馏水洗涤3次，得到骨粉和腐殖酸包埋体复合体。将骨粉和腐殖酸包埋体复合体加入到200ml 2.5w/t％氯化铁溶液，在氮气氛围下加入70ml 0.72m的 nabh4使原位合成纳米零价铁负载在包埋结构上，形成骨粉和腐殖酸和纳米零价铁的结合体，用蒸馏水洗涤3次，最终得到骨粉和腐殖酸和纳米零价铁复合核，无氧条件下保存。
34.具体实施例4
35.将骨粉研磨成粉末状备用；取12g聚乙烯醇，2g海藻酸钠，1.2g二氧化硅，加水加热到50℃溶解到100ml，加入40g骨粉，0.5g腐殖酸，搅拌均匀，制备得到复合物。将复合物滴加到含有5％氯化钙的饱和硼酸溶液，4℃避光交联24h 后，用蒸馏水洗涤3次，得到骨粉和腐殖酸包埋体复合体。将骨粉和腐殖酸包埋体复合体加入到200ml 2w/t％氯化铁溶液，在氮气氛围下加入60ml 0.72m的 nabh4原位合成纳米零价铁负载在包埋结构上，形成骨粉和腐殖酸和纳米零价铁的结合体，用蒸馏水洗涤3次，最终得到骨粉和腐殖酸和纳米零价铁复合核，无氧条件下保存。
36.通过上述制备过程，以ta废水为处理对象，利用上述不同实施例中骨粉和腐殖酸和纳米零价铁复合核培养的厌氧颗粒污泥与未利用骨粉和腐殖酸和纳米零价铁复合核形
成的厌氧颗粒污泥(即普通厌氧颗粒污泥)性能参数及对污染物处理效果比较如表1所示：
37.表1不同厌氧颗粒污泥性能参数及对污染物处理效果比较
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通过上述4种实施方案制备的复合核，与按常规方法进行颗粒污泥培养并对ta废水进行降解效果比较，结果表明：通过制备复合核的方法进行污染物的去除，其cod、ta去除率高、颗粒污泥成型时间短，颗粒污泥沉降速率快，其效果均强于普通厌氧颗粒污泥。