CN111498991A - 一种促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水处理领域，公开了一种促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，所述方法针对含有成熟颗粒污泥1的厌氧反应器进行处理，处理过程包括以下步骤：步骤1)、菌核制备：程序控制反应器内的水流上升速度，并密闭循环一定时间，使反应器内成熟厌氧颗粒污泥1解体成为微小污泥体，再投加阳离子型聚丙烯酰胺，水力搅拌一定时间，制备菌核；步骤2)、颗粒污泥增殖：使反应器内的水流上升速度至正常水平，使所述菌核重新形成成熟的厌氧颗粒污泥2；步骤3)、废水处理：使反应器进行正常的废水处理过程。本发明的方法既满足颗粒污泥增殖的需求，又能显著促进颗粒污泥的产甲烷活性，提高废水处理效果及甲烷产量。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法。
背景技术
目前，我国高浓度有机废水常用厌氧消化处理技术，可以将有机物转化甲烷形式的生物能，获取一定的经济效益。在废水厌氧处理领域中，厌氧颗粒污泥聚集了大量的厌氧活性微生物，发挥着关键作用，由于厌氧微生物生长较慢，新生厌氧颗粒污泥的培养周期较长，而且培养过程中受外界条件的影响较大，导致反应器启动时间较长。
为了较大程度地缩短反应器调试启动时间，通常接种新鲜的厌氧颗粒污泥进行培养驯化，短时间内实现反应器的正常运行，如能实现厌氧颗粒污泥的快速增殖，不仅能够解决废水处理领域高效厌氧菌种来源不足的困难的问题以及厌氧系统进水调试周期较长的困难，而且还能一定程度上提高甲烷的产量，为企业增加一部分收益，降低废水处理成本。然而在现有技术中，由于厌氧颗粒污泥的培养驯化与污水进行厌氧处理(同时产生甲烷)的参数控制具有较大差异，二者难以通过参数控制实现同步的提高。
经检索，中国专利申请号为2017104519139，公开日期为2017年11月21日的申请案公开了一种增强厌氧同时反硝化产甲烷颗粒污泥稳定性的方法。该方法在连续运行的厌氧同时反硝化产甲烷耦合体系中，通过控制初始颗粒污泥平均粒径在1.0～3.0mm之间，并投加可溶性钙盐后，调节体系pH在7～9范围内，加强出水回流，促进钙盐沉积及微生物菌体附着和生长，增大颗粒污泥比重和紧实程度，限制菌群增殖速率，实现有效自截留，在偏碱性(pH＝7～9)条件下实现颗粒污泥稳定性的增强。该申请案的方法是通过增加颗粒污泥的稳定性以促进废水处理效果及产甲烷含量的提高，然而通过控制反应器内的pH条件和并且调节回流比难以实现颗粒污泥的增殖。
基于现有技术的缺陷，亟需发明一种同时能够促进厌氧颗粒污泥增殖和活性提高的方法。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中难以同时满足厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的问题，本发明的方案利用已有的厌氧反应系统，使已存在的成熟颗粒污泥1重新解体成微小污泥体，再重新形成成熟污泥2的方式能够实现颗粒污泥快速增值和活性提高，既满足颗粒污泥增殖的需求，又能显著促进颗粒污泥的产甲烷活性，促进废水处理效果及产甲烷效率提高。
进一步的，本发明在颗粒污泥增殖阶段投加复合导电物质，促进产甲烷菌菌体间的电子转移，从而提高颗粒污泥的活性，从而提高系统内的废水处理效率及甲烷产量。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，所述方法针对含有成熟颗粒污泥1的厌氧反应器进行处理，包括以下步骤：
步骤1)、菌核制备：程序控制反应器内的水流上升速度，并密闭循环一定时间，使反应器内成熟厌氧颗粒污泥1解体成为微小污泥体，再投加阳离子型聚丙烯酰胺，水力搅拌一定时间，制备菌核；
步骤2)、颗粒污泥增殖：使反应器内的水流上升速度恢复至正常水平，使所述菌核重新形成成熟的厌氧颗粒污泥2；
步骤3)、废水处理：使反应器进行正常的废水处理过程。
步骤1)的过程中，污泥在水流上升程序控制条件下，被水体剪切力分散成微小污泥体，在聚丙烯酰胺作用下，利用微小污泥体在适宜条件下竞相繁殖，短时间内形成产量更高，体积更大的颗粒污泥。
优选的，反应器包括UASB或IC，本发明适用于厌氧反应器的稳定运行或启动阶段，稳定运行阶段效果更优；
优选的，所述步骤1)中阳离子型聚丙烯酰胺的投加浓度为0.1～0.3mg/L，水力搅拌的时间为10～30min。
优选的，所述步骤1)中按照如下程序控制反应器内的水流上升速度：S1、在水流上升速度为10～12m/h的条件下密闭循环一定时间；S2、将水流上升速度降低至7～8m/h，在该条件下密闭循环一定时间；S3、再将水流上升速度降低至5～6m/h，在该条件下密闭循环一定时间，所述步骤2)中控制反应器内的水流上升速度为1～2m/h。
优选的，所述步骤1)中按照如下程序控制反应器内的水流上升速度：S1、在水流上升速度为10～12m/h的条件下密闭循环20～30min；S2、将水流上升速度降低至7～8m/h，在该条件下密闭循环20～30min；S3、再将水流上升速度降低至5～6m/h，在该条件下密闭循环20～30min，所述步骤2)中控制反应器内的水流上升速度为1～2m/h。
优选的，所述菌核形成成熟厌氧颗粒污泥2的过程中，控制反应器的进水碱度维持在1500～6000mg/L，温度维持在35～40℃，进水预酸化度在25％～35％，反应器进水有机物浓度5000～12000mg/L，ORP值为-450～-200mV。
优选的，所述方法还包括步骤4)：重复步骤1)-步骤3)的处理过程。
优选的，所述菌核形成成熟厌氧颗粒污泥2的过程中，向反应器内投加复合导电介质，所述复合导电介质包括铁单质和亚铁盐。
在该阶段投加复合导电介质，可以使促进电子传递的导电介质被包裹在颗粒污泥内部和颗粒污泥之间，更有利于促进产甲烷菌种电子传递，从而提高后续的产甲烷量；经过培养形成的颗粒污泥2内包裹有导电介质，因此可以减少后续产甲烷阶段导电介质的投加。
复合导电介质中还含有亚铁盐，在溶液内以Fe2+形式存在，在菌核形成成熟颗粒污泥2的过程中，Fe2+也能够降低细菌与污泥之间的排斥位能，促进细菌向污泥接近。在适宜的条件下，促使最终形成沉降性能良好、产甲烷活性高的颗粒污泥。
优选的，所述复合导电介质中还包括交联剂和微量元素剂，其具体制备步骤为：将交联剂、微量元素剂、亚铁盐、铁粉混匀，充分搅拌制备成固体，再进行烘干、冷却研磨后制备成粉末颗粒。优选的，所述交联剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇、海藻酸盐、琼脂。
优选的，所述复合导电介质投加体积为反应器有效容积的0.05％～1％。
优选的，所述微量元素剂包括钴盐、钼盐、铜盐和锌盐中的任意一种或组合。菌核形成颗粒污泥的过程中，微量元素有利于微生物的新陈代谢，从而促进颗粒污泥中微生物的生长与繁殖。微生物微量元素不限于所述几种成分，可根据废水中微量元素含量情况，适当进行增减。
优选的，微量元素剂组成如下：钴盐0.2～0.6份、钼盐0.05～0.1份、铜盐0.2～0.4份、锌盐0.4～0.8份、水分10～30份。
优选的，所述步骤1)中，菌核外观呈不规则多边形、椭球形，粒径0.5～1.5mm；所述步骤2)中，形成的成熟颗粒污泥2外观呈椭圆形，粒径在1.5～3mm。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，通过程序控制水流上升速度并密闭循环的方式，可以有效利用水力剪切作用使厌氧颗粒污泥打碎后再重新生成，实现甲烷产量提高，主要原因为：厌氧颗粒污泥是多种微生物的聚集体，含有包括产甲烷菌在内的多种微生物，多种微生物在颗粒污泥中的分布情况主要为：从外到内呈现较为明显的层次分布，外层主要是水解菌和产酸菌，内核的优势菌为甲烷球菌，本发明通过将污泥体解体后重建使利于产甲烷的甲烷球菌在污泥内重新分布，可以促进甲烷球菌更均匀的分布于厌氧颗粒污泥中，发挥更高的活性，不仅促进废水处理效果还能提高产甲烷活性。
(2)本发明的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，借助水力剪切作用将成熟颗粒分散多个微小污泥体，在聚丙烯酰胺作用下，利用微小污泥体在适宜条件下竞相繁殖，短时间内可以形成产量更高，体积更大的颗粒污泥，与原有的颗粒污泥相比，重新形成的颗粒污泥体积显著增加，实现了厌氧颗粒污泥的有效增殖。
(3)本发明的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，在菌核制备成熟颗粒污泥的过程中，利用添加导电介质促进废水处理及产甲烷过程更加高效的进行，原因在于：产甲烷过程是在多种微生物协同合作的机制下完成的，菌种间电子传递是关键环节，本发明添加导电介质作为电子传递的渠道，提高电子传递的效率，进一步促进产甲烷含量的提高。
(4)本发明的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，导电介质中含有亚铁盐，在菌核形成成熟颗粒污泥的过程中，Fe2+也能够降低细菌与污泥之间的排斥位能，促进细菌向污泥接近。在适宜的条件下，促使最终形成沉降性能良好、产甲烷活性高的颗粒污泥。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例采用厌氧反应器小试装置处理柠檬酸废水(同时产生甲烷)，处理规模0.1m3/h，反应器有效容积4m3，反应器进水COD浓度为12000mg/L，pH值6.2，污泥负荷0.8kgCOD/kgVSS·d，水流上升流速2m/h，反应器内温度38±2℃，反应器内已经形成的成熟厌氧颗粒污泥1。未经本发明的方法处理前反应器出水COD浓度为2426～3256mg/L，平均去除率72.8％。
采用本发明的方法针对上述反应器进行处理，包括以下步骤：
1)菌核制备：通过提升反应器内的水流上升速度并进行密闭循环，具体按照如下顺序控制：S1、在水流上升速度为10～12m/h的条件下密闭循环20～30min；S2、将水流上升速度降低至7～8m/h，在该条件下密闭循环20～30min；S3、再将水流上升速度降低至5～6m/h，在该条件下密闭循环20～30min；使反应器内成熟厌氧颗粒污泥1解体成为微小污泥体；投加0.1～0.3mg/L的阳离子型聚丙烯酰胺，水力搅拌10～30min，制备菌核；菌核外观呈不规则多边形、椭球形，粒径0.5～1.5mm。
2)颗粒污泥增殖：降低并恢复反应器内的水流上升速度至1～2m/h，使所述菌核形成重新形成颗粒较大的成熟厌氧颗粒污泥2，该过程中向反应器内投加复合导电介质，投加体积为反应器有效容积的0.05～1％。该步骤控制反应器的进水碱度维持在1500～6000mg/L，温度维持在35～40℃，进水预酸化度在25％～35％，反应器进水有机物浓度5000～12000mg/L，ORP值为-450～-200mV。该步骤形成的成熟颗粒污泥2外观呈椭圆形，粒径在1.5～3mm。
所述复合导电介质由微量元素剂、铁粉、交联剂和亚铁盐组成。其中微量元素剂由钴盐0.2～0.6份、钼盐0.05～0.1份、铜盐0.2～0.4份、锌盐0.4～0.8份、水分10～30份组成，将微量元素剂与溶解后的亚铁盐混合制备混合液体，再向混合液体中添加铁粉、交联剂，充分搅拌制备成固体，经95～105℃烘干2h，冷却研磨后制备成大小为50～100目的多功能导电介质，所述交联剂为琼脂。所述复合导电介质中交联剂、微量元素剂、亚铁盐、铁粉按照重量比为(35～45)：(20～30)：(15～25)：(40～50)。
步骤3)、废水处理：控制反应器进水COD 5000～12000mg/L，使反应器进行正常的废水处理过程。
运行20～30d后，对比方法实施前后反应器内正常运行时出水COD浓度及产甲烷情况，同时统计本发明方法中的颗粒污泥增殖阶段的COD去除情况、颗粒污泥总体积，结果如表1所示。
表1实施例1的处理结果
结果表明，与原有的颗粒污泥相比，反应器内重新形成的厌氧颗粒污泥2的总体积显著增加，可以得出本发明的方法实现了颗粒污泥有效的增殖，平均COD去除率显著提高，甲烷产量也得到有效提升。
实施例2
采用四组UASB实验装置处理有机废水，每组反应器有效容积2m3，HRT＝40h，处理量为1.2m3/d，接种成熟的厌氧颗粒污泥量为0.6m3，进水COD浓度为10000mg/L，pH值6.2，上升流速1m/h，反应器内温度38±2℃，相同条件下运行两个月，出水COD趋于稳定，四组反应器COD平均去除率为72.1％，开始对比试验。实验一组为空白对照组即对比组1，直接按照现有成熟的运行方式进行，运行1个月。另外三组分别为实验组、对比组2和对比组3。
实验组的处理过程如下：
(1)通过控制反应器内的水流上升速度并进行密闭循环，控制程序如下：S1、在水流上升速度为10～12m/h的条件下密闭循环20～30min；S2、将水流上升速度降低至7～8m/h，在该条件下密闭循环20～30min；S3、再将水流上升速度降低至5～6m/h，在该条件下密闭循环20～30min；使反应器内成熟厌氧颗粒污泥1解体成为微小污泥体；投加0.1～0.3mg/L的阳离子型聚丙烯酰胺，水力搅拌10～30min，制备菌核；
(2)颗粒污泥增殖：降低并恢复反应器内的水流上升速度至1～2m/h，使所述菌核形成重新形成颗粒较大的成熟厌氧颗粒污泥2，向反应器内直接投加复合导电介质，投加体积为反应器有效容积的0.05～1％。该步骤控制反应器的进水碱度维持在1500～6000mg/L，温度维持在35～40℃，进水预酸化度在25％～35％，反应器进水有机物浓度5000～12000mg/L，ORP值为-450～-200mV。以pH值为参数控制反应器进水流量/回流比，控制反应器出水pH值在6.8～7.3之间，运行10～20天，实现颗粒污泥快速增殖。
(3)恢复反应器正常运行，使其进行正常的有机废水处理，运行控制条件与实验一组保持一致，对比试验开始时起，共计运行一个月。
对比组2：其处理过程与实验组基本相同，不同之处在于：在步骤(2)中未投加复合导电介质。
对比组3：其处理过程与空白对照组基本相同，不同之处在于：在运行过程中向反应器内向反应器内直接投加复合导电介质，投加体积为反应器有效容积的0.05～1％。
上述四组运行一个月后，考察反应器内厌氧颗粒污泥的总体积、反应器出水COD浓度情况及甲烷产量情况，实验结果如下表2所示。
表2实施例2的处理结果
实验结果表明，未进行菌核制备并重新形成污泥体的对比组3，其颗粒污泥体积与起始阶段以及对比组1的差别不大，而经过本发明的污泥解体，形成菌核再重建污泥体的实验组和对比组2，实现了污泥体积的增加；对比组2的数据证明厌氧反应器的整体处理效率得到有效提高；对比组3的数据表明投加导电介质有助于提高污泥活性，进而促进废水处理效率及产甲烷含量提高。本发明的方法综合了上述两方面的作用实现了处理效果的大幅度提高。
实施例3
厌氧UASB反应器进水COD浓度为10000～12000mg/L，pH值5.8～6.5，系统连续正常运行一年，反应器内已经形成的成熟厌氧颗粒污泥。未经本发明的方法处理前反应器出水COD浓度为2415～2793mg/L，COD平均去除率75.5％。
采用本发明的方法对上述反应器进行处理，包括以下步骤：
1)菌核制备：通过提升反应器内的液体上升速度并进行密闭循环，具体按照如下顺序控制：S1、在水流上升速度为10～12m/h的条件下密闭循环20～30min；S2、将水流上升速度降低至7～8m/h，在该条件下密闭循环20～30min；S3、再将水流上升速度降低至5～6m/h，在该条件下密闭循环20～30min；使反应器内成熟厌氧颗粒污泥1解体成为微小污泥体；投加0.1～0.3mg/L的阳离子型聚丙烯酰胺，水力搅拌10～30min，制备菌核；
2)颗粒污泥增殖：降低并恢复反应器内的水流上升速度至1～2m/h，使所述菌核形成重新形成颗粒较大的成熟厌氧颗粒污泥2，该过程中向反应器内投加复合导电介质，投加体积为反应器有效容积的0.05～1％。该步骤控制反应器的进水碱度维持在1500～6000mg/L，温度维持在35～40℃，进水预酸化度在25％～35％，反应器进水有机物浓度5000～12000mg/L，ORP值为-450～-200mV。
3)恢复反应器正常运行，使其进行正常的有机废水处理，从试验开始时起，共计运行一个月，处理结果如表3所示。
表3实施例3的处理结果
结果显示，采用本发明提供的技术方案，不影响厌氧反应器处理效果情况下，可以实现厌氧颗粒污泥增殖，且提高了厌氧反应器COD的去除效果。
Claims (10)
1.一种促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，其特征在于：所述方法针对含有成熟颗粒污泥1的厌氧反应器进行处理，处理过程包括以下步骤：
步骤1)、菌核制备：程序控制反应器内的水流上升速度，并密闭循环一定时间，使反应器内成熟厌氧颗粒污泥1解体成为微小污泥体，再投加阳离子型聚丙烯酰胺，水力搅拌一定时间，制备菌核；
步骤2)、颗粒污泥增殖：使反应器内的水流上升速度恢复至正常水平，使所述菌核重新形成成熟的厌氧颗粒污泥2；
步骤3)、废水处理：使反应器进行正常的废水处理过程。
2.根据权利要求1所述的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，其特征在于：所述步骤1)中按照如下程序控制反应器内的水流上升速度：
S1、在水流上升速度为10～12m/h的条件下密闭循环一定时间；S2、将水流上升速度降低至7～8m/h，在该条件下密闭循环一定时间；S3、再将水流上升速度降低至5～6m/h，在该条件下密闭循环一定时间，所述步骤2)中控制反应器内的水流上升速度为1～2m/h。
3.根据权利要求2所述的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，其特征在于：所述菌核形成成熟厌氧颗粒污泥2的过程中，控制反应器的进水碱度维持在1500～6000mg/L，温度维持在35～40℃，进水预酸化度在25％～35％，反应器进水有机物浓度5000～12000mg/L，ORP值在-450～-200mV。
4.根据权利要求1或2所述的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，其特征在于：所述方法还包括步骤4)：重复步骤1)-步骤3)的处理过程。
5.根据权利要求4所述的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，其特征在于：所述菌核形成成熟厌氧颗粒污泥2的过程中，向反应器内投加复合导电介质，所述复合导电介质包括铁单质和亚铁盐。
6.根据权利要求5所述的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，其特征在于：所述复合导电介质中还包括交联剂和微量元素剂，所述复合导电介质的制备步骤为：将交联剂、微量元素剂、亚铁盐、铁粉混匀，充分搅拌制备成固体，再进行烘干、冷却研磨后制备成粉末颗粒。
7.根据权利要求6所述的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，其特征在于：所述复合导电介质投加体积为反应器有效容积的0.05％～1％。
8.根据权利要求7所述的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，其特征在于：所述微量元素剂包括钴盐、钼盐、铜盐和锌盐中的任意一种或组合。
9.根据权利要求8所述的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，其特征在于：微量元素剂组成如下：钴盐0.2～0.6份、钼盐0.05～0.1份、铜盐0.2～0.4份、锌盐0.4～0.8份、水分10～30份。
10.根据权利要求1或2所述的促进厌氧颗粒污泥增殖与活性提高的方法，其特征在于：所述步骤1)中阳离子型聚丙烯酰胺的投加浓度为0.1～0.3mg/L，水力搅拌的时间为10～30min。
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