CN103771584B - 一种厌氧颗粒污泥及其工程化快速培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种厌氧颗粒污泥及其工程化快速培养方法，培养得到的PVA厌氧颗粒污泥，直径为3.5～5mm，比重为1.03～1.08，是以PVA凝胶小球为载体，厌氧颗粒污泥剖面以及表面颜色为黑色。具体按照以下步骤实施：首先将市政污泥与PVA凝胶小球按一定比例混匀后装入工业厌氧反应器，然后进市政废水并保持出水回流。本发明的显著效果是，能够大大缩短工程条件下厌氧污泥颗粒化过程的时间。按照本发明所述方法得到的PVA颗粒污泥具有良好的性能，可使厌氧反应器的容积负荷、COD去除效率以及运行稳定性等方面都得到很大的提高。
Description
技术领域
本发明属于废水生物处理技术领域，具体涉及一种厌氧颗粒污泥及其工程化快速培养方法。
背景技术
在诸多废水处理技术中，厌氧反应器技术以其高效的处理能力，同时产生生物能源沼气，近年来成为一项特别适合发展中国家、极具吸引力的废水资源化处理技术。
高效厌氧反应器的快速启动和高负荷稳定运行以高品质颗粒污泥的形成与长期稳定保持为重要标志。而厌氧微生物世代时间长，增殖较慢，导致厌氧反应器在工程条件下启动时间很长，甚至长达1～2年之久。因此如何在短时间内培养出活性高、沉降性能优良，并适用于处理各种废水水质的高品质厌氧颗粒污泥成为高效厌氧反应器推广应用的关键。
惰性颗粒载体可以加快微生物的固定化过程，成为颗粒污泥形成的核心与载体。然而目前所采用的绝大多数载体为实心载体，这不仅无法实现微生物的高效富集，也大大地降低了反应器的有效容积，工程应用效果极差。
PVA（聚乙烯醇）凝胶小球是一种以生物亲和性高，直径为3～4mm，比重为1.025，20μm左右的孔径从表面贯穿到中心的白色凝胶小球。与厌氧颗粒污泥相比，两者具有相似的物理性质，因此PVA凝胶小球非常适宜用作厌氧污泥颗粒化过程的载体。以PVA凝胶小球为载体的厌氧污泥颗粒化过程中各种微生物不仅可以大量粘附在PVA凝胶小球表面，还可以在其内部快速生长富集，从而在短时间内迅速形成与颗粒污泥性质相似的高浓度厌氧微生物聚合体。
发明内容
本发明的目的是提供一种厌氧颗粒污泥，解决现有厌氧颗粒污泥很难在短时间内完成工程化培养，即高效厌氧反应器无法快速启动以及高负荷稳定运行等实际工程技术问题。该厌氧颗粒污泥是以白色PVA凝胶小球为载体的黑色颗粒污泥，PVA凝胶小球直径为3～4mm，比重为1.025，表面密布微孔，20μm左右孔径的微孔从表面贯穿到凝胶小球的中心；厌氧微生物密集分布在凝胶小球的表面和内部微孔中。
本发明的另一目的是提供上述厌氧颗粒污泥的工程化快速培养方法。
本发明所采用的技术方案是，一种厌氧颗粒污泥，直径为3.5～5mm，比重为1.03～1.08，是以PVA凝胶小球为载体，颗粒污泥剖面及表面颜色为黑色。
本发明所采用的另一技术方案是，一种厌氧颗粒污泥的工程化快速培养方法，培养得到的厌氧颗粒污泥，直径为3.5～5mm，比重在1.03～1.08，是以PVA凝胶小球为载体，颗粒污泥剖面及表面颜色为黑色。
具体按照以下步骤实施：
步骤1：将市政污泥与白色PVA凝胶小球按一定比例混匀后装入工业厌氧反应器；进市政废水并保持出水回流，反应器水力停留时间为3-4h，运行温度为室温；连续运行10-14天，白色PVA凝胶小球变为棕褐色或棕黑色，停止运行；
步骤2：将步骤1停止运行后的反应器水力停留时间重新设置为8-12h，控制反应器内的温度为34～36℃，pH值为6.8～7.5，ORP值为-400～-100mV，连续运行30-40天，棕褐色或棕黑色凝胶小球变为黑色，即得到PVA厌氧颗粒污泥。
本发明的特点还在于，
其中的市政污泥与PVA凝胶小球的混合比例优选为2～2.5：1。
其中的市政废水中添加适量的氮源、磷源以确保废水营养物质配比COD：N：P为200：5：1，还添加了适量的微量元素从而保证微生物的正常生长。
其中氮源为CO(NH2)2或NH4Cl中的一种，磷源为K2HPO4、KH2PO4、Na2HPO4或NaH2PO4中的一种或几种，微量元素为Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Mg、B、Ni、Al和Fe等。
本发明的显著效果是，能够大大缩短工程条件下厌氧污泥颗粒化过程的时间。按照本发明所述方法培养得到的PVA颗粒污泥具有良好的性能，可使厌氧反应器的容积负荷、COD去除效率以及运行稳定性等方面都得到很大的提高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明厌氧颗粒污泥，具备以下特征：直径为3.5～5mm，比重为1.03～1.08，是以PVA凝胶小球为载体，颗粒污泥剖面及表面颜色为黑色。
本发明厌氧颗粒污泥的工程化快速培养方法，具体按照以下步骤实施：
首先将市政污泥与PVA凝胶小球按一定比例混匀后装入工业厌氧反应器，市政污泥与PVA凝胶小球的混合比例优选为（2～2.5）：1。
然后进市政废水并保持出水回流，水力停留时间为3-4h，运行温度为室温。添加适量的氮源、磷源以确保废水营养物质配比COD：N：P为200：5：1（其中COD为化学需氧量），还添加了适量的微量元素以保证微生物的正常生长。其中氮源为CO(NH2)2或NH4Cl中的一种，磷源为K2HPO4、KH2PO4、Na2HPO4或NaH2PO4中的一种或几种，微量元素为Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Mg、B、Ni、Al和Fe等。氮元素在市政废水的浓度为0.025～0.2g/L，磷元素在市政废水的浓度为0.005～0.03g/L，Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Mg、B、Ni、Al和Fe等微量元素在市政废水的浓度为0.0005～0.005g/L。
待10-14天后，白色PVA凝胶小球变为棕褐色或棕黑色时反应器停止运行；这时反应器水力停留时间重新设置为8-12h，从反应器底部泵入所述市政废水，为保证反应器的稳定运行，对下列运行参数进行控制：温度34～36℃，pH值6.8～7.5，ORP值-400～-100mV。稳定运行30-40天后，PVA颗粒几乎全部变成黑色，通过对其进行剖面观察发现小球内外部颜色均为黑色，即表明污泥颗粒化过程完成。
实施例1
将市政污泥与PVA凝胶小球按2：1的比例混合均匀，装入某工程化UASB反应器（接种量为反应器总体积的30～40%），进市政废水并保持出水回流，水力停留时间为3h，运行温度为室温。经过10天培养，观察到大部分PVA凝胶小球由原先的白色变为棕黑色，通过对PVA凝胶小球剖面进行观察，发现小球内外部颜色一致为棕黑色，认为微生物已附着于PVA颗粒表面及内部，停止培养。直接在上述反应器中启动运行，控制反应器内的温度为34～36℃，pH值为6.8～7.5，ORP值为-400～-100mV。连续运行36天，观察到PVA颗粒几乎全部变为黑色，此时COD去除率高达95%。
果汁行业作为新兴起的行业，其果汁废水是CODCr、悬浮物和胶体浓度极高的有机废水，进水水量受生产周期影响较大，水质波动性大；果汁生产具有明显的季节性，每年仅生产4～6个月。利用上述方法培养出的PVA颗粒污泥大大缩短了厌氧污泥颗粒化过程的时间，从培养到反应器启动完成仅需46天即获得了所需的PVA厌氧颗粒污泥。经过15天实际果汁废水驯化，反应器对实际果汁废水进行处理，运行30天左右COD去除率达到80%以上。微生物附着量达到1.02g VSS/g PVA-gel，PVA颗粒污泥沉降速度达到280m/h。
实施例2
将市政污泥与PVA凝胶小球按2：1的比例混合均匀，装入某工程化UASB反应器（接种量为反应器总体积的30～40%），进市政废水并保持出水回流，水力停留时间为3h，运行温度为室温。经过14天培养，观察到大部分PVA凝胶小球由原先的白色变为棕褐色，通过对PVA凝胶小球剖面进行观察，发现小球内外部颜色均为棕褐色，认为微生物已附着于PVA颗粒表面及内部，停止培养。直接在上述反应器中启动运行，控制条件与实施例1中相同，连续运行30天，观察到PVA颗粒几乎全部变为黑色，此时COD去除率高达90%。
我国造纸业正处于高速发展时期，造纸废水成分复杂，处理难度较大。利用上述方法培养得到的PVA颗粒污泥大大缩短了厌氧污泥颗粒化过程的时间，从培养到反应器启动完成仅需44天即获得了所需的PVA颗粒污泥。经过15天实际造纸废水驯化，反应器对实际造纸废水进行处理，运行20天左右COD去除率达到85%以上。微生物附着量达到0.92g VSS/g PVA-gel，PVA颗粒污泥沉降速度达到219m/h。
实施例3
将市政污泥与PVA凝胶小球按2.5：1的比例混合均匀，装入某工程化EGSB反应器（接种量为反应器总体积的30～40%），进市政废水并保持出水回流，水力停留时间为4h，运行温度为室温。经过12天培养，观察到大部分PVA凝胶小球由原先的白色变为棕黑色，通过对PVA凝胶小球剖面进行观察，发现小球内外部颜色均为棕黑色，认为微生物已附着于PVA颗粒表面及内部，停止培养。直接在此反应器中启动运行，控制条件与实施例1中相同，连续运行40天，观察到PVA颗粒几乎全部变为黑色，此时COD去除率高达96%。
印染业是我国传统支柱产业之一，其印染废水是一种色度深、有机污染浓度高、pH值高、排水量大、可生化性差的工业废水。利用上述方法培养得到的PVA颗粒污泥大大缩短了厌氧污泥颗粒化过程的时间，从培养到反应器启动完成仅需52天即获得了所需的PVA颗粒污泥。经过18天实际印染废水驯化，反应器对实际印染废水进行处理，运行30天左右COD去除率高达80%以上。微生物附着量达到0.90g VSS/g PVA-gel，PVA颗粒污泥沉降速度达到201m/h。
采用其它实际工业废水也能达到相近效果。
Claims (4)
1.一种厌氧颗粒污泥的工程化快速培养方法，其特征在于，培养得到的厌氧颗粒污泥，直径为3.5～5mm，比重在1.03～1.08，是以PVA凝胶小球为载体，厌氧颗粒污泥剖面以及颗粒污泥表面颜色为黑色；
具体按照以下步骤实施：
步骤1：将市政污泥与白色PVA凝胶小球按一定比例混匀后装入工业厌氧反应器；进市政废水并保持出水回流，反应器水力停留时间为3-4h，运行温度为室温；连续运行10-14天，白色PVA凝胶小球变为棕褐色或棕黑色，停止运行；
步骤2：将步骤1停止运行后的反应器水力停留时间重新设置为8-12h，控制反应器内的温度为34～36℃，pH值为6.8～7.5，ORP值为-400～-100mV，连续运行30-40天，棕褐色或棕黑色凝胶小球变为黑色，即得到PVA厌氧颗粒污泥。
2.根据权利要求1所述的厌氧颗粒污泥的工程化快速培养方法，其特征在于，所述的市政污泥与PVA凝胶小球的混合比例优选为2～2.5：1。
3.根据权利要求1所述的厌氧颗粒污泥的工程化快速培养方法，其特征在于，所述的市政废水中添加适量的氮源、磷源以确保废水营养物质配比COD：N：P为200：5：1，还添加了适量的微量元素以保证微生物的正常生长。
4.根据权利要求3所述的厌氧颗粒污泥的工程化快速培养方法，其特征在于，所述的氮源为CO(NH2)2或NH4Cl中的一种，磷源为K2HPO4、KH2PO4、Na2HPO4或NaH2PO4中的一种或几种，微量元素为Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Mg、B、Ni、Al和Fe。
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