CN108017148B

CN108017148B - 厌氧反应器快速启动方法

Info

Publication number: CN108017148B
Application number: CN201711332290.XA
Authority: CN
Inventors: 占正奉; 马国清; 王传颂; 陈学萍; 高晋; 胡义军
Original assignee: Eagle International Holdings Ltd
Current assignee: Eagle International Holdings Ltd
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2019-01-22
Anticipated expiration: 2037-12-13
Also published as: CN108017148A

Abstract

本发明公开了一种厌氧反应器快速启动方法，包括引进菌种步骤和厌氧颗粒的快速培养步骤；其中，厌氧颗粒的快速培养步骤包括：1)选取合适的厌氧污泥进行培养；2)逐级提升进水COD负荷：根据步骤1)中培养的反应器内污泥量、污泥COD负荷，以及出水COD和VFA，逐步提升进水COD负荷；3)根据步骤2)达到的进水浓度调整回流比进水流量与出水流量之比等于1:0.6～0.8，以降低进水负荷对系统的冲击，同时调整混合液碱度，减少碱的消耗；当进水COD负荷达到设计负荷的80％，出水VFA<5meq/ml，COD的去除率达到50％以上时，则完成启动，整个启动时间为20～25天。本发明主要用于进一步提高厌氧反应器启动速度。

Description

厌氧反应器快速启动方法

技术领域

本发明涉及厌氧处理技术领域，尤其涉及一种厌氧反应器快速启动方法。

背景技术

厌氧反应器是为厌氧处理技术而设置的专门反应器。厌氧消化技术在世界各地广泛应用，大部分处理城市生活有机垃圾的工厂处理量在2500t/a以上。

厌氧过程实质是一系列复杂的生化反应，其中的底物、各类中间产物、最终产物以及各种群的微生物之间相互作用，形成一个复杂的微生态系统，类似于宏观生态中的食物链关系，各类微生物间通过营养底物和代谢产物形成共生关系(symbiotic)或共营养关系(symtropHic)。因此，反应器作为提供微生物生长繁殖的微型生态系统，各类微生物的平稳生长、物质和能量流动的高效顺畅是保持该系统持续稳定的必要条件。

厌氧反应器的工作原理是：污水通过水泵提升到厌氧反应器的底部，利用底部的布水系统将污水均匀地布置在整个截面上，同时利用进水的出口压力和产气作用，使废水与高浓度的厌氧污泥充分接触和传质，将废水中的有机物降解。废水在反应区缓慢上升，进一步降解有机物。气体、水、污泥在同时上升过程中，沼气首先进入三相分离器内部通过管道排出，污泥和废水通过三相分离器的缝隙上升到分离区，污泥在分离区沉淀浓缩并回流到三相分离器的下部，保持厌氧反应器内的生物量，沉淀后的出水通过管道排出罐外。

厌氧反应器启动是指在一定的条件下，使厌氧微生物增殖，形成由各种微生物种群集结的污泥体，达到稳定的降解效率。反应器的启动是稳定运行的前提，可分为自接种启动、颗粒污泥启动和其它污泥接种启动三种方式。一般厌氧反应器的启动期在温度为30度时需要60d；在温度为20度时需要80d。由于厌氧微生物世代周期长、增殖速率缓慢，且多数厌氧微生物为球菌和杆菌，不易附着生长，且易随出水流出反应器，因此厌氧反应器普遍存在启动周期长的缺点。一般情况下，厌氧反应器的启动时间常需数月，甚至更长，这在某种程度上影响了厌氧处理技术的推广应用。

专利号为CN105858883A、专利名称为“一种低浓度厌氧反应器快速启动方法”的一篇专利指出，现有技术中，厌氧反应器的快速启动方式有：1.好氧预挂膜方式，其缺点是增加了动力设备；2.好氧活性污泥接种挂膜方式，其缺点是启动过程中抗冲击能力小且所接种生物膜在反应装置内还有一个换种过程，当水质条件稍有变化生物膜很容易脱落。为了解决以上问题，该专利提供了一种快速启动方法是：采用在24度条件下投加粉末活性炭自然挂膜的方式进行折板厌氧反应器装置的启动，挂膜速度快，厌氧生物膜对反应器内的环境适应能力强，当水质条件发生变化时也不易脱落，具有较强的抗负荷冲击能力。但是这种方式的厌氧反应器也需要67天才能启动成功，而未加活性炭的厌氧反应器一般需要连续启动78天才能成功。因此目前的厌氧反应器普遍存在启动时间长的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种厌氧反应器快速启动方法，主要目的是进一步提高厌氧反应器启动速度。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

本发明实施例提供了一种厌氧反应器快速启动方法，该方法包括：引进菌种步骤和厌氧颗粒的快速培养步骤；其中，厌氧颗粒的快速培养步骤包括：

1)选取合适的厌氧污泥进行培养；

2)逐级提升进水COD负荷：根据步骤1)中培养的反应器内污泥量、污泥COD负荷，以及出水COD和挥发性脂肪酸(VFA)，逐步提升进水COD负荷；

3)根据步骤2)达到的进水浓度调整回流比为进水流量与出水流量之比等于1:0.6～0.8，以降低进水负荷对系统的冲击，同时调整混合液碱度，减少碱的消耗；

当进水COD负荷达到设计负荷的80％，出水挥发性脂肪酸<5meq/ml，COD的去除率达到50％以上时，则完成启动，整个启动时间为20～25天。

优选地，上述步骤中培养厌氧污泥的步骤包括：

1)通过预处理过程控制厌氧反应器进水悬浮物<300mg/l；

2)采用投加氮和磷的方法控制厌氧微生物生长所必须的营养物平衡；

3)合理控制反应器内污水上升流速和水力停留时间，使反应器内污水上升流速为7～8m/h，水力停留时为4～10h；

4)控制反应器内的pH：通过测量出水pH并使其满足出水pH>6.8来实现反应器内pH的控制；

5)控制反应器内的温度为35℃-38℃。

优选地，控制厌氧反应器进水悬浮物的预处理过程包括加药絮凝步骤。

优选地，加药絮凝步骤所用药剂为聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)。

优选地，聚合氯化铝(PAC)的投加量为80～100mg/L，聚丙烯酰胺(PAM)的投加量为3ppm。

优选地，控制厌氧微生物生长所必须的营养物平衡所投加的氮和磷选用尿素和磷酸二氢铵；或选用多相生物氮和磷。

优选地，根据厌氧出水中氨氮和总磷浓度来调节氮和磷的投加量，使厌氧出水的氨氮浓度为25mg/L，总磷浓度为2.5mg/L。

优选地，出水pH为6.8～7.2。

优选地，每隔4小时，测定出水挥发性脂肪酸。

优选地，步骤1)中选取污泥量为反应器容积的40％～60％。

本发明实施例提出的一种厌氧反应器快速启动方法，由于采用了厌氧颗粒的快速培养步骤，通过选用合适的厌氧污泥进行培养，逐级提升进水COD负荷到设计负荷的80％，调整合适的回流比，以降低进水负荷对系统的冲击，同时调整混合液碱度，减少碱的消耗，当进水COD负荷达到设计负荷的80％，出水VFA<5meq/ml，COD的去除率达到50％以上时，则完成启动，整个启动时间为20～25天。与现有技术通过采用投加活性炭自然挂膜达到启动时间67天相比，大大提高了启动速度，缩短了启动时间。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种厌氧反应器快速启动方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的流程，本发明厌氧反应器快速启动方法，总的来说包括两大步骤，即首先需要引进微生物环境所需要菌种，然后进行厌氧颗粒的快速培养。

1、引进菌种。厌氧颗粒污泥是由细菌和古细菌等组成的复杂微生物群落。根据对颗粒污泥中微生物相的研究，可将颗粒污泥中参与分解复杂有机物、生成甲烷的微生物分为3类：水解发酵菌，对有机物进行最初的分解，生成有机酸和酒精；产乙酸菌，对有机酸和酒精进一步分解；产甲烷菌，将氢气、二氧化碳、乙酸以及其它一些简单化合物转化成为甲烷。

水解发酵菌、产乙酸菌和产甲烷菌在颗粒污泥内生长、繁殖，形成相互交错的菌群，在反应器内它们以自然选择的方式进行分布，达到菌群间氢转移的协调进行。因此，需要引进的菌种包括以上3类。厌氧颗粒污泥的形成过程与生物膜的形成有许多的相似性。厌氧颗粒污泥的形成过程分为4个阶段：细菌向惰性物质或其它菌体表面移动；通过理化作用可逆地吸附在一起或惰性物质上；通过微生物附属物的作用将细菌不可逆地粘附在一起或惰性物质上；细菌的倍增和颗粒污泥的增大。厌氧颗粒污泥的形成主要与以下3个因素有关：细菌粘附作用；厌氧产甲烷菌本身的附着作用，尤其是甲烷丝状菌对基质的较高亲和力，对形成良好性状的颗粒污泥起主导作用；较高的有机负荷，尤其是厌氧菌群更需要一个营养丰富的环境，才能够大量生长，并产生胞外多聚物，进而形成颗粒污泥。

2、厌氧颗粒的快速培养。由于分散的菌体体积微小、比重与水接近、带负电荷等特性而很难沉降，故易被冲洗出废水处理设备。而厌氧颗粒污泥是在高水力剪切作用下，由产甲烷菌、产乙酸菌和水解发酵菌等生物凝聚作用而形成的特殊生物膜，沉降性能优于活性污泥絮体的自凝聚体。厌氧颗粒污泥的凝聚作用可使分散的菌体吸附在一起，从而提高了污泥的沉降性能，有利于固液分离；也可更有效地控制污泥停留时间与水力停留时间，提高反应器中的微生物浓度，从而提高反应器的处理能力，有利于菌体的生长和它们之间的相互作用。厌氧颗粒污泥具有优于传统絮状污泥的沉降性能和高污泥浓度，对水力和有机负荷冲击的适应能力大大增强。

如图1所示，本发明中厌氧颗粒的快速培养具体操作步骤如下：

(1)选取合适的厌氧污泥进行培养。

首先根据厌氧反应器的特点、截面积及反映其内设计水流上升速度、反应罐内三相分离器的安装高度，外购一定量的适合本反应器的厌氧污泥备用。根据实践经验，外购污泥量控制在反应器容积的40％～60％最好。

目前，厌氧反应器的发展已经历了3个阶段。第一代反应器以厌氧消化池为代表，废水与厌氧污泥完全混合，属于低负荷系统。第二代反应器可以将固体停留时间和水力停留时间分离，能保持大量的活性污泥和足够长的污泥龄，并注重培养颗粒污泥，属于高负荷系统。第三代反应器，在将固体停留时间和水力停留时间相分离的前提下，使固、液两相充分接触，从而既能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触，达到高效处理的目的。

第二代厌氧生物反应器以上流式厌氧污泥床反应器(UASB)为代表。第三代反应器主要有厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)、内循环反应器(IC)、厌氧折流板反应器(ABR)等。

其中，UASB反应器的工作原理：三相分离器是UASB反应器的核心部件，它可以在水流湍动的情况下将气体、水和污泥分离。废水经反应器底部的配水系统进入，在反应器内与絮状厌氧污泥充分接触，通过厌氧微生物的降解，废水中的有机污泥物大部分转化为沼气，小部分转化为污泥，沼气、水、泥混合物通过三相分离器得于分离。技术特点：运行稳定、操作简单、可用絮状污泥、产生沼气、较低的高度、投资省。适用场合：广泛应用于食品、啤酒饮料、制浆造纸、化工和市政等废水的处理。

EGSB反应器工作原理：EGSB厌氧反应器是在UASB厌氧反应器的基础上发展起来的新型反应器，EGSB反应器充分利用了厌氧颗粒污泥技术，通过外循环为反应器提供充分的上升流速，保持颗粒污泥床的膨胀和反应器内部的混和。TWT通过改进和优化EGSB的内外部结构，提高了效率，降低了能耗，增强了运行的稳定性，有效防止了颗粒污泥的流失。技术特点：污泥浓度高、高负荷、高去除率、抗冲击负荷能力强、占地面积小、造价低。适用场合：适用于淀粉废水、酒精废水和其他轻工食品等高浓度有机废水的处理。

TWT-IC反应器工作原理：TWT-IC反应器是继UASB、EGSB之后的新型厌氧反应器，需要处理的废水使用高效的配水系统由反应器底部泵入反应器，与反应器内的厌氧颗粒污泥混合。在反应器下部主处理区，绝大部分有机物质被转化为甲烷和二氧化碳。这些混合气体(沼气)由下部的三相分离收集。产生的气体带动水流通过上升管进入反应器顶部的气液分离器。沼气从这个分离器中溢出反应器，水流经过下降管回到反应器的底部。技术特点：稳定的出水水质有机负荷高、占地小、水力停留时间短、耗碱少。适用场合：造纸、啤酒、柠檬酸、酒精等行业。

ABR反应器工作原理：厌氧折流板反应器(ABR)的一个突出特点是设置了上下折流板，而在水流方向形成依次串联的隔室，从而实现沿长度方向不同隔室中的产酸和产甲烷微生物的分离，在单个反应器中达到两相或多相运行。ABR反应器易于形成颗粒污泥。

因此，选用厌氧污泥时首先要充分考虑以上各反应器的特点。

其次，选好并准备好厌氧污泥后，利用下面的厌氧颗粒的快速培养方法培养污泥，如图1所示。

①控制厌氧反应器进水SS(悬浮物)<300mg/l。可以通过在预处理段加药絮凝来控制进水SS，优选使用的药剂为PAC(聚合氯化铝)和PAM(聚丙烯酰胺)组合使用，其具体投加量和投加比例根据来水SS作适当调整。推荐PAC投加量为80～100mg/L,PAM投加量为3ppm。由于PAC絮凝效果好，但矾花碎，PAM起助凝效果，能让PAC形成的矾花聚成团状有助于沉淀，因此推荐PAC和PAM搭配使用，并且先加PAC后加PAM。

聚合氯化铝，也称碱式氯化铝，代号PAC。通常也称作净水剂或混凝剂，它是介于AlCl₃和Al(OH)₃之间的一种水溶性无机高分子聚合物，是一种无机高分子混凝剂。主要通过压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀，达到净化处理效果，广泛适用于城镇给水、排水以及化工、冶金、电力、油田、印染、造纸、制药、工业污水处理等领域，是最理想的水质净化絮凝剂及过滤填料。聚合氯化铝与其它混凝剂相比，具有以下优点：应用范围广，适应水性广泛。易快速形成大的矾花，沉淀性能好。适宜的pH值范围较宽(5－9间)，且处理后水的pH值和碱度下降小。水温低时，仍可保持稳定的沉淀效果。碱化度比其它铝盐、铁盐高，对设备侵蚀作用小。

聚丙烯酰胺(英文名称Polyacrylamide，英文缩写：PAM)，是国内常用的非离子型高分子絮凝剂，分子量150万－2000万，浓度一般为8％。其具有在颗粒间形成更大的絮体由此产生的巨大表面吸附作用，其分子能与分散于溶液中的悬浮粒子架桥吸附，有着极强的絮凝作用。PAM在50-60℃下溶于水，水解度为5％-35％，也溶于乙酸、丙酸、氯代乙酸、乙二醇、甘油和胺等有机溶剂。该产品具有高分子化合物的水溶性以及其主链上活泼的酰基，因而在石油开采、水处理、纺织印染、造纸、选矿、洗煤、医药、制糖、养殖、建材、农业等行业具有广泛的应用，有“百业助剂”、“万能产品”之称。PAM在水处理工业中的应用主要包括原水处理、污水处理和工业水处理3个方面。在原水处理中，PAM与活性炭等配合使用，可用于生活水中悬浮颗粒的凝聚和澄清；在污水处理中，PAM可用于污泥脱水；在工业水处理中，主要用作配方药剂。在原水处理中，用有机絮凝剂PAM代替无机絮凝剂，即使不改造沉降池，净水能力也可提高20％以上。在污水处理中，采用PAM可以增加水回用循环的使用率。

②用投加氮和磷的方式来控制厌氧微生物生长所必须的营养物平衡。所用的氮和磷可以选用尿素和磷酸二氢铵，或者选用多相生物氮和磷。氮和磷的具体投加量可根据厌氧出水中的氨氮和总磷浓度来调节。使厌氧出水的氨氮浓度控制在25mg/L左右，总磷浓度控制在2.5mg/L左右为宜。

③理控制反应器内污水上升流速和水力停留时间(HRT)，使污水上升流速7～8m/h，水力停留时间(HRT)为4～10h。进水流量(根据上升流速调整)-回流量＝原水进水量，再用反应器容积÷原水进水量＝原水在反应器内停留时间。

④控制反应器内pH值：可以通过测量出水pH达到控制反应器内pH值的目的。保证出水pH>6.8，最好使pH值能维持在6.8～7.2。pH值低于6.8时需要加碱调整。

⑤控制反应器内温度为35℃-38℃。如超出此温度范围，则需要加温和降温。

(2)进水COD(化学需氧量)负荷的逐级提升。根据上一步骤中培养的反应器内污泥量和污泥COD负荷，及出水COD和VFA(挥发性脂肪酸)，逐步提升进水COD负荷(即原水进水量)，使进水COD负荷逐步提升。在此期间每隔4小时，需测定出水挥发性脂肪酸(VFA)。

(3)选择合理适当的回流比，使进水流量与出水流量之比等于1:0.6～0.8(是指进水SCOD在2500～4500mg/l的情况下)，回流比大小主要是根据进水浓度来调整。回流比的大小以达到降低进水负荷对系统的冲击为宜，同时以调整混合液碱度，减少碱的消耗为宜。

当进水COD负荷达到设计负荷的80％，出水VFA<5meq/ml左右时，COD的去除率达到50％以上时，则说明启动结束。此方法已在多台厌氧反应器一次启动中顺利完成，启动时间为20～25天左右(冬天25天)。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种厌氧反应器快速启动方法，其特征在于，包括引进菌种步骤和厌氧颗粒的快速培养步骤；其中，厌氧颗粒的快速培养步骤包括：

1)选取厌氧污泥进行培养；

2)逐级提升进水COD负荷：根据步骤1)中培养的反应器内污泥量、污泥COD负荷，以及出水COD和挥发性脂肪酸，逐步提升进水COD负荷；

3)根据步骤2)达到的进水浓度调整回流比为进水流量与出水流量之比等于1:0.6～0.8，以降低进水负荷对系统的冲击，同时调整混合液碱度，减少碱的消耗；当进水COD负荷达到设计负荷的80％，出水挥发性脂肪酸<5meq/ml，COD的去除率达到50％以上时，则完成启动，整个启动时间为20～25天；

培养厌氧污泥的步骤包括：

1)通过预处理过程控制厌氧反应器进水悬浮物<300mg/l；

3)合理控制反应器内污水上升流速和水力停留时间，使反应器内污水上升流速为7～8m/h,水力停留时为4～10h；

4)控制反应器内的pH值：通过测量出水pH值并使其满足出水pH值>6.8来实现反应器内pH值的控制；

5)控制反应器内的温度为35℃-38℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制厌氧反应器进水悬浮物的预处理过程包括加药絮凝步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加药絮凝步骤所用药剂为聚合氯化铝和聚丙烯酰胺。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，聚合氯化铝的投加量为80～100mg/L，聚丙烯酰胺的投加量为3ppm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制厌氧微生物生长必须的营养物平衡所投加的氮和磷选用尿素和磷酸二氢铵；或选用多相生物氮和磷。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据厌氧出水中氨氮和总磷浓度来调节氮和磷的投加量，使厌氧出水的氨氮浓度为25mg/L，总磷浓度为2.5mg/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，出水pH值为6.8～7 .2。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每隔4小时，测定出水挥发性脂肪酸。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中选取污泥量为反应器容积的40％～60％。