CN108585172B - 一种用于加速微生物厌氧发酵阶段的厌氧快速启动反应器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于处理生活污水的厌氧生物反应器及快速启动方法，厌氧生物反应器包括：反应器，反应器内由进水口至出水口方向由竖向设置的阻流隔板分隔为若干个依次连通的反应区；对应设置于每个反应区内的吸附填料；对应设置于每个反应区内填料下方的曝气管；以及接入所述曝气管的抽气泵。本发明通过曝气的方法，加速好样污泥在反应器中的填料上挂膜，之后，将挂摸完好氧污泥的填料通过浸渍法附着驯化完毕的富含产甲烷细菌的厌氧污泥，并采用相同的方法在填料表面附着一层好氧污泥，并将填料放入反应器内，封闭并开启反应器，控制相应的pH、HRT，一段时间后可以实现厌氧反映装置的快速启动。

Description

一种用于加速微生物厌氧发酵阶段的厌氧快速启动反应器及 方法

技术领域

本发明涉及微生物厌氧发酵技术，具体涉及一种用于处理生活污水的厌氧生物反应器及其快速启动方法。

背景技术

厌氧发酵技术是废物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定化，同时伴有甲烷和CO₂产生。目前厌氧发酵技术在我国还处于起步阶段，在城市垃圾、市政污泥、畜禽粪便、农作物秸秆、沼液沼渣等多个有机废物处理领域均有一定的应用。由于沼气是在厌氧发酵作用下产生的，因此厌氧发酵技术的发展前景影响着新能源地再生。

目前，厌氧发酵技术还面临着启动周期长、处理后废水不能达到排放标准、处理低浓度废水效果一般、潜在的二次污染、无法处理有毒物质等缺陷。

公开号为CN 201610394147.2的中国发明专利申请文献公开了一种低浓度厌氧反应器快速启动方法，通过在24℃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不易脱落，具有较强的抗负荷冲击能力。

公开号为CN 201110315990.4的中国发明专利申请文献公开了一种快速启动厌氧氨氧化反应器的方法，该发明通过加入竹炭在进入的模拟废水水压的作用下，扩散到整个反应器，在反应器内形成填料区域，能提高反应器的抗冲击能力和对厌氧氨氧化菌的持留能力，顶部的三相分离器用于分离液、固、气三相，减少反应器污泥的排出，以提高反应器对厌氧氨氧化菌的持留能力。

公开号为CN 201210448581.6的中国发明专利申请文献公开了高浓度有机废水快速启动厌氧反应器的方法，通过把经过预处理过的污泥混合液接种到待启动的厌氧反应器中，对厌氧反应器第一阶段进水启动，逐步提高进水浓度至设计浓度值；在第一阶段的启动后再次往厌氧反应器中接种污泥，并再次对厌氧反应器第二阶段进水启动，将进水浓度保持设计浓度值不变，分阶段逐步降低水力停留时间至设计浓度值，反应器启动成功。通过对接种及反应器启动过程的优化控制，实现反应器的快速启动，减少碱度的投加量，并且防止启动过程中反应器酸化现象的发生。

发明内容

本发明提供一种用于处理生活污水的厌氧生物反应器及其快速启动方法，通过曝气的方法，加速好样污泥在反应器中的填料上挂膜，之后，将挂摸完好氧污泥的填料通过浸渍法附着驯化完毕的富含产甲烷细菌的厌氧污泥，并采用相同的方法在填料表面附着一层好氧污泥，并将填料放入反应器内，封闭并开启反应器，控制相应的pH、HRT，一段时间后可以实现厌氧反映装置的快速启动。

一种用于处理生活污水的厌氧生物反应器，包括：

反应器，反应器的一端设置进水口、另一端设置出水口，反应器内由进水口至出水口方向由竖向设置的阻流隔板分隔为若干个依次连通的反应区；

对应设置于每个反应区内的吸附填料；

对应设置于每个反应区内填料下方的曝气管；

以及接入所述曝气管的抽气泵。

优选地，每个反应区内填料上、下方分别设置多孔横隔板。

优选地，所述吸附填料为经阳离子表面活性剂浸泡处理后的聚丙烯网状球形填料。

优选地，所述曝气管设置为回形曝气管。

优选地，反应器的体积为3～4m³，其内部装放填料隔板间的间距设置为30～50cm，未装放填料隔板间的间距设置为5～15cm。

每个反应区内填料上、下方分别设置多孔横隔板，其间填放可吸附活性污泥的填料于横隔板内，所述曝气头在厌氧发酵初期挂膜阶段曝气及定期曝气防止污泥填料堵塞，所述曝气泵为所有曝气支管提供曝气。

本发明还提供一种厌氧快速启动加快微生物厌氧发酵的方法，优选采用本发明反应器进行，包括如下步骤：

(1)将浸泡过表面活性剂的聚丙烯网状球形填料装入反应器的各反应区内，投加好氧污泥进入反应器，控制反应器污水进水负荷，开启曝气，一段时间后停止曝气，并控制反应器内污水pH及反应温度；

(2)在好氧污泥曝气的过程中，同时在菌种培养罐中接种厌氧污泥，并选用一定比例的乙酸钠、氮源和磷源驯化富含产甲烷细菌的厌氧污泥；

(3)将步骤(1)中好氧污泥挂膜完毕的聚丙烯网状球形填料放入驯化完毕的富含产甲烷细菌的厌氧污泥中浸渍，之后再浸渍于好氧污泥中；确保填料表层附着一层好氧污泥；

(4)将经步骤(3)处理后的聚丙烯网状球形填料装入反应器的各反应区中，密闭并开启反应器，控制对应的pH和HRT，实现厌氧反应器的快速启动；

(5)反应结束后，定期5～7个月开启曝气，防止污泥填料堵塞。

优选地，表面活性剂为质量分数为1～1.5％的十八烷基二甲基苄基季氯化铵，在表面活性剂中的浸泡时间为20～25h；进一步优选地，在表面活性剂中的浸泡时间为24h。

本发明在固定活性污泥的方法上设计了网状球形填充填料，相较于专利CN201610394147.2中提及到的投加活性炭挂膜加快折板厌氧反应器装置，优势在于以填料为吸附剂且分散于隔板间，与废水的接触面积更大，同时受水流的冲击力更小，分散地更均匀，更重要的是，填料相较于活性炭更方面进行回收处理，并实现填料的再利用。

在表面活性剂选择上选取典型的阳离子表面活性剂十八烷基二甲基苄基季氯化铵，利用该材料自身的疏水性降低填料表面的表面张力，排去其表面更多的水，其次利用该表面活性剂自身带有的正电荷，更易于带有负电荷的好氧微生物结合，更有利于好氧微生物在其表面进行挂膜；在浓度选取上将其控制在质量分数为1～1.5％之间，过低的表面活性剂浓度会使得疏水性能以及挂膜性能不佳，过高的表面活性剂浓度会使得表面活性剂浓度超过其临界胶束浓度，表面活性剂的分子容易转入溶液中而非填料表面，导致表面活性剂效果大大减弱，填料浸泡于质量分数为1～1.5％的十八烷基二甲基苄基季氯化铵中时，表面活性剂分子易呈单分子分散或被吸附在填料的表面上而有效地降低填料表面张力。

在填料选择上采用化学稳定性高的聚丙烯网状球形填料，将相对密度小的聚丙烯放置于网状球形框架中制成填料，从而避免了由于水流和浮力的影响吸附材料堆积在反应器顶部，同时也避免反应器闲置过久后填料聚集在横隔板底部，其间相互沾粘难以分离。凭借其良好的耐冲击性，也可以减少水流对吸附材料的影响。此外更具有意义的是，聚丙烯具有良好的耐热性、优良的力学性能、良好的化学稳定性和高比表面积，可以促进好氧微生物在其表面的挂膜效率，同时还可以实现其回收处理以及再利用，且价格相对低廉。

优选地，步骤(1)及步骤(4)中聚丙烯网状球形填料在每个反应区内的填充重量体积比为0.046～0.076g/cm³。

本发明反应器填料对厌氧好氧污泥的吸附采用的是好样微生物挂膜法，并将用时较长的富含产甲烷细菌的厌氧污泥与好氧污泥挂膜阶段分开并同时进行，并采用浸渍法顺利将厌氧污泥和好氧污泥依次附着于填料上，一方面节约了时间，另一方面用好氧微生物挂膜替代吸附材料，一定程度上节省了成本，并同时可以顺利完成厌氧污泥和好氧污泥的附着。

优选地，步骤(1)中控制反应器污水进水负荷0.5～1kgBOD/m³、pH6.0～7.5、反应温度20～35℃；步骤(4)中控制pH调整为6.5～7.8、HRT 1～2d。

进一步优选地，步骤(1)中控制反应器污水进水负荷0.8～1kgBOD/m³、pH 6.8～7.2、反应温度30～35℃；步骤(4)中控制pH调整为6.8～7.3、HRT1～2d；

最优选地，步骤(1)中控制反应器污水进水负荷1kgBOD/m³、pH 7、反应温度34～35℃；步骤(4)中控制pH调整为7、HRT2d。

优选地，步骤(1)中好氧污泥挂膜的曝气时间控制在5～7d，并在结束后停止曝气10～12h；步骤(3)中厌氧污泥浸渍时间为30～40h，好氧污泥附着步骤的浸泡时间为20～25h。

进一步优选地，步骤(1)中好氧污泥挂膜的曝气时间控制在6d，并在结束后停止曝气12h；步骤(3)中厌氧污泥浸渍时间为36h，好氧污泥附着步骤的浸泡时间为24h。

优选地，步骤(2)中厌氧污泥的驯化时间为7～10d，驯化所用的乙酸钠浓度控制在3～4g/L，控制乙酸钠：氮源：磷源质量比为180:5:1-220:5:1。

进一步优选地，步骤(2)中厌氧污泥的驯化时间为10d，驯化所用的乙酸钠浓度控制在3g/L，控制乙酸钠：氮源：磷源比例为200:5:1。

优选地，步骤(1)中投加的好氧污泥浓度为1-2g/L；步骤(3)中浸渍的厌氧污泥浓度为7500～12000mg/L，浸渍的好氧污泥浓度为2500～4000mg/L。

进一步优选地，投加的好氧污泥浓度为1g/L，浸渍的厌氧污泥和好氧污泥浓度比为3:1。

富含产甲烷细菌的厌氧污泥驯化过程中控制菌种培养罐内的乙酸钠浓度控制在3～4g/L，pH控制在6.0～7.5，保证最佳的碳氮比以缩短驯化时间，曝气挂膜阶段控制反应器内pH为6.0～7.5，启动阶段控制反应器内pH为6.5～7.8，整个阶段的温度控制在20～35℃，以确保各阶段下污泥的效果处于最佳状态，厌氧污泥和好氧污泥的附着步骤控制二者污泥浓度之比在3:1～5:1之间，以确保厌氧污泥和好氧污泥吸附于填料上的量。

进一步优选地，采用上述优选条件的组合。

本发明的原理：

将聚丙烯填料浸泡于质量分数为1～1.5％的表面活性剂十八烷基二甲基苄基季氯化铵中24～36h，利用表面活性剂的疏水性使其表面的表面能和表面张力降低，同时利用表面活性剂带有的正电荷促进更多的好氧微生物挂膜于填料上，之后投加一定量的好氧污泥进入反应器，控制反应器进水负荷为0.5～1gBOD/L，开启曝气5～7d后停止曝气10～12h，完成好氧微生物的挂膜过程。

与此同时，在菌种培养罐中接种厌氧污泥，并用乙酸钠、氮源、磷源驯化富含产甲烷细菌的厌氧污泥7～10天，完成产甲烷细菌的驯化。

之后，将挂膜完毕的好氧污泥浸渍于浓度为7500～12000mg/L的厌氧污泥36h，完成厌氧污泥的富集，再将其浸渍于浓度为2500～4000mg/L的好氧污泥24h，完成好氧污泥层的附着。

将填料装入反应器中，密闭并开启反应器，控制温度为35℃，pH为6.5～7.8，HRT为1～2d，填料最外层的好氧污泥将反应器内的剩余氧气耗尽，使反应器内处于厌氧状态，约在4～6d可实现厌氧反应器的快速启动。

本发明的有益效果：

(1)本发明能够自发地处理低浓度生活污水，并在处理废水的过程中仅需调节反应器内部的pH和温度便可实现厌氧发酵的持续进行，实现在20d内完成厌氧反应器的快速启动。

(2)本发明是建立在活性污泥富集促进厌氧发酵快速启动基础上的一种新技术，通过好氧微生物挂膜促进厌氧污泥及好氧污泥吸附以促进厌氧发酵快速启动的方式，解决了低浓度的厌氧反应器的挂膜难的问题，且大大增加了填料吸附的微生物的量，同时也很大程度上增大了待处理废水与微生物间的接触面积，还一定程度上节约了处理成本，处理废水效率高，反应启动快速高效。

(3)本发明成本低廉，操作简单，寿命长久。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明填料的结构示意图。

图中所示附图标记如下：

1-抽气泵 2-阀门 3-进水口

4-阻流隔板 5-多孔横隔板 6-集气口

7-曝气支管 8-出水口 9-吸附填料

10-回型曝气口 11-曝气主管

901-球形网状框架 902-聚丙烯填料

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，一种快速启动厌氧发酵阶段的厌氧反应器，包括反应器，反应器一端带有进水口3、另一端带有出水口8，反应器内由进水口至出水口方向由若干竖向设置的阻隔板分隔为依次连通的若干个反应区，每个反应区内分别设置上、下两块多孔横隔板5，上下多孔横隔板之间填充吸附填料9，下层多孔横隔板下方设置曝气管，曝气管上设置回型曝气口10，抽气泵1接入曝气主管11，曝气主管通过对应的曝气支管7接入各反应区内的曝气管内，曝气主管上设置阀门2。

吸附填料采用聚丙烯网状球形填料，其结构如图2所示，包括球形网状框架901和填充于球形网状框架内的聚丙烯填料902。

快速启动过程如下：

首先，将聚丙烯填料浸泡于质量分数为1～1.5％的表面活性剂十八烷基二甲基苄基季氯化铵中24～36h，之后投加1g/L好氧污泥进入反应器，控制反应器进水负荷为0.5～1gBOD/L，pH为6.0～7.5，开启曝气5～7d后停止曝气10～12h。与此同时，在菌种培养罐中接种厌氧污泥，并用180:5:1-220:5:1的乙酸钠、氮源、磷源比例驯化富含产甲烷细菌的厌氧污泥7～10d。之后，将挂膜完毕的好氧污泥浸渍于浓度为7500～12000mg/L的厌氧污泥36h，再将其浸渍于浓度为2500～4000mg/L的好氧污泥24h。最后将填料装入反应器中，密闭并开启反应器，控制温度为35℃，pH为6.5～7.8，HRT为1～2d，约在4～6d可实现厌氧反应器的快速启动。

应用实施例1

实施方式与上述相同。实施例中选用的废水BOD浓度为1gBOD/L，控制曝气阶段pH为7，温度为35℃，曝气时间为6d，之后停止曝气12h。产甲烷细菌驯化阶段的CH₃COONa含量为3g/L，pH＝7。浸渍的厌氧污泥和好氧污泥浓度比为3:1，厌氧污泥浸渍36h，好氧污泥浸渍24h。7d后完成好氧微生物的挂膜，10d后，完成产甲烷细菌的驯化，13d后完成污泥的附着，附着量较多，填料上污泥的附着为致密的层状。密闭并开启反应器后，控制温度为35℃，pH为7，废水COD浓度为3000g/m³，HRT为2d，在19d完成厌氧反应器的启动，反应器内甲烷产量达到0.945mol/(h·m³)，出水COD降低至550mg/L，COD去除率高达82％。

应用实施例2

实施方式与上述相同。实施例中选用的废水BOD浓度为0.6gBOD/L，控制曝气阶段pH为7.5，温度为25℃，曝气时间为5d，之后停止曝气10h。产甲烷细菌驯化阶段的CH₃COONa含量为4g/L，pH＝7.3。浸渍的厌氧污泥和好氧污泥浓度比为3:1，厌氧污泥浸渍30h，好氧污泥浸渍20h。7d后完成好氧微生物的挂膜，10d后，完成产甲烷细菌的驯化，13d后完成污泥的附着，附着量正常，填料上污泥的附着为薄层状。密闭并开启反应器后，控制温度为30℃，pH为7，废水COD浓度为3000g/m³，HRT为2d，在27d完成厌氧反应器的启动，反应器内甲烷产量达到0.905mol/(h·m³)，出水COD降低至920mg/L，COD去除率高达69％。

应用实施例3

实施方式与上述相同。实施例中选用的废水BOD浓度为1gBOD/L，控制曝气阶段pH为7，温度为35℃，曝气时间为6d，之后停止曝气12h。未进行产甲烷细菌的驯化阶段。浸渍的厌氧污泥和好氧污泥浓度比为3:1，厌氧污泥浸渍36h，好氧污泥浸渍24h。7d后完成好氧微生物的挂膜，10d后完成污泥的附着，附着量较多，填料上污泥的附着为致密的层状。密闭并开启反应器后，控制温度为35℃，pH为7，废水COD浓度为3000g/m³，HRT为2d，在20d未完成厌氧反应器的启动，反应器内甲烷产量达到0.108mol/(h·m³)，出水COD降低至1860mg/L，COD去除率为32％。

应用实施例4

实施方式与上述相同。实施例中最初不进行曝气好氧微生物的挂膜阶段。产甲烷细菌驯化阶段的CH₃COONa含量为3g/L，pH＝7。将填料直接浸渍的厌氧污泥和好氧污泥浓度比为3:1，厌氧污泥浸渍36h，好氧污泥浸渍24h。7d后完成好氧微生物的挂膜，13d后完成污泥的附着，附着量明显减少，填料上污泥的附着呈斑点状。密闭并开启反应器后，控制温度为35℃，pH为7，废水COD浓度为3000g/m³，HRT为2d，在20d未完全启动厌氧反应器，反应器内甲烷产量达到0.633mol/(h·m³)，出水COD降低至1150mg/L，COD去除率为62％。

对比实施例

实施方式与上述相同。实施例中最初不进行曝气好氧微生物的挂膜阶段，也未进行产甲烷细菌的驯化阶段。将填料直接浸渍的厌氧污泥和好氧污泥浓度比为3:1，厌氧污泥浸渍36h，好氧污泥浸渍24h。3d后完成污泥的附着，附着量明显减少，填料上污泥的附着呈斑点状。密闭并开启反应器后，控制温度为35℃，pH为7，废水COD浓度为3000g/m³，HRT为2d，在20d未启动厌氧反应器，反应器内甲烷产量达到0.012mol/(h·m³)，出水COD降低至2480mg/L，COD去除率仅为17％。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (7)

1.一种厌氧快速启动加快微生物厌氧发酵的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将浸泡过表面活性剂的聚丙烯网状球形填料装入反应器的各反应区内，投加好氧污泥进入反应器，控制反应器污水进水负荷，开启曝气一段时间后停止曝气，并控制反应器内污水pH及反应温度；

(2)在好氧污泥曝气的过程中，在菌种培养罐中接种厌氧污泥，并选用乙酸钠、氮源和磷源驯化富含产甲烷细菌的厌氧污泥；

(3)将步骤(1)中好氧污泥挂膜完毕的聚丙烯网状球形填料放入驯化完毕的富含产甲烷细菌的厌氧污泥中浸渍，之后再浸渍于好氧污泥中；

(4)将经步骤(3)处理后的聚丙烯网状球形填料装入反应器的各反应区中，密闭并开启反应器，控制反应器内的pH和HRT，实现厌氧反应器的快速启动；

(5)反应结束后，定期5～7个月开启曝气。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)中表面活性剂为质量分数为1～1.5％的十八烷基二甲基苄基季氯化铵，在表面活性剂中的浸泡时间为20～25h。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)及步骤(4)中聚丙烯网状球形填料在每个反应区内的填充重量体积比为0.046～0.076g/cm³。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)中控制反应器污水进水负荷0.5～1kgBOD/m³、pH 6.0～7.5、反应温度20～35℃；步骤(4)中控制pH调整为6.5～7.8、HRT 1～2d。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)中好氧污泥挂膜的曝气时间控制在5～7d，并在结束后停止曝气10～12h；步骤(3)中厌氧污泥浸渍时间为30～40h，好氧污泥附着步骤的浸泡时间为20～25h。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(2)中厌氧污泥的驯化时间为7～10d，驯化所用的乙酸钠浓度控制在3～4g/L，控制乙酸钠：氮源：磷源质量比为180:5:1-220:5:1。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)中投加的好氧污泥浓度为1-2g/L；步骤(3)中浸渍的厌氧污泥浓度为7500～12000mg/L，浸渍的好氧污泥浓度为2500～4000mg/L。

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