CN109231444B - 一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法，包括：(1)收集生物反应器中钙化厌氧颗粒污泥，将其挤压或碾压破碎；(2)对破碎的钙化厌氧颗粒污泥进行筛分，获得粒径在一定范围内的钙化厌氧颗粒污泥碎屑；(3)将获得的碎屑与生物反应器进、出水和正常污泥混合培养一定时间；(4)将混合培养后的污泥回流至生物反应器中，促进二次成核，加速污泥颗粒化。本发明操作简便，对外界条件无特殊要求，有助于维持生物处理系统中较高的生物量和生物代谢活性，提升过程稳定性，为避免钙化污泥及其粘附物质对外环境的污染提供了参考，具有显著应用价值。

Description

一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法及系统

技术领域

本发明涉及废水生物处理与再利用领域，尤其涉及一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法及系统。

背景技术

高效厌氧生物处理工艺及系统因投资少、能耗低和处理效果佳等优点，成为一项极具吸引力的废水生物处理技术，具有广阔前景。在诸多因素中，有较高生物活性的颗粒污泥是厌氧生物处理过程的关键，直接关系到厌氧生物处理系统启动速率、降解效率和稳定性等。如何在处理体系中获得并维持高生物代谢活性的颗粒污泥是相关从业者的恒久命题。

在处理造纸、柠檬酸制造、乳清加工、豆制品和淀粉加工废水等含高浓度钙离子(Ca²⁺)废水的过程中，过高浓度Ca²⁺会在碱度和CO₂等作用下产生碳酸钙(CaCO₃)，沉淀在生物反应器中以及颗粒污泥表面或内部，久而久之导致颗粒污泥灰分升高，生物量及生物活性下降，甚至导致颗粒污泥完全钙化“失活”，影响系统处理效率。有关碳酸钙在污泥表面及核心累积致使生化处理效率大幅降低的现象已有报道。目前针对完全或部分钙化厌氧颗粒污泥，常规方法多将其由生物反应器底部排出，等同于污泥进行堆放或填埋，不仅占用大量场地，且钙化厌氧颗粒污泥内部及表面包裹或粘附的生物类物质(蛋白质、多糖和微生物菌体等)若不加进一步处理，往往带来二次潜在环境污染和危害。

因此，如何减少钙化颗粒污泥带来的环境污染，同时实现其颗粒中碳酸钙及其包裹或粘附的生物或生物相容性物质的资源化利用，为厌氧处理系统中微生物的附着和定殖创造条件，成为关键和亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法。本发明在破碎厌氧生物反应器中钙化颗粒污泥的基础上筛分获得粒径在一定区间内的碎屑，与生物反应器进出水和污泥搅拌混合培养一定时间后，回流至前端生物反应器中，促进二次成核，加速污泥颗粒化，实现过程的持续稳定运行。

本发明的目的能够通过以下技术方案实现：

一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法，具体步骤包括：

(1)收集生物反应器中钙化厌氧颗粒污泥，将其挤压或碾压破碎；

(2)对破碎的钙化厌氧颗粒污泥进行筛分，获得粒径在一定范围内的钙化厌氧颗粒污泥碎屑；

(3)将获得的碎屑与生物反应器进出水和正常污泥混合培养一定时间；

(4)将混合培养后的污泥回流至生物反应器中，促进二次成核，加速污泥颗粒化。

具体地，所述步骤(1)中，钙化厌氧颗粒污泥由生物反应器排出收集后，需要滤去大部分水，并保持钙化厌氧污泥颗粒的润湿。

优选地，所述步骤(2)中，将钙化厌氧颗粒污泥挤压或碾压时，控制钙化厌氧颗粒污泥承受的压强保持在30～100牛顿/平方厘米区间。

优选地，所述步骤(2)中，筛分获得的钙化厌氧颗粒污泥碎屑的粒径应在0.1～1.0mm范围之内。

优选地，所述步骤(3)中，混合培养时，比例(水：正常污泥：钙化厌氧颗粒污泥碎屑)应控制在(5～6)：(2～3)：(3～2)之间。

优选地，所述步骤(3)中，混合培养时采用底部有卸料阀、顶部有进样口和排气孔，内部有搅拌装置的可密闭式容器。

优选地，所述步骤(3)中，混合培养时采用连续搅拌反应器(CSTR)并控制搅拌速度保持在5～20转/分钟。

优选地，所述步骤(3)中，混合培养时间为24～72小时。

具体地，所述步骤(4)中，由进水口或颗粒污泥加料口回流至反应器，按正常工况进行。

本发明的另一目的在于提供一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用系统。

本发明的另一目的能够通过以下技术方案实现：

一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用系统，包括破碎模块、筛分模块，混合培养模块以及污泥泵出和泵入模块；

所述破碎模块，用于破碎生物反应器中收集到的钙化厌氧颗粒污泥；

所述筛分模块，用于筛分并获得粒径在一定范围内的钙化污泥碎屑；

所述混合培养模块，用于污泥碎屑与进、出水和正常污泥混合预培养；

所述污泥泵出和泵入模块，用于钙化颗粒污泥收集以及混合预培养后污泥回流至生物反应器中。

本发明相较于现有技术，具有以下的有益效果：

1、本发明操作简便，对外界条件无特殊要求，条件易控，实施过程简便经济，对维持废水厌氧生物处理体系中较高的生物量和代谢活性，以及促进颗粒污泥的高活性和处理过程的持续稳定，具有显著的作用。

2、本发明有效地利用钙化厌氧颗粒污泥碎屑及其包裹或粘附的微生物或生物相容性物质(蛋白质、多糖、菌体等)，为微生物菌体附着及堆积提供有效载体和亲和性，促进其二次成核，加速污泥颗粒化，提升了稳定性。

3、本发明能够实现钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用，达到资源化，减少处置费用投入，有效避免了钙化厌氧颗粒污泥及其粘附物质对外界环境的潜在污染，为维持废水厌氧生物处理中较高生物量提供了参考，具有显著的应用价值。

附图说明

图1是一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法的流程图；

图2是一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用系统的结构图；

图3是本实施例中系统中已钙化厌氧颗粒污泥扫描电子显微镜图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示为一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法具体流程图，包括：

(1)收集生物反应器中钙化厌氧颗粒污泥，将其挤压或碾压破碎；

(2)对破碎的钙化厌氧颗粒污泥进行筛分，获得粒径在一定范围内的钙化厌氧颗粒污泥碎屑；

(3)将获得的碎屑与生物反应器进出水和正常污泥混合培养一定时间；

(4)将混合培养后的污泥回流至生物反应器中，促进二次成核，加速污泥颗粒化。

一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用系统的组成模块如图2所示，所述系统包括破碎模块、筛分模块，混合培养模块以及污泥泵出和泵入模块；

所述破碎模块，用于破碎生物反应器中收集到的钙化厌氧颗粒污泥；

所述筛分模块，用于筛分并获得粒径在一定范围内的钙化污泥碎屑；

所述混合培养模块，用于污泥碎屑与进、出水和正常污泥混合预培养；

所述污泥泵出和泵入模块，用于钙化颗粒污泥收集以及混合预培养后污泥回流至生物反应器中。

在本实施例中，基于上述钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法及系统，选取某造纸企业内废水处理系统中连续运行内循环厌氧生物反应器，实施前暂停进水30分钟，在底部污泥排放口处(高1.0米)连接法兰和泵出管路，缓慢旋转阀门，保证水和颗粒污泥缓慢由生物反应器排出，在管路末端加滤网滤去大部分水分，收集钙化厌氧颗粒污泥并使其保持润湿。

实施例中收集到的钙化颗粒污泥外观坚硬、有明显砂砾颗粒感，粒径在2～5mm范围之间，基本失去活性(VSS/TSS＝0.2)，钙离子平均含量为387.7mg/g，清洗后肉眼可见致密灰色外层。借助扫描电子显微镜(SEM)对其进行形态观察，结果如图3中的图(A)、(B)、(C)所示，颗粒表面整体致密平滑，局部有沟壑，无明显孔隙结构。在高分辨率下观察的结果图像如图3中的图(D)所示，其表面多由颗粒状物质紧密堆积而成，能谱和X射线衍射(XRD)分析显示其为高纯度碳酸钙(CaCO₃)颗粒沉淀，且属方解石晶型结构。

收集来的钙化颗粒污泥在碾压破碎模块作用下破碎，控制碾压强度使得钙化颗粒所承受压强大致在50牛顿/平方厘米，所述碾压破碎模块的破碎时间为15分钟，轮式碾压转速控制在5转/分钟，在破碎过程中适当补充水分使得钙化污泥颗粒及其碎屑维持润湿。

钙化颗粒碎屑经由振动筛分模块后，获得粒径在0.1～1.0mm之间的钙化污泥颗粒碎屑，收集后，与反应器进、出水和正常污泥混合培养，所述混合培养时采用底部有卸料阀、顶部有进样口、排气孔，内有搅拌装置的可密闭式容器中培养，本实施例中选择一个连续搅拌反应器(CSTR)，其有效容积为100升，混合培养时控制(进水：正常污泥：钙化颗粒污泥)比例为6:2:2。优选地，所述连续搅拌反应器(CSTR)中搅拌速度在20转/分钟；培养时间为72小时；培养温度为30℃；最后采用由进水口或颗粒污泥加料口回流至反应器，按正常工况运行。

混合培养回流后，厌氧生物反应器按正常工况运行25天左右，在同一污泥取样口处收集颗粒污泥样品，颗粒污泥呈规则椭球形，结构紧实，呈亮黑色，生物量有显著提升(V/TSS＝0.6)，颗粒污泥靠近内核处有砂砾感，钙离子平均含量为134.1mg/g干污泥。

实施例2

其他同实施例1。在本实施例中，在混合培养时控制(进水：正常污泥：钙化颗粒污泥)比例为6:2:2。优选地，所述连续搅拌反应器(CSTR)中搅拌速度在20转/分钟；培养温度为30℃；不回流生物反应器，每隔2天更换一次进水，在运行40天左右，获得如实施例1中类似所述二次成核后具有较高生物活性的颗粒污泥。

实施例3

基于的钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法及系统同实施例1。在本实施例中，收集某柠檬酸加工企业厌氧塔底部排出颗粒污泥在碾压破碎模块作用下破碎，控制碾压强度使得部分钙化颗粒所承受压强大致在30牛顿/平方厘米，所述碾压破碎模块的破碎时间为10分钟，轮式碾压转速控制在5转/分钟，在破碎过程中适当补充水分使得污泥颗粒及其碎屑维持润湿。

颗粒碎屑经由筛分模块后，获得粒径在0.1～0.5mm之间的污泥颗粒碎屑，收集后，与反应器进、出水和正常污泥混合培养，所述混合培养时采用底部有卸料阀、顶部有进样口、排气孔，内有搅拌装置的可密闭式容器中培养，本实施例中选择一连续搅拌反应器(CSTR)，其有效容积为100升，混合培养时控制(进水：正常污泥：颗粒污泥碎屑)比例为5:2:3，所述优选连续搅拌反应器(CSTR)中搅拌速度在15转/分钟；培养时间为48小时；培养温度为35℃；最后采用由进水口或颗粒污泥加料口回流至反应器，按正常工况运行；混合培养回流后，厌氧生物反应器按正常工况运行25天左右，在同一污泥取样口处收集颗粒污泥样品，颗粒污泥呈规则椭球形，结构紧实，呈亮黑色，生物量有明显提升(VSS/TSS＝0.75)。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法，其特征在于，具体步骤包括：

（1）收集生物反应器中钙化厌氧颗粒污泥，将其挤压或碾压破碎；

（2）对破碎的钙化厌氧颗粒污泥进行筛分，获得粒径在一定范围内的钙化厌氧颗粒污泥碎屑；

（3）将获得的碎屑与生物反应器进出水和正常污泥混合培养一定时间；

（4）将混合培养后的污泥回流至生物反应器中，促进二次成核，加速污泥颗粒化。

2.根据权利要求1所述的一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法，其特征在于，所述步骤（1）中，钙化厌氧颗粒污泥由生物反应器排出后，需要滤去大部分水，并保持钙化厌氧污泥颗粒的润湿。

3.根据权利要求1所述的一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法，其特征在于，所述步骤（1）中，将钙化厌氧颗粒污泥挤压或碾压时，控制钙化厌氧颗粒污泥承受的压强保持在30~100牛顿/平方厘米区间。

4.根据权利要求1所述的一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法，其特征在于，所述步骤（2）中，筛分获得的钙化厌氧颗粒污泥碎屑的粒径应在0.1~1.0 mm范围之内。

5.根据权利要求1所述的一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法，其特征在于，所述步骤（3）中，混合培养时，水：正常污泥：钙化厌氧颗粒污泥碎屑的比例应控制在（5~6）：（2~3）：（3~2）之间。

6.根据权利要求1所述的一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法，其特征在于，所述步骤（3）中，混合培养时采用底部有卸料阀、顶部有进样口和排气孔，内部有搅拌装置的可密闭式容器。

7.根据权利要求1所述的一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法，其特征在于，所述步骤（3）中，混合培养时采用连续搅拌反应器并控制搅拌速度保持在5~20转/分钟。

8.根据权利要求1所述的一种钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法，其特征在于，所述步骤（3）中，混合培养时间为24~72小时。

9.一种用于实现权利要求1-8任一项所述的钙化厌氧颗粒污泥二次成核再利用方法的系统，其特征在于，所述系统包括破碎模块、筛分模块，混合培养模块以及污泥泵出和泵入模块；

所述破碎模块，用于破碎生物反应器中收集到的钙化厌氧颗粒污泥；

所述筛分模块，用于筛分并获得粒径在一定范围内的钙化污泥碎屑；

所述混合培养模块，用于污泥碎屑与进、出水和正常污泥混合预培养；

所述污泥泵出和泵入模块，用于钙化颗粒污泥收集以及混合预培养后污泥回流至生物反应器中。

Images