CN111498990B

CN111498990B - 一种厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法

Info

Publication number: CN111498990B
Application number: CN202010353085.7A
Authority: CN
Inventors: 张炜铭; 牛志华; 汪林; 吕振华; 花铭
Original assignee: Jiangsu Nju Environmental Technology Co ltd; Nanjing University
Current assignee: Jiangsu Nju Environmental Technology Co ltd; Nanjing University
Priority date: 2020-04-29
Filing date: 2020-04-29
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2040-04-29
Also published as: CN111498990A

Abstract

本发明属于废水处理领域，公开了一种厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，本发明通过设置两个厌氧反应器，利用第一厌氧反应器主要承担厌氧生化处理及产甲烷功能，以甲烷生产为主；第二厌氧反应器主要承担生产和储存厌氧颗粒污泥的功能；本发明的方法通过使第二厌氧反应器的成熟颗粒污泥解体并重建，从而促进厌氧颗粒的产量及活性的提高，通过调节第一厌氧反应器与第二厌氧反应器的进水水量，实现主功能之间的转换，本发明的方法不仅能够实现厌氧反应系统中颗粒污泥的规模化生产与储存，还能同步实现系统产甲烷与废水处理效率的提高，而且能够根据市场/项目需求实现反应器颗粒污泥增殖与产甲烷量之间的调节功能。

Description

一种厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法。

背景技术

在高浓度有机废水厌氧生化处理中，常见厌氧反应器如UASB、IC，反应器中的成熟厌氧颗粒污泥具有沉降性能好、比产甲烷活性高，有利于废水中污染物的去除效果。厌氧颗粒污泥的形成缩短了微生物细胞和细胞之间的距离，使不同类型的微生物细胞间的传质效率提高，有利于废水中污染物的降解及去除。

然而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。且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)的条件控制具有较大差异，二者难以通过参数控制实现同步的提高。因此通常需要厌氧颗粒污泥培养完成后再进行正常的废水处理。

经检索，对于厌氧颗粒污泥的培养过程，现有技术已有相关的申请案公开，如中国专利申请号为201610970327.0，公开日期为2017年2月15日的申请案公开了一种厌氧颗粒污泥培养方法及培养装置，培养装置包括反应器，搅拌装置，恒温装置，加药装置和PLC控制装置，搅拌装置设置在反应器内，PLC通过监测设定值控制恒温装置和加药装置的运行，以保持反应器内厌氧颗粒污泥培养的环境符合要求，通过PLC控制装置控制厌氧颗粒污泥的培养过程。再如中国专利申请号为200410042793.X，公开日期为2005-02-23的申请案公开了利用混合污泥培养厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，包括如下步骤：均匀混合普通厌氧颗粒污泥和好氧活性污泥，并装入上流式厌氧反应器；配制模拟废水，并从所述反应器的底部泵入，废水流经所述混合污泥后从反应器上部流出，部分出水回流，将反应器的水力上升流速控制在1～2m/h之间；保持反应器内的温度、pH值等条件，稳定运行一段时间后，获得所述颗粒污泥。

上述申请案虽然能够培养出高活性的污泥，然而污泥投入至使用需要进行预先进水调试的处理过程。如能在一个系统内同时实现厌氧颗粒污泥的规模化生产与废水处理效率的提高，不仅能够解决高效厌氧菌种来源不足的问题，还能弥补因厌氧系统进水调试周期较长造成的整体处理效率低的问题，显著提高废水处理效率和产甲烷效率，为企业增加收益，降低废水处理成本。

因此，在现有废水处理工艺/设施基础上，亟需发明一种能够同时实现产甲烷效率提高和厌氧颗粒污泥的规模化培养的方法。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中同步实现产甲烷效率的提高和厌氧颗粒污泥的规模化培养较为困难的问题，本发明通过在一个系统内设置两个厌氧反应器，利用第一厌氧反应器主功能产甲烷，第二厌氧反应器主功能产厌氧颗粒污泥，通过调节第一厌氧反应器与第二厌氧反应器的进水水量比例，实现系统中两种功能之间的转换，不仅能够实现厌氧反应系统中颗粒污泥的生产与储存，还能同步实现产甲烷效率的提高，还能够根据市场/项目需求实现两种功能之间的调节或切换。

进一步的，针对现有技术中成熟的颗粒污泥难培养、活性低的问题，本发明的方法通过使第二厌氧反应器的成熟颗粒污泥解体为微小颗粒，制备菌核并重新形成成熟颗粒污泥，从而促进厌氧颗粒的产量，该过程同时有利于产甲烷的菌体在颗粒污泥中分布更加均匀，因此重新形成的污泥具有更高的活性，将其输入至第一厌氧反应器，从而促进系统整体产甲烷效率的提高。

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：

本发明提供了一种厌氧颗粒污泥规模化生产与储存的方法，包括如下步骤：

(1)通过进水分流器调节，使不同水量比例的废水分别进入第一厌氧反应器和第二厌氧反应器进行处理，所述第一厌氧反应器主功能为产甲烷，所述第二厌氧反应器主功能为生产厌氧颗粒污泥；

(2)控制第二厌氧反应器的条件，使原有成熟颗粒污泥A解体，制备菌核，再控制温度、进水预酸化度和碱度，将菌核重新培养为成熟颗粒污泥B；

(3)将所述的成熟颗粒污泥B排出，向第二厌氧反应器内补充剩余活性污泥，并重复步骤(2)的成熟颗粒污泥B的培养过程；

(4)根据系统的需要，通过控制进入第一厌氧反应器和第二厌氧反应器内的水量比例，实现系统对产甲烷和生产厌氧颗粒污泥的调节。

优选的，所述步骤(2)中，具体步骤为：控制第二厌氧反应器的水流上升速度为5～8m/h，通过密闭循环的方式使成熟颗粒污泥A解体成为微小颗粒体，投加阳离子型聚丙烯酰胺，水力搅拌一定时间，制备菌核；再调整水流上升速度至0.8～1.2m/h，将所述菌核培养成为成熟颗粒污泥B。

优选的，所述步骤(3)中，将所述的成熟颗粒污泥B直接输至第一厌氧反应器使用。

优选的，所述步骤(4)中，系统需要产甲烷时，控制进入第一厌氧反应器和第二厌氧反应器内的水量比例为(2～8)：1；系统需要生产厌氧颗粒污泥时，控制进入第一厌氧反应器和第二厌氧反应器内的水量比例为1：(2～8)。

优选的，所述步骤(2)中，控制第二厌氧反应器内的温度在35～40℃，进水预酸化度在25％～35％，碱度在1500～6000mg/L。

优选的，所述密闭循环时间为5～10h；和/或阳离子型聚丙烯酰胺投加量为0.3～0.5mg/L，水力搅拌时间为10～30min。

优选的，所述步骤(1)中，所述成熟颗粒污泥A解体后，向系统中投加由交联剂、微量元素剂、亚铁盐和铁粉组成的复合导电介质，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，所述交联剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇、海藻酸盐或琼脂中的任意一种。

优选的，所述复合导电介质的制备过程如下：a)将亚铁盐水溶液与微量元素剂混合，得到混合溶液；b)向混合溶液中加入铁粉和交联剂，充分搅拌成固体，再经烘干、研磨为颗粒状复合导电介质。

优选的，所述步骤(3)中，向第二厌氧反应器补充的剩余活性污泥与排出的成熟颗粒污泥B的重量比例为(1～6)：1。

优选的，通过调节废水的进水分流器，使废水按照一定比例首先进入第一中间水池与第二中间水池中，再将第一中间水池的水体由第一进水泵泵入到第一厌氧反应器，第二中间水池的水体由第二进水泵泵入到第二厌氧反应器中。

优选的，所述第二厌氧反应器出水通过第二出水分流器调节，使部分或全部进入第一厌氧反应器进行处理，所述第一厌氧反应器出水通过第一出水分流器调节，使部分或全部进入第二厌氧反应器进行处理。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，设置两个厌氧反应器，利用第一厌氧反应器主功能产甲烷，第二厌氧反应器主功能产厌氧颗粒污泥，通过调节第一厌氧反应器与第二厌氧反应器的进水水量比例，实现系统中两种功能之间的调节，本发明不仅能够同步实现厌氧反应系统中颗粒污泥的生产、储存与产甲烷效率的提高，还能够根据市场/项目需求实现两种功能之间的调节或转换。

(2)本发明的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，在第二厌氧反应器内使成熟颗粒污泥A解体后再重新形成成熟污泥B，有助于提高产甲烷含量，主要原因在于：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：从外到内有着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，通过解体后重建使利于产甲烷的菌体重新分布，可以促进产甲烷菌更均匀的分布于厌氧颗粒污泥中，发挥更高的活性，将其用于厌氧反应系统有助于提高产甲烷含量。同时不断补充剩余活性污泥，以生产更高活性的厌氧颗粒污泥B，不仅减少污泥处置费用，还将带来一定的经济效益。

(3)本发明的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，通过提升水流上升速度并密闭循环，有效借助水力剪切作用将成熟颗粒分散多个小颗粒，在聚丙烯酰胺条件下，形成具有初步代谢作用的微小污泥体，利用微小污泥体在适宜条件下竞相繁殖，短时间内形成沉淀性能良好、产甲烷活性高的颗粒污泥，不仅能够提高颗粒污泥的活性，还能够增加颗粒污泥的体积，促进颗粒污泥的产量提高。

(4)本发明的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，在第二反应器中菌核制备成熟颗粒污泥B的过程中，添加复合导电介质促进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，本发明利用多种微生物之间的电子传递，添加导电介质作为电子传递的渠道，促进电子传递的效率，进一步促进产甲烷含量的提高。

附图说明

图1是本实施例1的处理过程示意图。

图中：1、进水分流器；2、第一中间水池；3、第一进水泵、4、第一进水流量计、5、第一厌氧反应器、6、第一出水分流器、7、第二中间水池；8、第二进水泵；9、第二进水流量计；10、第二厌氧反应器；11、第二出水分流器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例采用两个厌氧反应器(UASB小试装置)处理高浓度有机废水，处理规模0.2m³/h，反应器有效容积4m³，反应器进水COD浓度为20000mg/L，pH值6.5，污泥负荷为0.8kgCOD/kgVSS·d，上升流速2m/h，反应器内温度38±2℃，两个厌氧反应器内已形成成熟厌氧颗粒污泥A，颗粒污泥体积为1.0m³；处理前的两个厌氧反应器的出水COD浓度为10000～14000mg/L，平均COD去除率75％，出水pH值6.8。

利用上述两个反应器组成废水处理系统，如图1所示，该系统包括进水分离器1、第一厌氧反应器5、第二厌氧反应器10、第一中间水池2、第二中间水池7、第一进水泵3和第二进水泵8。

废水处理过程中，首先通过进水分离器1调节比例，使不同水量的废水分别进入第一中间水池2、第二中间水池7，第一中间水池2的水体由第一进水泵3泵入到第一厌氧反应器5，第二中间水池7的水体由第二进水泵8泵入到第二厌氧反应器10中处理。

所述第一进水泵3和第一厌氧反应器5之间设有第一进水流量计4，所述第二进水泵8和第二厌氧反应器10之间设有第二进水流量计9，分别用于进一步调节流量。

所述第一厌氧反应器5的出水通过第一出水分流器6调节，使部分或全部进入第二中间水池7，再泵入至第二厌氧反应器10进行处理。

所述第二厌氧反应器10的出水通过第二出水分流器11调节，使部分或全部进入第一中间水池2，再泵入至第一厌氧反应器5进行处理。

本实施例的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，具体包括以下步骤：

(1)控制第二厌氧反应器10的水流上升速度为5～8m/h，通过密闭循环5～10h，使成熟颗粒污泥A分解成为微小颗粒体，投加0.3～0.5mg/L的阳离子型聚丙烯酰胺，按照反应器有效容积的0.05％～1％投加复合导电介质，水力搅拌时间为10～30min，制备菌核；

所述复合导电介质的制备过程如下：a)将亚铁盐水溶液与微量元素剂混合，得到混合溶液；b)向混合溶液中加入铁粉、交联剂，充分搅拌成固体，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。所述的微量元素剂含有以下重量份的物质：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。

(2)降低第二厌氧反应器10的水流上升速度至0.8～1.2m/h，控制反应器内温度35～40℃，进水预酸化度在25％～35％，碱度维持在1500～6000mg/L，出水pH值6.5～7.0，将步骤(1)的菌核培养成为成熟颗粒污泥B，将其向第一厌氧反应器5输入使用；

(3)向第二厌氧反应器10内补充剩余活性污泥，所述补充的剩余活性污泥与排出的成熟厌氧颗粒污泥B的重量比例为(1～6)：1；满足第二厌氧反应器10中进行颗粒污泥生产与储存功能，重复步骤(2)的培养过程；

(4)系统的主功能为产甲烷时，调节进水分流器1，使进入中间水池2与中间水池7中的水量比例为(2～8)：1，再分别通过第一进水泵3和第二进水泵8泵入到第一厌氧反应器5和第二厌氧反应器10中处理；

(5)系统的主功能为生产厌氧颗粒污泥时，调节进水分流器1，使进入中间水池2与中间水池7中的水量比例为1：(2～8)，再分别通过第一进水泵3和第二进水泵8泵入到第一厌氧反应器5和第二厌氧反应器10中处理。

实验期间，反应器进水COD浓度为20000mg/L，考察采取本发明方案运行300天后，厌氧反应器出水COD浓度变化情况以及颗粒污泥变化情况，颗粒污泥变化通过总体积表征，利用实施例1的方法处理效果如表1所示。

表1利用实施例1的方法处理效果

结果表明，采用本发明所提供的方案，第二厌氧反应器10内污泥颗粒总体积显著增加，整个厌氧反应系统与原有相比，产甲烷总量及废水处理效率有了显著的提升，厌氧系统COD总去除率有了显著的提高。

实施例2

针对某制药企业的高浓度有机废水的处理，现有中试处理规模2m³/h，厌氧系统由两台UASB反应器组成，单个厌氧反应器有效容积6m³，系统已经连续稳定运行一年，且两台反应器内都已经形成的成熟厌氧颗粒污泥A。现有的两个厌氧反应器系统进水COD浓度为16000～20000mg/L，出水COD浓度为7500～9000mg/L，出水pH值7.2～7.8。

将上述反应器按照实施例1的方式组成厌氧系统，采取如下步骤处理：

(1)控制第二厌氧反应器10的水流上升速度为5～8m/h，通过密闭循环5～10h，使第二厌氧反应器内的成熟颗粒污泥A解体，投加0.3～0.5mg/L的阳离子型聚丙烯酰胺和反应器有效容积0.05％～1％的复合导电介质，水力搅拌时间为10～30min，投加制备菌核；所述复合导电介质的制备方法与实施例1相同。

(2)降低第二厌氧反应器10的水流上升速度至0.8～1.2m/h，控制第二厌氧反应器10内温度35～40℃，进水预酸化度在25％～35％，碱度维持在1500～6000mg/L，出水pH值6.5～7.0，将菌核培养成为成熟颗粒污泥B，并将其向第一厌氧反应器5输入并使用；

(3)向第二厌氧反应器10内补充剩余活性污泥，所述补充的剩余活性污泥与排出的成熟厌氧颗粒污泥B的比例(重量比)为(1～6)：1；重复步骤(2)的培养过程

(4)系统需要产甲烷时，调节进水分流器1，使分别进入中间水池2与中间水池7中的水量比例为(2～8):1，再分别通过第一进水泵3和第二进水泵8分别泵入到第一厌氧反应器5和第二厌氧反应器10中；

(5)系统需要生产厌氧颗粒污泥时，调节进水分流器1，使进入中间水池2与中间水池7中的水量比例为1:(2～8)，再分别通过第一进水泵3和第二进水泵8分别泵入到第一厌氧反应器5和第二厌氧反应器10中。

实验期间，反应器进水COD 30000mg/L，考察采取本实施例的方案的运行一年后，厌氧反应器最后出水COD浓度、颗粒污泥以及产甲烷情况如表2所示。

表2利用实施例2的方法处理效果

结果表明，采用本发明所提供的方案，第二厌氧反应器10内污泥颗粒总体积显著增加，整个厌氧反应系统与原有相比，产甲烷总量及废水处理效率有了显著的提升。

实施例3

某中药生产企业产生的高浓度有机废水，采用本发明所提供的技术方案，厌氧系统由两个UASB反应器组成，单个厌氧反应器有效容积300m³，废水处理量为10m³/h，废水COD浓度为12000mg/L，pH值6.2。

(1)控制第二厌氧反应器10的水流上升速度为5～8m/h，通过密闭循环5～10h，使第二厌氧反应器10内的成熟颗粒污泥A解体，投加0.3～0.5mg/L的阳离子型聚丙烯酰胺和反应器有效容积0.05％～1％的复合导电介质，水力搅拌时间为10～30min，投加制备菌核；所述复合导电介质的制备方法与实施例1相同。

(2)降低第二厌氧反应器10的水流上升速度至1.2m/h，控制反应器内温度35～40℃，进水预酸化度在25％～35％，碱度维持在1500～6000mg/L，出水pH值6.5～7.0，将步骤(1)形成的所述菌核培养成为成熟颗粒污泥B；

(3)向第二厌氧反应器内10补充剩余活性污泥，所述补充的剩余活性污泥与排出的成熟厌氧颗粒污泥B的重量比例为(1～6)：1；重复步骤(2)的培养过程；

(4)系统需要产甲烷时，调节废水的进水分流器1，使水量比例为(2～8):1的废水分别进入中间水池2与中间水池7中，再分别通过第一进水泵3和第二进水泵8分别泵入到第一厌氧反应器5和第二厌氧反应器10中。

(5)系统需要生产厌氧颗粒污泥时，调节废水的进水分流器1，使水量比例为1：(2～8)的废水分别进入中间水池2与中间水池7中，再分别通过第一进水泵3和第二进水泵8分别泵入到第一厌氧反应器5和第二厌氧反应器10中。

实验结果：厌氧进水COD平均浓度为12000mg/L，pH值6.5，反应器最终出水COD浓度为1456mg/L，COD平均去除率87.8％，出水pH值7.5，使用本发明的方案能够确保厌氧系统稳定运行，厌氧系统COD总去除率有了显著的提高。

对比例1

本对比例基本与实施例1相同，不同之处在于：所述步骤2)中，在污泥解体成为微小颗粒后，仅添加阳离子型聚丙烯酰胺，不添加复合导电介质。

实验期间，反应器进水COD 20000mg/L，考察采取本发明方案的运行300天后，厌氧反应器最后出水COD浓度变化情况以及颗粒污泥变化情况，反应器产甲烷能力通过甲烷量来表征，颗粒污泥变化通过总体积表征，实施例1和对比例1的效果结果如表3所示。

表3实施例1和对比例1的结果对比

结果表明，对比例1中未加入复合导电介质，因此与实施例1相比，废水处理效率及总甲烷产率均略低于实施例1。

Claims

1.一种厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）使不同水量比例的废水分别进入第一厌氧反应器（5）和第二厌氧反应器（10）进行处理，所述第一厌氧反应器（5）主功能为产甲烷，所述第二厌氧反应器（10）主功能为生产厌氧颗粒污泥；

（2）控制第二厌氧反应器（10）的条件，使原有成熟颗粒污泥A 解体，制备菌核，再控制温度、进水预酸化度和碱度，将菌核重新培养为成熟颗粒污泥B；

（3）将所述的成熟颗粒污泥B 排出，向第二厌氧反应器（10）内补充剩余活性污泥，并重复步骤（2）的培养过程；所述步骤（3）中，将所述的成熟颗粒污泥B 直接输至第一厌氧反应器（5）使用；

（4）通过控制进入第一厌氧反应器（5）和第二厌氧反应器（10）内的水量比例，实现系统对产甲烷和生产厌氧颗粒污泥的调节，所述步骤（4）中，系统需要产甲烷时，控制进入第一厌氧反应器（5）和第二厌氧反应器（10）内的水量比例为（2~8）：1；系统需要生产厌氧颗粒污泥时，控制进入第一厌氧反应器（5）和第二厌氧反应器（10）内的水量比例为1：（2~8）。

2.根据权利要求1 所述的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，具体步骤为：控制第二厌氧反应器（10）的水流上升速度为5~8m/h，通过密闭循环的方式使成熟颗粒污泥A 解体成为微小颗粒，投加阳离子型聚丙烯酰胺，水力搅拌一定时间，制备菌核；再调整水流上升速度至0.8~1.2m/h，将所述菌核培养成为成熟颗粒污泥B。

3.根据权利要求1 所述的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，控制第二厌氧反应器（10）内的温度在35~40℃，进水预酸化度在25%~35%，碱度在1500~6000 mg/L。

4.根据权利要求2 所述的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，其特征在于：所述密闭循环时间为5~10h；和/或阳离子型聚丙烯酰胺投加量为0.3~0.5mg/L，水力搅拌时间为10~30min。

5.根据权利要求1所述的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述成熟颗粒污泥A 解体后，向系统中投加由交联剂、微量元素剂、亚铁盐和铁粉组成的复合导电介质，投加体积为反应器有效容积的0.05%~1%。

6.根据权利要求5 所述的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，其特征在于：所述的微量元素剂组成如下：钴盐0.2~0.6重量份、钼盐0.05~0.1重量份、铜盐0.2~0.4重量份、锌盐0.4~0.8重量份、水分10~30重量份，所述交联剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇、海藻酸盐或琼脂中的任意一种。

7.根据权利要求6 所述的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，其特征在于：所述复合导电介质的制备过程如下：a）将亚铁盐水溶液与微量元素剂混合，得到混合溶液；b）向混合溶液中加入铁粉和交联剂，充分搅拌成固体，再经烘干、研磨为颗粒状复合导电介质。

8.根据权利要求1所述的厌氧颗粒污泥规模化生产应用的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，向第二厌氧反应器（10）补充的剩余活性污泥与排出的成熟颗粒污泥B 的重量比为（1~6）：1。