CN112374713A - 一种两相折板流生物沥浸反应器调理污泥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种两相折板流生物沥浸反应器调理污泥的方法，属于污泥处理技术领域。本发明为了降低溶解性有机物对嗜酸性硫杆菌的抑制作用以及改善污泥脱水性能，其具体步骤如下：(1)反应器包括反应室、污泥回流和能源底物投加等装置，反应室分成两个部分，第一部分为第一隔室，第二部分为其他隔室；(2)添加原污泥和能源底物并曝气，当反应器启动成功后保留部分污泥，其余排出，并补充原污泥和能源底物，重复以上培养过程得接种液；(3)将接种液和原污泥加入反应室并曝气；(4)把储泥池污泥回流至第一部分；(5)将能源底物加入第二部分；(6)按照以上步骤反应器启动成功后持续运行。本发明主要用于生物沥浸法调理污泥。

Description

一种两相折板流生物沥浸反应器调理污泥的方法

技术领域

本发明属于污泥处理技术领域，特别是涉及一种两相折板流生物沥浸反应器调理污泥的方法。

背景技术

污水厂采用活性污泥法处理污水，产生大量污泥。污泥中含有病毒、细菌以及重金属等有毒有害物质，具有潜在的环境与生态健康风险，但污泥也含有氮磷等植物营养元素，具有一定的利用价值。因此，污泥需要减量化、无害化和资源化处理以降低其毒害作用并进行资源化利用。污泥堆肥、园林绿化和填埋是污泥利用与处理的有效方法，可实现污泥的减量化、无害化及资源化。但污泥经浓缩池浓缩与机械脱水后含水率仍达到80％，不能满足堆肥、园林绿化和填埋对污泥含水率的要求，改善污泥的脱水性能迫在眉睫。常见的改善污泥脱水性能的方法包括物理法(如超声波)、化学法(如Fe₃Cl+GaO)和生物法(如生物沥浸)，但是由于物理与化学方法处理成本高并且药剂会残留在污泥中，因此在工程应用上受到局限。而生物沥浸作为典型的生物法具有无药剂残留、成本低，同时促进去除污泥中重金属以及改善污泥脱水性能等优点，受到国内外学者的广泛关注并已经得到工程化应用。

生物沥浸利用嗜酸性氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus.thiooxidans，简称A.t菌)和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus.ferrooxidans，简称A.f菌)分别以S^o及Fe²⁺为营养物质进行生物氧化产酸，导致pH下降引起污泥表面电位降低，促进污泥絮体颗粒凝集沉降，提高污泥脱水性能，同时重金属可以在强酸性环境下溶出。从现有的工程实践中可知，推流式生物沥浸反应器运行周期长，且处理后污泥直接从反应器排出导致生物沥浸微生物流失，降低生物沥浸效率，有研究发现之所以造成沥浸周期长的原因在于污泥中含有较高浓度的溶解性有机物(dissolved organic matter，DOM)，尤其是小分子有机酸对硫杆菌的生长具有毒害作用，抑制其生长，造成生物沥浸周期延长，效率降低。这是由于有机酸的存在导致硫杆菌的细胞质中出现高浓度阴离子，从而对细胞会产生渗透损害，从而影响硫杆菌的繁殖速率，这是限制生物沥浸技术大规模工程化应用的主要障碍之一。耐酸性异养菌(如红酵母菌)可以以污泥中的DOM为营养物质生长繁殖，从而降低DOM对A.t菌和A.f菌的毒害作用，而研究表明耐酸性异养菌生长最适宜的pH值为5-6，A.t菌和A.f菌最适宜的pH是2-3，但目前生物沥浸反应器无法形成适宜耐酸异养菌与A.t菌和A.f菌生长的pH空间，A.t菌和A.f菌仍然受到回流污泥中DOM的抑制作用。

与本发明相关的国内专利主要为CN108191188A，其公开了一种市政脱水污泥的生物沥浸处理方法和装置。其装置包括废液收集池、污泥混合池以及生物沥浸反应池，基于该装置提供一种污泥生物沥浸方法，该方法首先在混合池中稀释脱水污泥使其含水率达96％，而后将混合池中污泥输送至生物沥浸反应器进行生物沥浸反应，同时将已完成生物沥浸过程的污泥回流至生物沥浸反应器，剩余污泥进行压滤处理。其优点是增加生物沥浸反应器的处理能力，同等处理量下生物沥浸反应器的池容可减少50％，其缺点是生物沥浸周期长，运行成本高，无法形成适宜耐酸异养菌与A.f菌生长的pH环境，且污泥中仍存在浓度较高的DOM影响生物沥浸微生物的生长繁殖及生物沥浸效率，因此需要对生物沥浸技术进行改进。

研究发现目前生物沥浸反应器无法形成分别适宜耐酸异养菌与A.t菌、A.f菌生长的pH环境，从而污泥中仍存在浓度较高的可抑制A.t菌和A.f菌生长繁殖的DOM，降低生物沥浸效率。针对此问题，本研究将污泥回流到反应室第一部分，同时把FeSO₄·7H₂O添加到反应室第二部分，使第一部分成为酸化相，第二部分作为沥浸相，形成两相折板流生物沥浸反应器。其优点是在第一部分可形成适宜耐酸性异养菌的弱酸性环境，同时耐酸性异养菌生长繁殖消耗DOM的含量，降低其对A.t菌和A.f菌的抑制作用。第二部分pH较低，适宜A.t菌和A.f菌生长，从而提高生物反应器效率，缩短生物沥浸周期，降低运行成本，提高污泥脱水性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种两相折板流生物沥浸反应器调理污泥的方法。生物沥浸法可改善污泥的脱水性能，对污泥的资源化与减量化处理具有重要意义。两相折板流生物沥浸反应器能够降低反应器中溶解性有机物对生物沥浸微生物A.t菌和A.f菌的抑制作用，提高生物沥浸的效率，降低生物沥浸的周期，同时改善污泥的脱水性能。

为了解决上述的技术问题，本发明采用了如下技术方案：

(1)反应器设置：反应器包括反应室、曝气装置、污泥回流装置、能源底物投加装置、污泥搅拌装置与储泥装置。反应室分成两个部分，第一部分包括反应器第一隔室，第二部分包括反应器其他隔室，第一与第二部分比列为1:1-1:5。

(2)接种液的培养：首先将污泥装入反应器，投加FeSO₄·7H₂O 2-10g/L，曝气，当反应器中pH值稳定在2.0～3.0达2～3d后停止运行。然后排泥，按照15-45％接种比保留上一步中富集的污泥并补充原污泥且加入FeSO₄·7H₂O 2-10g/L，重复之前步骤的培养过程。经过3次富集培养后所得驯化污泥即为接种液。

(3)接种污泥：将所驯化好后的接种液以15％-40％接种比接种到反应室第一部分中，曝气，然后持续加入原污泥进行启动，污泥在反应室停留时间为2-5d。

(4)污泥回流：储泥池污泥的以固定回流比15％-40％进行间歇式回流至反应室第一部分。每次污泥回流前对其进行搅拌，使沥浸污泥均匀；

(5)FeSO₄·7H₂O添加：每天1-5次将2-10g/L FeSO₄·7H₂O间歇加入反应室第二部分。

(6)按照以上步骤，反应器运行3-8天，pH稳定在2-3，则反应器启动成功，随后持续稳定运行。

本发明具有明显的有益效果：

1.本发明分别在反应器第一部分与第二部分形成具有不同酸性环境的生物选择器。分别为耐酸性异养菌与嗜酸性硫杆菌提供了适宜的生长环境，促进了耐酸性异养菌对污泥中DOM的去除，减弱了DOM对嗜酸性硫杆菌的抑制作用。

2.本发明利用两相折板流生物沥浸反应器并回流污泥与添加能源底物，缩短了生物沥浸周期，提高生物沥浸效率，同时改善了污泥脱水性能。

附图说明

图1两相折板流生物沥浸反应器，图中标记：1是反应室第一隔室，2是反应室第二隔室，3是反应室第三隔室，4是反应室第四隔室，5是储泥室，6是气量表，7是曝气管，8是气泵，9是储泥池，10是蠕动泵，11是污泥回流管，12是搅拌池。

图2反应器运行过程中第一至第四隔室pH值，图2A是实施例1中反应器运行过程中第一至第四隔室pH值；图2B是实施例2中反应器运行过程中第一至第四隔室pH值。

图3反应器运行过程中原泥与第一至第四隔室SCOD浓度，SCOD表示溶解性化学需氧量(soluble chemical oxygen demand)；图3A是实施例1中反应器运行过程中原泥与第一至第四隔室SCOD浓度；图3B是实施例2中反应器运行过程中原泥与第一至第四隔室SCOD浓度。

图4反应器运行过程中原泥与第一至第四隔室SRF值，SRF表示污泥比阻(specificresistance to filtration)；图4A是实施例1中反应器运行过程中原泥与第一至第四隔室SRF值；图4B是实施例2中反应器运行过程中原泥与第一至第四隔室SRF值。

具体实施方式

实施例1

本实施例所用污泥取自桂林市上窑污水处理厂，其具体步骤如下：

(1)反应器设置：反应器包括反应室，曝气装置，污泥回流装置，FeSO₄·7H₂O投加装置，搅拌池12与储泥装置。反应室包括第一隔室1、第二隔室2、第三隔室3和第四隔室4，曝气装置包括气量表6、气泵7和曝气管8，污泥回流装置包括蠕动泵10和污泥回流管11，储泥装置包括储泥室5和储泥池9。反应室分成两个部分，第一部分包括第一隔室1，第二部分包括第二隔室2、第三隔室3和第四隔室4，第一部分与第二部分比例为1：3。

(3)接种液的培养：第一步在反应器中装入3.3L原污泥并投加6g/L的FeSO₄·7H₂O作为生物沥浸微生物的初始能源物质，在室温(28±2℃)曝气，各隔室曝气量均为3.3L/min。当反应器中pH值稳定在2.0～3.0达2～3d后停止运行。第二步排泥，而后按照25％接种比保留0.7L第一步中富集的污泥，补充原污泥2.6L同时加入FeSO₄·7H₂O为10g/L，重复第一步的培养过程。经3次富集培养后即得接种液。

(4)接种污泥：将富集培养后的接种液以25％接种比接种到第一隔室1，然后持续加入含固率约为2.0％初始污泥进行启动，进泥流量为5.2mL/min，污泥在反应室停留时间为2d，各隔室曝气量为3.8L/min，室温(28±2℃)。

(5)污泥回流：将储泥池9中的污泥以25％回流比，间歇式回流至第一隔室1，污泥回流时间为9：00和21:00，每次流速和回流的时间分别为31.2mL/min、30min，每天回流两次，使第一隔室1作为反应器的酸化相。

(6)FeSO₄·7H₂O添加：每天两次将FeSO₄·7H₂O底物加入第二隔室2，使FeSO₄·7H₂O投加量为6g/L，底物的添加时间为9：00和21：00，使第二隔室2、第三隔室3、第四隔室4作为反应器的沥浸相。

(7)按照以上步骤，反应器运行4-6天，pH稳定在2-3，反应器启动成功，随后持续稳定运行。

实施例2

本实施例所用污泥取自桂林市上窑污水处理厂，具体操作流程如下：

(1)反应器设置：反应器包括反应室，曝气装置，污泥回流装置，FeSO₄·7H₂O投加装置，搅拌池12与储泥装置。反应室包括第一隔室1、第二隔室2、第三隔室3和第四隔室4，曝气装置包括气量表6、气泵7和曝气管8，污泥回流装置包括蠕动泵10和污泥回流管11，储泥装置包括储泥室5和储泥池9。反应室分成两个部分，第一部分包括第一隔室1，第二部分包括第二隔室2、第三隔室3和第四隔室4，第一部分与第二部分比例为1：3。

(2)接种液的培养：第一步在反应器中装入3.3L原污泥并投加6g/L的FeSO₄·7H₂O作为生物沥浸微生物的初始能源物质，在室温(28±2℃)曝气，各隔室曝气量均为3.3L/min。当反应器中pH值稳定在2.0～3.0达2～3d后停止运行。第二步排泥，而后按照40％接种比保留第一步中富集的污泥，补充原污泥使其反应器中污泥达3.3L，同时加入FeSO₄·7H₂O为6g/L，重复第一步的培养过程。经3次富集培养后即得接种液。

(3)接种污泥：将富集培养后的接种液以40％接种比接种到第一隔室1，然后持续加入含固率约为2.0％初始污泥进行启动，进泥流量为5.2mL/min，污泥在反应室停留时间为2d，各隔室曝气量为3.8L/min，室温(28±2℃)。

(4)污泥回流：将储泥池9中的污泥以40％回流比，间歇式回流至第一隔室1，污泥回流时间为9：00和21:00，每次流速和回流的时间分别为40.8mL/min、37min，每天回流两次，使第一隔室1作为反应器的酸化相。

(5)FeSO₄·7H₂O添加：每天两次将FeSO₄·7H₂O底物加入第二隔室2，使FeSO₄·7H₂O投加量为6g/L，底物的添加时间为9：00和21：00，使第二隔室2、第三隔室3、第四隔室4作为反应器的沥浸相。

(6)按照以上步骤，反应器运行3-5天，pH稳定在2-3，反应器启动成功，随后持续稳定运行。

Claims (5)

1.一种两相折板流生物沥浸反应器调理污泥的方法，其特征在于以下步骤：

(1)反应器设置：反应器设施包括反应室、曝气装置、污泥回流装置、能源底物投加装置、污泥搅拌和储泥装置，反应室分成两个部分，第一部分包括反应器第一隔室，第二部分包括反应器其他隔室，第一部分与第二部分比例为1:1-1:5；

(2)接种液的培养：首先将污泥装入反应器，并向反应器中投加能源底物，用曝气装置对反应器进行曝气，当反应器中pH值稳定在2.0～3.0达2～3d后停止运行，然后对反应器行排泥，保留上一步中富集的污泥并向反应器中补充原污泥且加入能源底物，重复之前步骤的培养过程，经数次培养后得接种液；

(3)接种污泥：将接种液接种到反应室中，用曝气装置对反应器进行曝气，然后向反应器中持续加入原污泥进行启动，污泥在反应室停留时间为2-5d；

(4)污泥回流：将储泥池中污泥间歇回流至反应室，每次污泥回流前对储泥池中污泥进行搅拌，使污泥混合均匀；

(5)能源底物添加：每天将能源底物间歇加入反应室；

(6)按照以上所述步骤，当反应器运行后污泥pH稳定在2-3达2～3d，则反应器启动成功，随后反应器持续稳定运行。

2.根据权利要求1所述的两相折板流反应器调理污泥的方法，其特征在于步骤(4)中将储泥池中污泥回流至步骤(1)中所述反应室第一部分。

3.根据权利要求1所述的两相折板流反应器调理污泥的方法，其特征在于步骤(5)中将能源底物添加至步骤(1)中所述反应室第二部分。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(4)中所述污泥回流的回流比范围为15％-40％。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(5)中能源底物为FeSO₄·7H₂O，添加量范围为2g/L-10g/L。

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