CN116354496A - 一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法，涉及厌氧颗粒污泥技术领域，预处理：在厌氧反应器中加入中性污泥，启动水泵向厌氧反应器注入污水，通过搅拌设备将中性污泥与污水充分搅拌。本发明，铁碳联合作用可以加速和同步微生物间的共营养代谢，活性炭和变价金属粉末以及由二者生成的复合材料，可以作为厌氧颗粒污泥的晶核，促进厌氧颗粒污泥的形成，增加外循环设备，一些多余的絮状污泥、死泥和微生物新陈代谢的产物会被源源不断地掏洗出反应器，而优质的、活性高和沉降性能好的污泥则会保存在反应器内部，经过相互间不断的碰撞聚集，生物强化材料的促进作用，进而加快颗粒污泥的形成，快速实现了厌氧系统污泥高效颗粒化。
Description
技术领域
本发明涉及厌氧颗粒污泥技术领域，尤其涉及一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法。
背景技术
厌氧处理，全称“厌氧生物处理”，是厌氧生物处理利用厌氧微生物降解污水和污泥中的有机物来净化污水的生物处理方法，在无氧条件下，厌氧细菌和兼性细菌降解有机污染物，又称为厌氧消化法或厌氧发酵工艺，分解的产物主要是沼气和少量的污泥，厌氧颗粒污泥是厌氧微生物在水处理过程中相互聚合、自固定所形成的，在厌氧微生物的生长繁殖过程中不同的菌体被本身产生的胞外黏液物质粘连，菌体间相互交融，丝状菌缠绕菌体形成细小颗粒。颗粒污泥的形成可由四个阶段概括：单个细菌向别的菌体表面或惰性材料表面移动；细菌与细菌之间在聚合物的作用下形成稳定吸附，细菌聚合体生长繁殖变大，逐渐颗粒化；最后在剪切力等作用下形成稳定的厌氧颗粒污泥。新生的厌氧颗粒污泥的培养周期较长，同时厌氧颗粒污泥的培养条件及运行方式都对污泥的颗粒化进程、结构组成以及最终的有机物降解效率有较大的影响。
但是现有技术中，工程上的厌氧反应器体积普遍较大，在较大系统中培养颗粒污泥所需的环境条件更加难以精确的控制，导致颗粒污泥形成十分缓慢，反应器启动阶段往往会遇到初期水量小、低负荷，接种污泥为絮状污泥等问题，导致颗粒污泥不易形成，或是需要等到自行培养出颗粒污泥后，才能逐步提高负荷，这些都会导致启动时间大大延长。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，工程上的厌氧反应器体积普遍较大，在较大系统中培养颗粒污泥所需的环境条件更加难以精确的控制，导致颗粒污泥形成十分缓慢。反应器启动阶段往往会遇到初期水量小、低负荷，接种污泥为絮状污泥等问题，导致颗粒污泥不易形成，或是需要等到自行培养出颗粒污泥后，才能逐步提高负荷，这些都会导致启动时间大大延长的技术问题，而提出的一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法，包括以下步骤：
S1、预处理：在厌氧反应器中加入中性污泥，启动水泵向厌氧反应器注入污水，通过搅拌设备将中性污泥与污水充分搅拌；
S2、制备菌种：在厌氧状态下将厌氧菌表面和与液体培养基混合，使厌氧菌快速繁殖；
S3、菌种接种：将S2中的厌氧菌种放入厌氧反应器中的污水中，并在厌氧反应器中加入活性炭、铁粉和锰粉；
S4、培育：接种后的厌氧反应器放入搅拌设备，将厌氧菌种、活性炭粉、铁粉和锰粉与混合溶液充分混合，获得厌氧颗粒污泥；
S5、筛分：将成型的厌氧颗粒污泥连同污水一通过传输设备一同导入外部循环设备，细小的絮状污泥通过出水从反应器筛选出去，而粒径较大的颗粒污泥进行保留。
通过采用上述技术方案：通过在中性污泥和污水混合溶液中同时添加活性炭、铁粉和锰粉改善铁还原细菌和产甲烷菌之间的营养代谢，提升甲烷产率，增加厌氧菌的繁殖效率。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S1中：
中性污泥与污水的比例为1：4，通过搅拌设备将中性污泥与污水充分搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时长20min。
通过采用上述技术方案：通过污水将中性污泥稀释，降低有机物的浓度。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S1中：向厌氧反应器中加入PH调节剂，将中性污泥与污水的PH值调节为7。
通过采用上述技术方案：调节中性污泥和污水混合溶液的PH值，控制外部环境，提高厌氧菌活性。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S2中：制备菌种：先打开厌氧手套箱的外门，将需要的厌氧菌标本和含有液体培养基的玻璃皿放入的交换室，关上外门进行抽气和换气，使达到厌氧状态，然后手伸入手套把交换室内门打开，将物品移入箱内，关上内门，通过手套将厌氧标本放入玻璃皿中，然后使用经过杀菌处理的玻璃棒将厌氧菌与液体培养基混合。
通过采用上述技术方案：将厌氧菌标本放入厌氧手套箱中进行繁育，提高厌氧菌种数量。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S2中：
通过厌氧手套箱内部的恒温设备，控制厌氧手套箱内部的温度恒定在34℃，24h后得到厌氧菌种。
通过采用上述技术方案：将厌氧手套箱内部的温度恒定在34℃，保证厌氧菌的活跃度。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S3中：
菌种接种：将S2中的厌氧菌种放入厌氧反应器中的污水中，并在厌氧反应器中加入活性炭、铁粉和锰粉，活性炭与中性污泥和污水的混合溶液、铁粉和锰粉的比例为1：50：1：0.5。
通过采用上述技术方案：活性炭颗粒具有比表面积大、吸附能力强、环境友好以及原料来源广泛等特点，在Fe3O4和活性炭同时投加条件下，提高厌氧沼气池中的甲烷产率。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S4中：
培育；接种后的厌氧反应器放入搅拌设备进行周期搅拌，搅拌时长为3d，转速为50r/min，间隔时长为30min，将厌氧菌种与混合溶液充分混合。
通过采用上述技术方案：通过搅拌设备3天时间，50r/min，30min时长的周期搅拌，使厌氧菌与有机物充分结合，提高厌氧处理效率。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S5中：
筛分：将成型的厌氧颗粒污泥连同污水一通过传输设备一同导入外部循环设备，提高厌氧反应器混合液的上升流速，直径较小的絮状污泥通过出水从反应器筛选出去，而粒径较大的颗粒污泥得以保存。
通过采用上述技术方案：通过外循环设备，可以有效提升并控制混合液的上升流速进而对污泥进行筛选，一些多余的絮状污泥、死泥和微生物新陈代谢的产物会被源源不断地掏洗出反应器，而优质的、活性高和沉降性能好的污泥则会保存在反应器内部，经过相互间不断的碰撞聚集，生物强化材料的促进作用，进而加快颗粒污泥的形成。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
本发明中，在厌氧菌种放入厌氧反应器中培育时，加入活性炭、铁粉和锰粉，由于碳基材料本身拥有良好的导电性，通过活性炭与铁粉形成介导，促进了微生物的直接电子转移过程，构建非生物的导电通道，进行细胞间的电子转移，锰在微生物代谢过程中促进关键酶的合成和活性，加速共培养体系中微生物间的种间电子传递，进而缩短产甲烷滞后时间，活性炭、铁粉和锰粉投加能够显著提高厌氧消化过程中甲烷的生成速率和产量，同时活性炭为厌氧菌群提供生长位置，有利于生物膜形成，使产乙酸细菌和产甲烷古菌等免受有毒污染物的影响，此外，粗糙的表面可以保护系统内微生物免受搅拌等带来的剪切力影响，进而有利于功能微生物的富集以及相关的代谢活性，最终提高厌氧消化速率等，活性炭的表面结构不仅为NH+4和H2S等代谢中间物的吸附提供了活性位点，还为有效去除外源有毒污染物提供场所，难降解有机物在生物炭表面由可溶态转化为吸附态，从而减轻对微生物的毒性抑制，铁碳联合投加能使铁、碳之间发生微电解，从而释放出Fe2+，Fe2+是多种氧化还原酶的关键组成部分，因此它的析出能显著改善酶活性，酶活性的提高促进了酸的产生，进而提高了甲烷的产量铁碳联合，还会促进析氢作用，析氢速率对于产甲烷过程有一定的促进作用，铁碳联合作用可以加速和同步微生物间的共营养代谢，活性炭和变价金属粉末以及由二者生成的复合材料，可以作为厌氧颗粒污泥的晶核，促进厌氧颗粒污泥的形成，增加外循环设备，可以有效提升并控制混合液的上升流速进而对污泥进行筛选，一些多余的絮状污泥、死泥和微生物新陈代谢的产物会被源源不断地掏洗出反应器，而优质的、活性高和沉降性能好的污泥则会保存在反应器内部，经过相互间不断的碰撞聚集，生物强化材料的促进作用，进而加快颗粒污泥的形成，缩短厌氧颗粒污泥的生成时间。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供一种技术方案：一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法，包括以下步骤：预处理：在厌氧反应器中加入中性污泥，启动水泵向厌氧反应器注入污水，通过搅拌设备将中性污泥与污水充分搅拌；制备菌种：在厌氧状态下将厌氧菌表面和与液体培养基混合，使厌氧菌快速繁殖；菌种接种：将S2中的厌氧菌种放入厌氧反应器中的污水中；培育：接种后的厌氧反应器放入搅拌设备，并在厌氧反应器中加入活性炭粉、铁粉和锰粉，将厌氧菌种、活性炭粉、铁粉和锰粉与混合溶液充分混合，获得厌氧颗粒污泥；筛分：将成型的厌氧颗粒污泥连同污水一通过传输设备一同导入外部循环设备，细小的絮状污泥通过出水从反应器筛选出去，而粒径较大的颗粒污泥进行保留。
本发明中：在厌氧反应器中加入中性污泥，启动水泵向厌氧反应器注入污水，通过搅拌设备将中性污泥与污水充分搅拌，中性污泥与污水的比例为1：4，通过搅拌设备将中性污泥与污水充分搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时长20min，通过污水将中性污泥稀释，降低有机物的浓度，向厌氧反应器中加入PH调节剂，将中性污泥与污水的PH值调节为7，控制外部环境，再打开厌氧手套箱的外门，将需要的厌氧菌标本和含有液体培养基的玻璃皿放入的交换室，关上外门进行抽气和换气，使达到厌氧状态，然后手伸入手套把交换室内门打开，将物品移入箱内，关上内门，通过手套将厌氧标本放入玻璃皿中，然后使用经过杀菌处理的玻璃棒将厌氧菌与液体培养基混合，提高厌氧菌种数量，将厌氧手套箱内部的温度恒定在34℃，保证厌氧菌的活跃度，将S2中的厌氧菌种放入厌氧反应器中的污水中，然后在厌氧反应器中加入活性炭颗粒，活性炭颗粒与中性污泥和污水的混合溶液比例为1：50，Fe3O4和活性炭同时投加，提高厌氧沼气池中的甲烷产率，接种后的厌氧反应器放入搅拌设备进行周期搅拌，搅拌时长为3d，转速为50r/min，间隔时长为30min，将厌氧菌种与混合溶液充分混合，通过搅拌设备3天时间，50r/min，30min时长的周期搅拌，使厌氧菌与有机物充分结合，提高厌氧处理效率，再将成型的厌氧颗粒污泥连同污水一通过传输设备一同导入外部循环设备，通过外循环设备，可以有效提升并控制混合液的上升流速进而对污泥进行筛选，一些多余的絮状污泥、死泥和微生物新陈代谢的产物会被源源不断地掏洗出反应器，而优质的、活性高和沉降性能好的污泥则会保存在反应器内部，经过相互间不断的碰撞聚集，生物强化材料的促进作用，进而加快颗粒污泥的形成，活性炭、变价金属以及二者复合材料粉末是良好的电子介体，可以提高生物处理系统的电子传递效率，同时，不同微生物对变价金属的氧化还原作用，为污染物降解提供了崭新的电子传递路径，通过向厌氧生物体系投加活性炭、变价金属粉末以及二者复合材料粉末，无疑可以强化污泥的新陈代谢作用，促进菌胶团产生更多的EPS，有利于絮状污泥生成更致密菌胶团，本发明通过活性炭和变价金属粉末以及由二者生成的复合材料的投加，并通过外循环创造适当的上升流速促进对絮状污泥的洗选，快速实现了厌氧系统污泥高效颗粒化。
本实施例的工作原理：在厌氧反应器中加入中性污泥，启动水泵向厌氧反应器注入污水，通过搅拌设备将中性污泥与污水充分搅拌，中性污泥与污水的比例为1：4，通过搅拌设备将中性污泥与污水充分搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时长20min，通过污水将中性污泥稀释，降低有机物的浓度，向厌氧反应器中加入PH调节剂，将中性污泥与污水的PH值调节为7，控制外部环境，再打开厌氧手套箱的外门，将需要的厌氧菌标本和含有液体培养基的玻璃皿放入的交换室，关上外门进行抽气和换气，使达到厌氧状态，然后手伸入手套把交换室内门打开，将物品移入箱内，关上内门，通过手套将厌氧标本放入玻璃皿中，然后使用经过杀菌处理的玻璃棒将厌氧菌与液体培养基混合，提高厌氧菌种数量，将厌氧手套箱内部的温度恒定在34℃，保证厌氧菌的活跃度，将S2中的厌氧菌种放入厌氧反应器中的污水中，然后在厌氧反应器中加入活性炭颗粒，活性炭颗粒与中性污泥和污水的混合溶液比例为1：50，Fe3O4和活性炭同时投加，提高厌氧沼气池中的甲烷产率，接种后的厌氧反应器放入搅拌设备进行周期搅拌，搅拌时长为3d，转速为50r/min，间隔时长为30min，将厌氧菌种与混合溶液充分混合，通过搅拌设备3天时间，50r/min，30min时长的周期搅拌，使厌氧菌与有机物充分结合，提高厌氧处理效率，再将成型的厌氧颗粒污泥连同污水一通过传输设备一同导入外部循环设备，通过外循环设备，可以有效提升并控制混合液的上升流速进而对污泥进行筛选。
对比例1
本实施例与所提供的实施例1的方法大致相同，其主要区别在于：步骤S3中未添加活性炭、铁粉和锰粉；
对比例2
本实施例与所提供的实施例1的方法大致相同，其主要区别在于：步骤S3中活性炭与中性污泥和污水的混合溶液、铁粉和锰粉的比例为1：50：0.5：0.5。
对比例3
本实施例与所提供的实施例1的方法大致相同，其主要区别在于：未进行步骤S5。
性能测试
分别取等量的实施例1和对比例1～3所提供的混合液的生成效率、着色效率和色彩均匀度结果：
| 生成效率 | |
| 实施例1 | 75.6％ |
| 对比例1 | 43.2％ |
| 对比例2 | 65.8％ |
| 对比例3 | 41.4％ |
通过分析上述各表中的相关数据可知，通过本发明，在厌氧菌种放入厌氧反应器中培育时，加入活性炭、铁粉和锰粉，由于碳基材料本身拥有良好的导电性，通过活性炭与铁粉形成介导，促进了微生物的直接电子转移过程，构建非生物的导电通道，进行细胞间的电子转移，锰在微生物代谢过程中促进关键酶的合成和活性，加速共培养体系中微生物间的种间电子传递，进而缩短产甲烷滞后时间，活性炭、铁粉和锰粉投加能够显著提高厌氧消化过程中甲烷的生成速率和产量，同时活性炭为厌氧菌群提供生长位置，有利于生物膜形成，使产乙酸细菌和产甲烷古菌等免受有毒污染物的影响，此外，粗糙的表面可以保护系统内微生物免受搅拌等带来的剪切力影响，进而有利于功能微生物的富集以及相关的代谢活性，最终提高厌氧消化速率等，活性炭的表面结构不仅为NH+4和H2S等代谢中间物的吸附提供了活性位点，还为有效去除外源有毒污染物提供场所，难降解有机物在生物炭表面由可溶态转化为吸附态，从而减轻对微生物的毒性抑制，铁碳联合投加能使铁、碳之间发生微电解，从而释放出Fe2+，Fe2+是多种氧化还原酶的关键组成部分，因此它的析出能显著改善酶活性，酶活性的提高促进了酸的产生，进而提高了甲烷的产量铁碳联合还会促进析氢作用，析氢速率对于产甲烷过程有一定的促进作用，铁碳联合作用可以加速和同步微生物间的共营养代谢，活性炭和变价金属粉末以及由二者生成的复合材料，可以作为厌氧颗粒污泥的晶核，促进厌氧颗粒污泥的形成，增加外循环设备，可以有效提升并控制混合液的上升流速进而对污泥进行筛选，一些多余的絮状污泥、死泥和微生物新陈代谢的产物会被源源不断地掏洗出反应器，而优质的、活性高和沉降性能好的污泥则会保存在反应器内部，经过相互间不断的碰撞聚集，生物强化材料的促进作用，进而加快颗粒污泥的形成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、预处理：在厌氧反应器中加入中性污泥，启动水泵向厌氧反应器注入污水，通过搅拌设备将中性污泥与污水充分搅拌；
S2、制备菌种：在厌氧状态下将厌氧菌表面和与液体培养基混合，使厌氧菌快速繁殖；
S3、菌种接种：将S2中的厌氧菌种放入厌氧反应器中的污水中；
S4、培育：接种后的厌氧反应器放入搅拌设备，并在厌氧反应器中加入活性炭粉、铁粉和锰粉，将厌氧菌种、活性炭、铁粉和锰粉与混合溶液充分混合，获得厌氧颗粒污泥；
S5、筛分：将成型的厌氧颗粒污泥连同污水一通过传输设备一同导入外部循环设备，细小的絮状污泥通过出水从反应器筛选出去，而粒径较大的颗粒污泥进行保留。
2.根据权利要求1所述的一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法，其特征在于：所述步骤S1中：
中性污泥与污水的比例为1：4，通过搅拌设备将中性污泥与污水充分搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时长20min。
3.根据权利要求2所述的一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法，其特征在于：所述步骤S1中：
向厌氧反应器中加入PH调节剂，将中性污泥与污水的PH值调节为7。
4.根据权利要求1所述的一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法，其特征在于：所述步骤S2中：
制备菌种：先打开厌氧手套箱的外门，将需要的厌氧菌标本和含有液体培养基的玻璃皿放入的交换室，关上外门进行抽气和换气，使达到厌氧状态，然后手伸入手套把交换室内门打开，将物品移入箱内，关上内门，通过手套将厌氧标本放入玻璃皿中，然后使用经过杀菌处理的玻璃棒将厌氧菌与液体培养基混合。
5.根据权利要求4所述的一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法，其特征在于：所述步骤S2中：
通过厌氧手套箱内部的恒温设备，控制厌氧手套箱内部的温度恒定在34℃，24h后得到厌氧菌种。
6.根据权利要求1所述的一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法，其特征在于：所述步骤S3中：
菌种接种：将S2中的厌氧菌种放入厌氧反应器中的污水中，然后在厌氧反应器中加入活性炭，活性炭与中性污泥和污水的混合溶液、铁粉和锰粉的比例为1：50：1:0.5。
7.根据权利要求6所述的一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法，其特征在于：所述步骤S4中：
培育；接种后的厌氧反应器放入搅拌设备，搅拌时长为3d，将厌氧菌种与混合溶液充分混合，转速为50r/min。
8.根据权利要求1所述的一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法，其特征在于：所述步骤S5中：
筛分：将成型的厌氧颗粒污泥连同污水一通过传输设备一同导入外部循环设备，提高厌氧反应器混合液的上升流速，直径较小的絮状污泥通过出水从反应器筛选出去，而粒径较大的颗粒污泥得以保存。
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| CN202211564411.4A CN116354496A (zh) | 2022-12-07 | 2022-12-07 | 一种厌氧颗粒污泥的快速培养方法 |
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