一種低濃度厭氧反應器快速啟動方法
【專利摘要】本發明公開了一種低濃度厭氧反應器快速啟動方法，在24℃條件下投加粉末活性炭自然掛膜的方式進行折板厭氧反應器裝置的啟動，掛膜速度快，厭氧生物膜對反應器內的環境適應能力強，當水質條件發生變化時不易脫落，具有較強的抗負荷沖擊能力。
【專利說明】
一種低濃度厭氧反應器快速啟動方法
技術領域
[0001]本發明涉及水處理領域，具體涉及一種低濃度厭氧反應器快速啟動方法。
【背景技術】
[0002]厭氧反應器啟動是指在一定的條件下，使厭氧微生物增殖，形成由各種微生物種群集結的污泥體，達到穩定的降解效率。反應器的啟動是穩定運行的前提，可分為自接種啟動、顆粒污泥啟動和其他污泥接種啟動三種方式。厭氧反應器在啟動期在溫度為30°C時需要60d;在溫度為20°C時需要80d。由于厭氧細菌增殖較慢，且多數厭氧微生物為球菌和桿菌，不易附著生長，易隨出水流出反應器，若創造有利于絲狀菌增長的條件，絲狀菌即可快速生長并附著形成網狀機構，為其他微生物的生長提供棲息地。
[0003]在以往的厭氧反應裝置啟動過程中，所采用的啟動方式很多。如何強采用的好氧預掛膜的方式以加速厭氧反應器啟動，但是增加了動力設備。或者采用好氧活性污泥接種掛膜，這種掛膜方式對反應器的啟動也比較快。但是在啟動的過程中抗沖擊能力小且所接種生物膜在反應裝置內還有一個換種過程，當水質條件稍有變化生物膜很容易脫落。
【發明內容】
[0004]為解決上述問題，本發明提供了一種低濃度厭氧反應器快速啟動方法，采用在24°(:條件下投加粉末活性炭自然掛膜的方式進行折板厭氧反應器裝置的啟動，掛膜速度度快，厭氧生物膜對反應器內的環境適應能力強，當水質條件發生變化時不易脫落，具有較強的抗負荷沖擊能力。
[0005]為實現上述目的，本發明采取的技術方案為:
[0006]—種低濃度厭氧反應器快速啟動方法，在24°C條件下投加粉末活性炭自然掛膜的方式進行折板厭氧反應器裝置的啟動，具體步驟為:
[0007]S1、在反應裝置啟動的初期，接種厭氧污泥，并投加粉末活性炭至厭氧反應器容積的二分之一位置，混合靜沉2d后開始啟動，進水COD濃度為1000-1500mg/L，用無水碳酸鈉調節進水PH值，使進水pH值控制在7.5-8.5之間，并加入無機鹽類類營養成分，自然掛膜I周；
[0008]S2、在啟動期內，反應器的運行溫度控制在24°C，剛啟動時，保持較高的進水COD濃度和容積負荷，然后，將水力負荷逐步從初始的2.26m3/m3d提高到5.30m3/m3d，且將相應的水力停留時間為2411、2011、1611、1211;開始啟動最初7(1，未放活性炭裝置0)0去除率均低于50%，放置活性炭裝置的COD去除率為53.23%。這表明在啟動的最初期，活性炭強化裝置啟動功效更為顯著。
[0009]S3、運行2周后，通過調節水力停留時間控制反應裝置內揮發性有機酸含量，水力停留時間從1211、1011、811、611，系統按每一冊1'至少運行6(1且0)0去除率穩定在55%以上方可調節的原則進行試驗裝置的啟動運行，采用這一啟動方式的目的是為了在馴化接種污泥的過程中不至于銳減系統內的微生物量，并增強其抗負荷沖擊能力，在自然掛膜過程中，保持反應器溫度處于24 ± 2.0 °C ;
[0010]S4、運行I周后，取出口接種污泥混合液3L，分別由各格室上部倒入反應器的各格室;厭氧污泥在重力作用下下沉，下沉過程中受粉末活性炭阻隔，黑色污泥絮體在格室空間內掛滿活性炭;隨后以正常流量進水。
[0011]S5、逐漸降低⑶D濃度至需要的污水處理濃度，每次變化⑶D濃度運行5天時間。研究發現，放置活性炭裝置COD去除率提高速度較快，在此后HRT調節過程中，厭氧裝置的有機去除能力均維持在較高水平。對比分析結果表明，加入粒徑大于83μπι和小于20μπι活性炭的裝置COD去除率下降速度較快，尤以HRT降至4h時顯著。而加入粒徑為20?83μπι活性炭的厭氧裝置COD平均去除率尚能維持在64%以上。
[0012]本發明具有以下有益效果:
[0013]采用在24°C條件下投加粉末活性炭自然掛膜的方式進行低濃度厭氧反應器裝置的啟動，掛膜速度度快，厭氧生物膜對反應器內的環境適應能力強，當水質條件發生變化時不易脫落，具有較強的抗負荷沖擊能力。
【具體實施方式】
[0014]為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0015]本發明實施例提供了一種低濃度厭氧反應器快速啟動方法，在24°C條件下投加粉末活性炭自然掛膜的方式進行折板厭氧反應器裝置的啟動，
[0016]具體的，包括如下步驟:
[0017]I)針對處理低濃度有機廢水的特點，在啟動期內，反應器的運行溫度控制在24°C，為盡快提高反應器內污泥濃度，保證反應器的啟動成功，剛啟動時，保持較高的進水COD濃度和容積負荷，待達到COD去除率穩定之后，再采用逐步加大水力負荷的方法提高容積負荷。水力負荷從初始的2.26m3/m3d提高到5.30m3/m3d，即相應的水力停留時間從24h減少到12h0
[0018]2)在反應裝置啟動的初期，最初設定:投加粉末活性炭至厭氧反應器容積的二分之一位置。進水COD濃度約為1000-1500mg/L，用無水碳酸鈉調節進水pH值，使進水pH值控制在7.5-8.5之間，水力停留時間HRT為24h，并加入氯化鈣、三氯化鐵、硫酸鎂、磷酸二氫鉀等無機鹽類類營養成分，為了促進甲烷菌的生長及提高污泥活性本試驗在污泥馴化中還適當地投加含鈣、鎂、鐵、鈷、鎳等微量元素的鹽。
[0019]3)經過15天的時間，觀察發現粉末活性炭上已經掛滿厭氧絲狀菌，呈乳白色。由于厭氧微生物很難生成，HRT應足夠長，在進水pH值，COD濃度一定的情況下，控制反應裝置內PH值的主要手段是調節HRT。通過調節HRT控制反應裝置內VFA含量，為微生物生長繁殖提供良好的生存環境。在接種過程中，保持反應器溫度處于24±2.(TC范圍內，使微生物的增殖處于最佳的環境狀態。
[0020]4)為加大厭氧污泥濃度，擱置六天后，取上述接種污泥混合液3L，分別由各格室上部倒入反應器的各格室。厭氧污泥在重力作用下下沉，下沉過程中受粉末活性炭阻隔，黑色污泥絮體在格室空間內掛滿填料。隨后以220mL/min流量進水，即HRT24h。三天后，厭氧反應器內粉末活性炭上污泥開始泛白，底部有部分脫落污泥，呈黑色。此后，厭氧反應器內粉末活性炭上所掛生物絮體由上向下逐漸轉化成乳白色酸化菌，這種趨勢明顯減弱，反應器底部有一層已經脫落的黑色絮狀污泥，出水澄清。
[0021]5)三天后，保持厭氧反應器進水C0D1000-1500mg/L左右，水力停留時間分別控制在2處、2011、1611、1211。每個水力停留時間下運行7天。啟動培養厭氧生物膜的過程也是厭氧微生物的馴化過程。其中絲狀菌的生長繁殖和在粉末活性炭上的快速固定，利于厭氧菌的附著生長。按照進化論的觀點，生物在長期的演化過程中，適者生存、不適者淘汰。絲狀微生物具有比表面積大，一端固著、營養和需氧要求低、代謝速率快、粘液層能夠減小流動阻力等特點，非常適應流動水體的特點，因此在水處理構筑物中，粉末活性炭不僅能很好的成為厭氧微生物的載體，而且通過其巨大表面積的吸附能力能有效吸附污水中的有機物，從而與后來附著其上的微生物一起共同完成污水的凈化作用。因此粉末活性炭在生物膜結構形成和提高低濃度廢水處理效率方面的作用是十分重要的。
[0022]6)為適應啟動低濃度厭氧反應器的需求，可逐漸降低⑶D濃度至需要的污水處理濃度，每個過度時間建議為運行五天。
[0023]反應裝置啟動的最初期，微生物最難生成，自然掛膜也最難，
【申請人】認為HRT應足夠長。為此，最初HRT為24h，進水COD濃度約為1200mg/L，用氫氧化鈉和無水碳酸鈉調節進水PH值，使進水pH值在7.5-8.5之間。經過半個月左右，粉末活性炭上已經掛滿絮狀酸化菌，呈乳白色。經測定厭氧反應器的PH值為5.2-5.9。沿反應裝置水流方向越往后生物膜越薄，厭氧反應器往后各室只是零星掛有一些酸化菌，經測定得出從第五室往后pH值在4.8以下。經對比分析，
【申請人】認為pH值在4.8以下已經不利于粉末活性炭掛膜。
[0024]在自然掛膜過程中，當進水pH值，COD濃度一定的情況下，控制折板厭氧反應裝置內PH值的主要手段是調節HRT。通過調節HRT控制高效折板厭氧反應裝置內VFA含量，為微生物生長繁殖提供良好的生存環境。為查明自然掛膜過程中各階段的最佳HRT，
【申請人】對每室的pH值和出水的pH值進行測定。最初HRT為12h，出水pH值下降了 1.7左右；自然掛膜膜運行15天時，測得后五室的pH值都在4.8以下；由上段分析可知pH值在4.8以下不是微生物生長的最佳PH值范圍，所以
【申請人】把HRT調為8h。在HRT為8h條件下運行一周，折板厭氧反應裝置pH值在5.5以上，于是把HRT調為8h，測得出水pH值為5.2左右，pH值環境比較適合微生物生長。在HRT為Sh條件下運行一周，反應裝置前端的厭氧生物膜幾乎已經填滿了粉末活性炭的空隙，呈灰黑色，后端已經掛上厭氧生物膜，但還是很薄。此時，折板厭氧小試反應裝置上部的粉末活性炭上的生物膜量明顯比底部多。這是因為上部的復氧，使得好氧、兼性細菌得以生長，好氧、兼性細菌的生長繁殖比底部的厭氧細菌快，所以粉末活性炭上部的生物膜厚。約再經過I個月，粉末活性炭上部發現大量的原生動物，原生動物以草履蟲為主。反應裝置前端、中端原生動物數量明顯比后端多。細菌以桿菌為主。又過I個月，發現大量的后生動物，后生動物以顫蚯蚓、線蟲、輪蟲為主。反應裝置前端1-3室，原生動物居多，后生動物比較少;4-5室以后生動物居多，沿程往后，線蟲和顫蚯蚓越多，草履蟲和輪蟲越少，接近出水處只發現線蟲和顫蚯蚓。大量原生動物和后生動物的出現表明了折板厭氧反應裝置的生物膜已經培養成熟。粉末活性炭下部沒有發現原生動物和后生動物，以乳白色的酸化菌為主。此時，可視為折板厭氧反應器裝置啟動成功。
[0025]為查明相同條件下中試、小試厭氧裝置運行功效的差異，并予以校正，以使本研究動態對比分析不同粒徑活性炭強化厭氧裝置功效的結論更為準確，引入前期未加入活性炭條件下的試驗結果。結果表明，未加入活性炭，其它條件相同，厭氧裝置連續啟動運行88d，各自的HRT均穩定于8h。厭氧裝置各隔室均已掛膜成功，故可視為啟動成功。經對比分析可知，不同HRT條件下，兩裝置各自所對應的COD去除率存在顯著性差異，添加活性炭的厭氧裝置啟動50d后所發生的污泥性狀變化表明系統內厭氧微生物群落和結構更趨于合理。
[0026]由試驗結果可知，穩定HRT8h連續運行17d時，厭氧裝置的⑶D、TP去除率以及最大比甲烷生產率均較為穩定，無明顯增大或減小趨勢。且厭氧裝置啟動至穩定運行時各隔室均已掛上生物膜，故可視加入活性炭厭氧裝置連續運行50d即可啟動成功。而未加入活性炭的厭氧裝置需連續啟動78d方能啟動成功，且有機去除能力較低。由對比分析結果可知，活性炭對異波折板厭氧裝置啟動運行功效的強化作用較為顯著。3種粒徑活性炭在HRT小于Sh的后續運行結果表明，強化異波折板厭氧裝置最佳功效的粉煤灰粒徑為20-83μπι。
[0027]活性炭具有孔隙率高、比表面積大、比重大等特點，這些物理特性在縮短復合式厭氧反應裝置啟動時間中發揮了極其重要的作用。以往的研究成果和經驗表明，任何吸附劑的物理吸附能力與其比表面積、孔隙率呈正相關關系，故活性炭必然具有較強的物理吸附能力。啟動初期活性炭表面由于吸附了大量的微生物所需要的各種營養物質而成為了厭氧微生物的聚居地，進而形成大量菌膠團。
[0028]厭氧反應器啟動運行的時間過長。為加速反應裝置處理低濃度生活污水條件下的啟動，可取一定量粉末活性炭混合厭氧污泥作為本反應器的接種污泥。基于粉末活性炭具有比表面積大、孔隙率高和比重大等特點，本申請認為利用粉末活性炭的這些物理性質可使厭氧反應裝置在較短時間內啟動成功并處于高效穩定狀態。究其原因有二:
[0029]I)比表面積大和孔隙率高所形成的高物理吸附能力必將加速系統內菌膠團的形成；
[0030]2)比重大必然使所形成的菌膠團具有良好的沉降性，從而使裝置啟動過程中高效穩定。
[0031 ]基于上述觀點，本專利設計厭氧污泥與粉末活性炭按一定比例混合均勻后作為接種污泥，以期在低濃度條件下快速啟動厭氧反應裝置。
[0032]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種低濃度厭氧反應器快速啟動方法，其特征在于，在24°C條件下投加粉末活性炭自然掛膜的方式進行折板厭氧反應器裝置的啟動，具體步驟為: S1、在反應裝置啟動的初期，接種厭氧污泥，并投加粉末活性炭至厭氧反應器容積的二分之一位置，混合靜沉2d后開始啟動，進水COD濃度為1000-1500mg/L，用無水碳酸鈉調節進水pH值，使進水pH值控制在7.5-8.5之間，并加入無機鹽類類營養成分，自然掛膜I周； S2、在啟動期內，反應器的運行溫度控制在24°C，剛啟動時，保持較高的進水COD濃度和容積負荷，然后，將水力負荷逐步從初始的2.26m3/m3d提高到5.30m3/m3d，且將相應的水力停留時間為2411、2011、1611、1211; S3、運行2周后，通過調節水力停留時間控制反應裝置內揮發性有機酸含量，水力停留時間為1211、1011、811、611，系統按每一冊1'至少運行6(1且0)0去除率穩定在55%以上方可調節的原則進行試驗裝置的啟動運行，并在自然掛膜過程中，保持反應器溫度處于24± 2.0°C; S4、運行I周后，取出口接種污泥混合液3L，分別由各格室上部倒入反應器的各格室;厭氧污泥在重力作用下下沉，下沉過程中受粉末活性炭阻隔，黑色污泥絮體在格室空間內掛滿活性炭;隨后以正常流量進水。 S5、逐漸降低COD濃度至需要的污水處理濃度，每次變化COD濃度運行5天時間。
【文檔編號】C02F3/28GK105858883SQ201610394147
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月2日
【發明人】宋鐵紅, 王曉玲, 韓相奎, 康春玉, 李紫棋, 余勇, 張曉旭
【申請人】吉林建筑大學