硫酸盐有机废水处理中富集甲烷八叠球菌和甲烷丝菌的方法
【专利摘要】本发明公开了一种硫酸盐有机废水处理中富集甲烷八叠球菌和甲烷丝菌的方法，所述方法包括采用至少四个串联隔室的厌氧反应器、硫酸盐有机废水厌氧处理系统的启动方式和硫酸盐有机废水厌氧处理系统的运行控制方式。本发明可以解决硫酸盐有机废水厌氧处理过程中甲烷八叠球菌和甲烷丝菌生长与活性受抑制的难题，实现硫酸盐还原相与产甲烷相的分离、甲烷八叠球菌和甲烷丝菌的分离，达到定向富集甲烷八叠球菌和甲烷丝菌的目的。
【专利说明】硫酸盐有机废水处理中富集甲烷八叠球菌和甲烷丝菌的方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环保【技术领域】，具体涉及一种硫酸盐有机废水处理中富集甲烷八叠球 菌和甲烷丝菌的方法。
【背景技术】
[0002] 含硫酸盐有机废水是一种难以治理的工业废水，在轻工、制药、化工及农药等行业 的生产过程中都有大量排放。近二十年来，采用厌氧工艺处理含硫酸盐有机废水一直是环 境工程界关注的焦点。废水中含硫酸盐，在厌氧处理过程中，由于硫酸盐还原菌（SRB)还原 硫酸盐而引起对厌氧微生物，尤其是产甲烷菌（MPB)的初级抑制和次级抑制，往往导致厌 氧反应器的运转失败，从而严重制约了厌氧工艺在该类废水处理中的工程化应用。因此，如 何降低硫酸盐还原对MPB的抑制，在厌氧反应器内富集高活性的MPB，从而实现反应器的长 期稳定运行，对拓展厌氧工艺在硫酸盐有机废水处理中的实际运用具有重要的意义。
[0003] 厌氧反应器产生的甲烷中有70%以上来自于乙酸的分解，甲烷八叠球菌 (Methanosarcina)和甲烧丝菌（Methanothrix)是厌氧颗粒污泥中最重要的两种分解乙酸 的产甲烷菌。如何在反应器内富集高活性的甲烷八叠球菌和甲烷丝菌是硫酸盐有机废水厌 氧处理系统稳定高效运行的难点。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种硫酸盐有机废水处理中富集甲烷八叠球菌和甲烷丝菌的方法，可 以解决硫酸盐有机废水厌氧处理过程中甲烷八叠球菌和甲烷丝菌生长与活性受抑制的难 题，实现硫酸盐还原相与产甲烷相的分离、甲烷八叠球菌和甲烷丝菌的分离，达到定向富集 产甲烷菌（主要指甲烷八叠球菌和甲烷丝菌）的目的。
[0005] -种硫酸盐有机废水处理中富集甲烷八叠球菌和甲烷丝菌的方法，包括：采用 至少四个串联隔室的厌氧反应器；硫酸盐有机废水厌氧处理系统的启动方式：保持水力 停留时间为24?30小时，进水中的C0D由1000mg/L逐步增加到3000mg/L，进水中的 SO,浓度由60mg/L逐步增加到200mg/L，并控制COD :S042-值为（14?16) :1 ;硫酸盐有 机废水厌氧处理系统的运行控制方式：调节厌氧反应器后三个隔室内液体的pH值分别为 6. 0?8. 0、5. 5?6. 2和6. 5?8. 2 ;控制最后倒数第三个隔室液体的氧化还原电位0RP 为-220?-280mV ;调节进水中的COD :S042_值，由启动时的（14?16) :1降低为（7?9): 1 ;在最后倒数第二个隔室投加金属离子Fe2+、Co2+和Ni2+，其投加量分别为40mg/L、2. 0mg/L 和 0· 8mg/L。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 图1是本发明实施例反应器中各隔室挥发酸和硫化物分布示意图。
[0007] 图2是本发明实施例反应器中各隔室产甲烷菌数量分布示意图。
[0008] 图3是本发明实施例反应器中第4隔室颗粒污泥电镜扫描图（指示甲烷八叠球 菌）。
[0009] 图4是本发明实施例反应器中第5隔室颗粒污泥电镜扫描图（指示甲烷丝菌）。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合实施例对本发明作进一步详细地描述，以便于对本发明的理解，实施例 中所述产甲烷菌仅指甲烷八叠球菌和甲烷丝菌。
[0011] 1.硫酸盐有机废水厌氧处理系统采用的反应器：反应器采用5隔室的厌氧折流板 反应器（ABR)，总容积77L，有效容积为61. 6L，依水流方向分别定义为1、2、3、4、5隔室。反 应器每一隔室由上、下流室组成，上、下流室体积比为3 :1，第1隔室的体积是其他隔室的 1. 5倍，其他隔室体积相同。折流板底部边缘通往上流室的折角为向上45°C的导流板，便于 将水送至上流室的中心，使泥水充分混合接触，维持较高的污泥浓度。反应器每个上流室上 部安装了三相分离器，顶部设置导气口。反应器通过蠕动泵控制进水流量，采用回流管包裹 反应器外壁回流加热水保温装置控制反应器温度（33±1°C)。上述反应器实际上是一种现 有的厌氧折流板反应器。
[0012] 2.硫酸盐有机废水厌氧处理系统的污泥及进水：反应器启动时的接种污泥取自 广西某糖厂1C反应器，经营养液浸泡3天后均匀加入各隔室的上流室，接种污泥体积数 为反应器有效容积的1/3。进水为人工合成的含硫酸盐有机废水：以蔗糖为碳源，氮源为 NH4HC03,磷源为 ΚΗ2Ρ04,质量浓度比 C0D:N:P = 200 :5 :1 ;硫酸盐为 Na2S04、（NH4)2S0jP MgS0 4 · 7H20的混合物，添加一定量的金属元素，并用Na2C03调节pH值至7. 0左右。
[0013] 3.硫酸盐有机废水厌氧处理系统的启动：反应器启动时，保持HRT为26h，控制 C0D/S042_值为15 :1左右。进水C0D由1000mg/L逐步增加到3000mg/L，S042_浓度由60mg/L 逐步增加到200mg/L。反应器运行到65天后，COD去除率达85%以上，S042_去除率达90% 以上，总产气量为4. 0L/h，产甲烷量为2. 9L/h，出水挥发酸（VFA)在4. 6mmol/L以下，反应 器启动成功。此时，VFA和S2_浓度在前面隔室较高，在后面隔室有所下降，说明ABR反应器 有形成微生物相分离的趋势但不明显。由于微生物相分离特性是ABR反应器运行稳定的重 要表征，因此表明此时是ABR反应器运行尚未达到真正稳定。后面隔室（第4、5隔室）颗 粒污泥电镜扫描结果也表明无典型的产甲烷菌（甲烷八叠球菌和甲烷丝菌）的出现。
[0014] 4.硫酸盐有机废水厌氧处理系统运行效率和稳定性的表征：
[0015] 厌氧折流板反应器运行效率的表征主要包括C0D去除率、S0,去除率、产气量、产 甲烷量、出水VFA浓度；运行稳定性的表征主要是反应器各隔室中VFA浓度、S 2_浓度变化及 微生物种群分布。
[0016] 5.硫酸盐有机废水厌氧处理系统中富集产甲烷菌的控制参数：
[0017] 首先用Na2C03调节pH值和出水回流至第三隔室，考察反应器效率和稳定性，确定 第3、4、5隔室液体的pH值分别为6. 0?8. 0、5. 5?6. 2、6. 5?8. 2,第3隔室液体的0RP 为-220?-280mV，这时反应器运行稳定、效果好。然后在此pH值和0RP的条件下，分别考 察C0D与S0，w比值和金属元素生物有效度对反应器运行效果的影响，结果表明，进水C0D 为4000mg/L，S042-浓度为500mg/L，COD :S042-值为8 :1，并在第4隔室投加金属离子Fe2+、 Co2+和Ni2+，投加浓度分别为40mg/L、2. 0mg/L和0· 8mg/L，反应器运行稳定、处理效果好。
[0018] 反应系统在此运行参数条件下，厌氧折流板反应器运行效率具体表现为：C0D去 除率达95%以上、S0 42-去除率达99%、总产气量为7. 9L/h，产甲烷量为6. OL/h、出水VFA浓 度低于 2. 0mmol/L〇
[0019] 从图1可以看出第1、2、3隔室的VFA浓度较高，在第4、5隔室的VFA则急剧降低， 而且第5隔室的VFA明显低于第4隔室的VFA ;第1、2隔室的疒浓度较高，在第3隔室急剧 降低。实验过程中观察到，在第3隔室内壁的上端附着和积累有大量的淡黄色物质，该物质 定性、定量检测为硫单质。由此表明第1、2、3隔室为产酸相，第4、5隔室为产甲烷相；第1、 2隔室为硫酸盐还原相，第3隔室为硫化物氧化生产单质硫相。其中第4、5隔室能表现为产 甲烷活性，得益于对第3隔室pH值和0RP的调控，其降低了第4、5隔室的硫化物浓度，减少 了 S2_对MPB的抑制，但第4隔室的硫化物浓度仍有20mg/L左右，然而此时第4隔室对VFA 的降解最为明显，其关键在于微量金属元素的投加，激活了甲烷八叠球菌，而甲烷八叠球菌 能代谢高浓度的VFA，底物可能包括乙酸、丙酸、甲醇和H 2/C02等的混合物，并为第5隔室提 供低浓度的乙酸底物，恰恰适合甲烷丝菌的生长，使在第5隔室富集获得甲烷丝菌。
[0020] 6.硫酸盐有机废水厌氧处理系统中产甲烷菌的数量和形态
[0021] 判断一个种群是否占居优势的指标除上面提及的反应器运行效率和稳定性特征 (即微生物活性）外，另一主要依据是其种群数量。
[0022] 在以上运行参数条件下，硫酸盐有机废水厌氧处理系统中各隔室的产甲烷菌数量 见图2。由图2可见第1、2、3隔室污泥中未检测到产甲烷菌，第4、5隔室颗粒污泥产甲烷菌 数量较多，分别为3. 5 X 105个/mgVSS和4. 0 X 104个/mgVSS。第4隔室颗粒污泥的电镜扫 描图见图3,由图3可见第4隔室的产甲烷菌主要是甲烷八叠球菌，其生长状况良好。第5 隔室颗粒污泥的电镜扫描图见图4,由图4可见第5隔室的产甲烷菌主要为甲烷丝菌，其生 长状况良好。
【权利要求】
1. 一种硫酸盐有机废水处理中富集甲烷八叠球菌和甲烷丝菌的方法，包括： 采用至少四个串联隔室的厌氧反应器； 硫酸盐有机废水厌氧处理系统的启动方式：保持水力停留时间为24?30小时，进水中 的COD由1000mg/L逐步增加到3000mg/L，进水中的SO广浓度由60mg/L逐步增加到200mg/ L，并控制 COD :S042-值为（14 ?16) :1 ; 硫酸盐有机废水厌氧处理系统的运行控制方式： (1) 调节厌氧反应器最后三个隔室内液体的pH值分别为6. 0?8. 0、5. 5?6. 2和 6. 5 ?8. 2 ; (2) 控制最后倒数第三个隔室液体的氧化还原电位为-220?-280mV ; (3) 调节进水中的COD :S042_值，由启动时的（14?16) :1降低为（7?9) :1 ; (4) 在最后倒数第二个隔室投加金属离子Fe2+、Co2+和Ni2+，其投加量分别为40mg/L、 2. Omg/L 和 0· 8mg/L。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述的厌氧反应器是厌氧折流板反应器。
【文档编号】C02F3/34GK104150591SQ201410376445
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】蒋永荣, 刘成良, 刘可慧, 韦平英 申请人:桂林电子科技大学