厌氧颗粒污泥培养方法及培养装置与流程

本发明涉及一种环保领域，尤其是涉及一种厌氧颗粒污泥培养的方法和培养装置。

背景技术：

目前厌氧生物技术在食品、化工行业有广泛的应用，其中厌氧颗粒污泥技术在处理废水中具有应用范围广、能耗低、负荷高、剩余污泥量少等优点，尤其对高浓度有机废水的处理效果更加显著。但是厌氧颗粒污泥也存在着培养时间长、温度要求较高、脱氮除磷效果差等缺点，目前好多研究集中在对其培养时间、温度等方面的研究，并取得了显著的成果。

但是在厌氧颗粒污泥在培养过中受到多重因素的影响，颗粒污泥的接种、培养、驯化及贮存还存在许多的不足，如一个新的项目完成后，调试厌氧工艺时，只能找类似相同行业的厌氧污泥进行接种驯化，同时自动化控制不高，效率较低影响厌氧颗粒污泥的生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种厌氧颗粒污泥培养方法及培养装置，通过培养装置中各个装置间对反应器内的环境实施检测和监控，使其反应器内的环境保持在设置的标准范围内，以达到厌氧颗粒污泥培养速度快、质量好、效率高，操作上大大降低了人工控制的不稳定性，实现全自动化颗粒污泥培养、驯化装置。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种厌氧颗粒污泥培养方法，包括如下步骤：

1)厌氧颗粒污泥的制备：对颗粒污泥或絮状污泥进行接种，接种后密封在恒温水浴中保存待用；

2)加入营养液及微量元素：向密闭的反应器中加入制备好的厌氧颗粒污泥，再加入营养液到达指定的刻度，所述营养液包括必须营养液和微量元素物质；

3)设置厌氧颗粒污泥培养条件：开启设置在所述反应器内的搅拌装置，调整转速进行搅拌，采用定向搅拌，同时将所述反应器内废水的PH值控制在6.5～8.2之间，温度控制在25～55℃之间，并使氧化还原电位值控制在小于或等于-350mV，盐度小于10000mg/l；

4)排泥：在反应过程中如出现污泥膨胀悬浮，则关闭所述搅拌装置静置5～15分钟，通过设置在所述反应器上的第一阀门将膨胀污泥排出；当厌氧颗粒污泥粒径达到3～7mm，色泽灰黑色，关闭所述搅拌装置静置10～30分钟，打开设置在所述反应器上的第二阀门，将污泥颗粒排出。

优选地，所述步骤3)在搅拌过程中向所述反应器中加入载体物质和惰性物质，加速厌氧颗粒污泥加速集结和粘结；定期打开反应器上的第一阀门取上层废水检测CODcr、NH4-N、TN、TP各项指标，打开所述反应器上的第二阀门取少量沉于底部的厌氧颗粒污泥，观察厌氧颗粒污泥的污泥沉降比，观察是否形成颗粒污泥，根据观察和检测的数据调整营养液投入量。

优选地，所述步骤3中在初次启动时有机负荷率控制在0.2～0.4kgCOD/kgVSS·d和污泥负荷率在0.1～0.25kgCOD/kgVSS·d范围之间；反应整个过程中温度控制在33℃～41℃之间，PH控制在6.8-7.2之间。

优选地，所述步骤2开启前首先将用于对所述反应器的恒温加热的恒温装置内的水进行加热至25～55℃。

优选地，所述的必须营养液的配置方法为废水CODcr浓度按照3000mg/l来配置，C∶N∶P＝200∶5∶1的比例进行配置，所述C源采用甲醇来，N源采用氯化铵，P源采用磷酸二氢钾，所述微量元素物质包括铁、镍、钴和锰。

优选地，所述反应器内的PH通过PH计监测，根据监测数据向所述反应器中加入或停止碱液，所述碱液采用碳酸钠，配置浓度为5％。

优选地，所述载体物质包括粘土、陶粒、颗粒活性炭、多孔沸石；所述惰性物质包括Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃^2-、SO₄^2-。

本发明的厌氧颗粒污泥培养方法的培养装置，包括用于厌氧颗粒污泥培养的密闭的反应器，设置在所述反应器内的搅拌装置，用于监测反应器内沼气生成量的沼气计量槽，用于向所述反应器中添加药剂的加药装置，用于保持所述反应器内温度恒定的恒温装置以及用于控制所述反应器内温度、PH及氧化还原电位值的PLC控制装置；所述加药装置、所述沼气计量槽与所述反应器通过管道相连通。

优选地，所述PLC控制装置包括微控单元，设置在所述反应器内部的PH检测仪，温度检测仪和氧化还原电位检测仪，所述PH检测仪，所述温度检测仪和所述氧化还原电位检测仪将监测的数据通过信号传递到所述微控单元，微控单元接收信号并控制加药装置和恒温装置的运行状况。

优选地，所述加药装置包括营养液箱和碱液箱，所述营养箱和碱液箱均包括液位计，用于监测液体液位。

本发明的有益效果是：厌氧颗粒污泥的培养速度快，质量好，效率高，培养装置大大降低了人工控制的不稳定性，实现全自动化颗粒污泥培养、驯化；可以在改造时对已经培养好的颗粒污泥进行有序培养，活性延续，改造完毕后立即投入使用，减少二次污泥培养驯化的时间及费用。

附图说明

图1是本发明的厌氧颗粒污泥培养装置示意图。

附图标记：1、恒温装置，2、反应器，21、第一阀门，22、第二阀门，3、加药装置，4、PLC控制装置，5、搅拌装置，6、沼气计量槽，31、营养液箱，32、碱液箱，33、液位计，34、计量泵，35、第三阀门，36、第四阀门，41、PH检测仪，42、温度检测仪，43、氧化还原电位检测仪，61、量筒，7、自来水进口，8、污泥进口。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明所揭示的厌氧颗粒污泥培养的方法通过PLC控制装置4实时监测反应器2内的PH、温度、及氧化还原点位值的变化，并进行自动调整使得反应器2内的保持稳定的适合细菌生产的环境，同时定期取出污泥进行观察，通过外观和显微镜观察，以确定厌氧颗粒污泥的培养效果是否符合标准。

在培养装置正式启动前可先做好准备工作，包括营养液的配置，微量元素的配置，碱液的配置，厌氧颗粒污泥准备，厌氧颗粒污泥按照中温型厌氧颗粒污泥的接种量稠密型为12～15kgVSS/m³，稀薄型为6kgVSS/m³；所述高温型反应器最佳接种量在6～15kgVSS/m³，通常，用处理同样性质废水的厌氧颗粒污泥作种泥是最有利的，但在没有同类型污泥时。不同的厌氧颗粒污泥同样对反应器的启动具有一定的影响，没有处理同样性质废水的厌氧反应器污泥作种泥时，厌氧消化污泥或粪便可优先考虑。

如图1所示将配置好的营养液装入到营养液箱31中，将配置好的碱液装入碱液箱32。

在选择压的控制方面，通常将水力负荷率和产气负荷率两者作用的总和称为系统的选择压。选择压对污泥床产生沿水流方向的搅拌作用和水力筛选作用，是反应器形成厌氧颗粒污泥的必要条件。高选择压条件下，水力筛选作用能将微小的颗粒污泥与絮体污泥分开，污泥床底聚集比较大的颗粒污泥，而比重较小的絮体污泥则进入悬浮层区，或被淘汰出反应器。本发明采用的是静态机械搅拌方式，通过在反应器内设置搅拌装置使污泥呈现悬浮旋转运动。定向搅拌作用产生的剪切力使颗粒产生不规则的旋转运动，有利于丝状微生物的相互缠绕，为颗粒的形成创造一个外部条件。低选择压条件下，主要是分散微生物的生长，这将产生膨胀型污泥。

有机负荷率和污泥负荷率可降解的有机物为微生物提供充足的碳源和能源，是微生物增长的物质基础。在微生物关键性的形成阶段，应尽量避免进水的有机负荷率剧烈变化。本发明采用絮状污泥作为种泥的初次启动时，有机负荷率控制在0.2～0.4kgCOD/(kgVSS·d)和污泥负荷率在0.1～0.25kgCOD/(kgVSS·d)范围之间，有利于颗粒污泥的形成。

厌氧颗粒污泥按照中温型和高温型进行配置好后，放入到恒温水浴下进行保存保存温度可优选为35℃。将PH检测仪41，温度检测仪42和氧化还原电位检测仪43设定范围值以及盐度范围的检测。

准备工作做好后，将通过厌氧颗粒污泥培养装置对厌氧颗粒污泥进行培养。具体培养过程如下：

打开恒温装置1，将水自来水加入到恒温装置1内的刻度线处，开启恒温装置1的开关将温度设定在25～55℃之间，优选温度为38℃。

待温度上升到设定温度后，向密闭的反应器2中加入接种的厌氧颗粒污泥，通过PLC控制装置4控制加药装置3在向所述反应器2中加入营养液，所述营养液包括必须营养液和微量元素物质；

当加入营养液到达指定的刻度，所述PLC控制装置4控制加药装置3停止加入营养液，并开启设置在所述反应器2内的搅拌装置5，调整转速进行搅拌，采用定向搅拌，同时将所述反应器2内的PH值控制在6.5～8.2之间，氧化还原电位值控制在不超过-350mV，温度控制在25～55℃之间，优选的控制在33℃～41℃之间；盐度小于10000mg/l。

搅拌一段时间后向所述反应器2中加入粘土、陶粒、颗粒活性炭、多孔沸石等载体物质，利用颗粒物的表面性质，加快细菌在其表面的富积，使之形成颗粒污泥的核心载体，有利于缩短颗粒污泥的出现时间。再加入Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃^2-、SO₄^2-等离子惰性物质，使厌氧颗粒污泥在以所述载体物质为核心载体后加速集结和粘结。

反应进行一段时间后打开所述反应器2上的第二阀门22取样检测废水中的CODcr、NH4-N、TN、TP各项指标，同时进行污泥沉降比的观察，根据观察和检测的数据调整营养液投入量；同时观察与反应器相连通的沼气计量槽6液体减少的体积，具体的可在沼气计量槽6的下端设有管道，管道另一边设置一量筒61，根据量筒61内接收溢出液体的体积得出沼气的体积，从而计算出产生的沼气的量。

在反应过程中发现污泥膨胀悬浮时，关闭所述搅拌装置5，静止5～15分钟，打开设置在所述反应器2上的用于排放膨胀污泥的第一阀门21，将所述反应器2内的膨胀污泥排出，将其排除后继续开启所述搅拌装置5；当存在所述反应器2底部的厌氧颗粒污泥培养符合标准后，一般厌氧颗粒污泥粒径范围在3～7mm，色泽接近灰色或黑色，再次关闭所述搅拌装置5，静止10～30分钟，打开设置在所述反应器2上用于排放厌氧颗粒污泥的第二阀门22，将成熟的厌氧颗粒污泥排出。

反应结束后，首先关闭培养装置的搅拌装置5和PLC控制装置4，清空反应器2内的厌氧颗粒污泥，并用清水反复冲洗反应器2内部，剩余的碱液和营养液排出，无公害处理，对沼气进行回收利用或排出。

所述厌氧颗粒污泥培养装置包括密闭的反应器2，搅拌装置5，沼气计量槽6，营养液箱31，碱液箱32和PLC控制装置4，所述搅拌装置5设置在反应器2内部；沼气计量槽6、营养液箱31和碱液箱32与反应器2通过管道相连通，其中PLC控制装置4包括微控单元(未标出)，设置在所述反应器2内部的PH检测仪41，温度检测仪42和氧化还原电位检测仪43，所述PH检测仪，所述温度检测仪42和所述氧化还原电位检测仪43将监测的数据通过信号传递到所述微控单元，微控单元接收信号并控制加药装置3和恒温装置1的开始运行或停止运行。

例如将PLC控制装置4上的人机操作界面预设定PH值为6.8～7.2之间，当PH检测检测到反应器2内的液体PH值为7.3超出了预设定值，此时PH检测仪41将检测的数据通过信号传输到微控单元，微控单元通过计算碱液箱32及时停止输送碱液，温度检测仪42和氧化还原电位检测仪43工作原理相同，在此不再赘述。

根据本发明的一个优选实施例，厌氧颗粒培养装置包括密闭的反应器2，搅拌装置5，沼气计量槽6，营养液箱，碱液箱32和PLC控制装置4，所述搅拌装置5设置在反应器2内部；沼气计量槽6、营养液箱31和碱液箱32与反应器2通过管道相连通，其中PLC控制装置4包括微控单元，设置在所述反应器内部的PH检测仪41，温度检测仪42和氧化还原电位检测仪43，三者将监测的数据通过信号传递到所述微控单元，微控单元接收信号并控制加药装置3和恒温装置1的运行状况。

如图1所示在反应器的上方侧壁设有第一阀门21，在反应器下方设有第二阀门22，当反应器2内的膨胀污泥漂浮在上游，可通过第一阀门21排出；培养好的厌氧颗粒污泥可通过第二阀门22排出，在反应器2与营养液箱31和碱液箱32相连接的管道上设有第三阀门35和第四阀门36，控制是加入药剂，营养液箱31和碱液箱32内各设有一个液位计33，通过液位计33控制两个箱体内部的液位情况，输送液体时通过计量泵34提供动力源向反应器2内输送药剂也可以采用其他动力源。

必须营养液配置：废水CODcr浓度按照3000mg/l来配置，C∶N∶P＝200∶5∶1的比例进行配置，C源采用甲醇，N源采用氯化铵，P源采用磷酸二氢钾，按照配置50L总体积甲醇的量为：100g；氯化铵的量为：29g；磷酸二氢钾的量为：7g；打开自来水阀门加入营养液箱约三分之二的水，将称好的三种化学药剂加入其内部搅拌溶解。

碱液的配置：采用碳酸钠为原料，称取2.5kg，配置浓度为5％，在开启自来水阀门加入三分之二的自来水，再加入碱液进行搅拌混合，补充到50L，关阀门。

厌氧颗粒污泥的准备：按照中温培养的污泥控制浓度条件，污泥接种量需稠密型污泥12～15kgVSS/m³。

取城市污水处理厂厌氧絮状污泥或者颗粒污泥20L，污泥浓度为12～15kgVSS/m³，进行密封保存，并进行恒温水浴保存，控制温度为35℃。

仪表的设定：恒温装置1温度设定值在38℃；反应器2内PH设置在6.8～7.2，液位计33设置高液位报警和低液位缺液报警，盐度可经过盐度进行监测。

开启恒温装置1将温度设定在38℃，通过污泥进口8向反应器2内加入培养好的厌氧颗粒污泥至刻度，向反应器2内加配置好的营养液，加好后开启搅拌装置5调整好转速，观察水力搅动情况，观察氧化还原电位监测仪43及PH监测仪41和温度监测仪42的读数并将氧化还原值控制在-350mV左右或者以下，PH控制在6.8-7.2之间，温度控制在35℃左右，盐度小于10000mg/l，加入粘土、陶粒、颗粒活性炭、多孔沸石等载体物质和Ca²⁺、Mg²⁺和CO3^2-、SO4^2-等离子的惰性物质。

定期打开第一阀门21取出厌氧颗粒污泥对其监测CODcr、NH4-N、TN、TP各项指标，打开第二阀门22取出少量厌氧颗粒污泥，进行污泥沉降比的观察，根据检测出的指标和沉降比，通过PLC控制装置4控制加药装置3向反应器内添加或停止添加营养液和碱液。

当厌氧颗粒污泥粒径达到3～7mm，色泽灰黑色，关闭所述搅拌装置静置5～15分钟，打开设置在所述反应器上的第二阀门22，将污泥颗粒排出。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。