一种低浓度厌氧反应器快速启动方法
【专利摘要】本发明公开了一种低浓度厌氧反应器快速启动方法，在24℃条件下投加粉末活性炭自然挂膜的方式进行折板厌氧反应器装置的启动，挂膜速度快，厌氧生物膜对反应器内的环境适应能力强，当水质条件发生变化时不易脱落，具有较强的抗负荷冲击能力。
【专利说明】
一种低浓度厌氧反应器快速启动方法
技术领域
[0001]本发明涉及水处理领域，具体涉及一种低浓度厌氧反应器快速启动方法。
【背景技术】
[0002]厌氧反应器启动是指在一定的条件下，使厌氧微生物增殖，形成由各种微生物种群集结的污泥体，达到稳定的降解效率。反应器的启动是稳定运行的前提，可分为自接种启动、颗粒污泥启动和其他污泥接种启动三种方式。厌氧反应器在启动期在温度为30°C时需要60d;在温度为20°C时需要80d。由于厌氧细菌增殖较慢，且多数厌氧微生物为球菌和杆菌，不易附着生长，易随出水流出反应器，若创造有利于丝状菌增长的条件，丝状菌即可快速生长并附着形成网状机构，为其他微生物的生长提供栖息地。
[0003]在以往的厌氧反应装置启动过程中，所采用的启动方式很多。如何强采用的好氧预挂膜的方式以加速厌氧反应器启动，但是增加了动力设备。或者采用好氧活性污泥接种挂膜，这种挂膜方式对反应器的启动也比较快。但是在启动的过程中抗冲击能力小且所接种生物膜在反应装置内还有一个换种过程，当水质条件稍有变化生物膜很容易脱落。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供了一种低浓度厌氧反应器快速启动方法，采用在24°(:条件下投加粉末活性炭自然挂膜的方式进行折板厌氧反应器装置的启动，挂膜速度度快，厌氧生物膜对反应器内的环境适应能力强，当水质条件发生变化时不易脱落，具有较强的抗负荷冲击能力。
[0005]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0006]—种低浓度厌氧反应器快速启动方法，在24°C条件下投加粉末活性炭自然挂膜的方式进行折板厌氧反应器装置的启动，具体步骤为:
[0007]S1、在反应装置启动的初期，接种厌氧污泥，并投加粉末活性炭至厌氧反应器容积的二分之一位置，混合静沉2d后开始启动，进水COD浓度为1000-1500mg/L，用无水碳酸钠调节进水PH值，使进水pH值控制在7.5-8.5之间，并加入无机盐类类营养成分，自然挂膜I周；
[0008]S2、在启动期内，反应器的运行温度控制在24°C，刚启动时，保持较高的进水COD浓度和容积负荷，然后，将水力负荷逐步从初始的2.26m3/m3d提高到5.30m3/m3d，且将相应的水力停留时间为2411、2011、1611、1211;开始启动最初7(1，未放活性炭装置0)0去除率均低于50%，放置活性炭装置的COD去除率为53.23%。这表明在启动的最初期，活性炭强化装置启动功效更为显著。
[0009]S3、运行2周后，通过调节水力停留时间控制反应装置内挥发性有机酸含量，水力停留时间从1211、1011、811、611，系统按每一册1'至少运行6(1且0)0去除率稳定在55%以上方可调节的原则进行试验装置的启动运行，采用这一启动方式的目的是为了在驯化接种污泥的过程中不至于锐减系统内的微生物量，并增强其抗负荷冲击能力，在自然挂膜过程中，保持反应器温度处于24 ± 2.0 °C ;
[0010]S4、运行I周后，取出口接种污泥混合液3L，分别由各格室上部倒入反应器的各格室;厌氧污泥在重力作用下下沉，下沉过程中受粉末活性炭阻隔，黑色污泥絮体在格室空间内挂满活性炭;随后以正常流量进水。
[0011]S5、逐渐降低⑶D浓度至需要的污水处理浓度，每次变化⑶D浓度运行5天时间。研究发现，放置活性炭装置COD去除率提高速度较快，在此后HRT调节过程中，厌氧装置的有机去除能力均维持在较高水平。对比分析结果表明，加入粒径大于83μπι和小于20μπι活性炭的装置COD去除率下降速度较快，尤以HRT降至4h时显著。而加入粒径为20?83μπι活性炭的厌氧装置COD平均去除率尚能维持在64%以上。
[0012]本发明具有以下有益效果:
[0013]采用在24°C条件下投加粉末活性炭自然挂膜的方式进行低浓度厌氧反应器装置的启动，挂膜速度度快，厌氧生物膜对反应器内的环境适应能力强，当水质条件发生变化时不易脱落，具有较强的抗负荷冲击能力。
【具体实施方式】
[0014]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0015]本发明实施例提供了一种低浓度厌氧反应器快速启动方法，在24°C条件下投加粉末活性炭自然挂膜的方式进行折板厌氧反应器装置的启动，
[0016]具体的，包括如下步骤:
[0017]I)针对处理低浓度有机废水的特点，在启动期内，反应器的运行温度控制在24°C，为尽快提高反应器内污泥浓度，保证反应器的启动成功，刚启动时，保持较高的进水COD浓度和容积负荷，待达到COD去除率稳定之后，再采用逐步加大水力负荷的方法提高容积负荷。水力负荷从初始的2.26m3/m3d提高到5.30m3/m3d，即相应的水力停留时间从24h减少到12h0
[0018]2)在反应装置启动的初期，最初设定:投加粉末活性炭至厌氧反应器容积的二分之一位置。进水COD浓度约为1000-1500mg/L，用无水碳酸钠调节进水pH值，使进水pH值控制在7.5-8.5之间，水力停留时间HRT为24h，并加入氯化钙、三氯化铁、硫酸镁、磷酸二氢钾等无机盐类类营养成分，为了促进甲烷菌的生长及提高污泥活性本试验在污泥驯化中还适当地投加含钙、镁、铁、钴、镍等微量元素的盐。
[0019]3)经过15天的时间，观察发现粉末活性炭上已经挂满厌氧丝状菌，呈乳白色。由于厌氧微生物很难生成，HRT应足够长，在进水pH值，COD浓度一定的情况下，控制反应装置内PH值的主要手段是调节HRT。通过调节HRT控制反应装置内VFA含量，为微生物生长繁殖提供良好的生存环境。在接种过程中，保持反应器温度处于24±2.(TC范围内，使微生物的增殖处于最佳的环境状态。
[0020]4)为加大厌氧污泥浓度，搁置六天后，取上述接种污泥混合液3L，分别由各格室上部倒入反应器的各格室。厌氧污泥在重力作用下下沉，下沉过程中受粉末活性炭阻隔，黑色污泥絮体在格室空间内挂满填料。随后以220mL/min流量进水，即HRT24h。三天后，厌氧反应器内粉末活性炭上污泥开始泛白，底部有部分脱落污泥，呈黑色。此后，厌氧反应器内粉末活性炭上所挂生物絮体由上向下逐渐转化成乳白色酸化菌，这种趋势明显减弱，反应器底部有一层已经脱落的黑色絮状污泥，出水澄清。
[0021]5)三天后，保持厌氧反应器进水C0D1000-1500mg/L左右，水力停留时间分别控制在2处、2011、1611、1211。每个水力停留时间下运行7天。启动培养厌氧生物膜的过程也是厌氧微生物的驯化过程。其中丝状菌的生长繁殖和在粉末活性炭上的快速固定，利于厌氧菌的附着生长。按照进化论的观点，生物在长期的演化过程中，适者生存、不适者淘汰。丝状微生物具有比表面积大，一端固着、营养和需氧要求低、代谢速率快、粘液层能够减小流动阻力等特点，非常适应流动水体的特点，因此在水处理构筑物中，粉末活性炭不仅能很好的成为厌氧微生物的载体，而且通过其巨大表面积的吸附能力能有效吸附污水中的有机物，从而与后来附着其上的微生物一起共同完成污水的净化作用。因此粉末活性炭在生物膜结构形成和提高低浓度废水处理效率方面的作用是十分重要的。
[0022]6)为适应启动低浓度厌氧反应器的需求，可逐渐降低⑶D浓度至需要的污水处理浓度，每个过度时间建议为运行五天。
[0023]反应装置启动的最初期，微生物最难生成，自然挂膜也最难，
【申请人】认为HRT应足够长。为此，最初HRT为24h，进水COD浓度约为1200mg/L，用氢氧化钠和无水碳酸钠调节进水PH值，使进水pH值在7.5-8.5之间。经过半个月左右，粉末活性炭上已经挂满絮状酸化菌，呈乳白色。经测定厌氧反应器的PH值为5.2-5.9。沿反应装置水流方向越往后生物膜越薄，厌氧反应器往后各室只是零星挂有一些酸化菌，经测定得出从第五室往后pH值在4.8以下。经对比分析，
【申请人】认为pH值在4.8以下已经不利于粉末活性炭挂膜。
[0024]在自然挂膜过程中，当进水pH值，COD浓度一定的情况下，控制折板厌氧反应装置内PH值的主要手段是调节HRT。通过调节HRT控制高效折板厌氧反应装置内VFA含量，为微生物生长繁殖提供良好的生存环境。为查明自然挂膜过程中各阶段的最佳HRT，
【申请人】对每室的pH值和出水的pH值进行测定。最初HRT为12h，出水pH值下降了 1.7左右；自然挂膜膜运行15天时，测得后五室的pH值都在4.8以下；由上段分析可知pH值在4.8以下不是微生物生长的最佳PH值范围，所以
【申请人】把HRT调为8h。在HRT为8h条件下运行一周，折板厌氧反应装置pH值在5.5以上，于是把HRT调为8h，测得出水pH值为5.2左右，pH值环境比较适合微生物生长。在HRT为Sh条件下运行一周，反应装置前端的厌氧生物膜几乎已经填满了粉末活性炭的空隙，呈灰黑色，后端已经挂上厌氧生物膜，但还是很薄。此时，折板厌氧小试反应装置上部的粉末活性炭上的生物膜量明显比底部多。这是因为上部的复氧，使得好氧、兼性细菌得以生长，好氧、兼性细菌的生长繁殖比底部的厌氧细菌快，所以粉末活性炭上部的生物膜厚。约再经过I个月，粉末活性炭上部发现大量的原生动物，原生动物以草履虫为主。反应装置前端、中端原生动物数量明显比后端多。细菌以杆菌为主。又过I个月，发现大量的后生动物，后生动物以颤蚯蚓、线虫、轮虫为主。反应装置前端1-3室，原生动物居多，后生动物比较少;4-5室以后生动物居多，沿程往后，线虫和颤蚯蚓越多，草履虫和轮虫越少，接近出水处只发现线虫和颤蚯蚓。大量原生动物和后生动物的出现表明了折板厌氧反应装置的生物膜已经培养成熟。粉末活性炭下部没有发现原生动物和后生动物，以乳白色的酸化菌为主。此时，可视为折板厌氧反应器装置启动成功。
[0025]为查明相同条件下中试、小试厌氧装置运行功效的差异，并予以校正，以使本研究动态对比分析不同粒径活性炭强化厌氧装置功效的结论更为准确，引入前期未加入活性炭条件下的试验结果。结果表明，未加入活性炭，其它条件相同，厌氧装置连续启动运行88d，各自的HRT均稳定于8h。厌氧装置各隔室均已挂膜成功，故可视为启动成功。经对比分析可知，不同HRT条件下，两装置各自所对应的COD去除率存在显著性差异，添加活性炭的厌氧装置启动50d后所发生的污泥性状变化表明系统内厌氧微生物群落和结构更趋于合理。
[0026]由试验结果可知，稳定HRT8h连续运行17d时，厌氧装置的⑶D、TP去除率以及最大比甲烷生产率均较为稳定，无明显增大或减小趋势。且厌氧装置启动至稳定运行时各隔室均已挂上生物膜，故可视加入活性炭厌氧装置连续运行50d即可启动成功。而未加入活性炭的厌氧装置需连续启动78d方能启动成功，且有机去除能力较低。由对比分析结果可知，活性炭对异波折板厌氧装置启动运行功效的强化作用较为显著。3种粒径活性炭在HRT小于Sh的后续运行结果表明，强化异波折板厌氧装置最佳功效的粉煤灰粒径为20-83μπι。
[0027]活性炭具有孔隙率高、比表面积大、比重大等特点，这些物理特性在缩短复合式厌氧反应装置启动时间中发挥了极其重要的作用。以往的研究成果和经验表明，任何吸附剂的物理吸附能力与其比表面积、孔隙率呈正相关关系，故活性炭必然具有较强的物理吸附能力。启动初期活性炭表面由于吸附了大量的微生物所需要的各种营养物质而成为了厌氧微生物的聚居地，进而形成大量菌胶团。
[0028]厌氧反应器启动运行的时间过长。为加速反应装置处理低浓度生活污水条件下的启动，可取一定量粉末活性炭混合厌氧污泥作为本反应器的接种污泥。基于粉末活性炭具有比表面积大、孔隙率高和比重大等特点，本申请认为利用粉末活性炭的这些物理性质可使厌氧反应装置在较短时间内启动成功并处于高效稳定状态。究其原因有二:
[0029]I)比表面积大和孔隙率高所形成的高物理吸附能力必将加速系统内菌胶团的形成；
[0030]2)比重大必然使所形成的菌胶团具有良好的沉降性，从而使装置启动过程中高效稳定。
[0031 ]基于上述观点，本专利设计厌氧污泥与粉末活性炭按一定比例混合均匀后作为接种污泥，以期在低浓度条件下快速启动厌氧反应装置。
[0032]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种低浓度厌氧反应器快速启动方法，其特征在于，在24°C条件下投加粉末活性炭自然挂膜的方式进行折板厌氧反应器装置的启动，具体步骤为: S1、在反应装置启动的初期，接种厌氧污泥，并投加粉末活性炭至厌氧反应器容积的二分之一位置，混合静沉2d后开始启动，进水COD浓度为1000-1500mg/L，用无水碳酸钠调节进水pH值，使进水pH值控制在7.5-8.5之间，并加入无机盐类类营养成分，自然挂膜I周； S2、在启动期内，反应器的运行温度控制在24°C，刚启动时，保持较高的进水COD浓度和容积负荷，然后，将水力负荷逐步从初始的2.26m3/m3d提高到5.30m3/m3d，且将相应的水力停留时间为2411、2011、1611、1211; S3、运行2周后，通过调节水力停留时间控制反应装置内挥发性有机酸含量，水力停留时间为1211、1011、811、611，系统按每一册1'至少运行6(1且0)0去除率稳定在55%以上方可调节的原则进行试验装置的启动运行，并在自然挂膜过程中，保持反应器温度处于24± 2.0°C; S4、运行I周后，取出口接种污泥混合液3L，分别由各格室上部倒入反应器的各格室;厌氧污泥在重力作用下下沉，下沉过程中受粉末活性炭阻隔，黑色污泥絮体在格室空间内挂满活性炭;随后以正常流量进水。 S5、逐渐降低COD浓度至需要的污水处理浓度，每次变化COD浓度运行5天时间。
【文档编号】C02F3/28GK105858883SQ201610394147
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】宋铁红, 王晓玲, 韩相奎, 康春玉, 李紫棋, 余勇, 张晓旭
【申请人】吉林建筑大学