CN1331779C - 一种提高厌氧反应器运行稳定性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高厌氧反应器运行稳定性、防止出现丙酸积累的方法。通过在厌氧污泥驯化各阶段配合投加一定浓度的外源丙酸和镍离子，使厌氧污泥对过量丙酸的分解能力明显增强。当厌氧反应器运行过程中由于工艺条件波动出现一定范围内的丙酸浓度升高时，过量丙酸可以被迅速降解，从而避免大量丙酸积累造成“酸败”，提高厌氧反应器的运行稳定性。通过本发明方式驯化的厌氧污泥对丙酸的耐受能力和降解能力大大提高，整个厌氧反应器在应对进水负荷冲击和工艺条件波动的稳定性明显增加(图3)。

Description

一种提高厌氧反应器运行稳定性的方法
一、技术领域
本发明涉及一种提高厌氧反应器运行稳定性的方法，属于环境保护工程领域中的污水处理技术，主要应用于高浓度有机废水的厌氧生物处理过程。
二、技术背景
高浓度有机废水的厌氧生物处理工艺又被称为厌氧消化，是由发酵型细菌和产甲烷细菌在厌氧条件下协同代谢使有机物污染物分解并产生CH4和CO2的过程。与常规的好氧处理相比，厌氧消化工艺在处理有机废水时具有有机负荷高、能量消耗低、剩余污泥产量少等优点，同时厌氧消化过程中产生的沼气又是一种非常优良的能源，是一种非常有前途的有机污染物处理工艺。尤其是在20世纪70年代以后开发成功了厌氧上流式污泥床反应器(UASB反应器)，这种以颗粒污泥为主要特征的厌氧反应器具有较高的污染物处理效率，在过去的近20年时间里被广泛应用于各种类型的高浓度有机污水处理，如食品、造纸、发酵、禽畜养殖等行业，近年来厌氧工艺在处理城镇生活污水等低浓度有机废水方面也已经取得了明显的进展。我国目前的水污染状况属于典型的综合型有机污染，因此加强高效厌氧处理工艺的研究和开发对于缓减污染现状具有非常重要的意义。
整个厌氧处理过程可以看作是各种相互依存的微生物协同作用，经过一系列反应的串联最终将复杂有机物转化为甲烷的过程，大致可以分为水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷四个阶段。在水解酸化阶段中复杂的有机物被发酵细菌分解产生乙醇和大量低分子挥发性有机酸(VFA)，主要包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和乳酸等；挥发性有机酸如果不能及时的以甲烷的形式被去除，就有可能在***中出现大量积累，造成厌氧***“酸败”。
“酸败”现象一直是制约厌氧工艺实际应用的一个大问题，其中最初一般是从丙酸积累开始的，在许多厌氧反应器出现“酸败”情况之前都能首先观察到丙酸积累的现象。当一个厌氧反应器出现挥发性有机酸积累的情况之后，厌氧污泥中的大部分产甲烷细菌受到抑制而停止产甲烷过程，整个厌氧反应器无法继续正常降解有机污染物，厌氧处理失败。因此在厌氧处理过程中避免出现有机酸积累、提高厌氧***稳定性是一个迫切需要解决的问题。
由于在厌氧处理***中丙酸作为一个中间代谢产物，它的浓度变化受到丙酸产生速率和丙酸转化速率两方面因素的影响。以前的研究者认为防止出现丙酸积累的决定性环节是减少丙酸的产生量，即通过控制前期发酵条件和发酵类型尽量减少或消除丙酸的产生，例如通过控制进水中冲击负荷、氧化还原电位升高、有毒污染物抑制和pH变化等工艺条件。但是在实际厌氧反应器运行过程中要长期严格控制上述工艺条件是非常困难的，一旦条件改变就有可能造成发酵类型的改变，引起反应器中丙酸产生量增加并导致“酸败”的发生。
由于厌氧反应器在实际运行过程中始终存在***丙酸大量积累、进而发生“酸败”的风险，许多设计人员在设计厌氧反应器的时候都一定程度的降低了污泥负荷，希望通过降低效率的方式来提高厌氧反应器运行中的稳定性。这也是目前实际运行的厌氧反应器负荷远远低于试验装置所能达到负荷的主要原因。
三、发明内容
技术问题本发明的目的在于提供一种提高厌氧反应器运行稳定性的方法，防止厌氧反应器在运行过程中出现丙酸积累。
技术方案
通过在厌氧污泥驯化阶段配合投加一定浓度的丙酸和微量元素，提高厌氧污泥对过量丙酸的分解能力。当厌氧反应器运行过程中出现一定范围内的丙酸浓度升高时，过量丙酸可以被迅速降解，从而避免大量丙酸积累造成“酸败”，提高厌氧反应器的运行稳定性。
一种提高厌氧反应器运行稳定性的方法，包括：
1、在厌氧反应器内按照0.5KgMLVSS/m3的投加量接种厌氧反应器剩余污泥或者按照0.8KgMLVSS/m3的投加量接种城市生活污水处理厂经过厌氧消化处理的剩余污泥，控制进入厌氧反应器内化学需氧量(COD)的容积负荷在0.5～0.6kg/m3d，保持***稳定运行10天以上；
2、将进水COD容积负荷从0.6kg/m3d逐步提高到1.5kg/m3d，在此阶段向进水中添加外源丙酸浓度达到0.40mmol/L，当COD容积负荷达到1.5kg/m3d后稳定运行10天；
3、将进水COD容积负荷从1.5kg/m3d提高到3.5kg/m3d，在此阶段向进水中添加外源丙酸浓度达到0.85mmol/L，同时向厌氧反应器内补充氯化镍(NiCl2)确保反应器内混合液的镍离子(Ni2+)浓度达到0.08～0.55mg/L之间；当COD容积负荷达到3.5kg/m3d后稳定运行10天；
4、将进水COD容积负荷从3.5kg/m3d逐步提高到反应器设计的最终运行负荷，在此阶段向进水中人为添加浓度达到1.10mmol/L的丙酸，同时向厌氧反应器内补充氯化镍(NiCl2)确保反应器内混合液的镍离子(Ni2+)浓度达到0.08～0.30mg/L之间；
5、当COD容积负荷达到反应器最终运行负荷并稳定运行15天后，停止在进水中添加外源丙酸和镍离子，厌氧污泥驯化过程结束，厌氧反应器处于正常运行状态连续运行。
有益效果
本发明主要是从提高厌氧污泥对丙酸的转化速率方面来防止丙酸积累的发生。我们通过长期研究发现，通过在最初厌氧污泥驯化过程中人为添加一定浓度的丙酸，能够提高厌氧污泥中产甲烷细菌对H2的利用速率从而降低反应器中H2的浓度，而H2浓度的降低能够大大加速厌氧污泥中丙酸氧化细菌对丙酸的分解速度，从而能够防止厌氧反应器中丙酸积累的发生，提高厌氧反应器的运行稳定性。本发明的添加外源丙酸驯化厌氧污泥的方法，可以提高厌氧污泥对丙酸的分解能力，经过丙酸驯化后的厌氧反应器和常规条件下启动的厌氧反应器相比，运行稳定性明显提高。
1、试验结果表明，经过丙酸驯化后的厌氧污泥对丙酸的耐受能力和分解能力都明显提高(图1、图2)。
在经过丙酸驯化后的厌氧污泥和对照厌氧污泥(未投加丙酸，以常规方式驯化)中分别投加浓度为2.0、4.0、8.0、12.0mmol/L的丙酸，比较他们对不同浓度丙酸冲击的耐受能力和降解情况，研究结果如图1和图2所示：经过丙酸驯化的厌氧污泥受到高浓度丙酸冲击后表现出很强的丙酸降解能力，对于初始浓度为4.0mmol/L的丙酸冲击，6小时后剩余丙酸浓度已经降至0.94mmol/L，而作为对照的反应器需要经过12小时才达到相同的水平；对于初始浓度为8.0mmol/L和12.0mmol/L的丙酸冲击，经过丙酸驯化的厌氧污泥分别在10小时和16小时的降解后使剩余丙酸浓度小于1.0mmol/L，而对照反应器则表现出严重的丙酸抑制，16小时内丙酸浓度没有明显的下降。
2、丙酸驯化后的厌氧反应器运行稳定性明显提高：
我们将经过丙酸驯化后的厌氧反应器和对照反应器维持相同的运行工艺条件(进水COD浓度、温度、进水pH、氧化还原电位等)，连续运行60天，每隔2天取样一次，测定反应器中的丙酸浓度变化，结果如图3。
从实验结果可以看出，在相同的运行工艺条件下连续运行60天，作为对照的未经过丙酸驯化的反应器丙酸浓度波动范围在0.32～3.04mmol/L之间，平均丙酸浓度为1.392mmol/L；而经过丙酸驯化的厌氧反应器丙酸浓度变化范围在0.21～1.12mmol/L之间，平均丙酸浓度0.557mmol/L，无论是丙酸浓度数值还是浓度波动幅度均明显低于对照反应器，表现出良好的运行稳定性。
四、附图说明
图1、经过丙酸驯化的厌氧污泥对丙酸的降解情况
图2、常规方式驯化的厌氧污泥(对照)对丙酸的降解情况
图3、连续运行条件下反应器内丙酸浓度的变化
五、具体实施方式
以下叙述本发明的具体实施过程。
对于一个新建成的厌氧反应器，在反应器内按照0.5KgMLVSS/m3的投加量接种其它厌氧反应器剩余污泥(也可以按照0.SKgMLVSS/m3的投加量接种城市生活污水处理厂经过厌氧消化处理的剩余污泥)，然后控制进水COD容积负荷在0.5～0.6kg/m3d连续运行，当厌氧反应器内开始连续稳定产生沼气，整个厌氧反应器的COD去除率稳定达到75％以上，可以认为厌氧反应器在该负荷水平上达到稳定运行，保持这种状态继续运行10天以上，进入后面的负荷提升阶段；
在原来容积负荷0.6kg/m3d的水平上逐步提高负荷到1.5kg/m3.d，在此阶段向进水中添加外源丙酸浓度达到0.40mmol/L，当COD容积负荷达到1.5kg/m3.d并且出水COD去除率稳定达到70％以上，可以认为厌氧反应器在该负荷水平上达到稳定运行，保持这种状态继续运行10天以上，进入后面的负荷提升阶段；
将进水COD容积负荷从1.5kg/m3.d水平上逐步提高到3.5kg/m3.d，在此阶段向进水中添加外源丙酸浓度达到0.85mmol/L，同时向厌氧反应器内补充氯化镍(NiCl2)确保反应器内混合液的镍离子(Ni2+)浓度达到0.08～0.55mg/L之间；当COD容积负荷达到3.5kg/m3.d并且出水COD去除率稳定达到70％以上，可以认为厌氧反应器在该负荷水平上达到稳定运行，保持这种状态继续运行10天以上，进入后面的负荷提升阶段；
将进水COD容积负荷从3.5kg/m3.d逐步提高到反应器设计的最终运行负荷，在此阶段向进水中添加外源丙酸浓度达到1.10mmol/L，同时向厌氧反应器内补充氯化镍(NiCl2)确保反应器内混合液的镍离子(Ni2+)浓度达到0.08～0.30mg/L之间；当COD容积负荷达到反应器最终运行负荷并且出水COD去除率稳定达到设计要求，可以认为厌氧反应器最终达到稳定运行，保持这种状态继续稳定运行15天后，停止在进水中添加外源丙酸和镍离子，厌氧污泥驯化过程结束，厌氧反应器处于正常运行状态连续运行。
通过这种方式驯化的厌氧污泥对丙酸的耐受能力和降解能力大大提高(图1、图2)，整个厌氧反应器在应对进水负荷冲击和工艺条件波动的稳定性明显增加(图3)。

Claims (1)

1、一种提高厌氧反应器运行稳定性的方法，包括：
1)在厌氧反应器内按0.5KgMLVSS/m3的投加量接种厌氧反应器剩余污泥或按照0.8KgMLVSS/m3的投加量接种城市生活污水处理厂经过厌氧消化处理的剩余污泥，控制进入厌氧反应器内化学需氧量COD的容积负荷在0.5～0.6kg/m3d，保持***稳定运行10天以上；
2)将进水COD容积负荷从0.6kg/m3d提高到1.5kg/m3d，在此阶段向进水中添加外源丙酸浓度达到0.40mmol丙酸/L，当COD容积负荷达到1.5kg/m3d后稳定运行10天；
3)将进水COD容积负荷从1.5kg/m3d逐步提高到3.5kg/m3d，在此阶段向进水中添加外源丙酸浓度达到0.85mmol/L，同时向厌氧反应器内补充氯化镍(NiCl2)确保反应器内混合液的镍离子(Ni2+)浓度达到0.08～0.55mg/L之间；当COD容积负荷达到3.5kg/m3d后稳定运行10天；
4)将进水COD容积负荷从3.5kg/m3d逐步提高到反应器设计的最终运行负荷，在此阶段向进水中添加浓度达到1.10mmol/L的丙酸，同时向厌氧反应器内补充氯化镍(NiCl2)确保反应器内混合液的镍离子(Ni2+)浓度达到0.08～0.30mg/L之间；
5)当COD容积负荷达到反应器最终运行负荷并稳定运行15天后，停止在进水中添加外源丙酸和镍离子，厌氧污泥驯化过程结束，厌氧反应器处于正常运行状态连续运行。
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