申请日2012.05.07
公开(公告)日2012.10.03
IPC分类号C02F103/28; C02F3/28
摘要
本发明公开了一种含有膨润土和阳离子型聚丙烯酰胺的IC反应器中培养颗粒化污泥的试剂，以及在IC反应器中培养颗粒化污泥的方法。根据本发明的方法，能够根本上解决厌氧颗粒污泥絮状化或者不影响系统的水力剪切力的IC反应器快速培养颗粒化污泥，并且具有运行成本低的优势。
权利要求书
1.一种IC反应器中培养颗粒化污泥的试剂，其特征在于含有膨润土和阳离子型 聚丙烯酰胺，其中膨润土和阳离子型聚丙烯酰胺的重量比介于10-25：1之间。
2.制备权利要求1的试剂的方法，其特征在于将膨润土干粉加水配制为浆状， 将阳离子型聚丙烯酰胺干粉配制为水溶液，然后将两者混合。
3.IC反应器中培养颗粒化污泥的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.配制浆状膨润土和阳离子型聚丙烯酰胺水溶液：将膨润土干粉加水配制 为浆状，将阳离子型聚丙烯酰胺干粉配制为水溶液;其中每立方米IC反应器有 效容积中加入0.2-0.8kg膨润土干粉，0.01kg-0.06kg阳离子型聚丙烯酰胺干 粉，任选的包括浆状膨润土和阳离子型聚丙烯酰胺水溶液的混合步骤;
b.利用IC反应器进泥泵将步骤a中配制的浆状膨润土和阳离子型聚丙烯酰 胺水溶液依次或同时或者预混合之后打入IC反应器中;
c.加完后，IC反应器停止进水0.2-2.0小时;
d.恢复进水，运行1-3周，使絮状污泥成型为颗粒污泥。
4.根据权利要求3所述的IC反应器快速培养颗粒化污泥的方法，其特征在于： 在步骤d中，恢复进水后，优选将进水的预酸化度控制为40%-45%之间，从 IC反应器进泥口处投加浆状活性炭。
5.根据权利要求3或4所述的IC反应器快速培养颗粒化污泥的方法，其特征在 于：所述进水先经初沉池沉淀，并经过以下步骤再进入IC反应器：
①在初沉池进水管上和/或出水管上，投加无机絮凝剂和/或有机高分子絮 凝剂，所述的无极絮凝剂优选是铁系高分子絮凝剂，所述的铁系高分子优选是 聚合氯化铁);
②去除废水中的泥沙类惰性固体。
6.根据权利要求5所述的IC反应器快速培养颗粒化污泥的方法，其特征在于： 所述步骤d中，控制COD的进入量，使IC反应器出水中挥发性脂肪酸(VFA) 浓度小于5.0meq/L。
7.根据权利要求5所述的IC反应器快速培养颗粒化污泥的方法，其特征在于： 所述步骤d中，控制营养盐尿素和磷酸的量，使IC出水中氨氮含量(NH3-N) 控制在30mg/L以下，总磷控制在3.0mg/L以下。
8.根据权利要求5所述的IC反应器快速培养颗粒化污泥的方法，其特征在于： 所述步骤d中，通过加入石灰粉，将IC反应器的进水中钙浓度控制为 200-600mg/L之间。
9.根据权利要求5所述的IC反应器快速培养颗粒化污泥的方法，其特征在于： 所述步骤d中，IC反应器的进水中硫酸盐浓度控制在400mg/L以下。
10.根据权利要求5所述的IC反应器快速培养颗粒化污泥的方法，其特征在 于：所述步骤d中，通过加入pH调节剂，使得IC反应器进水PH值控制在 6.5-7.5，出水PH值大于6.8。
11.根据权利要求5所述的IC反应器快速培养颗粒化污泥的方法，其特征在 于：IC反应器进水的预酸化度控制为40%-45%。
说明书
IC反应器快速培养颗粒化污泥的试剂和方法
技术领域
本发明涉及废纸制浆造纸行业的废水处理，尤其涉及IC反应器快速培养颗粒化污泥的试剂和方法。
背景技术
IC反应器是内循环高效厌氧反应器，其具有容积负荷高、节省投资和占地面积、抗冲击负荷能力强、抗低温能力强、缓冲pH值的能力、内部自动循环等优势，较多的应用于利用各类废纸作原料的造纸企业。
IC反应器由5个基本部分组成：混合区、第一反应室、内循环系统、第二反应室和出水区，其中内循环系统是核心构造，由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管组成。其工作原理为：废水通过布水系统进入反应器内，在混合区与上部返回的泥水混合液、底部颗粒污泥充分混合;在进水与循环水的共同推动下，废水和颗粒污泥混合物进入第一反应室，由于回流的影响，在此产生较大上升流速，此时污泥处于膨胀流化状态，废水和污泥之间产生强烈而有效的接触，有机物质在此尽可能多的被分解，同时产生大量的沼气;沼气被一级三相分离器收集进入沼气提升管，气体携带着泥水混合物快速上升，经气液分离器分离后排出，剩余的泥水混合物经泥水下降管向下流入混合区，由此形成内循环;经第一反应室处理后的废水除一部分参与内循环外，其余污水通过一级三相分离器进入第二反应室的污泥床进行剩余COD的降解过程，废水在此得到有效处理并避免污泥流失;经第一、二反应室处理的污水经溢流堰由出水管导出，进入后续处理工艺。
IC反应器的运行稳定性和高效能很大程度上取决于能否培养出沉降性能好和产甲烷活性强的厌氧颗粒污泥。如果IC反应器内的污泥以松散的絮状体存在或生物活性较差，则易出现污泥流失，有机负荷低、处理效果差等问题。
针对IC反应器运行中出现厌氧颗粒污泥破碎成絮体状、生物膜消失、产 甲烷菌被洗出、跑泥等问题，目前的解决办法是：向IC反应器中注入新的颗粒污泥，同时降低进水量，维持污泥量保证反应器的正常运行。但是，这样做法存在以下问题：
①厌氧颗粒污泥价格较高，目前市价为1500元/吨，运行成本高;
②不能从根本上解决问题，内部运行环境得不到改善，污泥解絮的问题仍然存在，需要不断补泥;
③降低进水量，即降低废水的上升流速，影响系统的水力剪切力的形成，不利于厌氧颗粒污泥的形成，将造成更多的污泥流失。
发明内容
本发明一方面提供一种IC反应器中培养颗粒化污泥的试剂以及该试剂在IC反应器中培养颗粒化污泥的应用。另一方面，本发明还提供一种在IC反应器中培养颗粒化污泥的方法，优选的，本发明提供了一种运行成本低、根本上解决厌氧颗粒污泥絮状化或者不影响系统的水力剪切力的IC反应器快速培养颗粒化污泥的方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
IC反应器快速培养颗粒化污泥的方法，包括以下步骤：
a.配制浆状膨润土和阳离子型聚丙烯酰胺水溶液：先根据IC反应器的容积确定膨润土干粉和阳离子型聚丙烯酰胺干粉的重量，每立方米容积需0.4-0.5kg膨润土干粉，每立方米容积需0.02kg阳离子型聚丙烯酰胺干粉;再将膨润土干粉加水配制为浓度为2%的浆状，将阳离子型聚丙烯酰胺干粉配制为浓度为0.1%的水溶液;
b.在IC反应器进料泵进泥管的管道上，用高压螺杆泵，加入步骤a中配制的浆状膨润土和阳离子型聚丙烯酰胺水溶液;
c.加完后，IC反应器停止进水0.5-1.0小时，使絮凝污泥沉淀;
d.恢复进水，运行10天，使絮状污泥成型为颗粒污泥。
膨润土的特征成份是蒙脱石，聚丙烯酰胺的酰胺基与蒙脱石可生成氢键， 起到吸附和架桥作用，从而使膨润土、污泥和细菌聚集成直径5-10mm的絮凝团，成为颗粒污泥生长核心。絮凝团丝状菌网络内菌体继续生长，使其成为密实的近似为球形的颗粒污泥。
如IC反应器总容积是800m3，膨润土干粉总用量为0.4×800×2%=6.4kg，浆状膨润土320kg;阳离子型聚丙烯酰胺干粉总用量为0.02×800=16kg，阳离子型聚丙烯酰胺水溶液16000kg。按10小时将所有药剂加完计算，则每小时投加量为1523kg(约1500L/h)。
作为优选，在步骤d中，恢复进水后，从IC反应器进泥口处投加按以下步骤配比的浆状活性炭：先根据IC反应器的设计污泥量确定活性炭干粉的重量，每立方米的设计污泥量需10kg活性炭干粉;再将活性炭干粉加水配制为浓度为1%的浆状。
活性炭能强化颗粒化过程，活性炭的添加提高了生物吸附从而刺激颗粒污泥的形成和对吸附污染物以固定状态降低的能力。通过添加活性炭可使污泥中微生物的浓度更高，提高单位容积去除COD的能力。通过添加粉末状活性炭(PAC)或颗粒状活性炭(GAC)强化的颗粒化进程归因于丝状菌与活性炭表面有更好的附着，不易被剪切水流冲散和脱落。活性炭可用煤质活性炭，当然木质碳更好。
作为优选，所述进水先经初沉池沉淀，并经过以下步骤再进入IC反应器：
①在初沉池的进水口、进水泵的进水管上和出水管上，投加铁系高分子无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂;
②去除废水中的泥沙类惰性固体。
因为污水中高浓度絮凝性差的悬浮物质对于颗粒污泥的形成是有害的，并且高浓度分散惰性固体，如泥沙，对于颗粒化过程也是不利的。因为在这种情况下，对于细菌用于生长的表面积太大，聚集生长受到限制。颗粒化完全取决于细菌生长，所以生长缓慢导致了颗粒化过程减缓，另外在高组份细小分散悬浮固体的污水中，细菌附着在分散颗粒上会导致活的细菌流失。
可增加两套溶药、计量自动投药装置，便于絮凝剂按时按量的添加。
上述絮凝剂的添加，可达到SCOD去除率>30%，SS去除率>90%，出水SS<180mg/L的效果。
加强进水中除砂工作，如集水井内除砂抓斗要定期运行，尽量减少如泥砂等惰性固体进入IC反应器，阻碍细菌聚集生长，和避免水力剪切引起已长成生物膜颗粒物脱膜或污泥颗粒破碎。
根据选择压理论，厌氧反应器中颗粒化过程的本质是反应器中存在污泥颗粒的连续选择过程。
在高选择压条件下，轻的和分散的污泥被洗出而较重的组分保持在反应器中。从而使细小分散的污泥生长最小化，细菌生长主要局限在有限数量由惰性有机和无机载体的质或种泥中存在的小的细菌聚集体组成的生长核心。这些生长核心的粒径增加直至达到颗粒污泥和生物膜部分产生脱落的特定的最大尺寸，形成新生长核，如此反复。污泥颗粒和污泥数量不断增大，而在颗粒化初始阶段出现的丝状颗粒随着时间的延长变得更加紧密。
在低选择压条件下，主要是分散微生物的生长，这产生膨胀型污泥。当这些微生物不附着在固体支撑颗粒上生长时，形成沉降性能很差的松散丝状缠绕结构，而且沼气气泡附着在这些松散缠绕的丝状菌上时，污泥甚至有上浮的趋势。
在运行实践中发现，在厌氧生物反应器中，因气体流动或液体流动和颗粒间碰撞引起的脱膜力是影响厌氧颗粒污泥的形成、生物结构及其颗粒稳定性的关键。在一个生物膜系统中高的水力剪切力能够产生比较结实的生物膜;而剪切力比较弱的时候，生物膜容易成为一个异质多孔和比较脆弱的生物膜。从IC反应器底部排出的类似砂的破碎的异质多孔颗粒分析也证明了这一点。
从以上两点分析，厌氧反应器中的液体上升流速对污泥颗粒化的过程具有显著影响，因此如何控制反应器中水力剪切力来加速污泥颗粒化成了一个关键技术。
通过水力剪切力作用使絮状厌氧污泥能够在非常短的时间内，不到8小时，而被转化为活性相对比较好的厌氧颗粒污泥。
一般IC厌氧反应器，空塔设计液体上升流速为：980m3/h÷123m2=7.97m/h，约在8m/h，水力停留时间(HRT)≤3小时，容积负荷为17.2kgSCOD/m3*d。d指天。容积负荷是设计时供应商提供的。
作为优选，所述步骤d中，IC反应器按设计进水量运行，使液体上升流速和停留时间调整为设计参数。
核对IC反应器设计液体上升流速和水力停留时间，对照目前实际运行工况，调整到设计参数。如设计IC反应器进水量是250m3/h，现在只控制在200m3/h，则应提高到250m3/h。
作为优选，所述步骤d中，按照以下步骤使IC反应器出水中挥发性脂肪酸(VFA)浓度小于5.0meq/L：
调整容积负荷和污泥负荷，即降低IC反应器进水浓度。因为反应器内颗粒污泥的形成影响最大的因素除液体上升流速(即表面水力负荷)外，还和进水的基质浓度及表面产气负荷有关。
IC反应器用于废纸造纸废水，设计进水浓度SCOD均在2000mg/L。根据实测塔内污泥浓度，计算出污泥负荷，再调整每天该进多少公斤COD量，折算成多少浓度下每天进水量，再根据每天的产气量，计算出表面负荷增长提高情况，逐步提高日处理量(实际处理量)。控制有机负荷，从而降低IC出水VFA，使VFA控制在<5.0meq/L浓度范围内。
作为优选，所述步骤d中，IC出水中氨氮含量(NH3-N)控制在25mg/L，总磷(TP)控制在2.0mg/L。
适当提高N、P营养比，根据实验IC出水中氨氮含量NH3-N可控制在25mg/L左右，总磷TP则控制在2.0mg/L左右，这样有利于颗粒污泥的快速生长。
作为优选，所述步骤d中，IC反应器的进水中钙浓度控制为40-100mg/L，若达不到该浓度，需投加石灰粉来补充。
测定IC进水中钙浓度，对于污泥最佳的颗粒化来水，要污水中最少有300mg/L的钙，如测定下来达不到该浓度，则需投加石灰粉，即氢氧化钙，来补充。实验证实在水中有300-400mg/L的钙离子有助于污泥的颗粒化。
作为优选，所述步骤d中，IC反应器的进水中硫酸盐浓度控制在400mg/L以下。
如废水中SO4-2浓度>400mg/L，需降低硫酸盐浓度。硫酸盐经厌氧菌作用后还原的产物硫化氢H2S对产甲烷菌具有毒性。而且当硫酸盐浓度过高时，高渗透压会对微生物有害。所以除了在初沉进水中，投加铁盐絮凝剂时一部分铁和硫生成黑色硫化铁不溶物而沉淀，应降低硫酸盐浓度。
作为优选，所述步骤d中，IC反应器的废气洗涤塔中，加入足够的氢氧化钠溶液。
为了减少H2S对微生物的危害，还应在废气洗涤塔中，有足够的NaOH溶液，使之与废气中的H2S生成Na2S，防止产生恶臭和改善空气环境。
作为优选，所述步骤d中，IC反应器进水PH值控制在6.5-7.5，出水PH值大于6.8。
产甲烷菌最佳的生长pH范围为6.5-7.5，IC进水pH保持在6.5以上，出水pH>6.8。
作为优选，IC反应器进水的预酸化度控制为40%-45%。
因为酸化菌的生长速度比产甲烷菌快速，若产酸反应大部分在反应器外进行，那么废水进入IC反应器后就开始发生产气产甲烷反应，产甲烷菌较产酸菌占优，而厌氧颗粒污泥是以产甲烷菌为核的，这样就可以加快厌氧颗粒污泥的形成。同时，沼气产量就会越多，污泥产量也就越高。
按照本发明的技术方案，通过投加膨润土和聚丙烯酰胺，在短短10天内可使絮状污泥成型，并在一定的工艺条件下，形成颗粒污泥。
本发明的主要特点是：
(1)采用本方法可在短时间内(1-2周)，使污泥颗粒化和快速增长。
(2)膨润土的特征成份是蒙脱石，聚丙烯酰胺的酰胺基与蒙脱石可生成氢键，起到吸附和架桥作用，从而使膨润土、污泥和细菌聚集成直径5-10mm的絮凝团，成为颗粒污泥生长核心。絮凝团丝状菌网络内菌体继续生长，使其成为密实的近似为球形的颗粒污泥。
(3)通过控制IC反应器中的气体流动或液体流动和颗粒间碰撞引起的脱膜力加速厌氧颗粒污泥的形成，使得反应器中呈絮状的污泥生长最小化，成为有限数量由惰性有机和无机载体的质或种泥中存在的小的细菌聚集体组成的生长核心。这些生长核心的粒径增加直至达到颗粒污泥和生物膜部分产生脱落的特定的最大尺寸，形成新生长核，如此反复。污泥颗粒和污泥数量不断增大，而在颗粒化初始阶段出现的丝状颗粒随着时间的延长变得更加紧密。通过水力剪切力作用使絮状厌氧污泥能够在非常短的时间内(不到8小时)，而被转化为活性相对比较好的厌氧颗粒污泥。
(4)提高进水的预酸化度，因为酸化菌的生长速度比产甲烷菌快速，若产酸反应大部分在反应器外进行，那么废水进入IC反应器后就开始发生产气产甲烷反应，产甲烷菌较产酸菌占优，而厌氧颗粒污泥是以产甲烷菌为核的，这样就可以加快厌氧颗粒污泥的形成。同时，沼气产量就会越多，污泥产量也就越高。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述：
实施例1
IC反应器快速培养颗粒化污泥的方法，包括以下步骤：
a.配制浆状膨润土和阳离子型聚丙烯酰胺水溶液：IC反应器总容积是800m3，膨润土干粉总用量为0.4×800×2%=6.4kg，浆状膨润土320kg;阳离子型聚丙烯酰胺干粉总用量为0.02×800=16kg，阳离子型聚丙烯酰胺水溶液16000kg;
b.在IC反应器进料泵进泥管的管道上，用高压螺杆泵，加入步骤a中配 制的浆状膨润土和阳离子型聚丙烯酰胺水溶液;
c.加完后，IC反应器停止进水0.8小时，使絮凝污泥沉淀;
d.恢复进水，运行10天，使絮状污泥成型为颗粒污泥。
在步骤d中，恢复进水后，从IC反应器进泥口处投加按以下步骤配比的浆状活性炭：IC反应器的设计污泥量为a，活性炭干粉总用量为10×a×1%=bkg。
所述进水先经初沉池沉淀，并经过以下步骤再进入IC反应器：
①在初沉池的进水口、进水泵的进水管上和出水管上，投加铁系高分子无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂;
②去除废水中的泥沙类惰性固体。
所述步骤d中，IC反应器运行工艺参数如下表：
经过15天左右的运行，颗粒污泥量从500t上升至650t，絮体污泥大量减少，COD去除率达到60%，产气率提高至0.38。
通过实施该措施可以快速的缓解IC反应器出水跑泥，实现絮体污泥颗粒化的目的。
在此之前仅靠降低IC反应器的进水负荷COD来对颗粒污泥进行培养，絮体污泥颗粒化缓慢，运行十天后，污泥量上升约10%，COD去除率低于50%，最后只能靠补泥来对IC反应器的处理效率进行恢复。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
法律状态详细>>
20121003公开20121128实质审查的生效20131106著录事项变更20131127授权引证
无引证文献数据
同族详细>>
CN102701440B
