申请日2012.12.10
公开(公告)日2013.03.20
IPC分类号C02F1/42; C02F3/28
摘要
一种处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法及其装置，其特征是，首先将失活的阳离子交换树脂用质量浓度为3%~5%的氢氧化钠溶液完全浸泡5~6小时，浸泡后的离子交换树脂用蒸馏水洗至中性，然后用质量浓度为5%盐酸将中性离子交换树脂完全浸泡5~6，完成强酸型阳离子交换树脂再生。厌氧培养装置在加入稀释的养猪废水前投入再生完成的强酸型阳离子交换树脂，通过控制厌氧培养装置内的温度、碱度及pH值等，逐渐提高进水浓度，减少水力停留时间等手段，当厌氧培养装置出水化学需氧量COD去除率在80~90%时，获得沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。其培养出的菌种性能稳定，厌氧颗粒污泥成熟快、活性高，培养周期短。其装置结构合理，便于操作。
权利要求书
1.一种处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法，其特征是，它包括以下步骤：
(1)强酸型阳离子交换树脂再生
取失活的阳离子交换树脂，完全浸泡在氢氧化钠溶液中5~6小时，所述失活的阳离子交换树脂体积与氢氧化钠溶液体积比为1~1.3:100，氢氧化钠溶液质量浓度为3%~5%，失活的阳离子交换树脂经氢氧化钠浸泡后，在氢氧化钠溶液储罐中沉降到底部分离并且进入蒸馏水储罐中，蒸馏水将经氢氧化钠溶液浸泡后的阳离子交换树脂洗至中性，所述中性离子交换树脂体积与蒸馏水体积比为1~1.3:100;中性离子交换树脂在蒸馏水罐中沉降到底部分离并且进入盐酸储罐中，用盐酸将中性离子交换树脂浸没5~6小时，将中性离子交换树脂转型成强酸型阳离子交换树脂，完成失活的阳离子交换树脂向强酸型阳离子交换树脂的再生过程，所述强酸型阳离子交换树脂体积与盐酸体积之比为1~1.3:100，盐酸质量浓度为5%;完成再生过程的强酸型阳离子交换树脂在盐酸储罐底部分离并且进入完成再生的离子交换树脂储罐中，通过调节储罐底部控制阀门，将完成再生的强酸型阳离子交换树脂输入厌氧培养装置底部，所述完成再生的强酸型阳离子交换树脂与厌氧培养装置体积比为0.125~0.25:100;
(2)厌氧颗粒污泥 培养
进水恒温控制器控制厌氧培养装置内温度在30~35℃，pH值为7，进水碱度为1000毫克每升，基于国家标准GB11914-89中重铬酸钾法测定COD，测出养猪废水初始COD浓度为5000~6000毫克每升，将初始的养猪废水稀释至COD值为500~1200毫克每升，所述稀释的养猪废水按初始养猪废水和蒸馏水体积比1:4~9稀释;将稀释后的养猪废水注入厌氧培养装置中，对厌氧培养装置中接种污泥进行水力停留时间为12~14小时的初期静态驯化，使之更好的适应养猪废水水质，当厌氧培养装置中猪废水COD去除率达到80%~90%时，接种污泥驯化结束，所述接种污泥体积与厌氧培养装置体积比为1：10~12;厌氧颗粒污泥形成过程中，厌氧培养装置底部污泥逐渐出现粒径较小的粒状污泥，形成的污泥床层占培养装置容积的四分之一，颗粒污泥形成阶段采用分流式、梯度提高进水浓度，厌氧培养装置进水COD浓度控制在700~1700毫克每升之间，逐步提高水力负荷，降低水力停留时间保持在6~8小时，当测定厌氧培养装置出水COD浓度降低至70~340毫克每升之间时，即出水COD去除率达到80%~90%时，厌氧颗粒污泥形成阶段结束;厌氧颗粒污泥成熟过程中，厌氧培养装置内污泥床层中出现了大的颗粒状污泥，颗粒污泥粒径在3~5毫米之间，污泥床层变厚，占培养装置容积三分之一，厌氧颗粒污泥成熟阶段养猪废水进水COD值稳定在900~2200毫克每升，当厌氧培养装置中出水COD去除率达到80%~90%时，厌氧颗粒污泥培养完成;所述培养厌氧颗粒污泥的三个过程，即污泥初期静态驯化过程、厌氧颗粒污泥形成过程和厌氧颗粒污泥成熟过程，均向厌氧培养装置中加入完成再生的强酸型离子交换树脂，投加完成再生的强酸型阳离子交换树脂体积与厌氧培养装置体积比为0.125~0.25:100。
2.根据权利要求1所述的处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法，其特征是，所述步骤(1)的完成再生的强酸型阳离子交换树脂粒径为0.315~1.250毫米。
3. 根据权利要求1所述的处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法，其特征是，所述步骤(1)的完成再生的强酸型阳离子交换树脂与厌氧培养装置体积比为0.2:100。
4. 根据权利要求1所述的处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法，其特征是，所述步骤(1)的失活的阳离子交换树脂体积与氢氧化钠体积之比为1:100。
5. 根据权利要求1所述的处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法，其特征是，所述步骤(1)的中性离子交换树脂体积与蒸馏水之比为1:100。
6. 根据权利要求1所述的处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法，其特征是，所述步骤(1)的强酸型阳离子交换树脂体积与盐酸体积之比为1:100。
7. 根据权利要求1所述的处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法，其特征是，所述步骤(2)的水力停留时间为7小时。
8. 根据权利要求1所述的处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法，其特征是，所述步骤(2)的养猪废水进水浓度提高梯度按公式C =1.35n·Cs，其中n表示培养过程中进水浓度提高次数，Cs(毫克每升)表示稀释后养猪废水浓度，C(毫克每升)表示培养过程中进水浓度。
9. 根据权利要求1所述的处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法，其特征是，所述步骤(2)的接种污泥体积与厌氧培养装置体积比为1：10。
10. 一种处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养装置，其特征是，它包括：氢氧化钠储罐底部与蒸馏水储罐顶部通过管路连接，蒸馏水储罐底部与盐酸储罐顶部通过管路连接，盐酸储罐底部与完成再生的强酸型阳离子交换树脂储罐顶部通过管路连接，完成再生的强酸型阳离子交换树脂储罐底部与厌氧培养装置顶部通过管路连接，在管路上均设有分离阀，完成再生的强酸型阳离子交换树脂储罐底部出口管路接入厌氧培养装置底部;功能水箱中储有养猪废水，在功能水箱内设置的潜水泵通过管路与进水水箱连通，功能水箱外部与恒温控制装置连接;在进水水箱侧壁的上、下端设有使进水水箱内的水循环的管路，在管路上设有底部控制阀和顶部控制阀，在底部控制阀与顶部控制阀之间的管路上设有离心泵，进水水箱外部与恒温控制装置连接，进水水箱底部的出水管路与数个厌氧培养装置底部的进水管路连接，厌氧培养装置顶部设有出水管路。
说明书
处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法及其装置
技术领域
本发明属于废水生物处理技术领域，是一种处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法及其装置。
背景技术
厌氧废水处理可作为环境保护、能源回收与良好生态循环结合起来的综合系统的核心技术，但是厌氧反应器中微生物对有毒物质较为敏感，反应器内颗粒污泥活性易受到外界影响而失去活性，导致反应器处理废水效果下降。因此，培养出较好的厌氧颗粒污泥是提高厌氧反应器处理效果的关键。厌氧颗粒污泥中能够参与分解复杂有机物、生成甲烷的微生物菌群包括水解发酵菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌。这些功能菌群在厌氧颗粒污泥内生长、繁殖，各种细菌互营互生，菌丝交错相互结合，形成复杂的菌群结构，同时也增加了微生物组成鉴定的复杂性。中国发明公开(公告)号：CN102557248A公开了“一种厌氧颗粒污泥快速培养的方法”，它通过向厌氧反应器中投加阳离子聚丙烯酰胺可以使破碎的颗粒污泥再次快速形成厌氧颗粒污泥，该方法的不足之处是，需要向厌氧反应器中添加微生物絮凝剂，外界环境对颗粒污泥活性影响大，且技术要求较高，不便于操作。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术之不足，提供一种处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法，其培养出的菌种性能稳定，厌氧颗粒污泥成熟快、活性高，培养周期短。并提供结构合理，便于操作、易掌握的处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养装置。
一种处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养方法，其特征是，它包括以下步骤：
(1)强酸型阳离子交换树脂再生
取失活的阳离子交换树脂，完全浸泡在氢氧化钠溶液中5~6小时，所述失活的阳离子交换树脂体积与氢氧化钠溶液体积比为1~1.3:100，氢氧化钠溶液质量浓度为3%~5%，失活的阳离子交换树脂经氢氧化钠浸泡后，在氢氧化钠溶液储罐中沉降到底部分离并且进入蒸馏水储罐中，蒸馏水将经氢氧化钠溶液浸泡后的阳离子交换树脂洗至中性，所述中性离子交换树脂体积与蒸馏水体积比为1~1.3:100;中性离子交换树脂在蒸馏水罐中沉降到底部分离并且进入盐酸储罐中，用盐酸将中性离子交换树脂浸没5~6小时，将中性离子交换树脂转型成强酸型阳离子交换树脂，完成失活的阳离子交换树脂向强酸型阳离子交换树脂的再生过程，所述强酸型阳离子交换树脂体积与盐酸体积之比为1~1.3:100，盐酸质量浓度为5%;完成再生过程的强酸型阳离子交换树脂在盐酸储罐底部分离并且进入完成再生的离子交换树脂储罐中，通过调节储罐底部控制阀门，将完成再生的强酸型阳离子交换树脂输入厌氧培养装置底部，所述完成再生的强酸型阳离子交换树脂与厌氧培养装置体积比为0.125~0.25:100;
(2)厌氧颗粒污泥培养
进水恒温控制器控制厌氧培养装置内温度在30~35℃，pH值为7，进水碱度为1000毫克每升，基于国家标准GB11914-89中重铬酸钾法测定COD，测出养猪废水初始COD浓度为5000~6000毫克每升，将初始的养猪废水稀释至COD值为500~1200毫克每升，所述稀释的养猪废水按初始养猪废水和蒸馏水体积比1:4~9稀释;将稀释后的养猪废水注入厌氧培养装置中，对厌氧培养装置中接种污泥进行水力停留时间为12~14小时的初期静态驯化，使之更好的适应养猪废水水质，当厌氧培养装置中猪废水COD去除率达到80%~90%时，接种污泥驯化结束，所述接种污泥体积与厌氧培养装置体积比为1：10~12;厌氧颗粒污泥形成过程中，厌氧培养装置底部污泥逐渐出现粒径较小的粒状污泥，形成的污泥床层占培养装置容积的四分之一，颗粒污泥形成阶段采用分流式、梯度提高进水浓度，厌氧培养装置进水COD浓度控制在700~1700毫克每升之间，逐步提高水力负荷，降低水力停留时间保持在6~8小时，当测定厌氧培养装置出水COD浓度降低至70~340毫克每升之间时，即出水COD去除率达到80%~90%时，厌氧颗粒污泥形成阶段结束;厌氧颗粒污泥成熟过程中，厌氧培养装置内污泥床层中出现了大的颗粒状污泥，颗粒污泥粒径在3~5毫米之间，污泥床层变厚，占培养装置容积三分之一，厌氧颗粒污泥成熟阶段养猪废水进水COD值稳定在900~2200毫克每升，当厌氧培养装置中出水COD去除率达到80%~90%时，厌氧颗粒污泥培养完成;所述培养厌氧颗粒污泥的三个过程，即污泥初期静态驯化过程、厌氧颗粒污泥形成过程和厌氧颗粒污泥成熟过程，均向厌氧培养装置中加入完成再生的强酸型离子交换树脂，投加完成再生的强酸型阳离子交换树脂体积与厌氧培养装置体积比为0.125~0.25:100。
所述步骤(1)的完成再生的强酸型阳离子交换树脂粒径为0.315~1.250毫米。
所述步骤(1)的完成再生的强酸型阳离子交换树脂与厌氧培养装置体积比为0.2:100。
所述步骤(1)的失活的阳离子交换树脂体积与氢氧化钠体积之比为1:100。
所述步骤(1)的中性离子交换树脂体积与蒸馏水之比为1:100。
所述步骤(1)的强酸型阳离子交换树脂体积与盐酸体积之比为1:100。
所述步骤(2)的水力停留时间为7小时。
所述步骤(2)的养猪废水进水浓度提高梯度按公式C =1.35n·Cs，其中n表示培养过程中进水浓度提高次数，Cs(毫克每升)表示稀释后养猪废水浓度，C(毫克每升)表示培养过程中进水浓度。
所述步骤(2)的接种污泥体积与厌氧培养装置体积比为1：10。
一种处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养装置，其特征是，它包括：氢氧化钠储罐底部与蒸馏水储罐顶部通过管路连接，蒸馏水储罐底部与盐酸储罐顶部通过管路连接，盐酸储罐底部与完成再生的强酸型阳离子交换树脂储罐顶部通过管路连接，完成再生的强酸型阳离子交换树脂储罐底部与厌氧培养装置顶部通过管路连接，在管路上均设有分离阀，完成再生的强酸型阳离子交换树脂储罐底部出口管路接入厌氧培养装置底部;功能水箱中储有养猪废水，在功能水箱内设置的潜水泵通过管路与进水水箱连通，功能水箱外部与恒温控制装置连接;在进水水箱侧壁的上、下端设有使进水水箱内的水循环的管路，在管路上设有底部控制阀和顶部控制阀，在底部控制阀与顶部控制阀之间的管路上设有离心泵，进水水箱外部与恒温控制装置连接，进水水箱底部的出水管路与数个厌氧培养装置底部的进水管路连接，厌氧培养装置顶部设有出水管路。
本发明首先将失活的阳离子交换树脂用氢氧化钠溶液完全浸泡5~6小时，所述失活的阳离子交换树脂体积与氢氧化钠溶液体积比为1~1.3:100，氢氧化钠溶液质量浓度为3%~5%;失活的阳离子交换树脂经氢氧化钠浸泡后，在氢氧化钠溶液储罐中沉降到底部并且分离进入蒸馏水储罐中，蒸馏水将经氢氧化钠浸泡后的阳离子交换树脂洗至中性，所述中性离子交换树脂体积与蒸馏水体积比为1~1.3:100;中性离子交换树脂在蒸馏水罐中沉降到底部并且分离进入盐酸储罐中，盐酸将中性离子交换树脂浸没5~6小时，将中性离子交换树脂转型成强酸型阳离子交换树脂，完成失活的阳离子交换树脂向强酸型阳离子交换树脂的再生过程，所述强酸型阳离子交换树脂体积与盐酸体积之比为1~1.3:100，盐酸质量浓度为5%;完成再生的强酸型阳离子交换树脂在盐酸储罐底部并且分离进入保存完成再生的离子交换树脂储罐中，通过调节保存完成再生的树脂储罐底部控制阀门，将完成再生的离子交换树脂送至厌氧培养装置底部;在污泥初期驯化阶段，厌氧培养装置中养猪废水浓度控制在500~1200 毫克每升，温度保持在30~35℃，培养厌氧颗粒污泥的三个过程通过逐渐提高进水浓度，减少水力停留时间至6~8小时等手段，使厌氧颗粒污泥成熟过程进水COD值稳定在900~2200毫克每升，培养装置出水COD去除率达到80%~90%时，表明厌氧颗粒污泥培养成功;厌氧颗粒污泥形成过程中需要有附着的内核，本发明向其中添加强酸型阳离子交换树脂，其内部大孔型网状结构可以有效的聚集污泥，使其快速形成颗粒状同时缩短培养周期;采用梯度进水方式，即分别在污泥初期驯化过程、颗粒污泥形成过程和颗粒污泥成熟过程按照公式C =1.35n·Cs的浓度变化规律提高养猪废水进水浓度，其中n表示培养过程中进水提高次数，Cs(毫克每升)表示稀释后养猪废水浓度，C(毫克每升)表示培养过程中进水浓度;功能水箱中的养猪废水通过潜水泵泵入进水水箱中，进水水箱左侧设离心泵，通过调节离心泵两端的控制阀使得进入进水水箱的养猪废水保持水质均匀;采用梯度进水方式可以有效激活培养三个过程中培养装置内微生物活性，起到缩短厌氧颗粒污泥培养时间的目的;本发明采用养猪废水对厌氧颗粒污泥进行培养，通过实验对比可知养猪废水更适用于厌氧颗粒污泥形成;在厌氧颗粒污泥培养过程中，污泥初期驯化阶段7天完成，达到了絮状污泥适应养猪废水水质的目的。颗粒污泥形成阶段和颗粒污泥成熟阶段通过提高进水浓度，增加水力负荷等手段，大大缩短了颗粒污泥形成与成熟时间，经过35~40天的培养，厌氧培养装置内有明显大颗粒出现，通过实验测定发现其中成熟的厌氧颗粒污泥活性很大;通过向厌氧培养装置内添加强酸型阳离子交换树脂，将离子交换原理合理有效的应用到厌氧颗粒污泥培养中，降低了厌氧颗粒污泥的培养时间，提高了成熟厌氧颗粒污泥的活性。
实验证明，本发明培养的厌氧颗粒污泥中产甲烷菌主要为巴氏产甲烷八叠球菌，属于古细菌，大小外观与普通细菌相似，但细胞成分特殊，特别是细胞壁上的结构较为特殊，是严格的厌氧细菌。经扫描电镜观察发现本发明培养的厌氧颗粒污泥依托离子交换树脂作为成核机体，表面疏松多孔，一方面这种多孔特性便于甲烷在孔道中输送，与普通厌氧颗粒污泥相比，产甲烷量大，提高了能源利用率;另一方面这种疏松特性保证了厌氧微生物的活性，提高了厌氧颗粒污泥的抗冲击性，大大缩短了厌氧颗粒污泥培养周期。将本发明培养成熟的厌氧颗粒污泥应用在运行的厌氧生物反应器中，经过1~2个月运行试验，发现出水COD去除率保持在88.8%以上，厌氧反应器运行稳定，未出现酸化和中毒等现象。
本发明采用的离子交换树脂上的可交换离子是由许多活性基团在水中发生电离作用而形成的，离子交换树脂遇水时可交换离子有向水中扩散的倾向，在浓差扩散和静电引力两种相反力的作用下，形成双电层式结构。强酸性阳离子交换树脂中含有大量强酸性基团，容易在溶液中解离出H+，解离后本体所含的负电基团能吸附结合溶液中其他阳离子，离子交换树脂内部的大孔道树脂网状结构保证了树脂的交联度强度。本发明将强酸型阳离子交换树脂再生与厌氧颗粒污泥培养相结合，以强酸型阳离子交换树脂为载体，培养出菌种性能稳定，活性高的成熟厌氧颗粒污泥;其培养出的菌种性能稳定，厌氧颗粒污泥成熟快、活性高，培养周期短。
本发明的处理养猪废水的厌氧颗粒污泥快速培养装置的结构合理，便于操作、易掌握。
