申请日2020.01.10
公开(公告)日2020.05.12
IPC分类号C02F11/04; C02F3/28
摘要
本发明公开一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，包括厌氧反应器启动、反应器负荷提升和厌氧颗粒污泥成型，厌氧颗粒污泥成型包括：进料前关闭厌氧反应器搅拌装置并静置20‑60min，按比例将颗粒污泥营养盐与垃圾浆料混合，采用序批式投料方式，每天定期将浆料投加入反应器内，并逐步提升进料量，提升间隔为2‑7天，提升幅度为2‑10%;进料时启动搅拌装置低速运行;进料完成后，提高搅拌转速，连续培养60‑90天，获得厌氧颗粒污泥。本发明提供的厌氧颗粒污泥培育方法，操作简便易行，可有效提升厌氧污泥浓度，加快颗粒化形成，在保证餐厨垃圾湿式厌氧发酵高负荷、稳定运行的前提下，进一步提升餐厨垃圾厌氧发酵处理的稳定性和发酵效率。
权利要求书
1.一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)厌氧反应器启动：启动厌氧反应器及其搅拌装置，完成反应器接种过程;
(2)厌氧反应器负荷提升：将餐厨垃圾浆料加入厌氧反应器内，并逐步提升厌氧反应器内的容积负荷;
(3)厌氧颗粒污泥成型：待反应器内容积负荷Q达到1.5kg/m3·d或以上时，按比例将颗粒污泥营养盐与餐厨垃圾浆料混合，加入厌氧反应器内，混有营养盐的餐厨垃圾浆料初始进料量为Q*V，其中，V代表厌氧反应器有效容积，然后在初始进料量基础上逐步提升进料量，进料量的提升间隔时间为2-7天，提升幅度为2-10%;每次进料前，关闭厌氧反应器的搅拌装置并静置20-60min;进料时启动搅拌装置并以0-10rpm低速运行;进料完成后，将搅拌转速设置为15-30rpm，连续培养60-90天，获得高温厌氧颗粒污泥。
2.根据权利要求1所述的一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，其特征在于，所述步骤(3)中，相邻两次进料间隔时间为24小时以上。
3.根据权利要求1所述的一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，其特征在于，所述步骤(3)中，颗粒污泥营养盐为FeCl2·4H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2和MgCl2·6H2O中的一种或几种任意组合，所述颗粒污泥营养盐在餐厨垃圾浆料中的投加量为10-30mg/L。
4.根据权利要求3所述的一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，其特征在于，所述步骤(3)中，颗粒污泥营养盐为FeCl2·4H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2和MgCl2·6H2O的混合物，所述FeCl2·4H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2和MgCl2·6H2O在餐厨垃圾浆料中的投加量分别为8-24mg/L，4-12mg/L，4-12mg/L和6-18mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：(1a)在厌氧反应器中接种厌氧沼渣或絮状污泥，设定厌氧反应器的运行温度为50-58℃，密闭培养3-10天;(1b)检测厌氧反应器内的气体成分，待测得气体成分中甲烷浓度≥50%时，完成反应器接种过程。
6.根据权利要求1所述的一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：反应器接种完成后，将含固率为6-10%的餐厨垃圾浆料逐步加入厌氧反应器内，进料期间控制厌氧反应器内挥发性脂肪酸VFAs和碱度TA的浓度，并将VFAs与TA的浓度比值控制在0.2以下，培养20-40天。
7.根据权利要求6所述的一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，其特征在于，所述步骤(2)中餐厨垃圾浆料采用逐步提升进料量的方式提升厌氧反应器容积负荷：初始进料量为(0.2-0.5kg/m3·d)*V，然后在初始进料量基础上逐步提升进料量，进料量的提升间隔时间为2-7天，提升幅度为2-10%。
8.根据权利要求1所述的一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，其特征在于，所述步骤(3)进料前，厌氧反应器内絮状污泥量为10-20g/L。
9.根据权利要求1所述的一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，其特征在于，所述厌氧反应器为CSTR全混厌氧反应器。
10.根据权利要求1所述的一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，其特征在于，所述厌氧反应器内设置中心搅拌器和侧壁搅拌器，在步骤(3)餐厨垃圾浆料进料前，关闭中心搅拌器和侧壁搅拌器;进料过程中仅启动侧壁搅拌器;进料完成后，启动中心搅拌器和侧壁搅拌器。
说明书
一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法
技术领域
本发明涉及一种餐厨垃圾处理厌氧颗粒污泥的培育方法，属于餐厨垃圾等有机垃圾厌氧发酵资源化利用领域。
背景技术
“十二五”以来，我国先后开展了5批100城餐厨垃圾无害化处理试点，在有机垃圾处理技术方面，厌氧发酵技术因其技术成熟、能耗低、剩余污泥产量低并产生清洁沼气能源的特点，有近80%示范城市采用该技术处理餐厨垃圾。厌氧发酵技术最初广泛应用于城市和工业高浓度有机废水的处理，由于餐厨垃圾中固体物质含量高、已酸化降解等特点，使得目前餐厨垃圾处理工程实际运行不稳定、负荷低，难以连续高效运行。
厌氧发酵技术中，厌氧颗粒污泥的形成是一个复杂的过程，其中反应器中污泥停留时间、水里剪切作用、微量元素以及pH值、温度、处理负荷等都对厌氧颗粒污泥的形成产生影响。传统反应器中，由于产甲烷菌时刻存在沼气产生，比重轻、粒径小，容易上浮而随沼液流出，无法实现污泥的累积和高负荷运行。因此延长厌氧污泥停留时间的同时提升处理负荷是制约餐厨垃圾厌氧发酵过程颗粒污泥形成的难点。目前，厌氧颗粒污泥研究大多集中在各类有机废水生物处理。比如，中国发明专利申请CN104496019A公开了一种厌氧反应器颗粒污泥的培养方法，通过投加一定比例颗粒活性炭、金属无机盐和石灰等物质，经过5个月连续培养，形成厌氧颗粒污泥。中国发明专利申请CN1887737A公开了在常温下通过投加聚季铵盐、微量营养盐在城市污水处理反应器中培养厌氧颗粒污泥。中国发明专利CN103771584B公开了以聚乙烯醇凝胶小球为载体与厌氧污泥按一定比例混合后，在34～36℃下运行30-40天，形成厌氧颗粒污泥。此外，还有其他专一性厌氧颗粒污泥培养方法，比如中国发明专利CN101830558B公开了一种厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，在25～35℃的上流式厌氧反应器培养形成厌氧氨氧化颗粒污泥。然而，这些颗粒污泥的培养方法，多集中于添加惰性颗粒载体、助凝物质来拦截厌氧污泥，加快颗粒污泥的形成，如在餐厨垃圾等固体有机垃圾厌氧发酵系统中添加惰性物质载体，虽然能在一定程度上实现厌氧污泥的富集，但会大大降低反应器有效容积，严重影响厌氧反应器内物料换热、搅拌等设施设备的正常运行。
目前，针对高COD、低SS、高氨氮等类型有机废水的厌氧颗粒污泥培养的成功案例多有报道，但针对餐厨垃圾浆化厌氧发酵处理颗粒污泥培养方法的研究仍鲜有见报。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温厌氧颗粒污泥的培养方法，利用多组合搅拌方式，增加污泥浓度，通过解决餐厨垃圾运行过程中不稳定、负荷低的问题，通过调整反应器设备运行策略，实现厌氧污泥的累积，通过投加适量的微量营养元素，加快颗粒污泥的形成，并且形成的颗粒污泥具有良好的沉降性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种用于餐厨垃圾处理的高温厌氧颗粒污泥的培育方法，包括如下步骤：(1)厌氧反应器启动：启动厌氧反应器及其搅拌装置，完成反应器接种过程;(2)厌氧反应器负荷提升：将餐厨垃圾浆料加入厌氧反应器内，并逐步提升厌氧反应器内的容积负荷;(3)厌氧颗粒污泥成型：待反应器内容积负荷Q达到1.5kg/m3·d或以上时，按比例将颗粒污泥营养盐与餐厨垃圾浆料混合，加入厌氧反应器内，混有营养盐的餐厨垃圾浆料初始进料量为Q*V，其中，V代表厌氧反应器有效容积，然后在初始进料量基础上逐步提升，进料量的提升间隔时间为2-7天(d)，提升幅度为2-10%;每次进料前，关闭厌氧反应器的搅拌装置并静置20-60min;进料时启动搅拌装置并以0-10rpm低速运行;进料完成后，将搅拌转速设置为15-30rpm，连续培养60-90天，获得高温厌氧颗粒污泥。
在本发明一种优选方案中，所述步骤(3)中，相邻两次进料间隔时间为24小时以上。
在本发明一种优选方案中，所述步骤(3)中，颗粒污泥营养盐为FeCl2·4H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2和MgCl2·6H2O中的一种或几种任意组合，所述颗粒污泥营养盐在餐厨垃圾浆料中的投加量为10-30mg/L。
在本发明一种优选方案中，所述步骤(3)中，颗粒污泥营养盐为FeCl2·4H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2和MgCl2·6H2O的混合物，所述FeCl2·4H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2和MgCl2·6H2O在餐厨垃圾浆料中的投加量分别为8-24mg/L，4-12mg/L，4-12mg/L和6-18mg/L。
在本发明一种优选方案中，所述步骤(1)包括：(1a)在厌氧反应器中接种厌氧沼渣或絮状污泥，设定厌氧反应器的运行温度为50-58℃，密闭培养3-10天;(1b)检测厌氧反应器内的气体成分，待测得气体成分中甲烷浓度≥50%时，完成反应器接种过程。
在本发明一种优选方案中，所述步骤(2)包括：反应器接种完成后，将含固率为6-10%的餐厨垃圾浆料逐步加入厌氧反应器内，进料期间控制厌氧反应器内挥发性脂肪酸VFAs和碱度TA的浓度，并将VFAs与TA的浓度比值控制在0.2以下，培养20-40天。
在本发明一种优选方案中，所述步骤(2)中餐厨垃圾浆料采用逐步提升进料量的方式提升厌氧反应器容积负荷：初始进料量为(0.2-0.5kg/m3·d)*V，然后在初始进料量基础上逐步提升进料量，进料量的提升间隔时间为2-7天，提升幅度为2-10%。
在本发明一种优选方案中，所述步骤(3)进料前，厌氧反应器内絮状污泥量为10-20g/L。
在本发明一种优选方案中，所述厌氧反应器为CSTR全混厌氧反应器。
在本发明一种优选方案中，所述厌氧反应器内设置中心搅拌器和侧壁搅拌器，在步骤(3)餐厨垃圾浆料进料前，关闭中心搅拌器和侧壁搅拌器;进料过程中仅启动侧壁搅拌器;进料完成后，启动中心搅拌器和侧壁搅拌器。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：
(1)本发明厌氧颗粒污泥成型过程中，利用多组合搅拌方式，增加污泥浓度，解决餐厨垃圾处理运行过程中不稳定、负荷低的问题;通过周期性的根据厌氧反应器内污泥浓度梯度，调整反应器搅拌装置的运行速率与频率，通过阶梯式提升进料量的投料方式控制进料量，实现厌氧污泥的累积;通过投加适量的微量营养元素，加快颗粒污泥的形成，并且形成的颗粒污泥具有良好的沉降性能。
(2)本发明成功培育了高温环境下的厌氧颗粒污泥，相比于中、低温环境下培育的厌氧颗粒污泥，本发明培育的高温厌氧颗粒污泥对污染物具有较高的降解效率。
(3)本发明成功培育了高温环境下的厌氧颗粒污泥，提高了厌氧反应器的容积负荷，最高容积负荷可达4.27kg/m3·d。
(4)本发明所述厌氧颗粒污泥的培养方法，操作简便易行，可有效提升厌氧污泥浓度，加快颗粒化形成，在保证餐厨垃圾湿式厌氧发酵高负荷、稳定运行的前提下，进一步提升餐厨垃圾厌氧发酵处理的稳定性和发酵效率。（发明人黄安寿;罗博;曾祖刚;何永全;张欣）