一种降低污水升流式厌氧处理过程中厌氧活性颗粒污泥上浮的方法

摘要

本发明公开了一种降低污水升流式厌氧处理过程中厌氧活性颗粒污泥上浮的方法，是向反应体系中添加乙酸盐降解制剂或/和易降解有机物。本发明首次研究发现，在厌氧产甲烷生物反应器中，乙酸盐是导致颗粒污泥上浮的主要因素。进一步地，本发明研究发现，通过向厌氧反应器中引入乙酸盐降解微生物或/和添加易降解有机物，可以减少乙酸盐对颗粒污泥的致浮作用，从而解决厌氧活性颗粒污泥的上浮问题。本发明方法简单，易于掌握，并无增加污水处理操作的难度，而且颗粒污泥上浮减少明显，适合于大面积推广。

说明书

技术领域

本发明涉及工业污水处理技术领域，具体地，涉及一种污水升流式厌氧处理过程中厌氧活性污泥颗粒上浮问题的解决方法。

背景技术

升流式厌氧污泥床（UASB）反应器被大量应用于高强度的工业废水的处理，其中由包括产乙酸菌、发酵细菌、产甲烷古菌等不同的微生物聚集形成的污泥颗粒能够去除有机污染物。反应器出色的性能主要依赖于微生物的生物量及其活性，而由于污泥颗粒的上浮或者膨胀导致生物量的流失会严重影响反应器的效能甚至失效。

在升流式厌氧污泥床（UASB）中，污泥颗粒上浮是一个普遍的问题。它的出现与生物气体受困于污泥颗粒内及丝状微生物过量生长有关。对于前者，在以往的一些研究当中，通过电子扫描显微镜（SEM）和原位杂交技术（FISH）观察到位于污泥颗粒内部的产甲烷菌产生的气体能够通过颗粒上的空心结构、通道来排出。在没有及时排出来的情况下，生物气体受困于颗粒内而使得颗粒的浮力增加。这说明生物气体受困于颗粒内是导致污泥颗粒上浮重要的最后一环。对于丝状微生物的过量生长，它常常与污泥颗粒膨胀及厌氧和好氧生物反应器性能退化相关。例如，作为用于处理含有高浓度挥发性脂肪酸（VFAs）的糖生产过程废水的污泥颗粒基础成份，丝状细菌KSB3门已经被证实与污泥颗粒的膨胀相关。另外，许多杆状细菌在应激压力下通过阻止细胞分裂来形成丝状细胞，从而提高其生存能力。此外，挥发性脂肪酸均有出现在丝状微生物过量生长和污泥上浮的产甲烷生物反应器。挥发性脂肪酸，特别是酸性阴离子，作为解偶联剂能够转移质子通过微生物细胞膜，使得质子梯度消除，从而对微生物体有抑制作用。对于在应激条件下能更适应生存的丝状微生物体，其大量繁殖是出现在同样条件下污泥上浮被激发之后。因此，气体受困而不能排出和丝状微生物的过量生长可能是污泥颗粒在产甲烷生物反应器中上浮所伴生的现象而不是原因。

而有效控制厌氧污泥反应器中污泥的上浮是一个普遍性的难题。目前采用的方法包括：采用终水回流的方法稀释、调节进水中有有机物的浓度，使其稳定在一定范围内；通过添加氮、磷等营养盐调节水体的营养成分；通过增加酸池、碱池等来调节进水的pH值，使进水的pH值控制在有效范围内；收集上浮的污泥并将其打碎，并重新将其返回反应器中等等。这些方法虽有一定效果，但并没有从污泥上浮的内因上解决问题；况且这些方法对于污水处理的操作性增加难度。因此，要想有效控制污泥上浮，必须得从引发浮泥上浮的根本原因着力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中控制颗粒污泥上浮方法的缺陷和不足，提供一种污水处理过程中厌氧活性污泥颗粒上浮问题的解决方法，通过引入乙酸盐降解微生物和/或添加葡萄糖等易降解有机物，减少乙酸盐对颗粒污泥的致浮作用。该方法简单、高效、成本低、效果好。

本发明的目的是提供一种控制厌氧活性颗粒污泥上浮的方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的。

一种降低污水处理过程中厌氧活性颗粒污泥上浮的方法，所述方法为向反应体系中添加乙酸盐降解制剂或/和易降解有机物。

本发明在对厌氧活性污泥上浮的前期研究中首次发现乙酸盐（acetate）是触发活性污泥颗粒上浮的关键因子，由于乙酸盐的存在造成位于活性污泥颗料内层及中层的产甲烷微生物产生的气体不能排出导致污泥颗粒上浮。因此，通过引入乙酸盐降解制剂可以减少乙酸盐积累形成的微生物抑制，减少乙酸盐对颗粒污泥的致浮作用。

而添加易降解有机物可提高、维持发酵、产酸、产气等微生物的活性，从而维持颗粒污泥内部用于逸散沼气孔洞结构，从而降低厌氧污泥颗粒的上浮；

优选地，所述乙酸盐降解制剂为乙酸盐降解微生物或含有乙酸盐降解微生物的物质。

更优选地，所述含有乙酸盐降解微生物的物质可以为乙酸盐降解颗粒污泥等。

具体地，所述乙酸盐降解颗粒污泥是指含有乙酸盐降解菌的颗粒污泥。

另外，优选地，所述乙酸盐降解制剂（如乙酸盐降解颗粒污泥）的添加量为0.1~5.0gSS/L。

更优选地，所述乙酸盐降解制剂（如乙酸盐降解颗粒污泥）的添加量为0.1~2.0gSS/L。

更优选地，所述乙酸盐降解制剂（如乙酸盐降解颗粒污泥）的添加量为0.85 gSS/L。

优选地，所述易降解有机物为葡萄糖。

优选地，所述易降解有机物的添加量为0.1~10.0 g/L。

更优选地，所述易降解有机物的添加量为0.1~5.0 g/L。

更优选地，所述易降解有机物的添加量为2.38 g/L。

本发明上述方法适用于升流式厌氧污泥床（UASB）反应器对工业废水的处理过程。

本发明经过实验研究发现，厌氧产甲烷生物反应器中，乙酸盐是导致颗粒污泥上浮的主要因素。进一步地研究显示，通过引入乙酸盐降解微生物或/和添加易降解有机物减少乙酸盐对颗粒污泥的致浮作用。

具体地，通过向废水处理体系中添加乙酸盐降解菌（可以通过添加乙酸盐降解颗粒污泥实现，能够引入乙酸盐降解菌），能够减少厌氧反应器内的乙酸盐含量，减少乙酸盐积累形成的微生物抑制，减少厌氧反应器内颗粒污泥的上浮，使水质得到改善。

同时，还可以通过向废水处理体系中添加易降解有机物（如葡萄糖），能够有效维持厌氧反应器内发酵、产酸、产气等微生物活性，从而维持颗粒污泥内部用于逸散沼气孔洞结构，使颗粒污泥上浮情况显著减少。

另外，上述两种方法可以结合使用，能够更好的实现减少污泥上浮的控制效果。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明通过添加的乙酸盐降解颗粒污泥引入乙酸盐降解菌，能够减少厌氧反应器内的乙酸盐含量，使水质得到改善。

（2）本发明通过添加易降解有机物质葡萄糖能够有效的使厌氧反应器内发酵、产酸、产气等微生物活动得到维持，颗粒污泥内部用于逸散沼气的孔洞结构得到维持，颗粒污泥上浮减少51.6%。

（3）本发明方法简单，易于掌握，并无增加污水处理操作的难度，而且颗粒污泥上浮减少明显，适合于大面积推广。

附图说明

图1为乙酸盐与颗粒污泥上浮之间的关系；A为不同等级的乙酸盐浓度下颗粒污泥上浮的情况；B为颗粒污泥上浮与乙酸盐浓度之间的线性关系。

图2为乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐对颗粒污泥上浮的影响。

图3为乙酸盐引起颗粒污泥上浮的原理示意图。

图4为不同控制策略下对污泥颗粒上浮情况的控制效果，在不同处理下控制污泥颗粒上浮的情况。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

以下实施例用的材料和试剂如下：

合成的对苯二甲酸污水，即作TA-污水；

来源于处理对苯二甲酸（TA）污水的污泥颗粒，即作TA-granules；

乙酸盐（Acetate）；

丙酸盐（Propionate）；

丁酸盐（Butyrate）；

葡萄糖（glucose）；

乙酸盐降解颗粒污泥，即作PM sludge。

实施例1乙酸盐与污泥颗粒上浮的关系

1、利用来源于处理对苯二甲酸（TA）污水的颗粒污泥，处理合成对苯二甲酸污水（TA-污水）。

在污水总有机碳恒定的情况下，通过设置不同梯度等级的乙酸盐浓度来分析乙酸盐与污泥颗粒上浮的关系，包括设置占总有机碳的比例0%、25%、50%、75%、100%浓度的乙酸盐和对照组来进行分析。

结果显示，污泥颗粒上浮的数量随着乙酸盐的含量占总有机碳的比例的增加而增加（如图1所示）。

2、为了比较乙酸盐与其它挥发性脂肪酸（VFAs）对污泥颗粒上浮的贡献度，两种短链的脂肪酸（丙酸盐，Propionate；丁酸盐，Butyrate）分别添加进入待处理的废水中以便观察与污泥上浮的关系。

结果如图2所示，在添加有丙酸盐和丁酸盐的对二苯甲酸（TA）污水中，污泥颗粒上浮的数量大约相当于添加乙酸盐的污水中污泥上浮数量的25%。这表明乙酸盐是导致颗粒污泥上浮的主要因素。

综合各方面研究结果，乙酸盐引起颗粒污泥上浮的原理示意如附图3所示。

实施例2控制污泥颗粒上浮的策略

1、通过降低系统内乙酸盐的含量来降低对微生物的抑制作用，减少颗粒污泥上浮。

（1）具体方法是：向厌氧反应器系统内添加乙酸盐降解颗粒污泥，添加量约为0.85gSS/L，来降低系统内乙酸盐含量。

（2）通过比较添加乙酸盐降解颗粒污泥PM sludge处理含有50%乙酸盐的废水和不作额外处理含有50%乙酸盐废水中颗粒污泥上浮情况（“50% Acetate with smashed PMsludge” vs. “50% Acetate”，图4中所示）看到，额外添加的乙酸盐降解颗粒污泥（PMsludge）能够减轻系统内颗粒污泥的上浮情况。

2、通过提高发酵细菌、产乙酸菌、产甲烷菌的活性，维持颗粒污泥内部用于逸散沼气孔洞结构，从而减少污泥颗粒上浮。

（1）具体方法是：向厌氧反应器系统内添加易降解有机物质——葡萄糖，添加量约为2.38g/L，来增加TA颗粒污泥的生物活性。

与“50% Acetate”的系统相对比，在添加有葡萄糖的系统中只有很少量的污泥颗粒上浮（图4中所示），颗粒污泥上浮至少减少51.6%。这说明为发酵和产乙酸细菌添加易解的辅助物能有效控制污泥颗粒的上浮。