本發(fā)明涉及一種環(huán)保領(lǐng)域，尤其是涉及一種厭氧顆粒污泥培養(yǎng)的方法和培養(yǎng)裝置。

背景技術(shù)：

目前厭氧生物技術(shù)在食品、化工行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，其中厭氧顆粒污泥技術(shù)在處理廢水中具有應(yīng)用范圍廣、能耗低、負(fù)荷高、剩余污泥量少等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)高濃度有機(jī)廢水的處理效果更加顯著。但是厭氧顆粒污泥也存在著培養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)、溫度要求較高、脫氮除磷效果差等缺點(diǎn)，目前好多研究集中在對(duì)其培養(yǎng)時(shí)間、溫度等方面的研究，并取得了顯著的成果。

但是在厭氧顆粒污泥在培養(yǎng)過中受到多重因素的影響，顆粒污泥的接種、培養(yǎng)、馴化及貯存還存在許多的不足，如一個(gè)新的項(xiàng)目完成后，調(diào)試厭氧工藝時(shí)，只能找類似相同行業(yè)的厭氧污泥進(jìn)行接種馴化，同時(shí)自動(dòng)化控制不高，效率較低影響厭氧顆粒污泥的生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種厭氧顆粒污泥培養(yǎng)方法及培養(yǎng)裝置，通過培養(yǎng)裝置中各個(gè)裝置間對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境實(shí)施檢測(cè)和監(jiān)控，使其反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境保持在設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以達(dá)到厭氧顆粒污泥培養(yǎng)速度快、質(zhì)量好、效率高，操作上大大降低了人工控制的不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化顆粒污泥培養(yǎng)、馴化裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：一種厭氧顆粒污泥培養(yǎng)方法，包括如下步驟：

1)厭氧顆粒污泥的制備：對(duì)顆粒污泥或絮狀污泥進(jìn)行接種，接種后密封在恒溫水浴中保存待用；

2)加入營(yíng)養(yǎng)液及微量元素：向密閉的反應(yīng)器中加入制備好的厭氧顆粒污泥，再加入營(yíng)養(yǎng)液到達(dá)指定的刻度，所述營(yíng)養(yǎng)液包括必須營(yíng)養(yǎng)液和微量元素物質(zhì)；

3)設(shè)置厭氧顆粒污泥培養(yǎng)條件：開啟設(shè)置在所述反應(yīng)器內(nèi)的攪拌裝置，調(diào)整轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，采用定向攪拌，同時(shí)將所述反應(yīng)器內(nèi)廢水的PH值控制在6.5～8.2之間，溫度控制在25～55℃之間，并使氧化還原電位值控制在小于或等于-350mV，鹽度小于10000mg/l；

4)排泥：在反應(yīng)過程中如出現(xiàn)污泥膨脹懸浮，則關(guān)閉所述攪拌裝置靜置5～15分鐘，通過設(shè)置在所述反應(yīng)器上的第一閥門將膨脹污泥排出；當(dāng)厭氧顆粒污泥粒徑達(dá)到3～7mm，色澤灰黑色，關(guān)閉所述攪拌裝置靜置10～30分鐘，打開設(shè)置在所述反應(yīng)器上的第二閥門，將污泥顆粒排出。

優(yōu)選地，所述步驟3)在攪拌過程中向所述反應(yīng)器中加入載體物質(zhì)和惰性物質(zhì)，加速厭氧顆粒污泥加速集結(jié)和粘結(jié)；定期打開反應(yīng)器上的第一閥門取上層廢水檢測(cè)CODcr、NH4-N、TN、TP各項(xiàng)指標(biāo)，打開所述反應(yīng)器上的第二閥門取少量沉于底部的厭氧顆粒污泥，觀察厭氧顆粒污泥的污泥沉降比，觀察是否形成顆粒污泥，根據(jù)觀察和檢測(cè)的數(shù)據(jù)調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液投入量。

優(yōu)選地，所述步驟3中在初次啟動(dòng)時(shí)有機(jī)負(fù)荷率控制在0.2～0.4kgCOD/kgVSS·d和污泥負(fù)荷率在0.1～0.25kgCOD/kgVSS·d范圍之間；反應(yīng)整個(gè)過程中溫度控制在33℃～41℃之間，PH控制在6.8-7.2之間。

優(yōu)選地，所述步驟2開啟前首先將用于對(duì)所述反應(yīng)器的恒溫加熱的恒溫裝置內(nèi)的水進(jìn)行加熱至25～55℃。

優(yōu)選地，所述的必須營(yíng)養(yǎng)液的配置方法為廢水CODcr濃度按照3000mg/l來(lái)配置，C∶N∶P＝200∶5∶1的比例進(jìn)行配置，所述C源采用甲醇來(lái)，N源采用氯化銨，P源采用磷酸二氫鉀，所述微量元素物質(zhì)包括鐵、鎳、鈷和錳。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)器內(nèi)的PH通過PH計(jì)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)向所述反應(yīng)器中加入或停止堿液，所述堿液采用碳酸鈉，配置濃度為5％。

優(yōu)選地，所述載體物質(zhì)包括粘土、陶粒、顆?；钚蕴?、多孔沸石；所述惰性物質(zhì)包括Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃^2-、SO₄^2-。

本發(fā)明的厭氧顆粒污泥培養(yǎng)方法的培養(yǎng)裝置，包括用于厭氧顆粒污泥培養(yǎng)的密閉的反應(yīng)器，設(shè)置在所述反應(yīng)器內(nèi)的攪拌裝置，用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)器內(nèi)沼氣生成量的沼氣計(jì)量槽，用于向所述反應(yīng)器中添加藥劑的加藥裝置，用于保持所述反應(yīng)器內(nèi)溫度恒定的恒溫裝置以及用于控制所述反應(yīng)器內(nèi)溫度、PH及氧化還原電位值的PLC控制裝置；所述加藥裝置、所述沼氣計(jì)量槽與所述反應(yīng)器通過管道相連通。

優(yōu)選地，所述PLC控制裝置包括微控單元，設(shè)置在所述反應(yīng)器內(nèi)部的PH檢測(cè)儀，溫度檢測(cè)儀和氧化還原電位檢測(cè)儀，所述PH檢測(cè)儀，所述溫度檢測(cè)儀和所述氧化還原電位檢測(cè)儀將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通過信號(hào)傳遞到所述微控單元，微控單元接收信號(hào)并控制加藥裝置和恒溫裝置的運(yùn)行狀況。

優(yōu)選地，所述加藥裝置包括營(yíng)養(yǎng)液箱和堿液箱，所述營(yíng)養(yǎng)箱和堿液箱均包括液位計(jì)，用于監(jiān)測(cè)液體液位。

本發(fā)明的有益效果是：厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)速度快，質(zhì)量好，效率高，培養(yǎng)裝置大大降低了人工控制的不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化顆粒污泥培養(yǎng)、馴化；可以在改造時(shí)對(duì)已經(jīng)培養(yǎng)好的顆粒污泥進(jìn)行有序培養(yǎng)，活性延續(xù)，改造完畢后立即投入使用，減少二次污泥培養(yǎng)馴化的時(shí)間及費(fèi)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的厭氧顆粒污泥培養(yǎng)裝置示意圖。

附圖標(biāo)記：1、恒溫裝置，2、反應(yīng)器，21、第一閥門，22、第二閥門，3、加藥裝置，4、PLC控制裝置，5、攪拌裝置，6、沼氣計(jì)量槽，31、營(yíng)養(yǎng)液箱，32、堿液箱，33、液位計(jì)，34、計(jì)量泵，35、第三閥門，36、第四閥門，41、PH檢測(cè)儀，42、溫度檢測(cè)儀，43、氧化還原電位檢測(cè)儀，61、量筒，7、自來(lái)水進(jìn)口，8、污泥進(jìn)口。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。

本發(fā)明所揭示的厭氧顆粒污泥培養(yǎng)的方法通過PLC控制裝置4實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)器2內(nèi)的PH、溫度、及氧化還原點(diǎn)位值的變化，并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整使得反應(yīng)器2內(nèi)的保持穩(wěn)定的適合細(xì)菌生產(chǎn)的環(huán)境，同時(shí)定期取出污泥進(jìn)行觀察，通過外觀和顯微鏡觀察，以確定厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)效果是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

在培養(yǎng)裝置正式啟動(dòng)前可先做好準(zhǔn)備工作，包括營(yíng)養(yǎng)液的配置，微量元素的配置，堿液的配置，厭氧顆粒污泥準(zhǔn)備，厭氧顆粒污泥按照中溫型厭氧顆粒污泥的接種量稠密型為12～15kgVSS/m³，稀薄型為6kgVSS/m³；所述高溫型反應(yīng)器最佳接種量在6～15kgVSS/m³，通常，用處理同樣性質(zhì)廢水的厭氧顆粒污泥作種泥是最有利的，但在沒有同類型污泥時(shí)。不同的厭氧顆粒污泥同樣對(duì)反應(yīng)器的啟動(dòng)具有一定的影響，沒有處理同樣性質(zhì)廢水的厭氧反應(yīng)器污泥作種泥時(shí)，厭氧消化污泥或糞便可優(yōu)先考慮。

如圖1所示將配置好的營(yíng)養(yǎng)液裝入到營(yíng)養(yǎng)液箱31中，將配置好的堿液裝入堿液箱32。

在選擇壓的控制方面，通常將水力負(fù)荷率和產(chǎn)氣負(fù)荷率兩者作用的總和稱為系統(tǒng)的選擇壓。選擇壓對(duì)污泥床產(chǎn)生沿水流方向的攪拌作用和水力篩選作用，是反應(yīng)器形成厭氧顆粒污泥的必要條件。高選擇壓條件下，水力篩選作用能將微小的顆粒污泥與絮體污泥分開，污泥床底聚集比較大的顆粒污泥，而比重較小的絮體污泥則進(jìn)入懸浮層區(qū)，或被淘汰出反應(yīng)器。本發(fā)明采用的是靜態(tài)機(jī)械攪拌方式，通過在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置攪拌裝置使污泥呈現(xiàn)懸浮旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。定向攪拌作用產(chǎn)生的剪切力使顆粒產(chǎn)生不規(guī)則的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，有利于絲狀微生物的相互纏繞，為顆粒的形成創(chuàng)造一個(gè)外部條件。低選擇壓條件下，主要是分散微生物的生長(zhǎng)，這將產(chǎn)生膨脹型污泥。

有機(jī)負(fù)荷率和污泥負(fù)荷率可降解的有機(jī)物為微生物提供充足的碳源和能源，是微生物增長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。在微生物關(guān)鍵性的形成階段，應(yīng)盡量避免進(jìn)水的有機(jī)負(fù)荷率劇烈變化。本發(fā)明采用絮狀污泥作為種泥的初次啟動(dòng)時(shí)，有機(jī)負(fù)荷率控制在0.2～0.4kgCOD/(kgVSS·d)和污泥負(fù)荷率在0.1～0.25kgCOD/(kgVSS·d)范圍之間，有利于顆粒污泥的形成。

厭氧顆粒污泥按照中溫型和高溫型進(jìn)行配置好后，放入到恒溫水浴下進(jìn)行保存保存溫度可優(yōu)選為35℃。將PH檢測(cè)儀41，溫度檢測(cè)儀42和氧化還原電位檢測(cè)儀43設(shè)定范圍值以及鹽度范圍的檢測(cè)。

準(zhǔn)備工作做好后，將通過厭氧顆粒污泥培養(yǎng)裝置對(duì)厭氧顆粒污泥進(jìn)行培養(yǎng)。具體培養(yǎng)過程如下：

打開恒溫裝置1，將水自來(lái)水加入到恒溫裝置1內(nèi)的刻度線處，開啟恒溫裝置1的開關(guān)將溫度設(shè)定在25～55℃之間，優(yōu)選溫度為38℃。

待溫度上升到設(shè)定溫度后，向密閉的反應(yīng)器2中加入接種的厭氧顆粒污泥，通過PLC控制裝置4控制加藥裝置3在向所述反應(yīng)器2中加入營(yíng)養(yǎng)液，所述營(yíng)養(yǎng)液包括必須營(yíng)養(yǎng)液和微量元素物質(zhì)；

當(dāng)加入營(yíng)養(yǎng)液到達(dá)指定的刻度，所述PLC控制裝置4控制加藥裝置3停止加入營(yíng)養(yǎng)液，并開啟設(shè)置在所述反應(yīng)器2內(nèi)的攪拌裝置5，調(diào)整轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，采用定向攪拌，同時(shí)將所述反應(yīng)器2內(nèi)的PH值控制在6.5～8.2之間，氧化還原電位值控制在不超過-350mV，溫度控制在25～55℃之間，優(yōu)選的控制在33℃～41℃之間；鹽度小于10000mg/l。

攪拌一段時(shí)間后向所述反應(yīng)器2中加入粘土、陶粒、顆?；钚蕴?、多孔沸石等載體物質(zhì)，利用顆粒物的表面性質(zhì)，加快細(xì)菌在其表面的富積，使之形成顆粒污泥的核心載體，有利于縮短顆粒污泥的出現(xiàn)時(shí)間。再加入Ca²⁺、Mg²⁺和CO₃^2-、SO₄^2-等離子惰性物質(zhì)，使厭氧顆粒污泥在以所述載體物質(zhì)為核心載體后加速集結(jié)和粘結(jié)。

反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后打開所述反應(yīng)器2上的第二閥門22取樣檢測(cè)廢水中的CODcr、NH4-N、TN、TP各項(xiàng)指標(biāo)，同時(shí)進(jìn)行污泥沉降比的觀察，根據(jù)觀察和檢測(cè)的數(shù)據(jù)調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液投入量；同時(shí)觀察與反應(yīng)器相連通的沼氣計(jì)量槽6液體減少的體積，具體的可在沼氣計(jì)量槽6的下端設(shè)有管道，管道另一邊設(shè)置一量筒61，根據(jù)量筒61內(nèi)接收溢出液體的體積得出沼氣的體積，從而計(jì)算出產(chǎn)生的沼氣的量。

在反應(yīng)過程中發(fā)現(xiàn)污泥膨脹懸浮時(shí)，關(guān)閉所述攪拌裝置5，靜止5～15分鐘，打開設(shè)置在所述反應(yīng)器2上的用于排放膨脹污泥的第一閥門21，將所述反應(yīng)器2內(nèi)的膨脹污泥排出，將其排除后繼續(xù)開啟所述攪拌裝置5；當(dāng)存在所述反應(yīng)器2底部的厭氧顆粒污泥培養(yǎng)符合標(biāo)準(zhǔn)后，一般厭氧顆粒污泥粒徑范圍在3～7mm，色澤接近灰色或黑色，再次關(guān)閉所述攪拌裝置5，靜止10～30分鐘，打開設(shè)置在所述反應(yīng)器2上用于排放厭氧顆粒污泥的第二閥門22，將成熟的厭氧顆粒污泥排出。

反應(yīng)結(jié)束后，首先關(guān)閉培養(yǎng)裝置的攪拌裝置5和PLC控制裝置4，清空反應(yīng)器2內(nèi)的厭氧顆粒污泥，并用清水反復(fù)沖洗反應(yīng)器2內(nèi)部，剩余的堿液和營(yíng)養(yǎng)液排出，無(wú)公害處理，對(duì)沼氣進(jìn)行回收利用或排出。

所述厭氧顆粒污泥培養(yǎng)裝置包括密閉的反應(yīng)器2，攪拌裝置5，沼氣計(jì)量槽6，營(yíng)養(yǎng)液箱31，堿液箱32和PLC控制裝置4，所述攪拌裝置5設(shè)置在反應(yīng)器2內(nèi)部；沼氣計(jì)量槽6、營(yíng)養(yǎng)液箱31和堿液箱32與反應(yīng)器2通過管道相連通，其中PLC控制裝置4包括微控單元(未標(biāo)出)，設(shè)置在所述反應(yīng)器2內(nèi)部的PH檢測(cè)儀41，溫度檢測(cè)儀42和氧化還原電位檢測(cè)儀43，所述PH檢測(cè)儀，所述溫度檢測(cè)儀42和所述氧化還原電位檢測(cè)儀43將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通過信號(hào)傳遞到所述微控單元，微控單元接收信號(hào)并控制加藥裝置3和恒溫裝置1的開始運(yùn)行或停止運(yùn)行。

例如將PLC控制裝置4上的人機(jī)操作界面預(yù)設(shè)定PH值為6.8～7.2之間，當(dāng)PH檢測(cè)檢測(cè)到反應(yīng)器2內(nèi)的液體PH值為7.3超出了預(yù)設(shè)定值，此時(shí)PH檢測(cè)儀41將檢測(cè)的數(shù)據(jù)通過信號(hào)傳輸?shù)轿⒖貑卧⒖貑卧ㄟ^計(jì)算堿液箱32及時(shí)停止輸送堿液，溫度檢測(cè)儀42和氧化還原電位檢測(cè)儀43工作原理相同，在此不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，厭氧顆粒培養(yǎng)裝置包括密閉的反應(yīng)器2，攪拌裝置5，沼氣計(jì)量槽6，營(yíng)養(yǎng)液箱，堿液箱32和PLC控制裝置4，所述攪拌裝置5設(shè)置在反應(yīng)器2內(nèi)部；沼氣計(jì)量槽6、營(yíng)養(yǎng)液箱31和堿液箱32與反應(yīng)器2通過管道相連通，其中PLC控制裝置4包括微控單元，設(shè)置在所述反應(yīng)器內(nèi)部的PH檢測(cè)儀41，溫度檢測(cè)儀42和氧化還原電位檢測(cè)儀43，三者將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通過信號(hào)傳遞到所述微控單元，微控單元接收信號(hào)并控制加藥裝置3和恒溫裝置1的運(yùn)行狀況。

如圖1所示在反應(yīng)器的上方側(cè)壁設(shè)有第一閥門21，在反應(yīng)器下方設(shè)有第二閥門22，當(dāng)反應(yīng)器2內(nèi)的膨脹污泥漂浮在上游，可通過第一閥門21排出；培養(yǎng)好的厭氧顆粒污泥可通過第二閥門22排出，在反應(yīng)器2與營(yíng)養(yǎng)液箱31和堿液箱32相連接的管道上設(shè)有第三閥門35和第四閥門36，控制是加入藥劑，營(yíng)養(yǎng)液箱31和堿液箱32內(nèi)各設(shè)有一個(gè)液位計(jì)33，通過液位計(jì)33控制兩個(gè)箱體內(nèi)部的液位情況，輸送液體時(shí)通過計(jì)量泵34提供動(dòng)力源向反應(yīng)器2內(nèi)輸送藥劑也可以采用其他動(dòng)力源。

必須營(yíng)養(yǎng)液配置：廢水CODcr濃度按照3000mg/l來(lái)配置，C∶N∶P＝200∶5∶1的比例進(jìn)行配置，C源采用甲醇，N源采用氯化銨，P源采用磷酸二氫鉀，按照配置50L總體積甲醇的量為：100g；氯化銨的量為：29g；磷酸二氫鉀的量為：7g；打開自來(lái)水閥門加入營(yíng)養(yǎng)液箱約三分之二的水，將稱好的三種化學(xué)藥劑加入其內(nèi)部攪拌溶解。

堿液的配置：采用碳酸鈉為原料，稱取2.5kg，配置濃度為5％，在開啟自來(lái)水閥門加入三分之二的自來(lái)水，再加入堿液進(jìn)行攪拌混合，補(bǔ)充到50L，關(guān)閥門。

厭氧顆粒污泥的準(zhǔn)備：按照中溫培養(yǎng)的污泥控制濃度條件，污泥接種量需稠密型污泥12～15kgVSS/m³。

取城市污水處理廠厭氧絮狀污泥或者顆粒污泥20L，污泥濃度為12～15kgVSS/m³，進(jìn)行密封保存，并進(jìn)行恒溫水浴保存，控制溫度為35℃。

儀表的設(shè)定：恒溫裝置1溫度設(shè)定值在38℃；反應(yīng)器2內(nèi)PH設(shè)置在6.8～7.2，液位計(jì)33設(shè)置高液位報(bào)警和低液位缺液報(bào)警，鹽度可經(jīng)過鹽度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

開啟恒溫裝置1將溫度設(shè)定在38℃，通過污泥進(jìn)口8向反應(yīng)器2內(nèi)加入培養(yǎng)好的厭氧顆粒污泥至刻度，向反應(yīng)器2內(nèi)加配置好的營(yíng)養(yǎng)液，加好后開啟攪拌裝置5調(diào)整好轉(zhuǎn)速，觀察水力攪動(dòng)情況，觀察氧化還原電位監(jiān)測(cè)儀43及PH監(jiān)測(cè)儀41和溫度監(jiān)測(cè)儀42的讀數(shù)并將氧化還原值控制在-350mV左右或者以下，PH控制在6.8-7.2之間，溫度控制在35℃左右，鹽度小于10000mg/l，加入粘土、陶粒、顆?；钚蕴?、多孔沸石等載體物質(zhì)和Ca²⁺、Mg²⁺和CO3^2-、SO4^2-等離子的惰性物質(zhì)。

定期打開第一閥門21取出厭氧顆粒污泥對(duì)其監(jiān)測(cè)CODcr、NH4-N、TN、TP各項(xiàng)指標(biāo)，打開第二閥門22取出少量厭氧顆粒污泥，進(jìn)行污泥沉降比的觀察，根據(jù)檢測(cè)出的指標(biāo)和沉降比，通過PLC控制裝置4控制加藥裝置3向反應(yīng)器內(nèi)添加或停止添加營(yíng)養(yǎng)液和堿液。

當(dāng)厭氧顆粒污泥粒徑達(dá)到3～7mm，色澤灰黑色，關(guān)閉所述攪拌裝置靜置5～15分鐘，打開設(shè)置在所述反應(yīng)器上的第二閥門22，將污泥顆粒排出。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾，因此，本發(fā)明保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申請(qǐng)權(quán)利要求所涵蓋。