一种解除厌氧反应器中软性纤维填料生物膜结团的方法技术

本发明专利技术公开了一种解除厌氧反应器中软性纤维填料生物膜结团的方法,在已经发生生物膜结团的软性纤维填料厌氧反应器的原料中添加鼠李糖脂，将溶解有鼠李糖脂的原料通过进料过程引入反应器内；利用反应器内的循环泵，使鼠李糖脂在反应器内充分分散，并与结团生物膜充分接触，在鼠李糖脂的作用下，生物膜胞外的聚合物中的疏水大分子溶解度增加，疏水大分子溶解进入液相，从而温和瓦解脱除过厚生物膜；然后通过循环泵的水利冲击及搅动及作用，已瓦解的松散生物膜脱离软性纤维填料载体；脱除的过厚生物膜经过沉淀进入反应器底部，通过排泥过程从反应器内去除。本发明专利技术所使用的鼠李糖脂，不仅无毒，可生物降解性强且表面活性较强，可适应极端情况pH和温度情况。

【技术实现步骤摘要】
一种解除厌氧反应器中软性纤维填料生物膜结团的方法
：本专利技术涉及环境保护
，具体涉及一种解除厌氧反应器中软性纤维填料生物膜结团的方法。
技术介绍
：能源问题是当前世界面临的主要问题之一，随着现代社会对于化石能源的高度依赖和大量消耗，能源短缺成为经济发展的重大潜在风险。随着我国经济的高速增长，能源供求形势日益严峻，我国能源消费和温室气体排放量已经跃居世界第一位。基于此，开发可再生能源和新能源成为促进我国经济社会持续健康发展的重大战略需求。生物质能在替代石油资源方面具有相当的优势，其规模化应用对于缓解化石燃料紧缺、减少污染以及温室气体排放有重要意义。我国作为一个处在经济快速增长期的的人口大国，在迅速发展的同时也产生了数量可观的有机废弃物，折合标准煤达1600万吨，具有巨大的能源开发潜力。但是在我国实际有机污水处理过程中，常常是以治理废水为目的而忽略了能源的回收，导致投入可观而成效很不理想，还浪费了巨量生物质能。通过高效的厌氧发酵技术，在处理污水的同时提取沼气是理想的双赢处理手段。高效的厌氧消化系统应当具备以下条件：足够的微生物停留时间，厌氧微生物和废水能充分接触，传质性能好，反应效率高等。研究表明，使用填料作为厌氧反应器微生物附着的载体能将大量厌氧微生物固定，使反应器内保持有较高浓度的微生物，从而有效提高反应器的运行性能。厌氧滤池(AF)是美国斯坦福大学的两位学者首先研制的，是采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧系统。厌氧菌在填充材料上附着生长形成生物膜，生物膜与填充材料一起形成固定的滤床。废水在向上流动的过程中，废水中的有机物被生物膜吸附并分解，进而通过微生物的代谢作用将有机物转化为甲烷和二氧化碳。一般来说，单位体积的反应器内载体的表面积越大，可承受的有机负荷越高，且填料还要具有相当的空隙率。空隙率高，在相同负荷条件下水力停留时间越长，有机物去除率越高；同时高空隙率还有利于防止滤池堵塞和短流产生。因此对填料的选择尤其重要。表1对比了常用AF填料的特性，可见软性纤维填料的性能与造价均优于其他填料。表1填料特性对比佟树声等人于1990年提出一种纤维填料生物膜固定床系统，即在改进的AF反应器中使用软性纤维填料作为载体。软性纤维填料的纤维丝均匀分布在液相空间，形成微生物的附着载体，微生物呈立体网状结构附着在纤维上，生物膜的表面积大，具有极强的消化能力。该系统具有产气率高，设备简单，易于操作等特点，其沼气池容产气率最高可达23L/(L·d)，显著优于现有的厌氧处理系统；COD去除率达到80％以上，厌氧处理后废水可达到排放标准。但是软性纤维填料在长时间运行中易产生填料结团，大大降低其处理效率及产气效率，成为其推广应用的瓶颈所在。如图1所示，在运行过程中软性纤维填料上附着的网状生物膜不断生长，密度越来越大，致使软性纤维填料的纤维出现粘连，继而造成生物膜堵塞结团，此时基质与生物膜的接触面积变小，处理效率急剧下降。90年代期间，此种纤维填料技术在我国较为盛行，研究人员做了大量工艺条件和处理效果方面的研究，证明其有很强的处理能力和很高的产沼气能力，但是此技术未能得到持续发展，主因即为填料生物膜结球问题无法得到解决。一旦发生填料结团，则需更换填料，不仅带来系统停止运行带来的损失，还需要重新进行挂膜启动过程，造成人力物力的浪费。现有的控制以及去除生物膜的技术手段，其最大的不足之处在于所用添加剂均具有强力的抑制和杀灭生物膜的作用。例如CN101448399和CN101878290A公开的的专利“生物膜控制剂组合物”、“生物膜除去剂”，利用化学制剂控制生物膜，抑制生物膜的形成，对生物膜有强力清除作用。CN102459557A，刘颋等人公开的“具有生物膜除去功能的液体清洁组合物”专利技术专利提出了一种化学表面活性剂、水解酶和异噻唑啉酮复配的清洁剂，去除生物膜医疗器具上的生物膜。CN104257645A公开的欧内勒等人申请的专利“生物膜有机体的抑制”提出抗菌抗生物膜剂的产品，主要是用于治疗微生物感染。CN101478878公开的小罗伯特等人申请的专利“生物膜控制”提供的同样是用于杀死细菌并控制生物膜合成的组合物。以上公开的专利主要目的在于杀灭细菌及完全去除生物膜，而在厌氧反应器中的软性纤维填料生物膜结团的情况中，这些方法并不适用。因为强力去除生物膜的产品用于厌氧生物膜反应器中，虽然能够达到脱除生物膜的效果，但是会抑制功能微生物的活性，减少有效微生物的生物量，甚至可能导致系统性能下降甚至发酵过程中断，与结团导致的更换填料的后果并无二致。因此，对于生物反应器中的生物膜控制，并不适合采用强力的控制手段。CN102500228A公开的余关龙等申请的专利“一种控制生物滴滤器内生物膜过度蓄积的方法”提出利用多元醇型和聚氧乙烯型非离子表面活性剂，包括聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX-100)、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯控制生物膜的过度积蓄，虽然是属于较为温和的控制方法，但是事实上TritonX-100本身具有毒性，在生物制品中常作为灭活剂和裂解剂使用；而虽然聚氧乙烯类非离子型表面活性剂本身的毒性较低，但是某些种类聚氧乙烯类非离子型表面活性剂代谢产物的毒性很高，脂肪醇聚氧乙烯醚经研究证实对盐藻生长具有抑制作用，有一定毒性风险；脂肪酸聚氧乙烯酯经证实对细胞增殖有抑制作用。利用化学表面活性剂对厌氧生物反应器的生物膜进行调控，具有毒性抑制风险，可能导致反应器性能下降，微生物失活。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种解除厌氧反应器中软性纤维填料生物膜结团的方法。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：一种解除厌氧反应器中软性纤维填料生物膜结团的方法，该方法包括以下步骤：a、在已经发生生物膜结团的软性纤维填料厌氧反应器的原料中添加鼠李糖脂(rhamnolipid)，将溶解有鼠李糖脂的原料通过进料过程引入反应器内；所述软性纤维填料以醛化纤纶为基础材料，直径在120mm-130mm之间；所述鼠李糖脂投加质量与生物膜干重的比值为0.2-0.3：1；b、通过反应器内的循环泵，使鼠李糖脂在反应器内充分分散，并与结团生物膜充分接触，在鼠李糖脂的作用下，生物膜胞外的聚合物(EPS)中的疏水大分子(多糖和蛋白质)溶解度增加，疏水大分子溶解进入液相，从而温和瓦解脱除过厚生物膜；然后通过循环泵的水利冲击及搅动作用，已瓦解的松散生物膜脱离软性纤维填料载体；c、脱除的过厚生物膜经过沉淀进入反应器底部，通过排泥过程从反应器内去除。优选地，所述软性填料厌氧反应器为载有软性纤维填料的上流管式反应器。本专利技术利用鼠李糖脂的增溶性质，使其连接于生物膜胞外聚合物EPS的疏水大分子(多糖及蛋白质)与水分子之间，增加其溶解性使其能够脱离生物膜，从而达到瓦解过厚生物膜的作用。与现有技术相比，本专利技术的突出效果在于：本专利技术所使用的鼠李糖脂，不仅无毒，可生物降解性强且表面活性较强，可适应极端情况pH和温度情况。鼠李糖脂应用于厌氧软性填料生物反应器的生物膜控制中，能够增加生物膜的主要成分——胞外聚合物(EPS)中的疏水大分子蛋白质和多糖的溶解度，使其脱离生物膜进入液相中，从而达到瓦解生物膜的作用。失去内部支持的生物膜变得较为松散，在反应器内循环泵的水力冲击下，过厚的生物膜脱离载体，达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种解除厌氧反应器中软性纤维填料生物膜结团的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a、在已经发生生物膜结团的软性纤维填料厌氧反应器的原料中添加鼠李糖脂，将溶解有鼠李糖脂的原料通过进料过程引入反应器内；所述软性纤维填料以醛化纤纶为基础材料，直径在120mm‑130mm之间；所述鼠李糖脂投加质量与生物膜干重的比值为0.2‑0.3：1；b、通过反应器内的循环泵，使鼠李糖脂在反应器内充分分散，并与结团生物膜充分接触，在鼠李糖脂的作用下，生物膜胞外的聚合物中的疏水大分子溶解度增加，疏水大分子溶解进入液相，从而温和瓦解脱除过厚生物膜；然后通过循环泵的水利冲击及搅动作用，已瓦解的松散生物膜脱离软性纤维填料载体；c、脱除的过厚生物膜经过沉淀进入反应器底部，通过排泥过程从反应器内去除。

【技术特征摘要】
1.一种解除厌氧反应器中软性纤维填料生物膜结团的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a、在已经发生生物膜结团的软性纤维填料厌氧反应器的原料中添加鼠李糖脂，将溶解有鼠李糖脂的原料通过进料过程引入反应器内；所述软性纤维填料以醛化纤纶为基础材料，直径在120mm-130mm之间；所述鼠李糖脂投加质量与生物膜干重的比值为0.2-0.3：1；所述软性填料厌氧反应器为载有软性...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁振宏，王瑶，孙永明，孔晓英，庄新姝，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44