生物脱硫污泥系统快速启动与调控方法
阅读说明：本技术 生物脱硫污泥系统快速启动与调控方法 (Quick starting and regulating method for biological desulfurization sludge system ) 是由 杨帆 吴伟林 官峻 陈剑锋 张鑫 王志明 于 2021-10-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及生物脱硫污泥系统快速启动与调控方法,使用带有自加热以及保温功能的污泥培养容器,可以对污泥的温度进行调控及保持,充分保证污泥中微生物的培养环境,促进硫氧化菌群发育繁殖。通过间隔均匀投加脱硫菌剂的方式,保证容器内的微生物结构稳定,使相关菌群在污泥体系中占据主导位置,加快污泥培育速度,最终达到快速驯化和优选硫氧化细菌的目的。(The invention relates to a quick start and regulation method of a biological desulfurization sludge system, which uses a sludge culture container with self-heating and heat preservation functions to regulate and maintain the temperature of sludge, fully ensures the culture environment of microorganisms in the sludge and promotes the development and propagation of sulfur oxidizing bacteria. By means of uniformly adding the desulfurization microbial inoculum at intervals, the structure stability of microorganisms in the container is ensured, related flora occupies a leading position in a sludge system, the sludge cultivation speed is accelerated, and the aims of quickly domesticating and preferably selecting sulfur-oxidizing bacteria are finally fulfilled.)
技术领域
本发明属于生物脱硫技术领域，具体涉及生物脱硫污泥系统快速启动与调控方法。
背景技术
随着社会经济不断发展，对石油资源需求量日渐增加。然而，在石油领域发展过程中，受到各类因素的影响，石油管道极易出现腐蚀现象，在很大程度上阻碍了石油事业可持续发展，特别是硫化氢腐蚀问题。随原油一起采出的油田伴生气，一般都含有部分水蒸气，有的还含有相当数量的硫化氢和二氧化碳等酸性气体。伴生气中的水汽，不仅减少了管线的输送能力和气体的热值，而且当输送压力和环境变化时，还可能引起水蒸气从天然气中析出，形成液态水、冰或天然气的固体水化物，从而增加管路压降，甚至堵塞管道。当伴生气中含有酸性气体时，会加速硫化氢和二氧化碳对管线、设备的腐蚀。如果处理不当，导致硫化氢泄漏，那么后果将会相当严重。
气体生物脱硫及硫回收最佳应用领域为天然气、焦炉气、化工尾气等较大规模脱硫，可以替代络合铁和湿法氧化脱硫工艺。与湿法化学氧化法相比，生物脱硫在硫磺和硫容等指标上具有明显优势，但对生物脱硫的硫磺转化率、碱消耗量、容积负荷等项指标提出了较高要求，需要在硫氧化菌、生物脱硫反应器、工艺控制策略等方面取得技术突破。
硫氧化菌是一类具有氧化硫能力的微生物的总称。某些硫细菌－自养反硝化硫氧化细菌能够以氮系化合物(硝酸盐、亚硝酸盐)为电子受体，将硫化物氧化为单质硫，同时还原硝酸盐或亚硝酸盐至氮气，从而在该过程中获得生长和代谢的能量。主要的硫氧化菌包括T.denitrifi cans,Thiomicrospira denitrifi cans,Thiobacillus versutus,Thiosphaera pantotropha和P.denitrifi cans。生物脱硫反应器中需要驯化和优选脱硫的功能菌群，该功能菌群在反应器的微生物系统中的优势地位越明显，脱硫效果越好并且该功能菌群的抗冲击能力越强。由于活性污泥内部存在多种互助和竞争机制，如反硝化菌与硫酸盐还原菌竞争有机底物等，在工业应用中需要快速驯化和优选硫氧化细菌，因此本发明以富集硫氧化细菌为目标，通过控制反应器的运行条件快速启动生物脱硫污泥系统，进而实现硫化物的脱除及单质硫产出。
发明内容
本发明的目的在于，提出生物脱硫污泥系统快速启动与调控方法，解决生物污泥脱硫体系启动慢的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：生物脱硫污泥系统快速启动与调控方法，包括以下步骤：
步骤1，向反应器内接种活性污泥，调节反应器内部温度；
步骤2，配制含有污泥微生物培育物的反应器进水，通过蠕动泵泵入反应器，水力停留时间为20-26小时；
步骤3，向反应器内间隔均匀投放脱硫菌粉，间隔时间4-6天；
步骤4，对反应器内的单质硫生成量及菌群进行检测，确定反应器内污泥的状态。
优选的是，所述反应器采用电阻丝进行加热。
优选的是，所述步骤1中，反应器内温度保持在29℃-31℃。
优选的是，所述活性污泥为颗粒污泥，粒径4-6mm。
优选的是，所述活性污泥的VSS与SS比值为：VSS/SS＝0.6-0.7。
优选的是，所述活性污泥的体积为反应器有效工作容量的60％-80％。
优选的是，所述污泥微生物培育物包含1500mg/L的NaHCO3、127.5mg/L的NO3-N、200mg/L的硫化物及微量元素。
优选的是，所述微量元素包括MgSO4、MnSO4·H2O、NaCl、FeSO4·7H2O、CaCl2·2H2O、CoCl2·6H2O、ZnCl2、CuSO4·5H2O、AlK(SO4)2·12H2O、H3BO3、Na2MoO4、NiCl2·6H2O、Na2WO4·2H2O。
本发明产生的有益效果是：使用带有自加热以及保温功能的污泥培养容器，可以对污泥的温度进行调控及保持，充分保证污泥中微生物的培养环境，促进硫氧化菌群发育繁殖。通过间隔均匀投加脱硫菌剂的方式，保证容器内的脱硫菌群密度，使相关菌群在污泥体系中占据主导位置，加快污泥培育速度，最终达到加快脱硫污泥体系启动速度的目的。
附图说明
图1是反应器结构示意图；
图2是硫化物去除效果图；
图3是细菌群落结构图。
具体实施方式
反应器具体结构如图1，反应器由有机玻璃组建，工作体积为3L，直径为6cm，内部填充聚氨酯生物海绵填料。
实施例1
(1)向反应器内接种颗粒活性污泥，污泥平均粒径5mm，VSS/SS＝0.68，使用电阻丝加热将反应器内的温度保持在30±1℃
(2)进水中包含1500mg/L的NaHCO3、127.5mg/L的NO3-N、200mg/L的硫化物及微量元素。微量元素包括MgSO4 3g/L、MnSO4·H2O 0.5g/L、NaCl 1g/L、FeSO4·7H2O 0.1g/L、CaCl2·2H2O 0.1g/L、CoCl2·6H2O 0.1g/L、ZnCl2 0.13g/L、H3BO3 0.01g/L、Na2MoO40.025g/L、NiCl2·6H2O 0.024g/L、Na2WO4·2H2O 0.025g/L、CuSO4·5H2O 0.01g/L、AlK(SO4)2·12H2O 0.01g/L，使用蠕动泵泵入反应器，水力停留时间24小时。
(3)每隔5天投加0.1L的固体菌粉，共投加5次，之后不再投加菌剂。
(4)反应器进水硫化物的浓度保持在200mg/L。由图2可以看到，反应器运行的第一天，单质硫生成量为151mg/L，40天内的单质硫生成量在144.4mg/L～154.1mg/L之间。该方法下启动的反应器无明显启动期，并且运行期间单质硫生成量没有明显的波动。启动的反应器微生物对硫化物的去除率保持在比较高的水平。
从图3可以看到，初始污泥中主要的优势菌属有Azoarcus属(49.2％)、Pseudomonas属(5.3％)、Thauera属(13.2％)、Arcobacter属(4.4％)，而Thiobacillus属几乎检测不到。在第5天时，Thiobacillus属和Unclassified Betaproteobacteria为绝对优势菌属，分别占到58.6％和26.9％。各类兼性和异养细菌的相对丰度均小于2％。在第20天时，此时反应器内的优势菌属仍为Thiobacillus属和Unclassified Betaproteobacteria。其余细菌的总相对丰度变得更小。在连续投加5次菌剂后，即25天后不再投加菌剂。Arcobacter属的OTU序列在第5天和20天时几乎检测不到，而在第40天时，Arcobacter属的相对丰度提高至10.3％。在第40天时Thiobacillus属的相对丰度从56％下降至45.2％，Unclassified Betaproteobacteria的相对丰度则为33.0％。说明该方法可使启动用脱硫菌在反应器内的微生物系统内快速占有优势的地位。
对比例1
(1)向反应器内接种颗粒活性污泥，污泥平均粒径5mm，VSS/SS＝0.68，使用电阻丝加热将反应器内的温度保持在30±1℃
(2)进水中包含1500mg/L的NaHCO3、127.5mg/L的NO3-N、200mg/L的硫化物及微量元素。微量元素包括MgSO4 3g/L、MnSO4·H2O 0.5g/L、NaCl 1g/L、FeSO4·7H2O 0.1g/L、CaCl2·2H2O 0.1g/L、CoCl2·6H2O 0.1g/L、ZnCl2 0.13g/L、H3BO3 0.01g/L、Na2MoO40.025g/L、NiCl2·6H2O 0.024g/L、Na2WO4·2H2O 0.025g/L、CuSO4·5H2O 0.01g/L、AlK(SO4)2·12H2O 0.01g/L，使用蠕动泵泵入反应器，水力停留时间24小时。
(3)一次性投加0.5L固体菌粉，随后不再投加。
(4)进水硫化物的浓度保持在200mg/L。由图2可以看到反应器运行的第一天，单质硫生成量为179.5mg/L，随后单质硫生成率呈现逐步下降的趋势，第40天下降到123.6mg/L。
从图2可以看到，Thiobacillus属的相对丰度在第5天时就达到了75.4％占到了绝对优势地位。另外一个优势菌属则为Lutibacter，其相对丰度则6.8％，其能够利用的唯一碳源为麦芽糖。另外，此时Pseudomonas属的相对丰度为4.8％。这说明即使在自养细菌占到群落结构绝对优势的情况下，仍需要异养和兼性细菌来参与其内部的平衡。在第20天时，Thiobacillus属的相对丰度下降至59％，而Unclassified Betaproteobacteria的相对丰度则上升至14.7％。可能投加的菌剂在逐渐流失，另一方面可能是Thiobacillus属与Unclassified Betaproteobacteria为竞争关系。Lutibacter属的相对丰度则下降至0.8％，Pseudomonas属的相对丰度为同样下降至1.6％。推测UnclassifiedBetaproteobacteria可能起到代替异养或兼性细菌在自养系统中的作用。在第40天时，Unclassified Betaproteobacteria与Thiobacillus属的相对丰度达到均衡，分别为36.7％和35.2％。Arcobacter属的相对丰度则为3.6％。
对比例2
(1)向反应器内接种颗粒活性污泥，污泥平均粒径5mm，VSS/SS＝0.68，使用电阻丝加热将反应器内的温度保持在30±1℃
(2)进水中包含1500mg/L的NaHCO3、127.5mg/L的NO3-N、200mg/L的硫化物及微量元素。微量元素包括MgSO4 3g/L、MnSO4·H2O 0.5g/L、NaCl 1g/L、FeSO4·7H2O 0.1g/L、CaCl2·2H2O 0.1g/L、CoCl2·6H2O 0.1g/L、ZnCl2 0.13g/L、H3BO3 0.01g/L、Na2MoO40.025g/L、NiCl2·6H2O 0.024g/L、Na2WO4·2H2O 0.025g/L、CuSO4·5H2O 0.01g/L、AlK(SO4)2·12H2O 0.01g/L，使用蠕动泵泵入反应器，水力停留时间24小时。
(3)不投加菌剂。
(4)启动效果
进水硫化物的浓度保持在200mg/L。由图2可以看到反应器中单质硫生成率是逐渐提高的，直到第30天才达到相对稳定。
从图3可以看到，在第5天时原有的群落结构中优势菌属只剩下Azoarcus属，从49.2％下降至15.6％。Thiobacillus属则上升至27.4％。同时相对丰度上升的还有Pseudomonas属从5.3％上升至19.4％，Arcobacter属从4.4％上升至19.1％。Pseudomonas和Arcobacter为异养或兼性细菌，它们能够利用有机碳源和无机碳源。异养或兼性细菌能够在自养环境中存在的原因，可能是由于自养细菌Thiobacillus属大量存活后产生的有机底物为这两种细菌提供了有机底物。经过20天的培养后，Azoarcus属已经几乎检测不到，同时Pseudomonas属和Arcobacter属继续下降，相对丰度均小于2％。这时Thiobacillus属的相对丰度则继续上升，从27.4％上升至57.6％。此时另外一个菌属的相对丰度快速增加，在初始污泥和第5天的污泥中几乎不存在该属细菌的OTU。由于分类学限制及目前对其了解较少，该细菌仅仅归纳于Unclassified Betaproteobacteria中。这个菌属在第20天时的相对丰度增加至22.0％。同样该菌属在第40天时的相对丰度增加至35.1％。而Thiobacillus属的相对丰度下降至41.2％。Arcobacter属在第40天时再次成为优势菌属，虽然在第20天时已经几乎检测不到其OTU的存在。结合第35～40天时的出水中单质硫的浓度(126mg/L～132.9mg/L)，说明在第40天时，反应器内微生物群落才结构达到最终的稳定结构。
由此可见，采用间隔方式进行菌粉投放的实施例1容器中，无论是硫单质生成量还是微生物群落稳定性均优于其他操作方式，可见采用本发明中的生物脱硫污泥系统快速启动方法可以使生物脱硫污泥体系无明显启动期，且脱硫操作期间硫单质生成量波动小，微生物群落结构稳定。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可做各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
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