一种好氧颗粒干燥和再活化的简单方法与流程

一种好氧颗粒干燥和再活化的简单方法
1.相关申请交叉引用
2.本技术要求于2019年5月31日提交的美国临时专利申请us62/855,312的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及一种干燥好氧颗粒的方法。


背景技术：

4.好氧颗粒可用于废水处理。通常，好氧颗粒从絮状污泥发展为致密聚集体，颗粒污泥和最终成熟的好氧颗粒。种子颗粒的运输是昂贵和耗时的，特别是当种子颗粒要运输到另一个国家时。
5.仍然存在生产干燥的好氧颗粒的必要。


技术实现要素：

6.在一个方面，提供了一种生产干燥的好氧颗粒的方法，包括：
7.(a)使好氧颗粒进行粒度选择步骤；
8.(b)使来自(a)的粒度选择的好氧颗粒进行脱水步骤；
9.(c)使来自(b)的脱水的粒度选择的好氧颗粒进行干燥步骤。
10.在一个实施例中，所述粒度选择包括使所述好氧颗粒通过过滤器。
11.在一个实施例中，所述过滤器是筛。
12.在一个实施例中，所述过滤器包括多个直径约为1mm的孔。
13.在一个实施例中，所述脱水步骤包括使所述粒度选择的好氧颗粒与有机脱水溶液接触。
14.在一个实施例中，所述脱水溶液包括或由丙酮∶异丙醇(95％∶5％v/v)组成。
15.在一个实施例中，干燥步骤包括旋转干燥所述脱水的粒度选择的好氧颗粒。
16.在一个实施例中，所述干燥步骤在室温下进行。
17.在一个实施例中，所述好氧颗粒是成熟的好氧颗粒。
18.在一个方面，提供了根据权利要求1至9中任一项所述的方法生产的干燥的好氧颗粒。
19.在一个方面，提供了一种废水处理方法，包括：将权利要求10所述的干燥的好氧颗粒加入废水处理设备。
20.在一个方面，提供了一种试剂盒，包括：权利要求10所述的干燥的好氧颗粒和容器，以及任选的其使用说明。
附图说明
21.现在将参考附图仅通过示例方式描述本公开的实施方案。
22.图1是本技术的方法的流程图。
23.图2是干燥机的示意图：(a)风干；(b)烘干；(c)晒干。
24.图3显示干燥过程颗粒：(a)过筛；(b)脱水颗粒；和(c)干燥后的颗粒。
25.图4显示两小时后的再活化颗粒。
26.图5描绘颗粒活性的恢复：(a)cod；(b)氨氮；和(c)磷。
27.图6描绘不成功的产品：(a)未用干燥装置干燥的颗粒；和(b)未经处理的风干颗粒。
具体实施方式
28.好氧颗粒是不需要载体介质而自固定的微生物的致密聚集体。好氧颗粒污泥工艺越来越多地被认为是一种有前景的废水处理技术，其在高处理能力和显著降低的设备占地面积和运行成本方面已显示出优势。然而，相对长的启动阶段仍然是这种新技术的主要挑战之一。种子颗粒的运输是昂贵和耗时的，特别是当种子颗粒要运输到另一个国家时。
29.本文描述了干燥好氧颗粒的方法。在一些实施例中，干燥过程仅花费几个小时。干燥颗粒更易于运输并且可以稳定储存至少5个月。干燥过程设计为可规模化的，并最大限度地保持好氧颗粒中的微生物群落，特别是主要功能组，以便cod和营养物去除能力都可以保持。已经证实，结构稳定性和生物活性可以在干燥和储存过程后24小时内恢复。
30.好氧颗粒污泥技术作为一种有前途的污水处理系统已受到关注。与传统系统相比，本文所述的方法表现出显著的沉降，同时去除相同罐中的有机底物和营养物，这导致更小的占地面积、更低的资本和运行成本以及更高的去除效率。阻碍该技术在实际废水设备中的全面应用的挑战之一是培育颗粒需要很长时间。作为解决方案，建议在反应器外培养和储存颗粒，并在需要时用于再次接种反应器。
31.储存颗粒的关键点是通过防止蛋白水解细菌的活性不引起颗粒内的蛋白质水解来延长颗粒稳定性。干燥颗粒中的大多数微生物活性停止，因此可能延长储存时间。另外，干燥颗粒应该在短时间内是可恢复的并具有最小的结构完整性损失。由于新鲜污泥包含大量的水(＞99％)，并且脱水导致体积和重量减少，因此干燥过程使其易于储存和运输颗粒。在一个实施例中，本文描述了一种用于干燥好氧颗粒的新型风干方法。
32.干燥过程
33.使用有效体积为20l，且内径为15cm的圆柱形丙烯酸反应器培养好氧颗粒。将成熟的颗粒在1mm筛下过筛，并浸泡在脱水溶液(丙酮∶异丙醇＝95∶5v/v)中以使颗粒表面脱水2小时。之后，颗粒在干燥装置中于室温下干燥。工艺流程图如图1所示。干燥颗粒的平均脱水率为～98％(即重量减少98％)。风干机的示意图如图2a所示。整个干燥过程中的颗粒如图3所示。该干燥机将有利于干燥而不结块的旋转滚筒包括在内，其具有0.2mm的筛目尺寸。
34.干燥颗粒再活化
35.在储存超过5个月后再接种干燥颗粒，以测试生物质的活化和在有机物和营养物去除方面的处理性能。接种18小时后，干燥颗粒被证明在经过脱水和风干过程后恢复其代谢，如图4所示。
36.cod、氨和磷去除的曲线如图5所示。接种1天后，cod去除达到超过90％，并且在两个月的整个运行期间去除保持稳定并令人满意，即使当测试流入cod浓度超过3000mg/l。氨
氮去除率从一开始就超过90％，并且在两个月测试期间的大部分时间超过99％。在整个测试期间也实现了良好的磷去除。
37.在一个实施例中，描述了一种生产干燥的好氧颗粒的方法，包括：
38.(a)使好氧颗粒进行粒度选择步骤；
39.(b)使来自(a)的粒度选择的好氧颗粒进行脱水步骤；
40.(c)使来自(b)的脱水的粒度选择的好氧颗粒进行干燥步骤。
41.在一个实施例中，所述粒度选择包括使所述好氧颗粒通过过滤器。
42.在一个实施例中，所述过滤器是筛。应当理解，可以使用各种类型的过滤器，只要可以选择所建议的粒度。在一个具体实施例中，所述过滤器的孔径尺寸为约0.2mm。
43.在一个实施例中，所述过滤器包括多个直径约为1mm的孔。
44.在一个实施例中，所述脱水步骤包括使所述粒度选择的好氧颗粒与有机脱水溶液接触。
45.在一个实施例中，所述脱水溶液包括或由丙酮∶异丙醇(95％∶5％v/v)组成。
46.在一个实施例中，干燥步骤包括旋转干燥所述脱水的粒度选择的好氧颗粒。在一些实施例中，所述干燥步骤可以以约20l的负载和约5-20rpm的速度进行。
47.在一个实施例中，所述干燥步骤在室温下进行。在其他实施例中，所述干燥步骤在约15℃至约60℃之间进行。
48.在一些实施例中，干燥可以是晒干、风干或烘干。
49.在一个实施例中，使用图2a所示设计的装置进行风干。该干燥机将有利于干燥而不结块的旋转滚筒包括在内，其具有0.2mm的筛目尺寸。
50.烘干可在高达60℃的温度下进行。柱状反应器模块设计为其中除了如图2b所示的上升气流吹气之外，还使用20-30rpm的螺旋桨进行温和混合。柱模块是可以在待干燥颗粒的体积中提供灵活性的通用设计。为了促进更快的干燥，可以使用具有2-5高径比的直径8-15cm的柱。
51.在一个实施例中，为了以阳光干燥，需要具有最小间隙为50cm的透明盖的平坦表面。粒度筛选是干燥前的重要步骤。将筛选的颗粒平放在20-30rpm的振动台上以避免颗粒结块(干燥台的示意图如图2c所示)。
52.在一个实施例中，所述好氧颗粒是成熟的好氧颗粒。
53.在一个方面，存在根据权利要求1至9中任一项所述的方法生产的干燥的好氧颗粒。
54.在一个方面，描述了一种废水处理方法，包括：将权利要求10的干燥的好氧颗粒加入包括生物质的废水样品中。
55.干燥的颗粒可用于启动新的好氧颗粒反应器用于废水处理或作为增强试剂加入到现有的废水处理设备中。干燥的颗粒应用不需要特殊的再水化过程。与使用新鲜颗粒的现有接种方法相比，对于干燥的颗粒储存、运输和添加过程变得更容易，并且需要更短的时间来再活化颗粒。
56.在一个方面，描述了一种试剂盒，包括：权利要求10的干燥的好氧颗粒和容器，以及任选的其使用说明。
57.与先前或不成功干燥方法的比较
58.本发明人已经公开了几种用于干燥少量颗粒的方法。与先前公开的方法相比，本发明的优点包括：1)去除手工的表面干燥过程。大多数公开的方法包括通过吸附纸初始去除表面水分的步骤。然而，该步骤可容易地破坏颗粒的完整性，并且其不能用于工业中的大量实施。从当前工艺中去除了该步骤。2)简化脱水过程。迄今为止公开的化学方法通常涉及使用一系列具有逐渐增加的有机部分的脱水溶液，如果在工业中应用是费时和费人力的。本发明致力于简化该方法并使其对于大量应用是可行的。测试了各种脱水溶液并选择了用于简化过程的最佳脱水溶液，其也是在具有类似性能的溶液中具有最低成分数量的配方。3)理想的重量和体积减少。先前公开的方法仅实现部分干燥，并且在化学脱水后不采取进一步的干燥步骤。在目前的本发明中可以实现完全干燥，也就是说可以实现更多的重量和体积减少，从而在运输成本上节省更多。4)完全干燥后无结块形成。培养方法和过筛过程的组合能够有效地选择颗粒。适当的选择加上干燥装置中的旋转筛孔滚筒使得温和的干燥能够最小化物理损伤，同时防止颗粒形成结块。比较如图6所示。在没有设计的干燥装置的情况下，颗粒粘在一起并形成大的结块。如果在没有任何选择、化学处理或干燥装置的情况下直接风干颗粒，则甚至形成更致密的结块，显著收缩并且颗粒结构完全丧失。5)cod和营养物去除能力都可以保持并快速恢复。好氧颗粒的营养物去除能力的恢复从未在任何先前的出版物中得到解决。所有改进的组合能够更好地维持好氧颗粒中的功能性微生物和微生物群落的多样性。因此，cod和营养物去除能力都可以保持并快速恢复。良好的氮和磷去除可以在24小时内恢复，这在以前从未报道过。
59.干燥颗粒的使用实施例
60.干燥的好氧颗粒的应用至少有两种：1)增强使用传统活性污泥技术的现有废水处理设备；2)接种新的废水处理设备。
61.如果用作增强剂，对活性污泥生物反应器没有特别的附加要求。干燥的好氧颗粒可以根据需要直接加入到现有的活性污泥生物反应器中。
62.如果用于接种新的好氧颗粒污泥设备，生物反应器设备必须是使用好氧颗粒污泥技术的现有生物反应器，诸如反应器或者构造和运行为序批式反应器，其具有3的最小高度/直径比，15-20分钟的最大沉降时间和来自底部的微泡空气供应。优选的接种浓度为每升废水约5g干燥颗粒，但根据废水质量，其可以低至2-3g/l。反应器大小可以从实验室规模(小至1-2l)变化到可以提供超过400000m3/天的处理能力的全规模设备的反应器。干燥的好氧颗粒不需要特定的再活化步骤。如果干燥的好氧颗粒在供给有相同废水的母反应器中培养，新反应器可以在接种后立即以全能力运行，并且污染物去除性能可以在24小时内恢复。干燥的好氧颗粒也可以潜在地用于接种传统的活性污泥设备。在那种情况下，理想的接种浓度可以是每升废水2-3g干燥颗粒，并且对生物反应器设计或运行没有特别的要求。之前已在中国进行了初步测试，如果需要，可在加拿大进行更多测试。
63.本发明的方法通过以试剂盒的形式提供用于此方法的化合物和/或组合物来方便地实施。这种试剂盒优选包含组合物。这种试剂盒优选包含其使用说明。
64.为了更好地理解本文所述的发明，阐述以下实施例。应当理解，这些实施例仅用于说明目的。因此，它们无论如何不应限制本发明的范围。
65.本文描述的实施方案仅是示例。本领域技术人员可以对特定实施方案进行改变，修改和变化。权利要求书的范围不应受本文所阐述的特定实施方案限制，而应以与说明书
整体一致的方式来解释。
66.本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请都表示本发明所属领域的技术人员的水平，并且通过引用并入本文，如同每个单独的出版物专利或专利申请被具体地和单独地表示通过引用并入。
67.如此描述的本发明，很明显可以以多种方式变化。此类变化不应被视为背离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员而言显而易见的所有此类修改旨在包括在所附权利要求的范围内。