一种生物好氧批量培养的消泡方法 【技术领域】
本发明属于废水生物处理领域和生物发酵领域，尤其涉及一种生物好氧批量培养过程中的新型消泡方法。该方法主要适用于废水生物处理领域污泥好氧批量培养过程中以及生物发酵领域好氧批量发酵过程中泡沫的消除。
背景技术
废水生物好氧处理工艺(连续流或序批式)运行前需要在曝气条件下批量培养污泥以获得足够的生物量，满足连续流或序批式运行对生物量的需要，此过程往往会产生大量气泡和形成较高的泡沫层，最终从曝气池中溢出，造成污泥培养操作的不便。同样，在生物发酵领域的需氧批量发酵过程中也会产生大量泡沫，造成单位体积供氧能力和培养能力下降，培养溶液逸出等问题，使发酵工序不能正常进行。因此，为保证生物好氧批量培养过程的顺利进行，必须采用消泡工序。
在已申请的关于消泡的发明专利中，90％以上的发明专利是通过投加消泡剂解决上述难题的。针对不同类型气泡介质，目前已经研制出了上百种消泡剂，多数采用本体型、掺合型和有机硅复合型乳液作为消泡剂，这些消泡剂多为短期消泡、一次性消泡，或连续添加消泡。如：申请号为CN200610076976.2，名称为一种消泡剂组合物及其制备方法，公开号为CN101053801的发明专利，这种消泡剂组合物不仅具有聚硅氧烷类消泡剂消泡效力强、表面张力低、挥发性低、无毒、无污染、生理惰性等特点，还具有聚醚类消泡剂的耐高温、耐强碱等特性；具有很强的持久消泡、抑泡性能、掺量少、适应性好等特点。申请号为CN200710027025.0，名称为水溶性复配有机硅乳液高效消泡剂及其合成方法，公开号为CN101053802的发明专利，这种消泡剂对造纸、涂料和印染等工业泡沫具有很高的消泡率和较低的使用量，以及非常高的性价比。又如申请号为CN200610081608.7，名称为一种消泡剂组合物，公开号为CN101062468的发明专利，该组合物产品稳定性好，不会出现诸如矿物油类消泡剂及有机硅油类消泡剂储存过程中出现的分水、分层等缺陷。再如申请号为CN03111405.9，名称为医药抗生素消泡剂及制备方法，公开号为CN1535758的发明专利，这类消泡剂具有较好的抑泡和消泡效果并且对发酵生产不产生副作用。
除了消泡剂外，使用消泡装置也是一种重要的解决方法。如：申请号为CN200510049169.7，名称为一种可机械消泡的板式塔，公开号为CN1692967的发明专利，利用塔板消泡板的存在可进行机械消泡，减小泡沫层的高度，提高传质效率。申请号为CN200710192625.2，名称为一种机械消泡器，公开号为CN101187183的发明专利，这种诱导式分离消泡，捕集效率极高，可实现百分之百消泡，运行可靠、操作维护简便。申请号为CN200410017652.2，名称为水池池面的消泡方法及消泡装置，公开号CN1562434的发明专利，在水池的池面上方设置有至少一个可动的加热器，利用该加热器在水池池面上方的慢速移动使池面上的泡沫受热破裂，该装置结构简单、运行成本低，消泡效果极佳且不会造成二次环境污染。又如申请号为CN99816995.1，名称为消泡装置及空气-水处理装置，公开号为CN1379736的发明专利，主要用于消除向水中通入空气时产生的气泡，效果显著。再如申请号为CN200710192625.2，名称为一种机械消泡器，公开号CN101187183的发明专利，采用诱导式分离消泡，捕集效率极高，可实现百分之百消泡，不需消泡剂，无任何环境污染问题。
目前的发明专利中，使用消泡剂虽然能够实现消泡目的，但是存在操作成本高或使用不便等不足，许多消泡剂也并不适应生物好氧批量培养的需要，例如大量消泡剂进入污水处理系统，增加了系统的负荷，可能导致出水水质变差，出水COD值升高，而发酵生产中添加消泡剂会对后续菌体分离，浓缩以及产品分离等工序过程造成障碍。相比而言消泡装置由于存在诸多不足，在实际应用中并未得到广泛推广，这也是目前关于消泡的专利技术侧重于消泡剂的主要原因。特别重要的是，无论是消泡剂还是消泡装置都属于末端处理方法，其特点均为在产生泡沫后开展消泡，并非通过源头控制减少泡沫的产生，因而都会受泡沫强度的影响并存在时效性问题，会因为泡沫强度过大而失去消泡作用，或者在一定时间后泡沫会重新堆积。
由上述发明专利可以看出，当前消泡方法由于采用的是末端治理的思路，无论是消泡剂还是消泡装置均属于被动消泡方法，其消泡效果和持久性均存在较大的问题，并不能从根本上解决生物好氧批量培养过程中的泡沫问题，因而从微生物生长动力学和微生态机理角度出发，寻找从源头控制泡沫的方法以减少泡沫的产生，并使之能环保、高效、经济、广泛的应用于不同气泡介质中具有非常现实的意义。
【发明内容】
本发明针对生物好氧批量培养过程中产生大量泡沫的问题，开发出一种控制泡沫产生的主动消泡方法，该方法只需将原有构筑物中的部分混合液通过已有进出水管道回流循环运行(即假连续运转方式)，通过控制回流流速和反应构筑物中上升流速等参数有效控制了泡沫的产生，因而明显区别于以消泡剂和消泡装置为代表的被动消泡方法或泡沫末端控制方法。该方法能够持续抑制或消除泡沫的产生。
本发明的特征在于所述一种生物好氧批量培养的消泡方法基于对微生物生长动力学和微生态机理的了解，通过假连续运行方式控制了生物好氧批量培养过程中泡沫的产生，从源头上消除了泡沫，不需额外采用消泡剂或消泡装置，不会产生消泡剂对培养液的污染，并且不需要改造原有构筑物的结构，最大限度地节省了投资成本，满足了实际操作中成本-效果兼顾、运行费用低的要求。
本发明的目的在于提供一种以源头控制为特点的主动消泡方法，与现有消泡剂或消泡装置相比本发明专利具有以下优点：
(1)方法构思新颖，消泡效果好，无二次污染：针对生物好氧批量培养过程中泡沫的产生，从微生物动力学和微生态机理出发，从源头开展泡沫控制和消除，其消泡效果具有持久性，同时因为不需要添加其它物质而减少了二次污染，对后期生物培养过程(废水处理或发酵过程)无抑制作用。
(2)适用范围广：本发明适用于生物好氧批量培养过程中产生的泡沫，包括废水生物处理领域污泥批量好氧培养过程中和生物发酵领域批量发酵过程中产生的气泡。
(3)技术改造容易，成本低：本方法只需将部分液体通过已有进出水管道进行回流，流出液再返回到原有构筑物中形成假连续(或内循环)运行，并不需要对原有构筑物进行大规模的改造，满足了实际操作中成本-效果兼顾、运行费用低的要求。
【具体实施方式】
以下详细说明本发明的工作原理和实施方式
本发明所述一种生物好氧批量培养的消泡方法依据微生物连续和批量生长过程动力学模型的不同，在原有构筑物的基础上添加适当流量的回流泵，将部分混合液体通过已有进出水管道回流至构筑物中，从而形成假连续(或内循环)运行，运行过程中需要控制回流速度和回流液体上升流速等参数。
实施例1
某工业废水处理，在反应器中接种微生物并进行污泥批量好氧培养，当MLSS达到8g/L开始大量出现泡沫，高度达到20cm，采用本发明所述一种生物好氧批量培养的消泡方法，具体措施为将出水用泵回流，回流流速为0.7L/min，回流后液体上升流速为0.6L/min，回流时间15min。采用该方法后初期反应器中原有泡沫逐渐变小，且不再产生新的泡沫，半小时后泡沫高度降低为2cm。
实施例2
某青霉素发酵生产过程，在发酵罐中接种入发酵微生物后进行批量发酵培养，随着发酵的进行，气泡逐渐堆积并出现溢流现象，泡沫高度36cm，，采用本发明所述一种生物好氧批量培养的消泡方法，具体措施为将出水用泵回流，回流流速为10L/min，回流后液体上升流速为2L/min，回流时间60min。采用该方法后初期发酵罐中原有泡沫逐渐变小，且不再产生新的泡沫，30min后泡沫高度降低为8cm，1h后泡沫完全消失。使用该消泡方法前后发酵产物总量几乎不变。