CN101050020A

CN101050020A - 用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法

Info

Publication number: CN101050020A
Application number: CNA2007100572848A
Authority: CN
Inventors: 李凤祥; 华涛; 周启星
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2027-04-30
Also published as: CN100519440C

Abstract

本发明涉及用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法，该工艺利用污泥减量型生物膜叠球填料，经过叠球填料挂膜培养、生物膜驯化阶段接种生物膜，进行废水污泥减量化处理的工艺启动与运行。本发明可实现对高浓度有机废水如：酱油企业废水以及其他性质类似的生活污水的污泥减量处理；叠球填料摆脱了传统生物膜法中比表面积对生物量束缚，提高了生物量，丰富了生物相；通过调节运行参数等方法，充分发挥生物能量解偶联、溶胞和生物捕食作用，高度实现了污泥减量化。因此本发明可省略二沉池和剩余污泥处理设施，降低工艺投资和运行管理费用；污泥减量化避免了剩余污泥处理和污泥最终处置过程中带来的二次污染。

Description

用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别是一种用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法，可用于处理酱油生产淋油车间高浓度有机废水，也可以用于处理生活污水。

背景技术

我国面临严重水资源短缺问题的同时，废水排放量急剧增加。这其中高浓度有机废水是一类处理难度较大的废水。本发明以酱油生产废水为例阐述，每年我国酱油生产企业产生废水5000万m³。酱油废水处理难点在于色度高、有机污染物含量高、冲击负荷变化大、污染物成分不稳定、生化处理工艺污泥产量高、生产分散导致排放分散，表1是典型酱油废水的污染物指标。

表1 酱油废水的污染物指标

COD(mg/L)	BOD(mg/L)	SS(mg/L)	pH	色度
COD(mg/L)	BOD(mg/L)	SS(mg/L)	pH	色度	1000-15000	700-11000	30-3000	5.0-6.0倍	500-1000

当前，常规的高浓度有机废水处理技术包括：物化处理、生化处理。

(1)物化处理

物化处理主要是利用物理、化学作用去除废水中有机物的一种方法，物理处理效果有限，化学处理成本高，通常物化处理用作生物处理的辅助处理。一般是用在遇到微生物处理法难于解决的COD和色泽等问题。物化方法多用于酱油废水的色度去除。

物理吸附：酱油废水的色度处理一般采用活性炭、煤炭和沙滤予以处理。重庆酱油厂废水处理设计用煤渣过滤，色度平均去除率达到83％，虽然煤渣、沙滤具有一定的经济性，但清理却很麻烦，不可再生。

膜技术：日本学者采用反渗透或荷电膜，从清洗压榨的酱油滤布废水中得到含氨基酸的浓缩液，或者采用各种荷电膜，选择分离回收清洗酱油滤布液中的氨基酸。超滤技术已应用于污水处理，若能应用超滤技术提纯分离酱油废水中的谷氨酸，更有利于废水处理，但由于超滤技术材料、性能、寿命、堵塞、清洗、处理量等问题尚不能很好解决，在生产中推广应用有一定困难。

浓缩脱盐：日本学者将谷氨酸母液经过浓缩脱盐或透析脱盐后用作畜类饲料添加剂。此外，电渗析法可在电场作用下，利用带阴、阳离子交换膜的选择性渗透，将电解质分离，且不需要对膜进行再生处理，可以连续操作，不受电解质浓度限制，利用电渗析法回收酱油废水中的盐，可实现酱油废水资源化处理。浓缩脱盐技术缺点是处理能力低、能耗高。

化学絮凝：通过加入絮凝剂，与废水中的部分有机物作用，形成较大颗粒，然后沉降下来，从而达到去除目的。化学絮凝的缺点在使用无机或有机絮凝剂过程中不可避免带来二次污染。

(2)生化处理

目前在国内，生化处理是酱油废水处理的常用方法，COD，BOD去除效果也较好；通常采用厌氧处理或厌氧好氧组合处理工艺。

厌氧处理：对于高浓度有机废水的生物处理，厌氧消化法总是要比好氧降解法更为经济。厌氧处理法不仅可以在低能耗下去除90％以上的BOD，还能以沼气形式生产出生物能。厌氧处理装置一般采用厌氧消化池，有UASB(Up-flow AnaerobicSludge Bed，上流式厌氧污泥床)，上流式AF(Anaerobic Filter，厌氧滤器)，下流式AF，AFBR(Anaerobic Fluidized Bed Reactor，厌氧流化床反应器) 等，在厌氧消化池无氧条件下，利用酸菌群和甲烷菌群，将废水中有机物转化成甲烷和二氧化碳，去除80％左右的COD。UASB具有良好的抗冲击负荷和抗低pH的能力，说明厌氧消化在处理高浓度有机废水效果是相当好的。其弱点是HRT较长，出水水质不能完全满足要求。

厌氧-好氧组合工艺：利用厌氧水解(酸化)处理，然后进行好氧生物处理，厌氧处理的酸性消化阶段在水解菌作用下，将不溶性有机物水解为溶解性物质，使大分子物质转化为小分子物质，由于水解和产酸菌世代周期较短，这一过程较快完成，并且可在常温下进行，然后通入氧气，使有机酸等多种较大分子物质彻底降解。该法比单纯厌氧处理时间减少一半。对于酱油废水这一类的高浓度有机废水，无论单独采用好氧或厌氧处理工艺都不能得到满意处理效果，因此，组合工艺被广泛采用。其弱点是明显的：一是工艺复杂导致建设、运行、管理和维护成本的提高；第二，废水的高有机负荷导致高污泥产率。

生物处理法的一大难题是剩余污泥的处理，生物处理过程中产生大量的剩余污泥，通常这些剩余污泥中含有相当多的不稳定的有机物。生物处理法产生的污泥一般由松散的物质组成，其特点是：1.含水率较高；2.由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成；3.污泥的体积庞大，性质不稳定，不利于运输和处置，对环境会造成直接或潜在的威胁。目前，对剩余污泥的处理与处置，存在三个问题：首先，尚无一种可以推而广之同时对环境无污染的有效方法；其次，各种污泥处理与处置方法需要的资金数额巨大；第三，按照我国城市污水处理厂的建设规划，污泥年产量将成倍增加。因此，污泥的处理与处置将成为环境领域的一大难题。人们环境意识的加强和对环境质量要求的提高必然使越来越多的废水包括酱油工业废水这样高浓度、高色度、在生物处理工艺条件下高污泥产率、有特殊性质的废水需要得到高质量的处理。

实践表明，在众多的废水处理方法中，生化法是高浓度有机废水处理特别是酱油废水处理中最有效，应用最多的一类方法。鉴于此类处理法剩余污泥难以处理这一难题，以及酱油企业废水为代表的高浓度有机废水处理中遇到的色度高、COD含量高、污泥产量大及后续处理的二次环境污染等问题，考虑到经济性、高效性和环境友好，需要发展高效的、适用于高浓度有机废水污泥减量型生化处理方法，如利用新型生物膜载体填料，在生化反应池中创造厌氧好氧并存的条件，进行高浓度有机废水的污泥减量型处理工艺运行技术的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用污泥减量型生物膜叠球填料，在生化反应池中创造厌氧好氧并存的条件，进行废水处理的污泥减量型生物膜叠球填料工艺运行技术。

为实现上述目的，本发明采用了一种用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法，其特征在于利用污泥减量型生物膜叠球填料，接种生物膜，进行废水污泥减量化处理的工艺启动与运行。技术方案步骤如下：

A叠球填料挂膜培养阶段：

1)将污泥减量型生物膜叠球填料放入生化池内，叠球填料占生化池内容积的25％-55％；

2)在调节池内注入生活污水，调节pH值呈中性，再添加微生物所需氮磷营养物质，制成调节池均质水注入生化池；

3)在生化池内注入调节池均质水，再加入采集自生活污水处理系统中的污泥，使池中污泥浓度范围在5-20g/L；开始连续曝气，溶解氧值控制在0.3-2mg/L范围；

4)一周内自每24小时一次，每次换调节池均质水40-70％，增至每24小时2-5次，每次换调节池均质水30-50％，并连续闷曝，直到连续进调节池均质水，使出水水质稳定并满足排放标准，挂膜完成；

B生物膜驯化阶段：

1)在生化池内开始注入待处理的废水，调节生化池中pH值呈中性，同时增加微生物补充氮磷营养物质的投入量，保证出水水质稳定并满足排放标准；

2)保持池内好氧状态，增加连续曝气量，将溶解氧值控制在0.3-2mg/L范围内；

3)连续出水水质稳定满足排放标准后，不再投加微生物营养物质，驯化完成。

C正式处理阶段：

连续注入排放的废水，调节废水曝气量，保持生化池体内溶解氧值在0.3-1.8mg/L，叠球填料内部呈厌氧环境。

本发明所述处理废水的方法使用的污泥减量型生物膜叠球填料，是由直径为0.3cm-1.5cm的天然石质颗粒粘结成直径2-8cm子球体，再将子球体粘结成直径5-20cm的叠球体，叠球填料的孔隙率为40-65％。

本发明所述种微生物补充营养物质为：硫酸铵、硝酸铵、尿素、氨水、氯化铵、磷酸、过磷酸钙、磷酸氢二钾中的一种或几种。所述叠球填料挂膜培养阶段在步骤3)和步骤4)的生化池内，以及生物膜驯化阶段的调节池内补充营养物质中氮元素在生化池内浓度为2-50mg/L，磷为0.5-12mg/L。

本发明所述叠球填料挂膜培养阶段步骤3)中采集自生活污水处理系统中的污泥是生化池、二沉池或污泥回流管内的污泥的一种或几种。

本发明采用污泥减量型生物膜叠球填料的工艺，可用于酱油生产废水等理化性质类似的高浓度有机废水处理，也包括生活污水的处理。

本发明的有益效果：

采用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理高浓度有机废水，包括生活污水，其有益效果表现在经济性、有效性和环境友好方面：

1)构成该工艺核心组件的叠球填料为石质材料，广泛存在于自然界中，所用热固性树脂胶黏剂和固化剂在填料粘结成型后对生物膜无毒害作用，因此该工艺建设成本低，具有经济实用性；

2)叠球结构优化了SRT(污泥停留时间)、HRT(水力停留时间)，相对于活性污泥法，叠球填料丰富了生物相，提高了生物量，同时摆脱了传统生物膜法中比表面积对生物量束缚，生物膜挂膜及运行稳定，废水处理效率高；

3)叠球填料结构对水流影响，优化了废水与SS(固体悬浮物)分离条件；

4)充分发挥生物能量解偶联、生物捕食作用，实现了好氧和厌氧处理过程同时进行，高度实现了污泥减量化；

5)基于污泥减量的实现，工艺上可以省略二沉池，节约了废水工艺设施建设成本、运行管理费用和剩余污泥处理费用，避免剩余污泥处理和最终处置过程中带来的二次污染；

6)采用叠球填料的工艺，建设规模灵活，适合废水集中处理和分散处理；

7)酱油企业废水以及其他性质类似的高浓度有机废水，经过以污泥减量型生物膜叠球填料为主要组件的生化池处理，有机污染物(COD)去除、色度(如酱油淋油废水)去除、污泥减量化同步实现。

采用本发明，工艺简单，易维护，降低了废水处理厂建设和运行成本，实现了污泥减量化，避免了剩余污泥处理过程中带来的二次污染，具备高效、经济、环境友好等优越性。

附图说明

图1为污泥减量型生物膜叠球填料图；

图2为处理生活污水小试前照片；

图3为处理生活污水小试后照片。

具体实施方式

本发明提供了一种适用于高浓度有机废水处理或生活污水的采用污泥减量型生物膜叠球填料的工艺，工艺方法分为叠球填料挂膜、生物膜驯化和正式运行几个阶段，以高浓度有机废水处理为例：

叠球填料挂膜培养阶段：

1.将污泥减量型生物膜叠球填料放入生化池内，其数量视叠球填料规格而定，如直径10cm填料投放量为1000-1300个/m³；

2.备用微生物补充营养物质；

3.采集生活污水处理系统中的生化池、二沉池或污泥回流管内的污泥中的一种或几种的混合物，以及该生化池待处理的原生活污水备用；

4.在调节池内，调节上述步骤3)采集的原生活污水pH值呈中性，添加步骤2)备用的补充营养物质后，注入放置叠球填料的生化池，同时在生化池内加入步骤3)采集的污泥，使池中污泥浓度范围在5-20g/L，开始连续曝气，D0(溶解氧)值控制在0.3-2mg/L范围内；

5.前两天，每24小时换水40-70％一次，连续闷曝；当填料表面明显有黏膜状物覆盖于其表面时(一般为72小时左右)，继续曝气，开始改为每次换水30-50％，每24小时2-5次，换水时，停止曝气，换水时间限制在30分钟内；

6.一周内自每24小时换水一次，每次换调节池均质水40-70％，增至每24小时换水2-5次，每次换调节池均质水30-50％，并连续闷曝，直到连续进调节池均质水，使出水水质稳定并满足排放标准，挂膜完成；

微生物驯化阶段：

1.采集企业内排放高浓度有机废水车间的原废水备用；

2.挂膜完成后，在不影响出水水质变化前提下，逐步增加高浓度有机废水的投入比例，并在调节池中调节pH值呈中性，直到达到实际情况下该车间排放的高浓度有机废水占企业排放的全部废水的比例；

3.驯化过程增加连续曝气量，保持池内好氧状态，生化池体内溶解氧值控制在0.3-2mg/L范围内；

4.驯化初期增加微生物补充营养物质的投入量，后逐步减少投入量，甚至不投加；

5.出水水质稳定并满足排放标准，驯化完成。

正式处理阶段：

1.定期监测或连续监测进水和出水水质指标；

2.不排放剩余污泥；

3.调节废水曝气量，保持生化池体内溶解氧值在0.3-1.8mg/L，，叠球填料内部呈厌氧环境。

本发明使用的污泥减量型生物膜叠球填料是以天然石质材料为原料，所用热固性树脂胶黏剂在填料粘结成型后对生物膜无毒害作用。

叠球填料的制备：首先，将天然石质材料打研成直径为0.3cm-1.5cm的颗粒，清污后用自来水清洗后烘干备用；按体积比2∶1-10∶1的比例将环氧树脂固化剂加入到环氧树脂热固性树脂胶黏剂中，充分搅拌，直至胶黏剂呈不透明乳白色，备用；然后将处理过的石质颗粒，用胶黏剂在模具中粘结成直径2-8cm子球体，静置固化20-30小时，得到子球体；再将得到的多个子球体，用胶黏剂在模具中粘结成直径5-20cm的母球体，静置固化20-30小时得到污泥减量型生物膜叠球填料球体。

实施例1

以废水处理厂生化池活性污泥做菌种，给工艺中的污泥减量型生物膜叠球填料挂膜。工艺启动、生物膜挂膜、运行方法及其对生活污水处理效果如下：

1.取污水处理厂生化池活性污泥做菌种，取该生化池所处理的原生活污水备用；

2.在调节池内调节生活污水BOD值在300mg/L左右，加入氯化铵、磷酸二氢钾，其浓度分别为12.7mg/L和3.8mg/L，调节pH值为中性；

3.采用接种培养方式，在生化池内注满步骤2调节的生活污水，以10g/L浓度加入活性污泥；

4.前两天连续闷曝，每天换水60％，第三天，待填料表面明显有黏膜状物覆盖时，开始改为每次换水30％，每天2次，第五天连续供水，逐步降低HRT，换水时，停止曝气，换水时间限制在30分钟内；

5.出水水质稳定后停加氯化铵、磷酸二氢钾，并逐步增加连续供水量，当填料基本完全被生物膜覆盖，挂膜完成。

6.正式处理阶段定期监测或连续监测进水和出水水质指标；不排放剩余污泥；调节废水曝气量，保持生化池体内溶解氧值在0.3-1.8mg/L，叠球填料内部呈厌氧环境。

采用本发明的实施例1，在生物膜生长进入稳定期，出水COD为3mg/L左右，运行平稳后维持在50mg/L左右，氨氮未检出，SS去除率为95％，未排放污泥，实现了在出水指标稳定前提下的污泥零排放，完成了生物膜挂膜和对生活污水的处理。

表2 叠球填料工艺处理生活污水出水水质

指标	COD_Cr(mg/L)	NH₃-N(mg/L)	SS(mg/L)
指标	COD_Cr(mg/L)	NH₃-N(mg/L)	SS(mg/L)	本试验GB一级标准准^*	5060	未检出15	3.520

^*第二类污染物最高允许排放浓度(1998年1月1日后建设的单位)

实施例2

在酱油生产企业，废水主要来源是淋油车间高浓度、高色度有机废水，淋油废水与其他车间废水和生活污水构成酱油企业废水。采用本发明污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理酱油企业废水，其步骤是在实施例1生物膜挂膜完成后，开始生物膜驯化过程，逐步增加淋油车间废水比例，最终达到淋油废水占该企业产生废水总量的比例，最终进入正式处理过程。

1-5步骤与实例1相同，其中5步骤中无需停加氯化铵、磷酸二氢钾；

6.在调节池内逐步提高淋油车间废水注入比例，达到该车间废水在该企业废水中的比例，调节pH值呈中性；

7.在逐步提高淋油废水注入比例的过程中，同时提高氯化铵、磷酸二氢钾加入量，氯化铵浓度从12.7逐步提高到55.2mg/L，磷酸二氢钾浓度由3.8mg/L逐步增加到14.6mg/L；

8.正式处理阶段定期监测或连续监测进水和出水水质指标，不排放剩余污泥，调节废水曝气量，保持生化池体内溶解氧值在0.3-1.8mg/L，叠球填料内部呈厌氧环境。

表3 叠球填料工艺处理酱油企业废水出水水质

指标	COD_Cr(mg/L)	NH₃-N(mg/L)	SS(mg/L)	色度(倍数)
指标	COD_Cr(mg/L)	NH₃-N(mg/L)	SS(mg/L)	色度(倍数)	本试验GB一级标准^*	5060	015	9.820	2050

^*第二类污染物最高允许排放浓度(1998年1月1日后建设的单位)

采用本发明实施例2处理酱油企业废水，进水BOD增加至1300mg/L以上，出水COD仍稳定在50mg/L左右，出水氨氮几乎检测不到，SS去除率为93％，当淋油车间废水比例为25％时，出水色度20倍，其间不排放污泥。

Claims

1、一种用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法，其特征在于利用污泥减量型生物膜叠球填料，接种生物膜，进行废水污泥减量化处理的工艺启动与运行，包括以下步骤：

A叠球填料挂膜培养阶段：

B生物膜驯化阶段：

C正式处理阶段：

2、根据权利要求1所述的用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法，其特征在于所述污泥减量型生物膜叠球填料是由直径为0.3cm-1.5cm的天然石质颗粒粘结成直径2-8cm子球体，再将子球体粘结成直径5-20cm的叠球体，叠球填料的孔隙率为40-65％。

3、根据权利要求1所述的用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法，所述废水是指高浓度有机废水或生活污水。

4、根据权利要求1所述的用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法，其特征在于所述微生物补充营养物质为：硫酸铵、硝酸铵、尿素、氨水、氯化铵、磷酸、过磷酸钙、磷酸氢二钾中的一种或几种。

5、根据权利要求1所述的用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法，其特征在于所述叠球填料挂膜培养阶段在步骤3)和步骤4)的生化池内，以及生物膜驯化阶段的调节池内补充营养物质中氮元素在生化池内的浓度为2-50mg/L，磷为0.5-12mg/L。

6、根据权利要求1所述的用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法，其特征在于所述叠球填料挂膜培养阶段步骤3)中采集自生活污水处理系统中的污泥是生化池、二沉池或污泥回流管内的污泥的一种或几种。

7、根据权利要求1所述的用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法，其特征在于所述叠球填料挂膜培养阶段，在填料表面有黏膜状物覆盖之前，每24小时换调节池均质水一次。

8、根据权利要求1所述的用污泥减量型生物膜叠球填料工艺处理废水的方法，其特征在于所述叠球填料挂膜培养阶段步骤4)中，每次换调节池均质水在30分钟内完成。