CN101508487A

CN101508487A - 矿材填料高效脱色菌厌氧生物滤池

Info

Publication number: CN101508487A
Application number: CNA2009101114102A
Authority: CN
Inventors: 熊小京; 郑天凌; 李博; 王慧
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2009-08-19

Abstract

矿材填料高效脱色菌厌氧生物滤池，涉及一种生物滤池，尤其是涉及一种用于偶氮染料废水脱色，采用火山碎石填料，接种高效脱色菌的厌氧生物滤池。提供一种矿材填料高效脱色菌厌氧生物滤池。设有池体、火山碎石填料、承托板、布水装置、出水与反冲洗装置、密闭装置。承托板设于池体内下部，承托板上设至少1个通孔，设于池体内的承托板上填入火山碎石填料；布水装置设于承托板的下方，布水装置设有布水管和布水室，布水管设于承托板下方的布水室内，布水管外接进水管；出水与反冲洗装置设有出水室和出水管，出水室设于池体上部，出水室的底部与池体顶部相连接，出水室的顶部开口连接出水管，作为滤池的出水口。

Description

矿材填料高效脱色菌厌氧生物滤池

技术领域

本发明涉及一种生物滤池，尤其是涉及一种用于偶氮染料废水脱色，采用火山碎石填料，接种高效脱色菌的厌氧生物滤池。

背景技术

印染、染料废水在工业废水中占有很高比例，因其排放量大、有机物含量高、色度大、碱性高、水质变化大等特点，属难处理的工业废水之一。其中偶氮染料是所有染料中使用最多的一种，约占全部染料的50％以上。

分子中含有偶氮基(-N＝N-)的染料统称为偶氮染料，其中包括酸性、媒染、活性、阳离子、中性、分散染料等，它们被大量使用于纺织、印染、食品、化妆品和印刷工业中，其中以纺织、印染行业使用最多。染料分子不能完全与纤维牢固结合，都有不同程度的流失，流失率低的如碱性染料有2％，流失率高的活性染料可达50％。没有与纤维结合的染料进入水体后，不但会造成感官污染，还阻挡光线进入水体，影响水生生态。此外偶氮染料及其降解中间产物一般含有芳香胺等分子结构，能致癌、致畸、致突变，会造成严重的环境污染问题。因此，印染、染料废水中偶氮染料的有效降解成为工业废水处理技术中亟待解决的问题。

目前，印染、染料废水的处理以生物方法为主，物化方法为辅，二者相结合的处理工艺。物化法主要包括混凝、气浮、吸附、高级氧化等，均有较好的处理效果，但是处理费用较高，不适合大规模使用。在自然界的微生物中，已知的能降解偶氮染料的有藻类、细菌、酵母菌等，其降解原理一般认为是：这些微生物能在厌氧或缺氧条件下产生偶氮还原酶，偶氮化合物分子首先被偶氮还原酶还原，偶氮双键(-N＝N-)断裂，产生芳香胺类化合物，此时染料的颜色即被去除，但由于产生的芳香胺类化合物有毒，并致癌、致畸、致突变，还需要对其进一步降解。芳香胺类化合物在有氧条件下被脱氮，生成酚类化合物；酚类化合物再被开环，生成脂肪烃和脂肪酸类化合物；最后脂肪烃和脂肪酸类化合物被氧化分解，产生CO₂和H₂O。

目前国内大多数印染、染料废水处理厂都使用物化与生化结合的处理技术，但是处理效果普遍较低，主要原因是生化处理效率较低，究其原因主要有：

1.偶氮染料因其特殊的分子结构，较难被生物分解，且大多需要在厌氧或缺氧条件下实现；

2.偶氮染料的生物降解中间产物以芳香胺类物质为主，对微生物有毒害作用，会抑制微生物的生长；

3.传统的活性污泥法对偶氮染料废水的降解不但效率低下，且由于活性污泥易流失，一旦工艺条件控制不好，就会导致微生物流失，污泥负荷过高，处理效率低下；

4.大多数印染、染料废水有着高pH、高盐度的水质特点，pH可高达14，盐度可高达15％，且含有重金属或有毒有机物质等，这些水质条件都不利于微生物的生长，使得微生物在废水处理系统中难易大量繁殖。

生物强化技术是一种通过向废水处理系统中直接投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因重组技术产生的高效菌种，以改善原处理系统的能力，达到对某一种或某一类有害物质的去除或某方面性能改进的目的的环境生物技术([1]刘恢等.活性污泥处理重金属废水的研究进展[J].工业用水与废水，2004，35(4)：9-11)。该方法可有效提高有毒有害物的去除效果，改善污泥性能，加快系统启动，增强系统稳定性、耐负荷冲击能力等，操作简便，易于管理([2]喻晖，王栋，郭建博.工程菌群在水处理中的研究和应用[J].辽宁化工，2005，34(8)：350-352)。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的以偶氮染料为主的印染、染料废水处理系统脱色率低、微生物易流失的缺点，提供一种矿材填料高效脱色菌厌氧生物滤池。

本发明设有池体、火山碎石填料、承托板、布水装置、出水与反冲洗装置、密闭装置。承托板设于池体内下部，承托板上设至少1个通孔，设于池体内的承托板上填入火山碎石填料；布水装置设于承托板的下方，布水装置设有布水管和布水室，布水管设于承托板下方的布水室内，布水管外接进水管；出水与反冲洗装置设有出水室和出水管，出水室设于池体上部，出水室的底部与池体顶部相连接，出水室的顶部开口连接出水管，作为滤池的出水口。

本发明由于采用填料和高效脱色菌构成生物滤池的核心部分，影响着滤池对染料废水的处理效果与运行控制，因此选择合适的填料和高效脱色菌对厌氧生物滤池工艺的推广和应用具有重要意义。本发明采用火山碎石作为厌氧生物滤池的填料，接种高效脱色菌，并使其附着生长在填料表面，以达到较高的微生物浓度，可显著提高对以偶氮染料为主的印染、染料废水的脱色效果。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。在图1中，1水槽，2蠕动泵，3流量控制器，4布水管，5布水室，6承托板，7火山碎石填料，8池体，9出水室，10出水管，11封闭闷板。

图2为本发明实施例的承托板和法兰连接的示意图。

图3为本发明实施例布水装置的结构示意图。在图3中，A布水管截面，4布水管，5布水室，6承托板。

图4为本发明实施例出水装置的结构示意图。在图4中，B出水管截面图，9出水室，10出水管。

图5为本发明实施例不同进水偶氮染料浓度时脱色效果比较图。在图5中，横坐标为进水周期/次，每周期为48h，左纵坐标为脱色率/％，右纵坐标为进水染料浓度/mg·L^-1；△为厌氧滤池脱色率，▲为进水染料浓度。

图6为本发明实施例不同进水盐度(以NaCl计)时脱色效果比较图。在图6中，横坐标为进水周期/次，每周期为48h，左纵坐标为脱色率/％，右纵坐标为进水NaCl浓度/g·L^-1；△为厌氧滤池脱色率，▲为进水NaCl浓度。

具体实施方式

参见图1，本发明设有池体8、火山碎石填料7、承托板6、布水装置、出水与反冲洗装置。承托板6设于池体8内下部，承托板6上设数十个通孔，火山碎石填料7填入池体8内的承托板6上，布水装置设于承托板6的下方，布水装置设有布水管4、布水室5，布水管4设于承托板6下方的布水室5内，布水管4外接进水管；池体8与布水室5采用法兰连接，用6个螺母固定，承托板6安装在池体8与布水室5之间，用橡胶圈密封；出水和反冲洗装置设有出水室9和出水管10，出水室9位于池体8顶部，出水室9的顶部采用闷板11封闭，出水室9的底部与池体8的顶部相连接，出水管10接至出水室9外，作为滤池的出水口。

本发明以火山碎石作为生物膜的载体，由于火山碎石具有粗糙的表面，因此具有作为生物膜载体的可行性，并且通过实验表明火山碎石粗糙的表面适合生物膜的生长。火山碎石填料厌氧生物滤池的工艺流程如图1所示，含偶氮染料的废水在蠕动泵2的作用下，由水槽1通过塑料软管和布水管4进入厌氧生物滤池底部的布水室5内，再经不锈钢承托板6均匀地分配到池体8中，塑料软管和布水管4通过承插连接。池体8中充填着100cm高的火山碎石填料7(堆积密度：2000kg·m^-3)，火山碎石填料7表面生长着生物膜，生物膜在厌氧条件下，将废水中的偶氮染料初步降解脱色，处理水由池体8顶部的出水室9经出水管10排出。

池体8由长1100mm，内径为70mm的有机玻璃管制作而成；承托板6采用不锈钢板制作而成，直径为φ100mm，厚度为2mm，板上钻多个直径为2mm的小孔(参见图2)；布水室由一内径为φ70mm，高为100mm的有机玻璃管制成。池体8底部设有底座，底座为一内径为70mm、外径为100mm的有机玻璃圆环；布水室5的顶部结构与池体8底部相同。池体8的底座、承托板和布水室5顶部通过法兰逐一连接，之间用橡胶圈密封。布水管4为一内径8mm的聚乙烯短管，并在距布水室顶端4cm处，沿直径方向从左边镶入布水室70mm。沿布水管截面，每隔10mm的长度，45°向下左右各钻φ2的布水孔，参见图3中的A。布水管4经φ10的塑料软管与蠕动泵2相连接。含偶氮染料废水由蠕动泵2输送至布水管4在滤池池体8内进行分布。

出水室9在厌氧生物滤池池体8的顶部，与滤池池体8为一整体，高为100mm，其顶部封闭。在出水室9高50mm处，插入一长为50mm，直径为10mm的聚乙烯短管(出水管10)，作为滤池出水口，见图4中的B。

启动厌氧生物滤池时，将扩大培养后的100mL菌液以及适量染料废水注入缺氧滤池内，浸没填料，进行扩大培养，以使细菌生长在填料孔隙内。待脱色后，用染料废水内循环进水继续培养。数天后，按正常运行方式连续进水，待缺氧滤池对染料废水的脱色率稳定达到80％以上时，可进行连续进水脱色。

以下给出厌氧生物滤池反冲洗的方法。

气水反冲洗装置的目的是去除生物滤池运行中截留的各种颗粒及胶体污染物以及老化脱落的生物膜。厌氧生物滤池的反冲洗通过布水管4、承托板6来实现。反冲洗方法为：蠕动泵2和流量控制器3对滤池8中的火山碎石填料7进行水洗，反冲洗的水分别经由池体底部的布水管4、承托板6与火山碎石填料7，从厌氧滤池的顶部排出，反冲洗时应同时控制好反冲洗的强度与时间。

经实验验证，高效脱色菌可在火山碎石的表面和间隙中附着生长，并形成良好的生物膜，生物脱色效果显著，表明本发明所用火山碎石适合作为厌氧生物滤池的生物膜载体。

印染、染料废水色度在100～400倍，有时可达1000倍以上。具有高染料浓度的废水排放到周围受纳水体中，不仅会影响水体的视觉感受，还会阻隔阳光透过水体，影响水体中的气体溶解度，从而影响到水体中动植物的生长以及水体自净过程。因此对含染料废水的色度去除被定位为主要的处理指标。本发明具有较高的偶氮染料脱色率，经实验考查，当原水在pH＝5.2，进水氨氮浓度分别50、100、150、200、300、500mg/L时，火山碎石填料厌氧生物滤池对偶氮染料C.I.Reactive Red 180的脱色实验结果如图5所示。

试验中通过逐渐提高进水染料浓度，考察A/O生物滤池的染料负荷及抗冲击能力，废水为自然pH(5.2±0.2)，葡萄糖浓度为8g·L^-1，试验结果如图5所示。进水染料浓度在等于和低于200mg·L^-1时，滤池对染料的脱色效果很好，均能够稳定维持在98％以上；当染料浓度超过300mg·L^-1时，缺氧滤池脱色率开始有所降低，好氧生物滤池停留时间长，废水更新慢，变化不及缺氧生物滤池明显；当进水染料浓度达到为500mg·L^-1时，脱色率仍然很高，在95％以上。

染色过程会用到无机盐，导致含印染废水的盐度很高，一般在15％～25％之间，主要是氯化钠、少量硫酸钠、氯化钾以及其他金属盐类^[3]。盐度超过3％～5％的废水不适宜采用常规生化方法处理^[4]。本发明对高盐度染料废水也有很好的脱色效果，经实验考察，当原水的盐度(以NaCl计)分别为0.5、2、5、10、20、30g/L时，火山碎石填料厌氧生物滤池对偶氮染料C.I.Reactive Red 180的脱色实验结果如图6所示。

试验中通过逐渐提高进水NaCl浓度，考察A/O生物滤池的盐度负荷能力，废水为自然pH(5.2±0.2)，葡萄糖浓度为4g·L^-1，染料浓度为50mg·L^-1。试验结果如图6所示。当NaCl浓度为5g·L^-1时，缺氧、好氧生物滤池的脱色率菌能达到98％以上，NaCl浓度超过10g·L^-1时，脱色率开始有所降低；当NaCl浓度超过30g·L^-1时，脱色率降低至93％，但总体效果仍很好。CK-3柯氏柠檬酸杆菌能够在如此高盐度环境中生长并表现脱色特性，说明它是一种耐盐或嗜盐细菌，将该菌接种于本发明的厌氧生物滤池中对偶氮染料的脱色具有很大的应用潜力。

Claims

1.矿材填料高效脱色菌厌氧生物滤池，其特征在于设有池体、火山碎石填料、承托板、布水装置、出水与反冲洗装置、密闭装置，承托板设于池体内下部，承托板上设至少1个通孔，设于池体内的承托板上填入火山碎石填料；布水装置设于承托板的下方，布水装置设有布水管和布水室，布水管设于承托板下方的布水室内，布水管外接进水管；出水与反冲洗装置设有出水室和出水管，出水室设于池体上部，出水室的底部与池体顶部相连接，出水室的顶部开口连接出水管，作为滤池的出水口。