CN101717153A - 高盐废水生物处理系统的快速构建方法 - Google Patents

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陈垚
方俊华
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Abstract

本发明公开一种高盐废水生物处理系统的快速构建方法。它是在序批式生物膜反应器中通过接种城市污水处理厂的活性污泥，在组合填料上形成生物膜，并采用一定的启动运行方法及污泥驯化方式，在不投加嗜盐菌种的条件下使反应器内的活性污泥在3％盐度(以NaCl计，下同)高盐环境下实现附着生长，并最终形成目标盐度下适合微生物生长的复合微生态生物膜处理系统。

Description

高盐废水生物处理系统的快速构建方法
技术领域
本发明属于污水处理、环境保护技术领域，具体涉及一项高盐废水生物处理系统的快速构建技术，尤其是能在高盐废水处理系统中利用生物膜系统以及序批式反应器对盐度的耐冲击性来实现目标盐度下生物处理系统的快速高效构建的技术。
背景技术
随着工业的发展和水资源的缺乏，一些工业行业所产生的高盐(盐度15g/L以上)生产废水，如皂素废水、石油开采废水、染料加工废水、食品加工废水等，其污染物浓度越来越高，成份也越来越复杂，排放量也将越来越大，给生态环境的压力也逐渐加大。
采用普通的活性污泥法往往由于高盐对废水处理系统中生物的毒害和抑制作用，以及污泥沉降性能的恶化等影响而使其微生物系统严重失稳。同时，普通活性污泥法处理高盐废水还存在处理效能低，抗盐度冲击能力差等缺点。目前，采用接种嗜盐微生物可以实现高盐条件下有机物的有效去除，但往往由于接种嗜盐菌受培养条件限制难以培养出适合某类废水有机物降解的高效降解菌，同时接种的嗜盐微生物对于处理系统而言属于外来物种，会与土著微生物形成竞争作用，导致该处理方法成本过高、效能不稳定。
近年来，随着对高盐废水生物处理技术的重视和发展，国内公开了200710105799.0“高含盐废水高效处理工艺”。该工艺在序批式反应器中通过形成好氧颗粒污泥并采用一定的启动运行方法及污泥驯化方式，在不投加嗜盐菌条件下使反应器内污泥实现聚集生长并形成复合微生态从而实现高含盐废水的高效处理及改善系统的抗盐度冲击能力。该工艺虽然在不投加嗜盐菌的条件下实现了生物处理系统的构建，但该工艺由于为实现污泥的颗粒化，在小于1％的盐度下启动反应器，同时盐度提升梯度较缓(每次盐度提升梯度小于0.5％)，使其构建时间较长。此外，盐度提升梯度控制不当，很容易使颗粒发生膨胀破碎，同时高含盐条件下形成的菌胶团颗粒污泥容易被丝状菌颗粒污泥所取代，使高盐条件下形成的好氧颗粒污泥稳定性较差[i，ii，iii]
发明内容
为了克服现有高盐废水生物处理系统构建技术存在的缺陷，本发明提供一种高盐废水生物处理系统的快速构建方法。
本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高盐废水生物处理系统的快速构建方法，其是通过快速形成生物膜实现处理系统的快速构建；所述方法以序批式的运行方式。首先，采用易于微生物附着生长的组合填料快速实现微生物的附着并聚集生长，其次，将反应器在较低负荷下启动，通过逐步加大反应器内的有机负荷，使微生物高效降解有机物而得到增殖，加快生物膜的成形。最后，在含盐废水处理系统中采用“二阶段盐度提升法”，即通过控制进水盐度来调控反应器内盐度梯度的递增幅度实现污泥的高效驯化，并可在较短的时间内构建出目标盐度下的高盐生物处理系统。
本发明具体采用以下步骤进行：
第一步：在序批式生物膜反应器中投加组合填料作为微生物附着的载体，挂膜密度(填料填充比)30％～50％；然后接种活性污泥并确定接种体积V1，使接种后反应器内的污泥浓度达8～10g/L；
第二步：控制进水有机负荷为0.5～1.0kgCOD/(m3·d)，并根据该负荷以及第一阶段进水COD浓度(化学需氧量)，计算出每周期的进水体积V2；根据序批式生物膜反应器的有机容积V＝V1+V2+V3，确定所需加入自来水体积V3，并通过投加NaCl使所述反应器内的初始盐度达3％；
第三步：控制曝气量使所述反应器内的溶解氧含量DO维持在6mg/L左右，水温25℃～30℃；按照进水盐度3％，让所述反应器在该条件下按每天1个周期进行第一阶段的运行，运行工况为进水(0.15～0.25)h→反应(23.5～23.7)h→沉淀排水(0.15～0.25)h，共24h；在第一阶段运行过程中，序批式生物膜反应器在3％高盐临界盐度值下，筛选出接种活性污泥中的耐盐菌并使其成为优势细菌，使微生物在组合填料上附着生长并形成复合微生态生物膜，从而达到改善污泥沉降性能和提高系统抗盐度冲击能力的目的；
第四步：在第一阶段进水盐度3％条件下运行10～15d后(具体时间根据出水COD情况确定)，采用改变进水盐度的二阶段盐度提升法(二阶段盐度提升法指通过改变两个阶段的进水盐度来提升反应器内的盐度，第一阶段指反应器内初始盐度为3％，该阶段进水盐度也为3％；第二阶段指进水盐度为目标盐度，反应器内的盐度通过进目标盐度的废水、排(3％～目标盐度)的废水的方式逐日提高)，逐日提高反应器内的盐度直至目标盐度，从而实现高盐条件即目标盐度下的微生物处理系统的快速构建。
本方法中采用的作为微生物附着载体的组合填料最好采用组合式半软性纤维填料(其由软性纤维束、高分子聚合塑料环片、支撑套管、中心绳组成，其中软性纤维束用独特的穿孔固定方式均匀的分布在塑料环片的周边)、多孔球型悬浮海绵填料(其由海绵、高分子聚合多孔塑料球壳组成，海绵填充于整个球壳)、多孔球型悬浮半软性纤维填料(其由前述组合式半软性纤维填料、高分子聚合多孔塑料球壳组成，组合式半软性填料由中心绳固定于球壳的两端)等类型的填料。
本方法的核心是高盐废水处理系统启动初期微生物在组合填料上顺利快速附着和生物膜的顺利成形，以及构建过程中反应器内理论盐度梯度的递增调控。
该方法可以从以下四方面使现有高盐处理系统构建技术得到改善：
1、充分利用稳定性较优的组合式半软性纤维填料、多孔球型悬浮海绵填料或多孔球型悬浮半软性纤维填料快速实现微生物的附着并形成生物膜；
2、处理超高盐废水的生物处理系统在进水有机容积负荷为0.5～1.0kg/(m3·d)下，通过逐步提高反应器内的实际承担有机负荷的变负荷法进行系统的快速构建；
3、在不向反应器内投加嗜盐微生物的条件下，通过接种活性污泥中能在反应器初始盐度3％的条件下生长的耐盐菌附着在组合填料中形成生物膜后，通过将进水盐度改成目标盐度来调控第二阶段反应器内的理论盐度提高梯度，实现目标盐度下污泥的快速驯化以及反应器的稳定运行。
利用生物膜优异的吸附性能在反应初期将废水中的微生物附着于生物膜表面，同时填料上微生物通过对有机物的吸附降解而得到增殖，从而实现生物膜的成形增厚。此外，生物膜独特的复合微生态结构可以实现很好的抗盐度冲击能力。
4、充分发挥生物膜优异的抗冲击能力，可避免在高盐生物处理系统构建过程中因丝状菌发生的污泥膨胀而导致系统严重失稳的问题，构建出的生物处理系统具有较好的稳定性。
本发明充分发挥序批式生物膜反应器对有机物地高效去除、抗冲击负荷能力强的优点，改善系统中污泥的沉降性能，从而利用生物膜中附着微生物对盐度抗冲击能力较强的特点实现整个系统盐度的提升。通过系统构建过程中改变进水盐度调控反应器内的盐度梯度实现高盐废水处理系统在不加嗜盐菌种的条件下微生物的快速筛选及驯化，从而可降低废水处理系统构建的运行成本，同时高盐环境中可诱发普通活性污泥发生污泥膨胀的丝状菌可作为生物膜的优良骨架使高盐环境中形成的生物膜变得更加致密，而能够保障生物处理系统的高效稳定运行。
附图说明
图1为高盐废水生物处理装置示意图。
图中各代号分别表示：(1)序批式生物膜反应器(SBBR)装置；(2)曝气泵；(3)曝气头；(4)出水阀门；(5)组合填料。
图2的(a)为组合填料的实物图；图2的(b)为在组合填料上成形后的生物膜实物图。
图3为高盐榨菜腌制废水(目标盐度7％)生物系统构建过程中COD变化曲线图。
图4为高盐榨菜腌制废水生物系统构建过程中反应器的实际承担负荷变化图。
图5为高盐榨菜腌制废水(目标盐度6％)生物系统构建过程中COD变化曲线图。
图6为高盐模拟废水(目标盐度7％)生物系统构建过程中COD变化曲线图。
具体实施方式
参见图1，在图示的序批式生物膜反应器(SBBR)装置1中设置组合填料5，挂膜密度(填料填充比)为50％。接种城市污水处理厂活性污泥，接种体积V1，使接种后反应器内的污泥浓度(MLSS)达10g/L。控制进水有机负荷为0.5kgCOD/(m3·d)，并根据该负荷以及高盐废水进水有机物浓度的COD值(化学需氧量)，计算出每周期的进水体积V2；根据序批式生物膜反应器的有机容积V＝V1+V2+V3，确定所需加入自来水体积V3，最后用V3体积的自来水补足反应器至总有效容积，并通过投加NaCl使所述反应器内的初始盐度达3％，使反应器在初始盐度为3％的条件下启动。
进行第一阶段的运行，运行过程中，控制曝气量使反应器内的溶解氧含量(DO)维持在6mg/L左右，水温25～30℃，反应器按每天1个周期运行，运行工况为进水0.25h→反应23.5h→沉淀排水0.25h，共24h。然后进行第二阶段的运行，以目标盐度进水，直至达到目标盐度，完成系统构建。
由图2的(a)可以看出采用的组合填料的实物状态，其是组合式半软性纤维填料(什么组合填料？)，图2的(b)则显示了填料上附着生长成形后的生物膜的实物状态，该复合微生态生物膜可以改善污泥沉降性能和提高系统抗盐度冲击能力。
实施例1
需处理的废水为高盐榨菜腌制废水，其COD值为5000mg/L左右，目标盐度7％(但是第二阶段为什么要用7％呢？)，通过投加NaCl将其盐度控制在3％和7％两个盐度值，采用图1所示的处理装置在3％初始盐度，进水有机负荷0.5kgCOD/(m3·d)，DO 6mg/L左右，进水盐度为3％的条件下启动，进行第一阶段运行，水温25～30℃，反应器按每天1个周期运行，运行工况为进水0.25h→反应23.5h→沉淀排水0.25h，共24h，运行10天后，COD去除率可达90％，反应器进入第二阶段运行；
在第二阶段运行中，将进水盐度改变为7％，由于反应器第一阶段盐度为3％，排水比为0.1，可计算出反应器内理论递增盐度为(7％-3％)×0.1＝0.4％，10天后反应器内的盐度便可达目标盐度7％，同时反应器能高效去除有机物并能稳定运行，此时COD去除率为95％左右(见图3，形成的生物膜致密而厚实(见图1(b))。
由图4可知，反应器实际启动负荷较低，基本在控制的进水有机负荷内，为0.47kgCOD/(m3·d)，在该负荷下，反应器内的耐盐微生物处于快速增长期，大量增殖，并附着在组合填料上。构建过程中反应器承担的负荷在0.47～0.95kgCOD/(m3·d)之间，基本维持在0.6～0.8kgCOD/(m3·d)。从该图可以看出，构建过程中，控制反应器实际COD承担负荷为进水有机负荷，是高盐生物处理系统快速成功构建的关键。
实施例2
需处理的废水为高盐榨菜腌制废水，其COD值为5000mg/L左右，目标盐度6％，通过投加NaCl将其盐度控制在3％和6％两个盐度值，采用图1所示的处理装置在3％初始盐度，进水有机负荷1.0kgCOD/(m3·d)，DO 6mg/L左右，接种城市污水厂活性污泥使反应器内污泥浓度为8g/L，反应器挂膜密度(填料填充比)为30％，进水盐度为3％的条件下启动，进行第一阶段运行，水温25～30℃，反应器按每天1个周期运行，运行工况为进水0.15h→反应23.7h→沉淀排水0.15h，共24h，运行10天后，COD去除率可达88％，反应器进入第二阶段运行；10天后反应器内的盐度便可达目标盐度6％，同时反应器能高效去除有机物并能稳定运行，此时COD去除率为89％左右(见图5)。
实施例3
采用高盐模拟废水(由生活污水、葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾等组成)，其COD值为5000mg/L左右，目标盐度为7％，通过投加NaCl控制盐度为3％和7％两个盐度值，采用图1所示的处理装置在3％初始盐度，进水有机负荷0.5kgCOD/(m3·d)，DO 6mg/L左右，进水盐度为3％的条件下启动，进行第一阶段运行，水温25～30℃，反应器按每天1个周期运行，运行工况为进水0.25h→反应23.5h→沉淀排水0.25h，共24h，运行10天后，COD去除率同样可达90％，反应器进入第二阶段运行，以目标盐度7％进水，10天后反应器内的盐度便达目标盐度7％，同时反应器能高效去除有机物并能稳定运行，此时COD去除率为97％左右(见图6)。
由图6可知，在排除实施例1和2中榨菜腌制废水存在嗜盐微生物而通过进水不断向反应器内接种嗜盐微生物的可能性后，同样能在较短的时间内构建出高效稳定的高盐生物处理系统，COD去除率高达97％。可见，该高盐生物处理系统快速构建技术适用于多数高盐废水的处理系统的构建。
本发明实施例中采用的组合填料为组合式半软性纤维填料，该填料是由软性纤维束、高分子聚合塑料环片、支撑套管、中心绳组成。软性纤维束用独特的穿孔固定方式均匀的分布在塑料环片的周边，丝束不会脱落，同时避免了填料中心结团的现象，改善了中心供氧，塑料环片中间雪花状针刺样结构又能起良好的布水、布气作用，使该填料具有传质效应好、氧利用率高，不堵塞、耐冲击、处理稳定等优点。
主要运行参数
挂膜密度(填料填充比)：30％～50％；
进水有机负荷：0.5～1.0kgCOD/(m3·d)；
污泥浓度：8～10g/L；
初始盐度：3％；
水温：25～30℃
溶解氧(DO)：6mg/L；
运行工况：进水(0.15～0.25)h→反应(23.5～23.7)h→沉淀排水(0.15～0.25)h。

Claims (2)

1.一种高盐废水生物处理系统的快速构建方法，其是通过快速形成生物膜实现处理系统的快速构建；其特征是：所述方法以序批式的运行方式，采用以下步骤进行：
第一步：在序批式生物膜反应器中投加组合填料作为微生物附着的载体，挂膜密度即填料填充比为30％～50％；然后接种活性污泥并确定接种体积V1，使接种后反应器内的污泥浓度达8～10g/L；
第二步：控制进水有机负荷为0.5～1.0kgCOD/(m3·d)，并根据该负荷以及第一阶段进水COD浓度即化学需氧量，计算出每周期的进水体积V2；根据序批式生物膜反应器的有机容积V＝V1+V2+V3，确定所需加入自来水体积V3，并通过投加NaCl使所述反应器内的初始盐度达3％；
第三步：控制曝气量使所述反应器内的溶解氧含量DO维持在5.5～6.0mg/L，水温25℃～30℃；按照进水盐度3％，让所述反应器在该条件下按每天1个周期进行第一阶段的运行，运行工况为进水0.15～0.25h→反应23.5～23.7h→沉淀排水0.15～0.25h，共24h；在第一阶段运行过程中，序批式生物膜反应器在3％高盐临界盐度值下，筛选出接种活性污泥中的耐盐菌并使其成为优势细菌，使微生物在组合填料上附着生长并形成复合微生态生物膜，从而达到改善污泥沉降性能和提高系统抗盐度冲击能力的目的；
第四步：在第一阶段进水盐度3％条件下运行10～15d后，具体时间根据出水COD情况确定，采用改变进水盐度的二阶段盐度提升法，逐日提高反应器内的盐度直至目标盐度，从而实现高盐条件即目标盐度下的微生物处理系统的快速构建；
所述二阶段盐度提升法指通过改变第二阶段的进水盐度来提升反应器内的盐度的方法，在第二阶段的进水盐度为目标盐度，反应器内的盐度通过进目标盐度的废水、排3％～目标盐度的废水的方式逐日提高，直至达到目标盐度。
2.根据权利要求1所述的高盐废水生物处理系统的快速构建方法，其特征在于：所述作为微生物附着载体的组合填料采用组合式半软性纤维填料、多孔球型悬浮海绵填料或多孔球型悬浮半软性纤维填料。
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