CN102070244A

CN102070244A - 一种磁载体生物膜反应器及其用于废水污泥减量化处理的方法

Info

Publication number: CN102070244A
Application number: CN2010105694985A
Authority: CN
Inventors: 潘涌璋; 师波; 张志永
Original assignee: Jinan University
Current assignee: Jinan University; University of Jinan
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-05-25

Abstract

本发明公开了一种磁载体生物膜反应器及其用于废水污泥减量化处理的方法。本发明磁载体生物膜反应器是通过采用磁性微生物载体或者在微生物载体周围施加外磁场作用后接种生物膜得到的。本发明磁载体生物膜反应器利用磁场作用，强化流离球微生物载体或多孔生物载体在好氧-厌氧交替作用下的剩余污泥原位减量效果，提高微生物活性，从而提高污染物的去除率。

Description

一种磁载体生物膜反应器及其用于废水污泥减量化处理的方法

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种磁载体生物膜反应器及其用于废水污泥减量化处理的方法。

背景技术

活性污泥法是目前有机废水生物处理的主要方法之一，该法的主要缺点是：在废水处理过程中会产生大量的剩余污泥，其产生量一般为废水处理量的0.3~0.5%，污泥处理的投资和运行费用巨大，约占整个废水厂投资及运行费用的25~65%，此外这些污泥一般富含有机物、病菌等，若不加以妥善处理而随意堆放，将对周围环境产生新的污染。所以剩余污泥已成为废水生物处理所面临的沉重负担。目前我国污泥处理与处置采用的主要方式是污泥经浓缩脱水后处运至周边农村弃置、填埋或小部分进行焚烧和综合利用。这些方法有的占用大量的土地，有的投资和运行费用较高，且存在着二次污染的隐患。近些年来，由于民众环保意识的普遍增强，这种粗放式的管理已不适应环境的要求。因此，从污水处理的源头入手，最大限度地减少剩余污泥的排放量，具有重大的环境效益和社会效益。

污泥减量化是上世纪90年代提出的对剩余污泥处置的新概念，是在剩余污泥资源化基础上进一步提出的要求。污泥减量化技术是通过物理、化学和生物等手段使整个生物处理系统中污泥产量减少的技术。针对剩余污泥问题,目前污水的处理方法研究主要集中在3个方面：(1)从末端的角度考虑减少污泥产量，即对已经产生的剩余污泥进行处理后再返回到曝气池作进一步的处理，这类的研究有臭氧氧化法、氯气氧化法、机械破碎法, 高温和热化学处理法、超声破碎法、生物嗜热酶溶解等。这些方法在一定程度上能有效地减少剩余污泥量，但这些方法都是在剩余污泥产生后再考虑进行处理，需要设置特殊处理装置，从而不同程度地增加了运行费用和操作的难度，大部分处于研究阶段，其本质仍属于污泥处理，而非污泥减量。(2) 从中间过程的角度考虑减少污泥产量，这类的研究有微型动物捕食法、投加微生物法、投加酶法、投加解偶联剂活性污泥工艺等。利用原生动物虽然不需要额外投资，但是微生物的种类和数量比较难控制，较难达到最优化的操作状态，投加微生物可能会将一些工程菌和难降解化合物释放到环境中，引起环境安全性问题。解偶联剂的投加会导致污泥膨胀性能和沉降性能的改变，解偶联剂一般都是人工合成的化学物质，具有较高的毒性,其在处理后出水中的残留浓度对环境和人体健康的影响也是不可低估的。（3）借助于微生物载体的使用，开发新工艺。这类的研究有：膜生物反应器、淹没式生物膜技术、生物流化床等。膜生物反应器由于膜组件延长了污泥在系统内的停留时间，使得产泥系数低，但是膜污染和成本问题制约该技术的推广。淹没式生物膜技术采用固定式载体，增加了原生动物和后生动物在曝气池中的数量，有效地减少了剩余污泥的产量。生物流化床具有微生物浓度高、流体混合性能好和传质效果好等特点，但仍需要设置污泥沉淀池，这表明所用载体及设备工艺特性仍需继续完善。

专利申请号为200310121766.7的中国发明专利申请，名称为“好氧-厌氧微生物反复耦合处理污水新工艺”，采用煤渣、碎石、沙子、聚乙烯醇、聚亚胺酯或聚丙烯酰胺加工为多孔生物载体，认为固定床中添加多孔生物载体后，可实现固体颗粒物质和处理水的强化分离，使得固体颗粒物质在固定床中被多孔载体不断的捕获，通过厌氧微生物和好氧微生物的协同作用将其消化和降解，直到最后完全分解，从而原位分解剩余污泥，此工艺类似于日本AQUATECH公司的流离生物床技术。

专利申请号为200710057284.8的中国发明专利申请，名称为“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，该填料由直径为0.3~1.5 cm天然石质颗粒粘结成直径2~8 cm 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%。该专利认为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。将该工艺用于处理生活污水和酱油废水时，剩余污泥减量化明显。

申请号为200710178684.4的中国发明专利申请公开了一种利用水流方向构造了微氧区用于硝化，缺氧区捕获污泥低分子化，好氧区进一步脱氮，使各个区分别生长其适合的微生物。该方法主要适用于小区生活的污泥污水处理，由于需要设计不同区域来实现污泥减量，因此不适合大型工业产区。

近年来，磁场对污水生物降解的影响效果已经受到了越来越多的关注，不少研究表明磁场作用可以大大提高废水生物降解的效率，有利于提高污水生物处理效率，改善生化处理设施占地面积大的缺点。我们在开展利用磁场强化微生物活性的试验过程中，发现磁场具有明显的剩余污泥原位减量效果。

发明内容

本发明的目的在于根据现有的流离球微生物载体、多孔生物载体等的污泥减量和污水处理效果有待进一步提高的问题，提供了一种利用磁场进行污泥原位减量的磁载体生物膜反应器。

本发明另一目的在于提供上述磁载体生物膜反应器用于废水污泥减量化处理的方法。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种磁载体生物膜反应器，是利用磁性微生物载体接种生物膜，或者在微生物载体周围施加外磁场作用后接种生物膜，或者是在磁性微生物载体周围施加外磁场作用后接种生物膜而得。

作为一种优选方案，上述微生物载体可以是磁性微生物载体，其中内置天然浮石和铁磁性物质，孔隙率为45~68%。

作为一种优选方案，上述塑料壳体的表面带有通孔。

作为一种优选方案，所述天然浮石为流纹质浮石或玄武质浮石，其粒径为20~150mm。

作为一种优选方案，所述铁磁性物质为钕铁硼磁铁或铁氧体磁铁。

作为一种优选方案，所述微生物载体的中心的磁感应强度为200~400Gs。

作为一种优选方案，所述在微生物载体周围施加外磁场作用的方式是：恒温电磁场、脉冲电磁场、交变磁场或永磁磁场。

作为一种优选方案，所述在微生物载体周围施加外磁场作用时，磁感应强度为200~400Gs。

本发明磁载体生物膜反应器用于废水污泥减量化处理的方法包括如下步骤：

（1）挂膜培养：将微生物载体放入生物膜反应器内，将待处理的废水污泥装入生物膜反应器中进行闷曝；24h后排空悬浮污泥，重复操作一次；48h后改用小流量连续进水，反应器内平均溶解氧DO保持在2.0mg/L以上，挂膜完成；

（2）生物膜驯化及正式运行：逐步提高磁感应强度，连续出水水质稳定后，驯化完成可连续进水正式运行。

作为一种优选方案，步骤（1）中，微生物载体的容积填充率为30~60%；磁感应强度为50Gs；步骤（2）中，所述磁感应强度为300Gs。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）与现有的煤渣、碎石、沙子、聚乙烯醇、聚亚胺酯或聚丙烯酰胺加工为多孔生物载体比较，本发明所采用载体的粗糙度、孔隙率和亲和力都更有利于微生物的附着和生长，生物量大大增加，生物活性更高，水处理净化效果更好；

（2）本发明磁载体生物膜反应器中载体外表面附着污泥及生物膜的SOUR值均大于非磁载体生物膜反应器，说明一定的磁场强度可以提高微生物活性；

（3）本发明磁载体生物膜反应器中磁性材料周围存在弱磁场，对微生物的活性产生影响，从而提高污染物的去除率。

附图说明

图1是本发明磁载体生物膜反应器结构示意图；

图2是图1所示载体剖面示意图；

图3是采用磁载体生物膜反应器进行污水处理的装置示意图。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

实施例1 采用磁性微生物载体的生物膜反应器

一种磁性微生物载体（图1）由表面开孔2的塑料球外壳1及其塑料球外壳1内填有的永久磁铁5和天然浮石颗粒4构成，（永久磁铁：浮石的体积比为0.5~10%：90~99.5%）。将聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料通过模具加工成表面开孔的直径为80 mm~150 mm之间的塑料半球壳（带连接扣3），将粒径为10~15mm的永久磁铁5和粒径为10~15mm天然浮石颗粒4装填入两个半球壳内，然后两个半球即可通过自身的连接扣3组装为本发明所提出的微生物磁性载体。

图3是将已经制作好的30升磁性微生物载体6装填在有机玻璃槽内，槽底部设有曝气管7，进水口8设在槽下部，出水口9设在槽上部另一侧。

采用校园生活污水作为处理对象，原水水质见表1所示。

表1 校园生活污水水质

项目

CODCr（mg/L）

NH+ 4-N（mg/L）

TN（mg/L）

pH

浊度（NTU）

温度（℃）

数值

173.2~218.5

21.8~30.5

26.5~37.1

6.8~8.7

32.3~48.2

16~25

载体中心磁场感应强度为200Gs，水力停留时间HRT为5h，水中溶解氧DO浓度在2.0~3.5mg/L之间。

试验期间，磁性载体生物反应器和非磁载体生物反应器均无排泥连续运行60d之后，分别测定了两反应器内的MLSS、生物膜量和悬浮污泥量，结果见表2所示。运行期间磁性载体生物膜反应器对CODCr 、NH+ 4-N的去除率比非载体生物膜反应器分别高出5%和20%左右。

表2 反应器内的MLSS、生物膜量和悬浮污泥量

	MLSS（g/L）	生物膜量（g）	悬浮污泥量（g）
				磁性载体生物反应器	5.10	115.52	47.73
非磁载体生物反应器	7.24	142.85	88.91

实施例2 微生物载体周围施加外磁场作用的应用

采用粒径为1~2cm的玄武岩型浮石作为微生物载体，将其放入内径50mm，高度450mm的两个圆柱形有机玻璃容器中，有效体积为560mL，载体填充高度为280mm，体积填充比为36%。曝气头置于容器底部，通过气泵调节曝气量。采用向上流方式进水，进水与供气同向，氧化池中水、气同向流动，有利于防止填料床堵塞。其中一个容器装配螺旋管线圈，以产生恒稳电磁场，磁场感应强度为200Gs。水力停留时间HRT为5h，水中溶解氧DO浓度在3.0-5.5mg/L之间。

连续运行60天后，将容器中的污泥全部排出，对其剩余污泥量进行比较。结果表明：有磁反应器的剩余污泥量为2995mg/L，无磁反应器的剩余污泥量为3713mg/L，由此可见外加磁场有利于污泥减量化。

Claims

1.一种磁载体生物膜反应器，其特征在于所述反应器是：

（1）在微生物载体周围施加外磁场作用后接种生物膜而得；或

（2）采用磁性微生物载体接种生物膜而得；或

（3）采用磁性微生物载体，在其周围施加外磁场作用后接种生物膜而得。

2.根据权利要求1所述的磁载体生物膜反应器，其特征在于所述微生物载体为磁性微生物载体，是内置天然浮石和铁磁性物质的塑料壳体，其孔隙率为45~68%。

3.根据权利要求2所述的磁载体生物膜反应器，其特征在于所述塑料壳体的表面带有通孔。

4.根据权利要求2所述的磁载体生物膜反应器，其特征在于所述天然浮石为流纹质浮石或玄武质浮石，其粒径为20~150mm。

5.根据权利要求2所述的磁载体生物膜反应器，其特征在于所述铁磁性物质为钕铁硼磁铁或铁氧体磁铁。

6.根据权利要求1所述的磁载体生物膜反应器，其特征在于所述微生物载体的中心的磁感应强度为200~400Gs。

7.根据权利要求1所述的磁载体生物膜反应器，其特征在于所述在微生物载体周围施加外磁场作用的方式是：恒温电磁场、脉冲电磁场、交变磁场或永磁磁场。

8.根据权利要求1所述的磁载体生物膜反应器，其特征在于所述在微生物载体周围施加外磁场作用时，磁感应强度为200~400Gs。

9.权利要求1~8中任意一条权利要求所述的磁载体生物膜反应器用于废水污泥减量化处理的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）挂膜培养：将微生物载体放入生物膜反应器内，将待处理的废水污泥装入生物膜反应器中进行闷曝；24h后排空悬浮污泥，重复操作一次；48h后改用小流量连续进水，反应器内溶解氧DO保持在2.0mg/L以上，挂膜完成；

10.根据权利要求9所述的磁载体生物膜反应器用于废水污泥减量化处理的方法，其特征在于步骤（1）中，微生物载体的容积填充率为30~60%；磁感应强度为50Gs；步骤（2）中，所述磁感应强度为300Gs。