CN104445597A - 强化原水生物预处理生物膜富集与运行性能稳定的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种强化原水生物预处理生物膜富集与运行性能稳定的方法。通过接种受污染原水，在进水内循环运行模式、外加适量营养元素的条件下启动原水生物预处理工艺，同时添加硅藻土作为辅助载体以形成生物硅藻土，持留功能微生物赋予生物预处理工艺高效稳定运行性能。本发明的优点在于采用内循环连续进水模式，提供较为稳定的生物预处理工艺启动环境，加快低浓度营养基质混合，并为生物膜的形成与稳定提供合适的水力剪切力；通过外加氮素及有机物，加速寡营养条件下功能微生物增殖与生物膜形成；硅藻土能够强化聚氨酯填料内部多孔结构的形成，有利于生物量进一步富集与结构化持留，从而强化原水预处理工艺的污染物去除性能及运行稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种强化原水生物预处理工艺生物膜富集与运行性能稳定的方法，属于原水生物预处理技术领域。
背景技术
生物膜技术因其运行成本低、二次污染少的优点，近年来逐渐应用于原水预处理，以提高出水生物稳定性，减少消毒副产物以及亚硝酸盐等威胁人体健康的有害物质产生。然而，污染原水属于寡营养水质，氨氮浓度通常在0.5-5mg/L，有机碳含量往往只有1到几毫克每升，极大程度上限制了微生物的生长和生物膜的形成。在一般生物膜工艺的启动过程中，常常需要提供一定的水力剪切力以加快生物膜的形成，此外在运行过程中，常有较高的水流速度和气速，往往会导致水体中的微生物随水流冲刷出反应器，难以有效截留。因此，生物膜富集困难和生物量易洗出，已成为制约原水生物预处理工艺启动与运行性能的限制性因素。
为保障寡营养条件下的微生物营养水平，有研究添加芦苇、木屑等纤维素以达到长期释放有机物供微生物生长的目的，但这样做会引入新的污染，且提高了消毒副产物前体水平，增加了运行风险；也有案例添加较高水平的基质，其增加了具有高半饱和常数的微生物生长，而适合于寡营养生长的微生物因竞争而淘汰出反应器，虽然加快了生物膜的形成，但不利于微污染原水的处理，也会因营养匮乏而导致生物膜的剥落。此外，这两种方法都会引入较高的二次污染，在工程应用方法都有非常大的局限性。
硅藻土具有独特的微孔结构，其孔隙率与比表面积大、吸附性能高、无毒副作用，常作为混凝剂或助凝剂用于原水的混凝处理工艺中，未见报道将其应用于原水生物膜预处理工艺之中。混凝工艺虽然能有效去除原水中的浊度，但不能有效去除有机物跟氮素。
发明内容
为加快功能微生物富集、促进生物膜生长、提高工艺运行性能，本发明采用比表面积较高的聚氨酯填料，通过内循环连续进水以及氮源碳源适度添加强化原水生物预处理工艺反应器启动，在此基础上通过添加硅藻土以截留功能微生物，形成载体-硅藻土-微生物一体化微系统，在富集生物量同时加大了系统生境多样性，从而大幅提高了原水生物预处理工艺性能。
本发明的目的在于提供一种强化原水生物预处理生物膜富集与运行性能稳定的方法。
方案如下：
1）反应器为设置有溢流堰的上流式反应器，载体填料为多孔聚氨酯填料；
2）接种原水，以内循环连续进水模式启动反应器，每3-7天更换一次内循环水，外加氮素及易生物降解有机物基质供生物膜的初步形成，启动阶段结束之后，去掉内循环以连续流方式运行；
3）在反应器启动或运行阶段添加硅藻土，适度机械曝气增氧，每隔0.3-5d以机械、气体或水力搅拌将硅藻土与载体均匀混合。
所述的多孔聚氨酯填料堆积或悬浮于反应器中，填料比表面积为1500-3000m2/m3，孔隙率为70-95%，载体实体积填充率为3-5%，堆积填充率为50-96%。
所述的原水为低浊度微污染原水，原水浊度小于30NTU。
所述的内循环连续进水模式，即以出水作为进水泵入反应器，在反应器中实现水流循环的进水模式，总循环水量为反应器有效体积的2-15倍，水力停留时间为2-8h；每2-8d更换一次循环水，更换循环水2-7次以完成反应器的启动。
所述的启动阶段运行时间为15-25天，添加的氮素为铵盐，添加浓度为2-5mg/LNH4 +-N，添加的易生物降解有机物为乙醇、甲醇或葡萄糖，添加浓度为4-12 mg/LTOC，C/N比为1:1-4。
所述的硅藻土粒径为0.1-1.2mm，添加时间为反应器启动阶段或运行阶段，一次添加量为2-20g/L，一次添加或每隔15天至90天添加一次，机械曝气保持水体中DO浓度大于4mg/L，气液比为2-8:1。
本发明的有益效果：在于采用内循环连续进水模式，提供较为稳定的生物预处理工艺启动环境，加快低浓度营养基质混合，并为生物膜的初步形成与稳定提供合适的水力剪切力；通过外加氮素及有机物基质强化工艺启动性能，加速寡营养条件的功能微生物生长与生物膜形成；硅藻土具有比表面积大、吸附性能高、无毒副作用等特点，能够强化聚氨酯填料内部多孔结构的形成，并有利于生物量富集，增强原水预处理工艺对污染物的去除性能及运行稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1：
采用有效体积为15.0 L的设有溢流堰的上流式生物膜反应器。接种原水（河水），浊度均值为15NTU，载体填料为多孔聚氨酯填料，比表面积为2395m2/m3，孔隙率为90%，实体积填充率为3.47%，堆积填充率为70%。以内循环连续进水模式启动反应器，启动阶段为15天，每5天更换一次内循环水，更换循环水3次，总循环水量为反应器有效体积的2.7倍，水力停留时间为4h。在反应器启动阶段一次添加200克硅藻土（13.3g/L反应器有效体积），硅藻土粒径约为0.1mm以器适度机械曝气供氧，并每隔3d以机械搅拌将硅藻土与载体混合均匀。添加硫酸铵提供氨氮，添加浓度为5mg/LNH4 +-N，添加的易生物降解有机物为乙醇，添加浓度为7 mg/LTOC，C/N比为1:1.4。采用机械曝气保持水体中DO浓度为5mg/L，气液比为4:1。
经过16天的运行成功完成了反应器的启动，氨氮氧化速率由0.45 mg/L/d提高到6.82 mg/L/d。在此后的运行过程中，氨氮负荷为3.0-27.4 mg/L/d，出水氨氮浓度小于0.5mg/L,均能达到GB5749-2006水质标准，总氮去除负荷达到1.93 g/m3/d，而对照反应器(无硅藻土添加)几乎无去除。生物膜分析显示DOC表示的生物量为1.09 mg/g载体，是不添加硅藻土且批次启动生物量富集的（0.47mg/g载体）2.3倍。经过140天的运行，生物量提高到3.75mg/g载体，而硅藻土中的生物量也有0.38mg/g。
实施例2：
采用有效体积为15.0 L的柱状生物膜反应器。进水组成、载体填料、启动方式与时间、添加氨氮及有机物水平同实施例1。在反应器运行阶段（第53天）一次性添加50克硅藻土（3.3g/L），硅藻土粒径约为0.1mm以器适度机械曝气供氧，并每隔1-3d以机械搅拌将硅藻土与载体混合均匀。
经过16天的运行成功完成了反应器的启动，氨氮氧化速率由0.46 mg/L/d提高到6.71mg/L/d。在运行过程中，在未添加硅藻土时，虽在低运行负荷条件下出水氨氮能达到GB5749-2006水质标准要求，但当进水负荷为6.4-18.64mg/L/d时，出水氨氮浓度达0.54-1.79mg/L，高于GB5749-2006水质标准限值，TN去除性能明显提高，达到1.43 g/m3/d。添加硅藻土后，运行较为稳定，能够耐受27.4 mg/L/d氨氮负荷的冲击，出水氨氮稳定达标。添加硅藻土后第28天生物膜量（以DOC表征）由0.77mg/g载体增加到了2.6mg/g载体。
Claims (6)
1.一种强化原水生物预处理生物膜富集与运行性能稳定的方法，其特征在于：
1）反应器为设置有溢流堰的上流式反应器，载体填料为多孔聚氨酯填料；
2）接种原水，以内循环连续进水模式启动反应器，每3-7天更换一次内循环水，外加氮素及易生物降解有机物基质供生物膜的初步形成，启动阶段结束之后，停止内循环运行模式，以连续流方式运行；
3）在反应器启动或运行阶段添加硅藻土，机械曝气增氧，每隔0.3-5d以机械、气体或水力搅拌将硅藻土与载体均匀混合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多孔聚氨酯填料堆积或悬浮于反应器中，填料比表面积为1500-3000m2/m3，孔隙率为70-95%，载体实体积填充率为3-5%，堆积填充率为50-96%。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的原水为低浊度微污染原水，原水浊度小于30NTU。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的内循环连续进水模式，即以出水作为进水泵入反应器，在反应器中实现水流循环的进水模式，总循环水量为反应器有效体积的2-15倍，水力停留时间为2-8h；每2-8d更换一次循环水，更换循环水2-7次以完成反应器的启动。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的启动阶段运行时间为15-25天，添加的氮素为铵盐，添加浓度为2-5mg/LNH4 +-N，添加的易生物降解有机物为乙醇、甲醇或葡萄糖，添加浓度为4-12 mg/LTOC，C/N比为1:1-4。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的硅藻土粒径为0.1-1.2mm，添加时间为反应器启动阶段或运行阶段，一次添加量为2-20g/L，一次添加或每隔15天至90天添加一次，机械曝气保持水体中DO浓度大于4mg/L，气液比为2-8:1。
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