CN104724817A

CN104724817A - 网箱式生物载体、固定化微生物处理污水装置和其应用

Info

Publication number: CN104724817A
Application number: CN201510146782.4A
Authority: CN
Inventors: 李沧海; 漆剑荣; 杨洁; 刘雪素; 武少伟
Original assignee: Santai Zhengfang Biological Environment Sci & Tech Development Co Ltd Beij
Current assignee: Santai Zhengfang Biological Environment Sci & Tech Development Co Ltd Beij
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: CN104724817B

Abstract

本发明公开了一种网箱式生物载体、固定化微生物处理污水装置和其应用。网箱式生物载体是由网箱和装填于该网箱内的生物填料组成；其中，所述网箱为无顶盖的长方体形，其侧面和底面设有镂空的网孔。固定化微生物处理污水装置，包括：污水处理池，穿孔排泥管，穿孔曝气管，多个下部支撑梁，多个所述网箱式生物载体，其堆叠放置于污水处理池中所述下部支撑梁上方和密封网。本发明的网箱式生物载体比表面积大，不容易堆积、结块、堵塞，气水的通透性好，安装、检修方便。固定化微生物处理污水装置气水流态好，有利于发挥传质效应，生物负载量大，处理效果好，适宜于高浓度难降解污水处理和污水的深度处理。

Description

网箱式生物载体、固定化微生物处理污水装置和其应用

技术领域

本发明属污水处理技术领域，更具体而言，本发明涉及一种网箱式生物载体、固定化微生物处理污水装置和其应用。

背景技术

污水生物处理是利用微生物的新陈代谢作用，分解转化污水中的污染物，达到净化水质的目的。生物处理是目前污水处理最有效、最经济的方法之一。

根据在污水处理过程中微生物所处的状态或存在形式，污水生物处理可分为悬浮生长法和附着（或固定）生长法两大类。目前应用最为普遍的活性污泥法是典型悬浮生长工艺，生物滤池、接触氧化等生物膜法则是典型的附着生长工艺。

由于悬浮生长处理工艺中，微生物通常是在水中以悬浮态生长的，因而从流出的水中回收微生物进行重复利用较为困难或复杂，为此，采用固定化技术将微生物通过一定的技术手段固定在载体上使其固着生长，保持高度密集和生物活性功能，在适宜的条件下增殖以满足应用之需的固定化处理污水工艺应运而生。固定化微生物处理污水工艺可提高生物反应器内的微生物浓度，提高处理效率，缩短处理时间，利于反应后的固液分离，尤其是利于去除高浓度有机物、难以生物降解物质和氨氮，提高系统的处理能力和适应性。所以，固定化微生物处理工艺是一项高效低耗、运行管理简单、有发展前途的污水生物处理技术，其研究和发展都比较快速，并在应用中取得了良好的效果。

而影响微生物固着生长的关键因素就在于生物载体，它直接关系到微生物的负载量、运行控制和处理效果。

作为生物载体要满足下列基本要求：

（1）有较好的生物膜附着力，同时具有较大的比表面积，生物负载量大；

（2）孔隙率大，具有良好的气水通透性，气水流态良好，不易堵塞结块，有利于发挥传质效应；

（3）阻力小，强度大，化学和生物性能好，耐磨损、抗腐蚀、抗生物降解，经久耐用；

（4）价格便宜，运输、施工安装方便。

目前应用于污水处理的生物载体的主要分为无机载体和有机载体两大类。无机载体主有要碎石、矿渣、焦炭、无烟煤、页岩、浮石、沸石、陶粒等。有机载体主要有玻璃钢、聚氧乙烯、聚丙烯、聚氨酯、维尼纶等材料加工制成的蜂窝管状、束状、波纹状、圆形辐射状、盾状、网状、筒状、粒状等填料。

由于无机载体存在比表面积小，阻力大，水力负荷低，容易堵塞，反冲洗频繁等缺点，目前大多只用于低负荷的污水处理或污水的深度处理。而上述大多数有机载体虽然阻力小，水力负荷高，不易堵塞，但由于比表积小、生物负载量低而因影响处理效果。

近年来由于聚氨酯网孔载体具有较大的比表面积而得到应用，但其缺点是容易堆积、结块、堵塞，影响了气水的通透性，从而影响了其应用效果。虽然将其装入塑料球内可以解决堵塞的问题，但是生产成本有较大的增加，也对其应用产生了不利影响。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种网箱式生物载体及固定化微生物处理污水装置和其应用。

本发明的网箱式生物载体是由网箱和装填于该网箱内的生物填料组成；其中，所述网箱为无顶盖的长方体形，其侧面和底面设有镂空的网孔。

作为优选技术方案，所述网箱的长度为0.8～1.5m，宽度为0.4～0.75m，高度为0.8～1.5m，长：宽=2：1；所述网孔为长方形，其长度大于10mm小于等于500mm，宽度≤10mm。

作为优选技术方案，所述生物填料分为上下两层，上层为多孔聚氨酯泡沫，其在网箱内的装填高度为0.6～1.0m；下层为火山岩浮石，其在网箱内的装填高度为0.1～0.5m，其中所述多孔聚氨酯泡沫的孔径为1.0～2.0 mm；所述的火山岩浮石粒径为20～50 mm。

优选地，所述多孔聚氨酯泡沫为方体形，尺寸为20～50 mm×20～50 mm×20～50 mm。

本发明还提供应用上述的网箱式生物载体的固定化微生物处理污水装置，包括：

污水处理池，其底部设有进水管，顶部设有出水管；

穿孔排泥管，设于污水处理池内的底部；

穿孔曝气管，设于污水处理池内的穿孔排泥管的上方，且穿孔曝气管位于进水管的上方；

多个下部支撑梁，设于污水处理池内的穿孔曝气管的上方，平行于污水处理池底，其两端固定于污水处理池的池壁；各下部支撑梁的间距小于网箱式生物载体的长边；

多个所述网箱式生物载体，其堆叠放置于污水处理池中所述下部支撑梁上方；

密封网，网孔为0.5～1.0mm的塑料平网，覆盖污水处理池中堆叠装填的所述网箱式生物载体的顶部。

作为优选技术方案，所述网箱式生物载体的长：宽=2：1；所述污水处理池内部为方体形，其长和宽为所述网箱式生物载体长的倍数；所述网箱式生物载体在污水处理池中紧密排列，各相邻网箱式生物载体均有一侧面相互接触，且最外侧的网箱式生物载体的侧面与所述污水处理池的池壁接触；所述网箱式生物载体堆叠为多层，各层的网箱式生物载体均相邻排列，相邻两层网箱式生物载体的长边相互垂直。

作为优选技术方案，所述污水处理池内网箱式生物载体的堆叠高度为2.0-5.0m，最底层的网箱式生物载体的底面离所述污水处理池池底的高度为0.8～1.5m。

本发明另提供上述的固定化微生物处理污水装置的应用，包括如下步骤：

1）污水由固定化微生物处理污水装置的进水管流入，向污水处理池内充水后开启鼓风机通过穿孔曝气管进行曝气；

2）在所述网箱式生物载体的生物填料上接种污水处理用微生物培养驯化，使微生物与生物填料固定化；微生物养养驯化步骤如下：

第一步：在充满水的固定化微生物处理污水装置的生物填料上投加微生物，第一次投加量占总量的30%，剩余的微生物以后每两天投加一次，共投加5-10次，每次均量投加；

第二步：投加微生物后曝气48小时后，固定化微生物处理污水装置开始进水，将固定化微生物处理污水装置中的水置换成未经处理的污水，再投加下一次微生物；

第三步：重复每二步操作5-10次；

第四步：固定化微生物处理污水装置连续进水，在保证出水合格的前提下水量从小到大逐步提高，直至达到设计水量；

3）微生物培养驯化完成后继续曝气进行好氧处理或关闭曝气进行厌氧处理；

4）处理后的污水由出水管流出。

作为优选技术方案，所述固定化微生物处理污水装置多个并联或多个串联使用。

作为优选技术方案，步骤2）中在每次投加微生物后根据水质情况向污水处理装置投加C、N、P营养物质，保证C：N：P=100：5：1。

作为优选技术方案，步骤2）所述微生物的接种量为0.3～1.0kg/m³生物填料。

本发明能够达到以下技术效果：

（1）本发明通过网箱将生物填料分隔成不同的区域，使生物填料固定在较小的区域空间，防止了生物填料在水流和气流的作用大面积堆积而造成气、水短流现象。

（2）本发明在网箱的下层装填火山岩浮石填料，一方面可以多层布水、布气，使水、气流态更加均匀，一方面可以防止网箱上浮。聚氨酯填料和火山岩浮石填料结合使用，既发挥了聚氨酯填料多孔网状、比表面积大的优势，又起到了均匀布水、布气的效果。

（3）采用本发明处理高浓度难降解工业污水，系统抗冲击能力强，处理效果好，系统运行稳定，运行成本低，有良好经的环境效益和经济效益。

（4）采用本发明对污水进行深度处理，占地面积小，处理效率高，运行稳定。

本发明具有以下优点：

本发明的网箱式生物载体比表面积大，不容易堆积、结块、堵塞，气水的通透性好，安装、检修方便。

固定化微生物处理污水装置气水流态好，有利于发挥传质效应，生物负载量大，处理效果好，适宜于高浓度难降解污水处理和污水的深度处理。

附图说明

图1为本发明网箱式生物载体的网箱正视图。

图2为本发明网箱式生物载体的网箱俯视图。

图3为本发明网箱式生物载体示出了内部填料的透视图。

图4为本发明网箱式生物载体示出了内部填料的剖面图。

图5为本发明固定化微生物处理污水装置的俯视图。

图6为本发明固定化微生物处理污水装置的剖面图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的示例性实施方式作详细的描述。

由图1～图4可以看出，本发明提供的一种网箱式生物载体10，其是由网箱1和装填于该网箱内的生物填料（包括多孔聚氨酯泡沫填料2和火山岩浮石填料3）组成；其中，网箱1为无顶盖的长方体形，其侧面和底面设有镂空的网孔。材质为PP或PE。

网箱1的长度为0.8～1.5m，宽度为0.4～0.75m，高度为0.8～1.5m；网孔为长方形，其长度为大于10mm小于等于500mm，宽度≤10mm。

作为较佳的实施方案，网箱1，长度1.0～1.5m，宽度0.5～0.75m，高度1.0～1.2m，网箱的长：宽=2：1。

置于网箱1内的多孔聚氨酯泡沫填料2，尺寸为20～50 mm×20～50 mm×20～50 mm，孔径为1.0～2.0 mm，装填高度0.6～1.0m。

置于网箱1内的火山岩浮石填料3，粒径为20～50mm，装填高度0.1～0.5m。

作为较佳的实施方案，置于多孔生物填料2聚氨酯泡沫，尺寸为20～30 mm×20～30 mm×20～30 mm，孔径为1.0～1.5mm，装填高度0.7～0.8m。

作为较佳的实施方案，置于火山岩浮石填料3，粒径为20～30mm，装填高度0.1～0.3m。

如图5和6所示，本发明的应用网箱式生物载体的固定化微生物处理污水装置20，包括：

污水处理池4，其底部设有进水管5，顶部设有出水管6；

穿孔排泥管7，设于污水处理池4内的底部；

穿孔曝气管8，设于污水处理池4内的穿孔排泥管7的上方，且穿孔曝气管位于进水管的上方；

多个下部支撑梁9，设于污水处理池4内的穿孔曝气管8的上方，平行于污水处理池4底，其两端固定于污水处理池4的池壁；各下部支撑梁9的间距小于网箱式生物载体的长边；

多个网箱式生物载体10，其堆叠放置于污水处理池4中下部支撑梁9上方；

密封网11，网孔为1.0～1.5mm的塑料平网，覆盖污水处理池4中装填的网箱式生物载体10的顶部，用尼龙绳或铁丝与网箱式生物载体的上口边绑扎固定；

如图6所示，网箱式生物载体10的长：宽=2：1；污水处理池4内部为方体形（长方体或正方体），其长和宽为网箱式生物载体10长的倍数；网箱式生物载体10在污水处理池4中紧密排列，各相邻网箱式生物载体10均有一侧面相互接触，且最外侧的网箱式生物载体10的侧面与污水处理池4的池壁接触；网箱式生物载体10堆叠为多层，各层的网箱式生物载体10均相邻排列，相邻两层网箱式生物载体10的长边相互垂直。

污水处理池4内网箱式生物载体10的堆叠高度为2.0-5.0m，优选为3.0~4.0 m；最底层的网箱式生物载体的底面离所述污水处理池池底的高度为0.8～1.5m，优选为1.0~1.2m。

穿孔排泥管7和穿孔曝气管8均平行于污水处理池4的底部。

本领域技术人员可以理解，所述的污水处理池4的大小要根据处理水量和处理负荷确定，通常处理负荷要根据实验来确定。

固定化微生物处理污水装置20在池内装填网箱式生物载体10，（保持网箱式生物载体10的上部水深0.3～1.0m，优选0.4～0.8m）; 网箱式生物载体10下部用下部支撑梁9（水泥梁或钢梁），上层填料用孔径0.5～1.5mm的密封网11（塑料平网）密封。

本领域技术人员可以理解网箱式生物载体10的网箱1要有足够的承压强度，承压强度根据网填料的装填层数确定，当然，在保证承压的前提下网箱1的重量越轻越好。

本领域技术人员可以理解下层支撑梁9要有足够的荷载，荷载根据网载体的装填层数确定，当然，在保证荷载的前提下梁越小越好。

固定化微生物处理污水装置20的曝气系统采用穿孔曝气管8，安装高度离网箱式生物载体10堆叠的长方体形的底部0.3～0.6m。

固定化微生物处理污水装置20的排泥系统采用穿孔管排泥，安装高度离池底0.1～0.3m。

本发明固定化微生物处理污水装置20的应用，包括如下步骤：

1）污水由固定化微生物处理污水装置20的进水管5流入，向污水处理池内充水，至堆叠的网箱式生物载体10的上部水深0.3～1.0m，优选0.4～0.8m，开启鼓风机通过穿孔曝气管进行曝气；

第三步：重复每二步操作5-10次；

其中，在每次投加微生物后根据水质情况向污水处理装置投加C、N、P营养物质，保证C：N：P=100：5：1。

4）处理后的污水由出水管流出。

实际应用中，固定化微生物处理污水装置20可采用多组并联或多级串联使用。

步骤2）微生物的接种量为0.3～1.0kg/m³填料，优选为0.5～1.0kg/m³填料。

固定化微生物处理污水装置20的进水管5设在网箱填载体的下部，进水控制SS≤200mg/L。

实施例1：

采用本实施例处理印染污水，处理水量为420m³/d，原水水质见下表1。

表1：原水水质指标单位：mg/L（PH除外）

项目	COD	BOD₅	NH₄ ⁺-N	pH
					指标(平均值)	≤2200	≤800	≤100	6～9

废水经调节池、初沉池预处理后进入本实施例的污水处理装置，进入本实施例污水处理装置的水质指标为见下表2。

表2：进水水质指标单位：mg/L（PH除外）

项目	COD	BOD₅	NH₄ ⁺-N	pH
					指标(平均值)	≤2000	≤770	≤100	6～9

本实施例的污水处理装置是由固定化微生物处理污水装置20三级串联构成，单个固定化微生物处理污水装置20的污水处理池4的尺寸为8.0m×6.0m×5.0 m，有效水深为4.5m，总有效容积：648m³，水力留时间为37h。第一级关闭曝气为厌氧，第二、三级为好氧。

网箱式生物载体10的规格为:网箱1尺寸:长×宽×高=1.0m×0.5m×1.0 m，上层装多孔生物填料2为聚氨酯泡沫，尺寸为20mm×20mm×20mm，孔径为1.0mm，装填高度为0.7 m。下层装火山岩浮石填料3，粒径20mm，装填高度为0.1 m。

网箱式生物载体10在污水处理池4内装三层，高度为3.0m，填料底部离池底高度1.0m，填上部水深0.3～0.5m;下部支撑梁9用10#槽钢，中心间距0.5m，网箱1用孔径1.0mm的密封网11（塑料平网）密封。

在载体上接种污水处理用污水处理用高效微生物，接种量为0.80kg/m³.填料。

进水和出水均为自流，排泥为重力排泥，采用鼓风机曝气，曝气量为15 m³/min。

按照本发明的方法处理后的出水水质见表3：

表3: 出水水质单位：mg/L

项目	COD	BOD₅	NH₄ ⁺-N	pH
					指标(平均值)	≤40.3	≤4.8	≤1.6	6～9

出水经混凝沉淀脱色和过滤后其它各项指标达到《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T 19923-2005）中循环冷却水系统补充水标准。

实施例2：

采用本实施例处理小区活污水，处理水量为1000m³/d，原水水质见下表4。

表4：原水水质指标单位：mg/L（PH除外）

项目	COD	BOD₅	NH₄ ⁺-N	pH
					指标(平均值)	≤500	≤400	≤80	6～9

废水经调节池、初沉池预处理后进入本实施例污水处理装置，进入本发明污水处理装置的水质指标为见下表5。

表5：进水水质指标单位：mg/L（PH除外）

项目	COD	BOD₅	NH₄ ⁺-N	pH
					指标(平均值)	≤450	≤380	≤80	6～9

本实施例污水处理装置为固定化微生物处理污水装置20，其污水处理池4的尺寸为12.0m×6.0m×5.0 m，有效水深为4.7m，总有效容积：338m³，水力留时间为8h。

网箱式生物载体10的规格为:网箱1尺寸:长×宽×高=1.2m×0.6m×1.2 m，上层装填多孔生物填料2为聚氨酯泡沫，尺寸为25mm×25mm×25mm，孔径为1.2mm，装填高度为0.8 m。下层装火山岩浮石填料3，粒径25mm，装填高度为0.3 m。

网箱式生物载体10在污水处理池4内装三层，高度为3.6m，网箱式生物载体10底部离池底高度0.8m，上部水深0.3m;下部支撑梁9用10#槽钢，中心间距0.6m，上层填料用孔径1.0mm的密封网11（塑料平网）密封。

在网箱式生物载体10的生物填料上接种污水处理用高效微生物，接种量为0.50kg/m³.填料。

进水和出水均为自流，排泥为重力排泥，采用鼓风机曝气，曝气量为10.0m³/min。

按照本发明的方法处理后的出水水质见表6：

表6: 出水水质单位：mg/L

项目	COD	BOD₅	NH₄ ⁺-N	pH
					指标(平均值)	≤30.5	≤3.7	≤0.8	6～9

出水经过滤后其它各项指标达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920-2002）水质标准。

实施例3：

采用本实施例处理医药中间体污水，处理水量为600m3/d，原水水质见下表7。

表7：原水水质指标单位：mg/L（PH除外）

项目	COD	BOD₅	NH₄ ⁺-N	pH
					指标(平均值)	≤3500	≤1000	≤200	6～9

废水经调节池、初沉池预处理后进入本实施例的污水处理装置，进入本发明污水处理装置的水质指标为见下表8。

表8：进水水质指标单位：mg/L（PH除外）

项目	COD	BOD₅	NH₄ ⁺-N	pH
					指标(平均值)	≤3400	≤960	≤200	6～9

本发明污水处理装置由固定化微生物处理污水装置20两组两级串联构成，单个固定化微生物处理污水装置20的污水处理池4的尺寸为15.0m×6.0m×6.0m，有效水深为5.5m，总有效容积：1800m³，水力留时间为72h。第一级关闭曝气为厌氧，第二级为好氧。

网箱式生物载体10的规格为:网箱1尺寸:长×宽×高=1.5m×0.75m×1.0 m，上层装多孔生物填料2为聚氨酯泡沫，尺寸为30mm×30mm×30mm，孔径为1.5mm，装填高度为0.75 m。下层装火山岩浮石填料3，粒径30mm，装填高度为0.15 m。

网箱式生物载体10在污水处理池4内装四层，高度为4.0m，填料底部离池底高度1.1m，填料上部水深0.3～0.4m;下部支撑梁9用水泥梁，中心间距0.75m，上层填料用孔径1.5mm的密封网11（塑料平网）密封。

在网箱载体上接种污水处理用高效微生物，接种量为1.00kg/m³.填料。

进水和出水均为自流，排泥为重力排泥，采用鼓风机曝气，曝气量为30.0m³/min。

按照本发明的方法处理后的出水水质见表9：

表9: 出水水质单位：mg/L

项目	COD	BOD₅	NH₄ ⁺-N	pH
					指标(平均值)	≤80.7	≤6.5	≤6.4	6～9

出水经过滤后其它各项指标达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级水质标准。

上述实施例具体操作中具有以下优点：

（1）生物载体不容易堆积、结块、堵塞，气水的通透性好。

（2）气水流态均匀，有利于发挥传质效应，生物负载量大，处理效果好。

（3）系统的抗冲击能力强，对污水中的难降解、大分子、有毒有害物质有良好的适应性和降解效果。适宜于高浓度难降解污水处理和污水的深度处理。

（4）安装、检修方便，操作简单。

（5）出水主要污染物可达到回用标准或排放标准，有良好的环境效益和经济效益。

本发明对其它污水的处理尤其是对传统活性污泥法难以处理的高浓度、大分子、难解降污水有积极的借鉴意义。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种网箱式生物载体，其特征在于，所述网箱式生物载体是由网箱和装填于该网箱内的生物填料组成；其中，所述网箱为无顶盖的长方体形，其侧面和底面设有镂空的网孔。

2.根据权利要求1所述的网箱式生物载体，其特征在于，所述网箱的长度为0.8～1.5m，宽度为0.4～0.75m，高度为0.8～1.5m，长：宽=2：1；所述网孔为长方形，其长度大于10mm小于等于500mm，宽度≤10mm。

3.根据权利要求3所述的网箱式生物载体，其特征在于，所述生物填料分为上下两层，上层为多孔聚氨酯泡沫，其在网箱内的装填高度为0.6～1.0m；下层为火山岩浮石，其在网箱内的装填高度为0.1～0.5m，其中所述多孔聚氨酯泡沫的孔径为1.0～2.0 mm；所述的火山岩浮石粒径为20～50 mm。

4.应用权利要求1所述的网箱式生物载体的固定化微生物处理污水装置，其特征在于，包括：

污水处理池，其底部设有进水管，顶部设有出水管；

穿孔排泥管，设于污水处理池内的底部；

5.根据权利要求4所述的固定化微生物处理污水装置，其特征在于，所述网箱式生物载体的长：宽=2：1；所述污水处理池内部为方体形，其长和宽为所述网箱式生物载体长的倍数；所述网箱式生物载体在污水处理池中紧密排列，各相邻网箱式生物载体均有一侧面相互接触，且最外侧的网箱式生物载体的侧面与所述污水处理池的池壁接触；所述网箱式生物载体堆叠为多层，各层的网箱式生物载体均相邻排列，相邻两层网箱式生物载体的长边相互垂直。

6.根据权利要求5所述的固定化微生物处理污水装置，其特征在于，所述污水处理池内网箱式生物载体的堆叠高度为2.0-5.0m，最底层的网箱式生物载体的底面离所述污水处理池池底的高度为0.8～1.5m。

7.权利要求4所述的固定化微生物处理污水装置的应用，其特征在于，包括如下步骤：

第三步：重复每二步操作5-10次；

4）处理后的污水由出水管流出。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述固定化微生物处理污水装置多个并联或多个串联使用。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤2）中在每次投加微生物后根据水质情况向污水处理装置投加C、N、P营养物质，保证C：N：P=100：5：1。

10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤2）所述微生物的接种量总和为0.3～1.0kg/m³生物填料。