CN105585110A - 生物膜载体以及使用该载体的废水处理设备和处理方法 - Google Patents

生物膜载体以及使用该载体的废水处理设备和处理方法 Download PDF

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CN105585110A CN201510756438.7A CN201510756438A CN105585110A CN 105585110 A CN105585110 A CN 105585110A CN 201510756438 A CN201510756438 A CN 201510756438A CN 105585110 A CN105585110 A CN 105585110A
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马耀华
翟黎明
邓阳招
李国材
黄健伟
陈国诚
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Abstract

本发明提供一种生物膜载体，所述生物膜载体为截短的中空型柱状体，该中空型柱状体的中空部分由连接肋片分隔成多个横截面为多边形的空腔，并且，所述生物膜载体的比表面积大于或等于547m2/m3。本发明还提供一种使用该生物膜载体的移动床生物膜反应器。使用本发明的生物膜载体和移动床生物膜反应器可实现在高达46kg？SCOD/m3.d的有机负荷条件下以及在1.6小时至12小时的接触时间下达到54％以上的SCOD去除效率，从而为那些废水处理空间有限的食品饮料加工生产厂提供在高负载量条件下快速建立生物膜的快速且有效的废水处理方法。

Description

生物膜载体以及使用该载体的废水处理设备和处理方法
技术领域
本发明总体上涉及生物废水处理领域，具体而言，本发明涉及一种生物膜载体以及使用该生物膜载体的废水处理设备(尤其是使用该生物膜载体的移动床生物膜反应器(MBBR))和处理方法。
背景技术
随着城市人口的不断增加和工业生产规模的持续扩张，废水处理厂遇到了越来越多的问题。很多废水处理厂纷纷想要扩大规模以提高废水处理容量，但是常常受到厂房空间的约束。因此，在废水处理领域研发出了紧凑型处理工艺和设备，以此来解决废水处理厂空间受限的问题。移动床生物膜反应器(MBBR)就是一种紧凑型处理设备，其中的可移动载体已被证明是一种有效的生物膜吸附载体。
在香港有很多食品饮料加工生产厂，这些生产厂商在生产过程中排放大量工业废水，其中的COD(化学需氧量)浓度高达3,000mg/L-4,000mg/L。按照香港的排污要求，工业废水必须经过适当处理以达到“经市政管网排入市政污水处理厂的废水排放标准”才能允许排放。就COD而言，其排放限制要求的浓度通常小于或等于2,000mg/L，这意味着需要对废水进行部分处理达到上述标准之后，即可将废水排放进入政府指定的废水处理厂。一般而言，普通的物理化学处理方法(例如化学混凝或电絮凝等)无法使废水处理达到COD小于或等于2,000mg/L的废水排放标准。生物废水处理方法无疑是达到COD小于或等于2,000mg/L的废水排放标准的最有效的途径。尽管如此，对于那些废水处理空间有限的食品饮料加工生产厂而言，使用生物废水处理方法也具有很大难度。而且，出于安全和气味的考虑，需要经过相对长的停留时间的厌氧生物废水处理工艺也不适用于那些空间有限的食品饮料加工生产厂。因此，紧凑型好氧生物处理工艺，例如，MBBR，可提供最有效的解决方案来帮助那些空间有限的食品饮料加工生产厂处理废水从而达到COD小于或等于2,000mg/L的废水排放标准。
MBBR工艺已被认为是紧凑、有效且简单易行。该工艺使用细小的可移动的悬浮载体作为活性细菌的附着介质，这样就可在反应器中保持高浓度的活性微生物量进行生物处理，而无需增加反应器的体积。这在反应器体积给定的条件下，提供了更大的处理容量，这相对于常规活性污泥处理工艺所占用的空间更小。
除了MBBR本身的构造之外，MBBR工艺实际上更多地依赖于可在反应器中自由移动的生物膜载体的性能。现有技术中已经公开了具有各种不同的立体形状的生物膜载体，例如，中国发明专利申请CN104193007A中公开了一种具有三环结构的生物膜载体，该生物膜载体的三环结构之间设置有肋片连接并且三环结构中带有凸出翅片，中国实用新型专利申请CN202594845U中公开了一种中空球形结构的生物膜载体，其由多个固定环和多个翅片构成。然而，在目前公开的现有技术中均未涉及在高负载量条件下处理有机废水时，生物膜载体是否能够实现较高的COD或SCOD去除效率。对于那些废水处理空间有限的食品饮料加工生产厂而言，亟需能够在高负载量条件下快速建立生物膜从而对废水进行快速处理的生物膜载体。另一方面，在高负载量条件下，废水中的有机生物质含量较高，如果使用例如上述现有技术中公开的生物膜载体的话，容易很快堵塞生物膜载体中较小的空腔，这会使得生物膜载体的比表面积减少，从而降低形成生物膜的有效比表面积。因此，需要对现有技术中的生物膜载体的几何结构进行重新设计。
发明内容
一方面，本发明提供一种能够在高有机负荷条件下实现较高的溶解性化学需氧量(SCOD)去除效率的生物膜载体。所述生物膜载体为截短的中空型柱状体，该中空型柱状体的中空部分由连接肋片分隔成多个横截面为多边形的空腔，并且，所述生物膜载体的比表面积大于或等于547m2/m3，在所述中空型柱状体中，70％以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过11％。
在本发明的一种优选实施方式中，所述空腔的侧壁上设置有凸出翅片并且所述翅片间隔设置，所述翅片向所述空腔内部延伸的长度不超过其所在边的边长的二分之一，所述生物膜载体的比表面积大于或等于613m2/m3，在所述中空型柱状体中，76％以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过1.8％。
在本发明的另一优选实施方式中，所述空腔的侧棱上设置有凸出翅片并且所述翅片间隔设置，所述翅片向所述空腔内部延伸的长度不超过其所在边的边长的二分之一，所述生物膜载体的比表面积大于或等于615m2/m3，在所述中空型柱状体中，75％以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过1.8％。
在本发明的又一实施方式中，本发明的生物膜载体由改良的聚烯烃类材料制成。所述聚烯烃类材料包括：聚乙烯材料，或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂ABS。所述改良的聚烯烃类材料是聚烯烃类的泡沫材料，其中泡沫的体积百分比为2.8％-3％。改良形成的聚烯烃泡沫材料为高密度聚乙烯泡沫材料。由聚烯烃类泡沫材料制成的生物膜载体的平均表面粗糙度约为1360nm且平均接触角约为76.4°。
在本发明的再一实施方式中，本发明的生物膜载体的表面经过表面等离子体沉积处理、表面喷砂处理或表面气溶胶喷雾处理，由此得到的生物膜载体的平均表面粗糙度约为270nm、1200nm以及475nm且平均接触角约为49.2°。
在本发明的再一实施方式中，本发明的生物膜载体由改良的聚烯烃类材料制成。所述聚烯烃类材料包括：聚乙烯材料，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂ABS。所述改良的聚烯烃类材料是掺杂了适量的纤维素、淀粉或碳酸钙的聚烯烃类材料，例如，向聚乙烯材料中掺杂5％重量的纤维素或向聚乙烯材料中掺杂30％重量的淀粉或向聚乙烯材料中掺杂10％碳酸钙来制备改良的聚乙烯材料。
另一方面，本发明提供一种移动床生物膜反应器，其包括：
反应器主体，所述反应器中装有上文所述的生物膜载体，以及
使所述生物膜载体与废水和空气充分接触的设备，
其中，所述反应器在有机负荷不高于46kgSCOD/m3.d的条件下运行，可实现溶解性化学需氧量去除效率高于54％。所述生物膜载体相对于所述移动床生物膜反应器的总体积的填充比例不低于42％。
再一方面，本发明提供一种使用上述移动床生物膜反应器处理废水的方法，所述方法包括：
(i)向所述移动床生物膜反应器提供废水，其中，所述移动床生物膜反应器在有机负荷不高于46kgSCOD/m3.d的条件下运行预定时间段以使所述废水中的溶解性化学需氧量去除效率高于54％；
(ii)排出处理过的废水。优选地，所述预定时间段为1.6小时至12小时。
附图说明
图1A是根据本发明的一种实施方式的生物膜载体(样品1#)的结构示意图。
图1B是根据本发明的另一实施方式的生物膜载体(样品2#)的结构示意图。
图1C是根据本发明的又一实施方式的生物膜载体(样品3#)的结构示意图。
图2显示了本发明的三种不同几何结构的生物膜载体的平均SCOD去除效率随SALR的变化曲线。
图3显示了本发明的三种不同几何结构的生物膜载体的平均SCOD去除效率随VLR的变化曲线。
图4显示了本发明的三种不同几何结构的生物膜载体在不同SALR条件下进行实验之后的显微镜观察结果。
图5显示了具有图1B所示的几何结构的生物膜载体经过不同的改良方法而得到的不同表面粗糙度与表面生物膜生长量的关系。
图6显示了具有图1B所示的几何结构的生物膜载体经过不同的改良方法而得到的不同接触角与表面生物膜生长量的关系。
图7显示了对照生物膜载体和三种经改良的生物膜载体的表面生物膜生长量在初始生物膜建立过程中的变化。
图8是在MBBR中使用具有图1B所示的几何结构的生物膜载体进行废水处理的流程示意图。
图9显示了作为对照的基于常规活性污泥法(AS)的废水处理工艺流程示意图。
图10显示了作为对照的基于常规膜生物反应器(MBR)的废水处理工艺流程示意图。
具体实施方式
为了更加清楚地描述本发明的目的、特征以及优势，以下将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述，但下文详细描述的本发明的实施方式，仅仅是为了对本发明的内容进行举例说明，并不对本发明构成任何限定。本发明的保护范围仅由权利要求书限定。
实施例1.三种不同几何结构的生物膜载体
本发明中的生物膜载体是截短的中空型柱状体，该中空型柱状体的中空部分由连接肋片分隔成多个横截面为多边形的空腔，以使所述生物膜载体的比表面积大于或等于547m2/m3。
本实施例举例说明本发明的生物膜载体的三种几何结构。图1A、图1B和图1C显示了本实施例的生物膜载体的三种不同的几何结构示意图。
图1A所示的生物膜载体(样品1#)是中空型柱状体1，其直径为25.0mm，高为10.0mm。该柱状体1的中空部分由连接肋片2分隔为多个横截面为六边形的空腔3以及横截面为多边形的空腔31和32，其中，横截面为六边形的空腔3的横截面面积为13.15mm2，占整个中空部分的总横截面积的45.6％，横截面为多边形的空腔31和32的横截面面积为16.4mm2和8.82mm2，分别占整个中空部分的总横截面积的26.2％和28.2％。在图1A所示的中空型柱状体生物膜载体中，70％以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过11％
图1B所示的生物膜载体(样品2#)的整体形状与图1A相同，也是中空型柱状体1’，直径为22.0mm，高为10.0mm。该柱状体1’的中空部分由连接肋片2’分隔为多个横截面为六边形的空腔3’以及横截面为多边形的空腔31’和32’，而且与图1A所示的生物膜载体(样品1#)的几何结构的不同之处在于，在空腔3’的侧棱上间隔地设置有凸出翅片4，该翅片4向空腔内的延伸长度不超过其所在边的边长的二分之一，在该中空型柱状体中，横截面为六边形的空腔3’的横截面面积为16.27mm2，占整个中空部分的总横截面积的41.3％，横截面为多边形的空腔31’和32’的横截面面积15.7mm2和11.29mm2，分别占整个中空部分的总横截面积的34.2％和24.6％。在图1B所示的中空型柱状体生物膜载体中，75％以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过1.8％。
图1C所示的生物膜载体(样品3#)的整体形状与图1A和1B相同，也是中空型柱状体1”，其直径为22.0mm，高为10.0mm。该柱状体1”的中空部分由连接肋片2”分隔为多个横截面为六边形的空腔3”以及横截面为多边形的空腔31”和32”，而且与图1A和图1B所示的生物膜载体的几何结构的不同之处在于，在空腔3”的侧壁上间隔地设置有凸出翅片4’，该翅片4’向空腔内的延伸长度不超过其所在边的边长的二分之一，在该中空型柱状体中，横截面为六边形的空腔3”的横截面面积为16.34mm2，占整个中空部分的总横截面积的41.9％，横截面为多边形的空腔31”和32”的横截面面积为15.75mm2和10.66mm2，分别占整个中空部分的总横截面积的34.6％和23.4％。在图1C所示的中空型柱状体生物膜载体中，76％以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过1.8％。
从上述样品1#至3#的几何结构数据中可以看出，本发明的生物膜载体内部的中空部分被连接肋片划分成横截面面积基本均匀的空腔，这使得本发明的生物膜载体在高有机负荷条件下用于处理废水时不易被废水中的有机物堵塞，从而有利于保持并提高废水处理效率。
下表1总结了图1A至图1C所示的三种具有不同几何结构的生物膜载体(样品1#、样品2#和样品3#)的直径、堆积密度和比表面积。从下表中的参数可以看出，带有翅片的生物膜载体的比表面积较不带翅片的生物膜载体的比表面积大并且具有较大的堆积密度，也就是说，在单位废水处理器中可以容纳更多的生物膜载体，从而为生物膜提供更多的附着生长表面积，进一步提高废水处理效率。
表1.三种具有不同几何结构的生物膜载体的直径、堆积密度和比表面积
实施例2.三种不同几何结构的生物膜载体的性能评估
I.生物膜载体的制造
以高密度聚乙烯(HDPE)作为原料，在预制模具中通过热塑成型制造出实施例1所述的三种不同几何结构的生物膜载体。
II.模拟废水处理过程
为了证明上述具有不同几何结构的生物膜载体在处理废水方面的性能，采用人工配制的废水，实施下述模拟废水处理过程，以评估不同结构的生物膜载体的性能。
本实施例使用12L常规MBBR作为废水处理反应器，将三种不同几何结构的生物膜载体以42％的填充比装入三个MBBR中，进行平行实验，其中这三个MBBR共用一个进料罐，并在三个MBBR上均装配有实时pH调节仪，以维持反应器中的pH为中性，同时维持每个反应器中的溶解氧(DO)为2.0mg/L以上，并向反应器中通入空气，以保持生物膜载体在反应器内部自由移动，从每个反应器的出口收集处理后的废水，进一步分析生物膜载体的废水处理性能。为了评估三种生物膜载体在废水处理过程中的性能，本实施例使用稀释的豆奶人工制备废水。在开始进行评估实验之前，首先向反应器中添加活性污泥以提供刺激细菌生长和附着的种子。这样，在进行实验时，生物膜载体就会作为生物膜的生长载体，以使生物膜在其表面生长。在进行实验之前，还需要先以间歇式的方式将溶解性化学需氧量(SCOD)为1,000mg/L的稀释豆奶加至反应器中作为种子溶液，每天添加两次，使细菌微生物的有机负荷率(F/M)达到0.8kg/kg.d。随后，在废水处理反应器连续运行稳定之后，向反应器中供给SCOD大约为3,000mg/L的人工废水，从而对三种不同几何结构的生物膜载体的废水处理性能进行评估。
III.废水处理性能评估
以逐步增加负荷量的方式在不同负荷量条件下对上述实施例1中所述的三种不同几何结构的生物膜载体(样品1#、样品2#和样品3#)的废水处理性能进行评估。在每一负荷条件下进行实验，处理效果稳定后，再逐步增大负荷。图2和图3分别显示了三种不同几何结构的生物膜载体的平均溶解性化学需氧量(SCOD)相对于表面有机负荷率(SALR)和容积负荷率(VLR)的变化。
从图2中可以看出，三种生物膜载体的SCOD去除效率几乎以相同的线性程度随SALR的增大而增大，直到SALR增加至175SCODg/m2.d，这时三种生物膜载体的SCOD去除效率达到最大，约95SCODg/m2.d(相当于大约54％的SCOD去除效率)并且这时生物膜载体上所覆盖的生物膜的厚度达到最佳厚度。随后，随着SALR的增加，SCOD去除效率基本保持不变。
从图3中可以看出，图1B所示的生物膜载体(样品2#)和图1C所示的生物膜载体(样品3#)的SCOD去除效率几乎以相同的线性程度随VLR的增大而增大，在VLR约46SCODkg/m3.d的条件下达到最大SCOD去除效率，大约25kg/m3.d(相当于大约54％的SCOD去除效率)。而不带翅片的生物膜载体(样品1#)在VLR约46SCODkg/m3.d的条件下达到其最大SCOD去除效率，大约20SCODkg/m3.d。由此可见，带翅片的生物膜载体(样品2#和样品3#)由于其比表面积(分别为615m2/m3和613m2/m3)大于不带翅片的生物膜载体(样品1#)的比表面积(547m2/m3)而产生更高的处理容量。
图4显示了不同SALR条件的三种不同几何结构的生物膜载体的表面生物膜形成的显微镜观察结果。从图4中可以明显地看出，在SALR从24SCODg/m2.d增加至175SCODg/m2.d的过程中，生物膜载体表面的生物膜越来越厚，并且生物膜也没有堵塞生物膜载体中的空腔。
通过上述废水处理性能评估实验看出，图1B和图1C所示的带有翅片的生物膜载体(样品2#和样品3#)的比表面积大于图1A所示的不带翅片的生物膜载体(样品1#)的比表面积，因此，在高达46SCODkg/m3.d的VLR的条件下，样品2#和样品3#相对于样品1#具有更高的处理容量，SCOD去除效率达到54％。并且样品1#、样品2#和样品3#的内部中空部分被连接肋片划分成横截面面积基本均匀的空腔，这些空腔在废水中有机物负荷较高的条件下(例如，SALR高达175SCODg/m2.d，VLR高达46SCODkg/m3.d)不易发生堵塞，使生物膜载体保持较高的有效比表面积，这就使得能够发挥吸附降解作用的生物膜较多，因此，使生物膜载体在较高的负荷条件下具有更高的SCOD去除效率(大约54％)。
实施例3.生物膜载体的表面性能改良
目前现有技术中通常使用比重略小于水的材料来制备生物膜载体，一般采用高密度聚乙烯等材料。然而为了提高生物膜载体的生物膜生长量，不仅仅需要对生物膜载体的几何构造进行改良，还可从材料改良或表面处理方面入手，由此可为生物膜载体性能的进一步改善提供新的方式。为此，本实施例以具有图1B所示的几何结构的生物膜载体为例，以本领域常用的高密度聚乙烯材料作为基础原料，举例说明三种不同改性方法得到的表面性能改良的生物膜载体。
I.不同表面性能的生物膜载体的制备
下述三种方法得到三种表面性能改良的生物膜载体：
(1)对由高密度聚乙烯制备的生物膜载体的表面进行等离子体处理，得到等离子体表面处理的生物膜载体(样品4#)。在本实施例中，为了增强生物膜载体表面的亲水性，将由高密度聚乙烯制备的生物膜载体放入密封腔室中并使腔室内的气压降低至较低的真空度，在本实施例中，使用氩气作为等离子体气体，氩气分子被暂时离子化并且高能氩气离子轰击生物膜载体表面，这样就使生物膜载体表面改性，亲水性提高；
(2)在作为基础原料的高密度聚乙烯材料中通过鼓入气体(例如3％体积的氮气或2.8％体积的氮气，在本实施例中，鼓入3％体积的氮气来制备泡沫材料)得到聚乙烯泡沫材料，从而由这种泡沫聚乙烯材料通过热塑成型制备生物膜载体(样品5#)；以及
(3)在作为基础原料的高密度聚乙烯材料中掺杂10％重量的碳酸钙，从而由这种掺杂有碳酸钙的聚乙烯材料通过热塑成型制备生物膜载体(样品6#)。
下表2中列出了经由上述三种方式得到的三种表面性能改良的生物膜载体的表面性能参数(其中通过生物膜载体表面与水的接触角来代表生物膜载体表面的亲水性，接触角越小，亲水性越好)，其中以未改良的生物膜载体的表面性能参数作为对照。
表2.经由上述三种方式得到的三种表面性能改良的生物膜载体的表面性能参数。
从上表2可以看出，与未改良的生物膜载体(对照，即样品2#)的表面性能相比，等离子体表面处理后的生物膜载体(样品4#)的表面粗糙度降低至270nm，但是接触角较小(49.2°)，这说明该生物膜载体的表面非常亲水。由聚乙烯泡沫材料制备的生物膜载体(样品5#)的表面粗糙度剧增至1360nm，而接触角只发生了略微变化。由掺杂碳酸钙的聚乙烯材料制备的生物膜载体(样品6#)的表面粗糙度增加至526nm，其接触角显著增大至99.0°，这说明表面非常疏水。聚乙烯泡沫材料由于这种原料中存在泡沫，因此其制备得到生物膜载体的表面会出现非常多的非常微小的凸起和凹陷，因此，其表面粗糙度非常大，而且表面亲水性基本没有发生改变。换言之，这些非常微小的凸起和凹陷会显著增大生物膜载体的微观比表面积，从而有利于生物膜的形成。等离子体表面处理之后的生物膜载体其表面亲水性大大提高，因此也会有利于生物膜的形成。
除了采用上述三种方式对现有的生物膜载体进行改良之外，还可采用下表3列出的方法对生物膜载体进行改良，从而使生物膜载体的表面性能得到改良。
表3.可用于生物膜载体表面性能改良的其他方法
II.废水处理性能评估
接下来通过上述表面改良后的生物膜载体上生物膜生长量进行定量测试，进一步评估了表面性能改良对生物膜载体表面上生物膜形成的影响。
使用实施例2所述的模拟废水处理过程，将上述三种不同的生物膜载体放入实施例2所述的模拟废水中，在放入种子溶液之后第二天的初始生物膜建立时，从反应器中取出5-10个生物膜载体，将其在105℃下过夜干燥并称重，记录重量。随后将生物膜载体放入6％NaOH溶液中直至生物膜从生物膜载体表面脱离并刮干净生物膜载体表面，再次在105℃下过夜干燥生物膜载体并称重，记录重量。NaOH处理前后的生物膜载体的重量差表示生物膜载体表面形成的生物膜的量。以相同的方法还测量了放入种子溶液之后十五天时生物膜载体表面形成的生物膜的量。
图5和图6分别显示了在具有不同表面粗糙度和接触角的生物膜载体表面上的生物膜生长量。如图5所示，具有最大表面粗糙度(1360nm)的由聚乙烯泡沫材料制成的生物膜载体(5#)表面上的生物膜生长量最大，每个生物膜载体上生长约7.73mg生物膜，与对照2#生物膜载体(表面未改良)相比，生物膜的生长量增加了34％。等离子体表面处理的生物膜载体(4#)虽然具有最小的接触角(49.2°)其表面的生物膜生长量与对照2#生物膜载体表面的生物膜生长量基本相同，但是，从图5和图6中也可看出，由掺杂有碳酸钙的聚乙烯材料制备的生物膜载体(样品6#)表面的生物膜生长量比对照样品表面的生物膜生长量低20％。这说明表面粗糙度的提高，有助于增加生物膜载体的表面生物膜生长量，而表面亲水性的降低，不利于生物膜在载体表面的附着。
图7显示了生物膜建立过程中对照生物膜载体和生物膜载体样品4#、样品5#和样品6#的表面上生物膜生长量的变化。分别测量了生物膜开始形成两天之后和十五天之后的生物膜载体表面的生物膜的生长量。从图7中可以看出，在表面粗糙度较大的生物膜载体(5#)的表面生物膜生长较快。由此可得出结论，采用表面粗糙度较大的生物膜载体可较快地在其上形成生物膜，这样，在使用包含这种生物膜载体的反应器处理废水时，在废水进入反应器之后很短的时间内就可在生物膜载体表面快速有效地形成生物膜，进而快速降低废水中的SCOD。
实施例4.生物膜载体在移动床生物膜反应器(MBBR)中的应用
本实施例以具有图1B所示的几何结构且表面未改良的生物膜载体为例，举例说明本发明的生物膜载体在MBBR中的应用。
以实施例2所描述的方法人工制备废水，并以与实施例2所描述的废水处理过程类似的过程，模拟MBBR废水处理系统。图8显示了在MBBR中使用具有图1B所示的几何结构的生物膜载体(比表面积为615m2/m3)进行废水处理的流程示意图。下表4列出了MBBR模拟废水处理使用的主要参数以及SCOD去除效率。
表4.模拟MBBR废水处理过程的主要参数以及SCOD去除效率
SALR(g SCOD/m2.d) 175
VLR(kg SCOD/m3.d) 46
SCOD去除(kg SCOD/m3.d) 25
水力停留时间(HRT，hr) 1.6
处理后的废水中的SCOD(mg/L) 1,350
生物膜载体的填充比(％) 42
生物膜载体的比表面积(m2/m3) 615
SCOD去除效率(％) 54
有机负荷率(F/M)(kg/kg.d) 0.8*
*起始建立生物膜阶段的负荷
从上表4中可以看出，MBBR在最大负荷条件(即，VLR为46kgSCOD/m3.d，对应SALR为175gSCOD/m2.d)下运行，水力停留时间仅需要1.6小时这么短的时间，就可达到SCOD去除效率约为54％。废水中无法被化学絮凝的可溶有机物可被快速吸收进入在生物膜载体表面形成的生物膜中，再代谢分解，由此，在较短的HRT时间段内实现约54％的SCOD去除效率。
作为对照，还进行了基于常规活性污泥(AS)的废水处理过程和基于膜生物反应器(MBR)的模拟废水处理过程。这两种废水处理过程的示意图分别在图9和图10中显示，这两种废水处理过程的主要参数在下表5中列出。
表5.基于常规活性污泥(AS)的废水处理过程和基于膜生物反应器(MBR)的模拟废水处理过程的主要参数
三种废水处理过程的比较结果在下表6中予以总结。
表6.三种不同的废水处理过程的比较
从上表6的比较可以看出，相对于常规AS和MBR废水处理过程，利用本发明的生物膜载体的MBBR废水处理过程在较大的有机负荷量条件下仅需要较短水力停留时间同时实现54％的SCOD去除效率，这主要是由于本发明的生物膜载体的几何结构的内部中空部分被均匀地分隔为多个空腔，提高了生物膜载体的比表面积同时这些空腔在废水中有机负荷量高达46kgSCOD/m3.d的条件下不易发生堵塞，使生物膜载体保持较高的有效比表面积，这就使得能够发挥吸附降解作用的生物膜较多，因此，使生物膜载体在较高的有机负荷条件下具有很高的SCOD去除效率。由此，使用本发明的生物膜载体的MBBR非常适于那些空间有限的食品饮料加工生产厂进行高负荷条件下的快速废水处理，以达到排放标准。
以上结合具体实施方式对本发明进行了说明，这些具体实施方式仅仅是示例性的，不能以此限定本发明的保护范围，本领域技术人员在不脱离本发明实质的前提下可以进行各种修改、变化或替换。因此，依照本发明所作的各种等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (19)

1.一种生物膜载体，所述生物膜载体为截短的中空型柱状体，该中空型柱状体的中空部分由连接肋片分隔成多个横截面为多边形的空腔，并且，所述生物膜载体的比表面积大于或等于547m2/m3。
2.如权利要求1所述的生物膜载体，其中，在所述中空型柱状体中，70％以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过11％。
3.如权利要求1所述的生物膜载体，其中，所述空腔的侧壁上设置有凸出翅片。
4.如权利要求3所述的生物膜载体，其中，在所述中空型柱状体中，76％以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过1.8％。
5.如权利要求1所述的生物膜载体，其中，所述空腔的侧棱上设置有凸出翅片。
6.如权利要求5所述的生物膜载体，其中，在所述中空型柱状体中，75％以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过1.8％。
7.如权利要求3至6中任一项所述的生物膜载体，其中，所述翅片间隔设置。
8.如权利要求3至6中任一项所述的生物膜载体，其中，所述生物膜载体的比表面积大于或等于613m2/m3。
9.如权利要求3至6中任一项所述的生物膜载体，其中，所述翅片向所述空腔内部延伸的长度不超过其所在边的边长的二分之一。
10.如权利要求1所述的生物膜载体，其中，所述生物膜载体由改良的聚烯烃类材料制成。
11.如权利要求10所述的生物膜载体，其中，所述聚烯烃类材料包括：聚乙烯材料，或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂ABS。
12.如权利要求10或11所述的生物膜载体，其中，所述改良的聚烯烃类材料是聚烯烃类的泡沫材料，其中的泡沫体积百分比为2.8％-3％。
13.如权利要求12所述的生物膜载体，其中，改良形成的聚烯烃泡沫材料包括：高密度聚乙烯泡沫材料。
14.如权利要求1所述的生物膜载体，其中，所述生物膜载体的表面经过表面等离子体沉积处理、表面喷砂处理或表面气溶胶喷雾处理。
15.如权利要求10或11所述的生物膜载体，其中，所述改良的聚烯烃类材料是掺杂纤维素或淀粉、碳酸钙的聚烯烃类材料。
16.一种移动床生物膜反应器，其包括：
反应器主体，所述反应器中装有权利要求1至15中任一项所述的生物膜载体，以及
使所述生物膜载体与废水和空气充分接触的设备，
其中，所述反应器在有机负荷不高於46kgSCOD/m3.d的条件下运行。
17.如权利要求16所述的移动床生物膜反应器，其中，所述生物膜载体相对于所述移动床生物膜反应器的总体积的填充比例不高于70％。
18.一种使用权利要求16或17所述的移动床生物膜反应器处理废水的方法，所述方法包括：
(i)向所述移动床生物膜反应器提供废水，其中，所述移动床生物膜反应器在有机负荷不高于46kgSCOD/m3.d的条件下运行预定时间段以使所述废水中的溶解性化学需氧量去除效率高于54％；
(ii)排出处理过的废水。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述预定时间段为1.6小时至12小时。
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