CN105600921B

CN105600921B - 一种填料老化生物膜的原位活化方法

Info

Publication number: CN105600921B
Application number: CN201510967416.5A
Authority: CN
Inventors: 任洪强; 王瑾丰; 丁丽丽; 黄辉; 耿金菊; 俞启升
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2018-10-30
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: CN105600921A

Abstract

本发明公开了一种填料老化生物膜的原位活化方法，属于生物膜污水处理技术领域。本发明的步骤为：1)测定生物膜反应器及深度处理出水的总磷浓度；2)根据总磷浓度数值，优选生物膜反应器出水总磷浓度，然后在方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ、方案Ⅳ和方案Ⅴ中选择最佳方案，对老化生物膜进行处理；3)步骤2)完成后，对生物膜反应器进行强曝气，曝气时间不少于40min，然后停止曝气，静置沉淀，排空；4)重复步骤2)‑3)，完成生物膜原位活化。本发明根据老化生物膜及废水的基本特性，采用针对性的优选方案，有效解决填料老化生物膜难以自然脱落更新活化的难题，操作简便，且环境友好，具有广泛应用前景。

Description

一种填料老化生物膜的原位活化方法

技术领域

本发明属于生物膜法污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种填料老化生物膜的原位活化方法。

背景技术

在污水处理的二级生化处理系统中，活性污泥法和生物膜法占主导地位，生物膜法由于具有水量水质适应性强、对有机物的去除、脱氮除磷及去除重金属效果良好、动力费用省等优点，得到了广泛的关注和应用。生物膜主要由微生物细胞和它们所产物膜进行生长、成熟和老化的循环。生物膜的载体一般有软性填料、组合填料以及悬浮填料等。软性填料和组合填料由于其具有重量轻、比表面积大、空隙可变、不易堵塞、耐冲击负荷等效果稳定，且造价低、运输方便和组装简易等特点，被率先广泛应用于处理纺织、印染、酿酒、石油化工等工业和生活污水的处理中。但是在实际的废水处理过程中，水质成分复杂，长时间连续处理会造成填料表面形成厚达50cm左右的泥状生物膜，导致生物膜的传质能力大幅降低，对有机物等降解能力受到限制，影响到废水处理厂的正常运行，因此，对老化生物膜进行活化十分必要。

中国专利申请号为201410734593.4，申请公布日为2015年3月4日的专利申请文件公开了一种老化悬浮生物膜填料修复再生方法，该生物膜填料用于废水处理的生物反应器中，包括：1)将生物膜反应器中的老化生物膜悬浮生物填料取出晾干；2)启动振动筛，使老化且松动的生物膜和在此积聚生成的污泥脱落并随后排出；3)酸碱化学洗脱；采用先混合酸洗，后碱洗；4)酶制剂进一步洗脱；所述酶制剂为蛋白酶；5)将步骤4)处理后的填料晾干，并将填料放回生物膜反应器；6)生物膜再生；通入空气或者氧气，同时加入微量元素营养液实现对生物膜的最终更新。中国专利申请号为201510607465.8，申请公布日为2015年12月2日的专利申请文件公开了一种悬浮填料老化生物膜的异位活化方法，该发明的步骤为：一、从污废水处理反应器中取出包含老化生物膜的悬浮填料；二、生物膜挥发性固体含量测定；三、根据挥发性固体含量数值分别选择处理方案Ⅰ或处理方案Ⅱ，对老化生物膜进行处理；四、水洗去除填料表面已松动却未脱离的生物膜；五、将含有少量生物膜的悬浮填料返投至反应器，完成异位活化。上述生物膜再生方式均为异位活化方式，需要特殊的清洗设备及清洗池，占地及人工成本较高，且采用酸或碱等非环境友好试剂，存在一定的环境风险。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有的技术无法对生物膜进行原位活化的问题，本发明提供一种填料老化生物膜的原位活化方法，适用于悬浮填料、软性填料及组合填料的生物膜活化，根据处理水质的特点，选择不同的处理方案，本发明的活化剂能够最大程度保留生物膜中相关降解微生物，缩短更新活化时间，且降低活化成本。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种填料老化生物膜的原位活化方法，其步骤为：

1)分别测定生物膜反应器及深度处理出水的总磷浓度；

2)根据总磷浓度数值，选择方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ、方案Ⅳ和方案Ⅴ中的一种方案，对老化生物膜进行处理；

3)步骤2)完成后，对生物膜反应器进行强曝气，曝气时间不少于40min，然后停止曝气，静置沉淀，排空；

4)重复步骤2)-3)，完成生物膜原位活化。

优选地，步骤2)中当生物膜反应器或深度处理出水的总磷浓度＞0.1mg/L时，采用方案Ⅰ，即泵入初级处理出水，进水后强曝气15-30分钟，然后正常曝气，按比例投加活化剂，活化剂由酰基转移酶和酪氨酸组成。

优选地，每立方米水中投加15～35g酰基转移酶、4～8g酪氨酸。

优选地，步骤2)中当生物膜反应器出水的总磷浓度≥0.03mg/L，且≤0.1mg/L时，采用方案Ⅱ，即将生物膜反应器出水重新泵入生物膜反应器中，进水后强曝气15～30分钟，然后正常曝气，在泵入管道中设置混凝池，混凝池中投加铁蛋白，铁蛋白的投加量为每立方米水中投加5～8g。

优选地，投加铁蛋白的同时投加活化剂，活化剂由酰基转移酶和酪氨酸组成；每立方米水中投加15～35g酰基转移酶、4～8g酪氨酸。

优选地，步骤2)中当生物膜反应器出水的总磷浓度＜0.03mg/L时，采用方案Ⅲ，即将生物膜反应器出水重新泵入生物膜反应器中，进水后强曝气15～30分钟，然后正常曝气。

优选地，正常曝气时投加活化剂，活化剂由酰基转移酶和酪氨酸组成；每立方米水中投加15～35g酰基转移酶、4～8g酪氨酸。

优选地，步骤2)中当生物膜反应器中出水的总磷浓度＞0.1mg/L，深度处理出水的总磷浓度≥0.03mg/L，且≤0.1mg/L时，采用方案Ⅳ，即将深度处理出水泵入生物膜反应器中，进水后强曝气15～30分钟，然后正常曝气，在回流管道中设置混凝池，混凝池中投加铁蛋白，铁蛋白的投加量为每立方米水中投加5～8g。

优选地，步骤2)中当生物膜反应器中出水的总磷浓度＞0.1mg/L，深度处理出水总磷浓度＜0.03mg/L时，采用方案Ⅴ，即将深度处理出水泵入生物膜反应器中，进水后强曝气15～30分钟，然后正常曝气。

优选地，正常曝气量为满足水中溶解氧在3～5mg/L范围内的曝气量，强曝气强度为正常曝气的1.5倍。

优选地，步骤4)中重复步骤2)-3)的次数为5～8次。

酰基转移酶或酪氨酸在老化生物膜原位活化领域中的应用。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的固定式填料老化生物膜的原位活化方法，根据水质的特点，针对不同的水质及不同的要求采用不同的活化方式，以达到在短时间内低成本高效活化生物膜；

(2)本发明能够在保证污水处理的正常运行条件下，在保留多数功能微生物的前提下，最大程度活化老化生物膜；

(3)本发明的提供的老化生物膜的原位活化方法，能够有效解决膜难以自然脱落更新活化的难题，操作简便，且环境友好，具有广泛应用前景；

(4)本发明的原位活化方法相比于异位老化生物膜活化，可以保证废水处理系统的正常运行，同时工作强度及处理费用会得到大幅削减，更重要的是，原位生物膜活化可以周期运行，保障污水处理系统的持续高效处理能力。

附图说明

图1为本发明的填料老化生物膜原位活化方法的操作流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，初级处理出水的处理过程为：先经过生物膜反应器进行处理，然后经过沉淀之后再进行深度处理，一种填料老化生物膜原位活化方法，进行某市政污水处理厂中的好氧组合填料生物膜活化。其中软性填料为聚丙烯腈，该组合填料中的软性填料上被物化污泥和生化沉积污泥所包裹，形成了一串串凹凸的柱状物，填料间空隙变窄或结成片，在表层生物膜下均为黑色粘泥，生物膜的厚度均在20mm以上。该市政污水处理厂中的深度处理工艺为超滤-反渗透。

本实施例的具体活化过程为：

步骤一、分别采集生物膜反应器的出水及深度处理后的出水各500mL，加入1mL硫酸进行酸化，然后取25mL样品测定总磷含量，具体步骤参照GB 11893-89，生物膜反应器出水总磷测定值为0.92±0.05mg/L，深度处理出水中总磷的浓度为0.08±0.02mg/L；

步骤二、将该生物膜反应器(4m×30m×4.6m(B×L×H)＝522m³)停止进水和曝气，静置沉淀2h，排出上清液；

步骤三、本实施例中生物膜反应器出水总磷浓度大于0.1mg/L，深度处理出水总磷的浓度≥0.03mg/L，且≤0.1mg/L，采用方案Ⅳ对生物膜反应器中的老化生物膜进行活化。即泵入深度处理出水500m³，进水后强曝气(使水中的溶解氧在4.5-7.5mg/L范围内)20分钟，然后进行正常水平曝气(使水中的溶解氧在3-4mg/L范围内)。在深度处理和生物膜反应器之间的回流管道中设置混凝池，混凝池中投加铁蛋白，铁蛋白的投加量为每立方米水中5g；

步骤四、反应器正常运行19小时后，进行强曝气50min，然后停止曝气，静置沉淀2h，排空。

步骤五、重复步骤二到步骤四3次后，填料上的生物部分脱落；

步骤六、在步骤三的基础上在反应器每立方米水中投加18g酰基转移酶、6g酪氨酸，重复步骤二、三、六6次之后，生物膜基本脱落，厚度均值在0.2cm左右，COD_Cr的去除率有效提升15％左右，完成生物膜原位活化。

实施例2

本实施例的一种填料老化生物膜原位活化方法，进行某好氧软性填料生物膜活化。该生物膜反应器中的软性填料上被物化污泥和生化沉积污泥所包裹，形成棍状，且粗细不一。表层生物膜下边为黑色污泥，且有恶臭。生物膜的厚度均值在40mm左右，反应器中水体浑浊且污泥沉降形差，无深度处理工艺。

本实施例的具体活化过程为：

步骤一、采集生物膜反应器的出水500mL作为水样，加入1mL硫酸进行酸化，然后取25mL样品进行测定，具体步骤参照GB 11893-89，测定生物膜反应器的出水总磷浓度值为0.5±0.04mg/L；

步骤二、将该生物膜反应器(5m×15m×2.95m(B×L×H)＝222m³)停止进水和曝气，静置沉淀2h，排出上清液；

步骤三、当生物膜反应器出水总磷的浓度＞0.1mg/L，且深度处理出水总磷的浓度不在实施例1中要求的范围时，也即深度处理出水总磷的浓度＞0.1mg/L时，采用方案Ⅰ对生物膜反应器中的老化生物膜进行活化。即泵入初级处理出水，进水后强曝气20分钟，然后进行正常水平曝气(原运行时曝气水平，即维持水中溶解氧在4-5mg/L范围内的曝气量)，然后根据进水的体积按比例投加活化剂。活化剂由酰基转移酶和酪氨酸组成；投加比例为：每立方米水中投加15g酰基转移酶、4g酪氨酸。

步骤四、反应器正常运行19小时后，进行强曝气80min，然后停止曝气，静置沉淀2h，排空。

步骤五、重复步骤二到步骤四8次后，生物膜基本脱落，厚度均值在0.3cm左右，COD_Cr的去除率有效提升25％左右，完成生物膜原位活化。

实施例3

本实施例的一种填料老化生物膜原位活化方法，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例中深度处理后总磷的浓度低于0.03mg/L，采用方案Ⅲ。即在步骤三中不用添加铁蛋白，重复步骤二、三、六5次之后，生物膜基本脱落，厚度均值在0.1cm左右，COD_Cr的去除率有效提升19％左右，完成生物膜原位活化。

实施例4

本实施例的一种填料生物膜原位活化方法，进行某好氧悬浮填料生物膜活化。该工艺中采用的填料为聚乙烯/聚丙烯圆柱体(含三个同心环)，外环直径2.5cm，高1.2cm，密度为0.96g cm^-3，有效比表面积为460m²m^-3，该生物膜反应器中的填料圆柱体基本被污泥填充满，表层生物膜下边为黑色污泥，且有恶臭。生物膜的厚度均值在1cm左右，反应器中水体浑浊且污泥沉降性差，无深度处理工艺。

本实施例的具体活化过程为：

步骤一、采集生物膜反应器出水500mL作为水样，加入1mL硫酸进行酸化，然后取25mL样品进行测定，具体步骤参照GB 11893-89，测定值为0.91±0.08mg/L；

步骤二、将该生物膜反应器停止进水和曝气，静置沉淀2h，排出上清液；

步骤三、当生物膜反应器出水总磷的浓度＞0.1mg/L时，采用方案Ⅰ对生物膜反应器中的老化生物膜进行活化。即泵入初级处理出水，进水后强曝气(1.5倍原曝气量)20分钟，然后进行正常水平曝气(原运行时曝气水平，即维持水中溶解氧在4mg/L左右的曝气量)，然后根据进水的体积按比例投加活化剂。活化剂由酰基转移酶和酪氨酸组成；投加比例为：每立方米水中投加35g酰基转移酶、8g酪氨酸。

步骤四、反应器正常运行19小时后，进行强曝气65min，然后停止曝气，静置沉淀2h，排空。

步骤五、重复步骤二到步骤四6次后，生物膜基本脱落，厚度均值在0.1cm左右，COD_Cr的去除率有效提升20％左右，完成生物膜原位活化。

实施例5

本实施例的一种填料老化生物膜原位活化方法，基本同实施例4，其不同之处在于：本实施例中设有深度处理工艺，为超滤+反渗透工艺。

本实施例的具体活化过程为：

步骤一、分别采集生物膜反应器及深度处理工艺出水500mL作为水样，加入1mL硫酸进行酸化，然后取25mL样品进行测定，具体步骤参照GB 11893-89，测定值为悬浮填料生物膜反应器出水的总磷浓度为1.01±0.05mg/L，深度处理后总磷的浓度低于0.03mg/L；

步骤三、当生物膜反应器出水总磷的浓度＞0.1mg/L，且深度处理出水总磷浓度低于0.03mg/L时，采用方案Ⅴ对生物膜反应器中的老化生物膜进行活化。即泵入深度处理出水，进水后强曝气(1.5倍原曝气量)20分钟，然后进行正常水平曝气(原运行时曝气水平，即维持水中溶解氧在3mg/L左右的曝气量)，然后根据进水的体积按比例投加活化剂。活化剂由酰基转移酶和酪氨酸组成；投加比例为：每立方米水中投加20g酰基转移酶、6g酪氨酸。

步骤五、重复步骤二到步骤四6次后，生物膜基本脱落，厚度均值在0.2cm左右，COD_Cr的去除率有效提升25％左右，完成生物膜原位活化。

实施例6

本实施例的一种填料老化生物膜原位活化方法，基本同实施例5。其不同之处在于：本实施例中的深度处理工艺为人工湿地。

本实施例的具体活化过程为：

步骤一、分别采集生物膜反应器及深度处理工艺出水500mL作为水样，加入1mL硫酸进行酸化，然后取25mL样品进行测定，具体步骤参照GB 11893-89，测定值为悬浮填料生物膜反应器出水的总磷浓度为1.01±0.05mg/L，深度处理后总磷的浓度低于0.08±0.01mg/L；

步骤三、当生物膜反应器出水总磷的浓度＞0.1mg/L，且深度处理出水总磷浓度低于0.1mg/L，高于0.03mg/L时，采用方案Ⅳ对生物膜反应器中的老化生物膜进行活化。即泵入深度处理出水，进水后强曝气(1.5倍原曝气量)20分钟，然后进行正常水平曝气(原运行时曝气水平，即维持水中溶解氧在5mg/L左右的曝气量)，然后根据进水的体积按比例投加活化剂。活化剂由酰基转移酶和酪氨酸组成；投加比例为：每立方米水中投加18g酰基转移酶、5g酪氨酸。在深度处理和生物膜反应器之间的回流管道中设置混凝池，混凝池中投加铁蛋白，铁蛋白的投加量为每立方米水中8g；

步骤四、反应器正常运行19小时后，进行强曝气55min，然后停止曝气，静置沉淀2h，排空。

步骤五、重复步骤二到步骤四6次后，生物膜基本脱落，厚度均值在0.1cm左右，COD_Cr的去除率有效提升18％左右，完成生物膜原位活化。

值得说明的是，对于本领域技术人员来说，在本发明构思及具体实施例启示下，能够从本发明公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，例如将该方法用于悬浮填料的处理。本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本发明描述的功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本发明保护范围。

Claims

1.一种填料老化生物膜的原位活化方法，其步骤为：

1）分别测定生物膜反应器及深度处理出水的总磷浓度，其中的水处理过程为：初级处理出水先经过生物膜反应器进行处理，然后经过沉淀之后再进行深度处理和回用；

2）根据总磷浓度数值，选择方案对老化生物膜进行处理，①当生物膜反应器、深度处理出水的总磷浓度均＞0.1 mg/L时，采用方案Ⅰ，即泵入初级处理出水，进水后强曝气15~30分钟，然后正常曝气，按比例投加活化剂；②当生物膜反应器出水的总磷浓度≥0.03 mg/L，且≤0.1 mg/L时，采用方案Ⅱ，即将生物膜反应器出水重新泵入老化生物膜反应器中，进水后强曝气15~30分钟，然后正常曝气，在泵入管道中设置混凝池，混凝池中投加铁蛋白，铁蛋白的投加量为每立方米水中投加5~8 g；投加铁蛋白的同时投加活化剂；③当生物膜反应器出水的总磷浓度＜0.03 mg/L时，采用方案Ⅲ，即将生物膜反应器出水重新泵入老化生物膜反应器中，进水后强曝气15~30分钟，然后正常曝气，正常曝气时投加活化剂；④当生物膜反应器出水的总磷浓度＞0.1 mg/L，深度处理出水的总磷浓度≥0.03 mg/L，且≤0.1 mg/L时，采用方案Ⅳ，即将深度处理出水重新泵入老化生物膜反应器中，进水后强曝气15~30分钟，然后正常曝气，在泵入管道中设置混凝池，混凝池中投加铁蛋白，铁蛋白的投加量为每立方米水中投加5~8 g；曝气时投加活化剂；⑤当生物膜反应器出水的总磷浓度＞0.1 mg/L，深度处理出水的总磷浓度＜0.03 mg/L时，采用方案Ⅴ，即将深度处理出水泵入生物膜反应器中，进水后强曝气15~30分钟，然后正常曝气；正常曝气时投加活化剂；

投加的活化剂均由酰基转移酶和酪氨酸组成；正常曝气量为满足水中溶解氧在3~5mg/L范围内的曝气量，强曝气强度为正常曝气的1.5倍；

3）步骤2）完成后，对生物膜反应器进行强曝气，使水中的溶解氧在4.5-7.5 mg/L范围内，曝气时间不少于40 min，然后停止曝气，静置沉淀，排空；

4）重复步骤2）-3），完成生物膜原位活化。

2.根据权利要求1所述的一种填料老化生物膜的原位活化方法，其特征在于：投加活化剂时，每立方米水中投加15~35 g 酰基转移酶、4~8 g酪氨酸。

3.根据权利要求1所述的一种填料老化生物膜的原位活化方法，其特征在于：步骤4）中重复步骤2）-3）的次数为5~8次。