CN105836902B - 一种用于处理固定床气化废水的多腔室复合生物载体及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定床气化废水的处理方法，特别涉及一种用于处理固定床气化废水的多腔室复合生物载体及方法。一种用于处理固定床气化废水的多腔室复合生物载体，该多腔室复合生物包括外部框架、旋转板、第一从属框架、第二从属框架、包埋载体、大孔径多孔载体及小孔径多孔载体，外部框架、旋转板、第一从属框架及第二从属框架均为网状结构。本发明的多腔室复合生物载体，结合固定床生物膜技术和移动床生物膜技术的优势，合理构造好氧环境及缺氧微环境，防止优势菌流失，避免载体之间结块、磨损及堵塞，同步去除总酚、氨氮、总氮及COD。

Description

一种用于处理固定床气化废水的多腔室复合生物载体及方法

技术领域

本发明涉及一种固定床气化废水的处理方法，特别涉及一种用于处理固定床气化废水的多腔室复合生物载体及方法。

背景技术

国内外普遍采用预处理+生物处理+深度处理的工艺路线处理固定床气化废水，经脱酚蒸氨预处理后的废水仍含有高浓度氨氮、总酚及COD，这部分污染物需要通过生物处理技术进行有效去除，现有的生物处理技术包括活性污泥法和生物膜法两种。活性污泥法能去除酚类化合物及COD，但硝化细菌易受抑制，硝化作用不稳定，水力停留时间长，易发生污泥膨胀。生物膜法抗冲击负荷能力强，产泥量小，但常规载体的成本高，使用寿命短，缺氧区难以有效控制。比如，专利201010117070.7“一种集短程硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体及其制造方法”提供了一种高分子聚合物材料制成的网孔状海绵体，使得好氧的亚硝化菌和兼性反硝化菌共存于同一个生物载体上，但这类载体对所述兼性反硝化细菌的数量难以有效控制，总氮去除效果并不稳定，大量悬浮载体在曝气过程中互相拥挤摩擦，使用寿命有限。

因此，如何提供一种理想的生物载体，合理构造好氧环境及缺氧微环境，防止优势菌流失，避免载体之间结块、磨损及堵塞，同步去除总酚、氨氮、总氮及COD是本领域目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于处理固定床气化废水的多腔室复合生物载体，结合固定床生物膜技术和移动床生物膜技术的优势，合理构造好氧环境及缺氧微环境，防止优势菌流失，避免载体之间结块、磨损及堵塞，同步去除总酚、氨氮、总氮及COD。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于处理固定床气化废水的多腔室复合生物载体，该多腔室复合生物包括外部框架、旋转板、第一从属框架、第二从属框架、包埋载体、大孔径多孔载体及小孔径多孔载体，外部框架、旋转板、第一从属框架及第二从属框架均为网状结构，外部框架的内部由旋转板、第一从属框架、第二从属框架分隔成第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室四个腔室，第一从属框架、第二从属框架分别位于旋转板的两侧，第一腔室内设包埋载体，第二腔室内设小孔径多孔载体，第三腔室内设大孔径多孔载体，第四腔室内设大孔径多孔载体。包埋载体包埋脱酚菌。

多腔室复合生物载体在使用时，外部框架为固定状态，其内部的旋转板、第一从属框架和第二从属框架在曝气的气流带动下绕轴转动，从而使限定外部框架内部的包埋载体和吸附载体随之转动，形成移动床生物膜，腔室对内部载体的保护可避免载体之间的摩擦损耗和拥挤结块。本发明的多腔室复合生物载体，可合理构造好氧环境及缺氧微环境，防止优势菌流失，优化传质效果，避免载体之间结块、磨损及堵塞，同步去除总酚、氨氮、总氮及COD。

作为优选，所述外部框架是通过两个半球壳卡扣连接形成的球体，其内部中轴线上设有一个转轴，外部框架与旋转板通过该转轴连接，旋转板可绕该转轴在外部框架内转动。

作为优选，所述旋转板为一个圆形薄板，旋转板与第一从属框架、第二从属框架通过卡扣固定，第一从属框架和第二从属框架与外部框架的内部留有间隙，该间隙尺寸小于包埋载体的直径。

作为优选，所述旋转板孔径4～5mm，所述第一从属框架网孔孔径4～5mm，所述第二从属框架网孔孔径为12～15mm。

作为优选，所述包埋载体为直径5～6mm的球形聚乙烯醇凝胶载体，在所述第一腔室中的填充率为15％～20％，所述大孔径多孔载体孔径4～5.5mm、直径40～60mm，所述小孔径多孔载体孔径0.8～2mm、直径20～30mm，大孔径多孔载体和小孔径多孔载体为球形聚氨酯载体。

本发明与现有生物载体相比，具有以下优点和有益效果：

(1)充分结合了包埋载体和吸附载体的优势，形成稳定生物群落并提高生物反应的稳定性，利用包埋载体固定高效脱酚菌可有效减少脱酚菌的流失，利用不同孔径多孔载体的组合富集好氧菌及厌氧菌。

(2)腔室壁对内部载体形成保护层，既可避免多孔载体之间的接触磨损和微生物流失，又可避免多孔载体长期拥挤悬浮所造成的污堵，旋转板与第一从属框架、第二从属框架在曝气过程中的旋转可提高氧利用率，促进载体移动，优化传质效果，促进老化生物膜的脱落。

(3)通过对载体的复合配置强化所在生物处理装置的功能，简化工艺流程及装置数量，同步去除总酚、氨氮、总氮及COD。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是曝气装置示意图；

图中：1、外部框架，2、旋转板，3、第一从属框架，4、第二从属框架，5、包埋载体，6、大孔径多孔载体，7、小孔径多孔载体，11、第一腔室，12、第二腔室，13、第三腔室，14、第四腔室，21、转轴，31、进水管，32、出水管，33、排泥管，34、污泥斗、35上部限制网、36下部限制网，37、风机，38、底部曝气管，39、侧向曝气管，41、第一控气阀，42、第二控气阀。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

气单胞菌属脱酚菌，型号BNCC180874，苏州北纳创联生物技术有限公司；大孔径多孔载体，煤科集团杭州环保研究院有限公司生产的型号DeN-Ⅱ；小孔径多孔载体，煤科集团杭州环保研究院有限公司生产的型号DeN-Ⅲ。

实施例：

如图1所示的一种用于处理固定床气化废水的多腔室复合生物载体，包括外部框架1、旋转板2、第一从属框架3、第二从属框架4、包埋载体5、大孔径多孔载体6及小孔径多孔载体7。

外部框架1是通过两个半球壳卡扣连接形成的直径150mm的球体，其内部中轴线上设有一个转轴21，外部框架1与旋转板2通过该转轴连接，旋转板可绕该转轴在外部框架内转动，旋转板2为一个圆形薄板，其直径与外部框架的直径相比略小。旋转板2与第一从属框架3、第二从属框架4通过卡扣固定，第一从属框架3和第二从属框架4与外部框架1的内部留有间隙，该间隙尺寸小于包埋载体5的直径。外部框架1、旋转板2、第一从属框架3及第二从属框架4均为网状结构，旋转板2孔径4～5mm，第一从属框架3网孔孔径4～5mm，第二从属框架4网孔孔径为12～15mm。

外部框架1的球形空间内部由旋转板2、第一从属框架3、第二从属框架4分隔成第一腔室11、第二腔室12、第三腔室13、第四腔室14四个等体积腔室，第一腔室11容纳包埋载体5，第二腔室12容纳5个小孔径多孔载体7，第三腔室13容纳2个大孔径多孔载体6，第四腔室14容纳2个大孔径多孔载体6。

包埋载体5为直径6mm的球形聚乙烯醇凝胶载体，在第一腔室11中的填充率为20％，大孔径多孔载体6为孔径4～5.5mm、孔隙率93.7％、直径50mm的球形聚氨酯载体，小孔径多孔载体7为孔径0.8～2mm、孔隙率91.3％、直径30mm球形聚氨酯载体。大孔径多孔载体6、小孔径多孔载体7挂膜后在水中悬浮。

采用多腔室复合生物载体处理固定床气化废水的方法，具体包括以下步骤：

①在组装多腔室复合生物载体之前，包埋载体包埋气单胞菌属脱酚菌；

②按图1组装多腔室复合生物载体；

③将多腔室复合生物载体投加到曝气装置内，使多腔室复合生物载体之间在曝气装置内呈球体外切状态并满填于上部限制网35和下部限制网36之间，形成固定床；

曝气装置的结构示意图如图2所示，曝气装置主体一侧上方设有进水管31，另一侧下方设有出水管32，底部设有污泥斗34和排泥管33，曝气装置主体内中部设有上部限制网35和下部限制网36，由风机37通过底部曝气管38及侧向曝气管39向曝气装置主体内通气，风机与底部曝气管连接的管路上设有第一控气阀41，风机与侧向曝气管连接的管路上设有第二控气阀42。

④引入原水使水位达到设计标高，开启风机37及第一控气阀41使底部曝气管开始曝气，投加活性污泥，进行闷曝养生及驯化，在微生物繁殖过程中，大孔径多孔载体吸附好养微生物，小孔径多孔载体在内部为厌氧微生物提供缺氧微环境。包埋载体、大孔径多孔载体及小孔径多孔载体在曝气过程中呈悬浮状态，

⑤逐渐提高进水流量至水力停留时间等于71h，开启第二控气阀42使侧向曝气管持续曝气，调节曝气量使溶解氧浓度保持在1.5～2mg/L。由于第一从属框架3与第二从属框架4孔径不同，底部气泡及侧向气泡的连续作用使第一从属框架3的压力大于作用于第二从属框架4上的压力，导致第一从属框架带动旋转板及第二从属框架在曝气过程中绕转轴21旋转，促进包埋载体、大孔径多孔载体及小孔径多孔载体移动，这样就在各腔室内部形成移动床生物膜，腔室对内部载体的保护可避免载体之间的摩擦损耗和拥挤结块。

在水力停留时间为71小时的情况下，中试用水为经过脱酚、蒸氨等物化预处理工艺处理后的固定床气化废水，本实施例连续运行75天内的水质监测数据如表1所示。第69天，通过凯氏定氮法测定多腔室复合生物载体的平均生物量为24.7g/L。

表1 中试运行期间的水质监测数据

通过实验的进行发现，装置出水水质非常稳定，载体在运行过程中未出现传统多孔高分子载体常见的堵塞、磨损问题，从表1可以看出，在较短的水力停留时间内对固定床气化废水实现了总酚、氨氮、总氮及COD的同步、高效去除，由多腔室复合生物载体营造的稳定缺氧微环境克服了常规多孔载体在曝气装置中对TN及难降解有机物去除能力差的缺陷。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种用于处理固定床气化废水的多腔室复合生物载体，其特征在于，该多腔室复合生物包括外部框架（1）、旋转板（2）、第一从属框架（3）、第二从属框架（4）、包埋载体（5）、大孔径多孔载体（6）及小孔径多孔载体（7），外部框架、旋转板、第一从属框架及第二从属框架均为网状结构，外部框架的内部由旋转板、第一从属框架、第二从属框架分隔成第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室四个腔室，第一从属框架、第二从属框架分别位于旋转板的两侧，第一腔室内设包埋载体，第二腔室内设小孔径多孔载体，第三腔室内设大孔径多孔载体，第四腔室内设大孔径多孔载体；旋转板与第一从属框架、第二从属框架通过卡扣固定。

2.根据权利要求1所述的多腔室复合生物载体，其特征在于：所述外部框架是通过两个半球壳卡扣连接形成的球体，其内部中轴线上设有一个转轴（21），外部框架与旋转板通过该转轴连接，旋转板可绕该转轴在外部框架内转动。

3.根据权利要求1所述的多腔室复合生物载体，其特征在于：所述旋转板为一个圆形薄板，旋转板与第一从属框架、第二从属框架通过卡扣固定，第一从属框架和第二从属框架与外部框架的内部留有间隙，该间隙尺寸小于包埋载体的直径。

4.根据权利要求1所述的多腔室复合生物载体，其特征在于：所述旋转板（2）孔径4~5mm，所述第一从属框架（3）网孔孔径4~5mm，所述第二从属框架（4）网孔孔径为12~15mm。

5.根据权利要求1所述的多腔室复合生物载体，其特征在于：所述包埋载体为直径5~6mm的球形聚乙烯醇凝胶载体，在所述第一腔室（11）中的填充率为15%~20%，所述大孔径多孔载体（4）孔径4~5.5mm、直径40~60mm，所述小孔径多孔载体（5）孔径0.8~2mm、直径20~30mm，大孔径多孔载体（4）和小孔径多孔载体（5）为球形聚氨酯载体。

6.一种采用权利要求1所述的多腔室复合生物载体处理固定床气化废水的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

①将多腔室复合生物载体投加到曝气装置内，使多腔室复合生物载体之间在曝气装置内呈球体外切状态并满填于曝气装置的上部限制网和下部限制网之间，形成固定床；

②投加活性污泥后进行闷曝养生及驯化，在微生物繁殖过程中，大孔径多孔载体吸附好养微生物，去除氨氮及有机物，小孔径多孔载体在内部为厌氧微生物提供缺氧微环境，去除总氮及大分子有机物；

③包埋载体、大孔径多孔载体及小孔径多孔载体在曝气过程中呈悬浮状态，第一从属框架带动旋转板及第二从属框架在曝气过程中绕转轴旋转，带动包埋载体、大孔径多孔载体及小孔径多孔载体移动，从而在各腔室内部形成移动床生物膜。