CN106379992B - 一种河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，包括如下步骤：A将填料悬挂在SBR反应器中，取活性污泥作为接种污泥，向SBR反应器中注入可生化性好的模拟污水，形成培养液，混匀曝气5天，每隔1天更换一次模拟污水；B将填料从SBR反应器中取出并放入底部均匀设置有曝气器的河道模拟生物膜反应器中，采用间歇曝气方式运行，在停止曝气的期间，排出上清液，向河道模拟生物膜反应器中注满新的低污染水，以间歇曝气方式重复运行2～3天；C取河道底泥，除去上层覆水，筛除动植物杂质，将河道底泥铺在河道模拟生物膜反应器的底部，闷曝3～5天。实现了快速挂膜启动，形成的生物膜富集了功能微生物，达到了河道生物膜修复系统的稳定运行。

Description

一种河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法
技术领域
本发明涉及河道水体生物修复技术领域，具体地说，涉及一种河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法。
背景技术
目前，城市生活污水、工业废水、农业污水、生活垃圾及初期雨水等各种点源、面源污染入侵城市水体，城市河道水环境受到不同程度的污染，氮、磷和有机污染物普遍超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中IV类水标准，水体呈现富营养化状态，造成浮游植物繁殖旺盛，消耗水中的溶解氧，直接导致水体发黑发臭，严重影响生态安全和人类健康。
生物膜法是目前国内外广泛应用的污(废)水生物处理和自来水厂预处理技术，针对河道修复工程，生物膜法在有机物浓度较低和水质波动的条件下，依然能获得较好的氨氮降解效率，具有极大的应用潜力。
启动方式是影响生物膜系统运行性能的关键因素之一，挂膜周期的长短及形成生物膜的活性与稳定性直接影响工程应用效果。在城市黑臭水体中，COD浓度较市政污水低、C/N远远小于100:5，导致微生物碳营养不足，生长速率低，挂膜启动慢，若能在该种条件下实现快速挂膜、功能微生物活性稳定，则可为河道水体修复工艺工程化应用提供技术支持。
发明内容
本发明提供了一种河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，缩短了生物膜在污染物浓度较低条件下的挂膜时间，提高了生物膜的活性，增强了生物膜法处理黑臭水体的稳定性。
根据本发明的一个方面，提供一种河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，包括如下步骤：A生物膜的预载：将填料悬挂在序批式活性污泥法SBR反应器中，取活性污泥或河道底泥作为接种污泥，向SBR反应器中注入可生化性好的模拟污水，混匀曝气5天，每隔1天更换一次模拟污水；B低污染水驯化：将填料从SBR反应器中取出并放入底部均匀设置有曝气器的河道模拟生物膜反应器中，采用间歇曝气方式运行，在停止曝气的期间，排出上清液，向河道模拟生物膜反应器中注满新的低污染水，以间歇曝气方式重复运行2～3天；C生物膜的原位底泥强化及稳定：取河道底泥，除去上层覆水，筛除动植物杂质，将河道底泥铺设在河道模拟生物膜反应器的底部，闷曝3～5天。
优选地，其步骤A中，在更换模拟污水之前，先将污泥沉淀30～120分钟，排出上清液，再重新注入模拟污水。
优选地，其步骤B中，间歇曝气方式是：曝气20～23小时，停止曝气30～120分钟。
优选地，其步骤C中，河道底泥的提取垂直深度小于60cm。
优选地，在河道模拟生物膜反应器的底部均匀设置Φ150～300mm的曝气器，曝气器的服务面积为0.25～1.0m2/个，空气流量为1.0～3.0m3/(h·个曝气器)。
优选地，所述间歇曝气由时控开关控制。
优选地，挂膜启动后水体修复的实施方法是：
在曝气量为20～40L/min，曝气1～3小时、停曝0.5～1小时的间歇曝气条件下，河道污水以设定的流速由底部进入河道模拟生物膜反应器，由河道模拟生物膜反应器的顶部的溢流孔以相同流速流出，连续进出水运行2～3个月。
优选地，河道污水以7～10mL/min的流速由底部进入河道模拟生物膜反应器。
优选地，挂膜启动后水体修复的实施方法是：
在河道的横断面方向布设4排网格板，上面三个网格板之间固定逐级挂膜成功的、比表面积为100～350m2/m3的悬挂式填料5～20串，每串填料直径10～18cm，每组填料总高是16～18cm，最下端的网格板上面均匀布设Φ150～300mm的曝气器，曝气器的服务面积为0.25～1.0m2/个，空气流量为1.0～3.0m3/(h·个曝气器)，曝气量为20～40L/min，曝气1～3小时、停曝0.5～1小时的间歇曝气方式。沿河流纵断面方向串联2～10个网格板，隔离出河道实验区域，控制河道污水流入实验区域的生物膜填料的前端，流经生物膜系统后流出河道实验区域，河水在河道实验区域的停留时间为5～20分钟，生物膜系统在天然河道连续运行2个月。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的逐级挂膜的生物膜系统在河道修复中沿河道横断面的实施图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
本发明提供一种河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，包括如下步骤：
A生物膜的预载：将填料悬挂SBR反应器中，取活性污泥或河道底泥作为接种污泥，向SBR反应器中注入可生化性好的模拟污水，混匀曝气5天，每隔1天更换一次模拟污水；
B低污染水驯化：将填料从SBR反应器中取出并放入底部均匀设置有曝气头的河道模拟生物膜反应器中，采用间歇曝气方式运行，在停止曝气的期间，排出上清液，向河道模拟生物膜反应器中注满新的低污染水，以间歇曝气方式重复运行2～3天；
C生物膜的原位底泥强化及稳定：取河道底泥，除去上层覆水，筛除动植物杂质，将河道底泥铺设在河道模拟生物膜反应器的底部，闷曝3～5天。
在一个可选实施例中，在更换模拟污水之前，先将污泥沉淀30～120分钟，排出上清液，再重新注入模拟污水。
在一个可选实施例中，其步骤B中，间歇曝气方式是：曝气20～23小时，停止曝气30～120分钟。
在一个可选实施例中，其步骤C中，河道底泥的提取垂直深度小于60cm。
在一个可选实施例中，在步骤A中的填料布设方式是：在10～100L的河道模拟生物膜反应器中布设悬挂式填料(如软性填料、半软性填料、弹性立体填料、弹性组合填料等)5～20串，每串填料直径10～18cm，比表面积100～350m2/m3。
在一个可选实施例中，在河道模拟生物膜反应器的底部均匀设置有Φ150～300mm的曝气头，曝气头的服务面积为0.25～1.0m2/个，空气流量为1.0～3.0m3/(h·个曝气器)。
在一个可选实施例中，所述间歇曝气由时控开关控制。
在一个可选实施例中，挂膜启动后水体修复的实施方法是：
在曝气量为20～40L/min，曝气1～3小时、停曝0.5～1小时的间歇曝气条件下，河道污水以设定的流速由底部进入河道模拟生物膜反应器，由河道模拟生物膜反应器的顶部的溢流孔以相同流速流出，连续进出水运行2～3个月。其中，河道污水以7～10mL/min的流速由底部进入河道模拟生物膜反应器为宜。
在一个可选实施例中，挂膜启动后水体修复的实施方法是：
在河道的横断面方向布设4排网格板，上面三个网格板之间固定逐级挂膜成功的、比表面积为100～350m2/m3的悬挂式填料(如软性填料、半软性填料、弹性立体填料、弹性组合填料等)5～20串，每串填料直径10～18cm，每组填料总高是16～18cm，最下端的网格板上面均匀布设Φ150～300mm的曝气头，曝气头的服务面积为0.25～1.0m2/个，空气流量为1.0～3.0m3/(h·个曝气器)，曝气量为20～40L/min，曝气1～3小时、停曝0.5～1小时的间歇曝气方式。沿河流纵断面方向串联2～10个网格板，隔离出河道实验区域，控制河道污水流入实验区域的生物膜填料的前端，流经生物膜系统后流出河道实验区域，河水在河道实验区域的停留时间为5～20分钟，生物膜系统在天然河道连续运行2个月。
下面结合实施例1和实施例2的实验数据来详细说明本发明。
实施例1
在35L的河道模拟生物膜反应器中布设Φ150×80mm＝(80)弹性组合填料5～7串，每串填料由3～5片串联而成，直径16～18cm，比表面积350m2/m3。并且，在河道模拟生物膜反应器底部均匀设置2个曝气器。
A生物膜的预载：将以上布设的填料填挂在50L的SBR反应器中，取活性污泥作为接种污泥，污泥浓度为4000～5000mg/L左右，挂膜进水采用4000mL可生化性较好的污水或实验室模拟污水(每升水中含蔗糖27.5g，2.5g KH2PO4，酵母膏0.3g，K2HPO4 1.3g，NH4Cl 7.3g，NaHCO3 33g)，加水至30～40L，形成培养液，混匀曝气5天，每隔1天更换一次培养液。
B低污染水驯化：向河道模拟生物膜反应器中(其尺寸是40mm×25mm×30mm，L×B×H)，注满35L低污染水，以间歇曝气方式运行，在曝气量为40L/min的条件下间歇曝气，在停止曝气期间，开启排水阀排走20L上清液，开启进水阀引进新的低污染水至原有的35L后，再开启曝气，完成一周期的运行。以此方式重复运行2～3天。
C原位底泥强化及稳定：取马鞍山东湖河道底泥，除去上层覆水，筛除螺蛳、河蚌及水草动植物，在河道模拟生物膜反应器的底部铺设3L底泥，进行原位底泥接种，闷曝3～5天。
在挂膜完成后，采用该挂膜启动水体修复的实施方法是：在曝气量为40L/min，曝气2小时停曝1小时的间歇曝气条件下，取马鞍山东湖河道污水以7～10mL/min的流速由底部进入河道模拟生物膜反应器，优选地，河道污水也可以以8.8mL/min～9.5mL/min的流速由底部进入河道模拟生物膜反应器，并由顶部溢流孔以相同流速流出反应器，连续进出水运行2个月。
按照实施例1的实验方法，得到了大量实验数据，现抽选部分实验数据形成表1。表1中按照处理天数列出检测的COD和氨氮的含量，可以看出，随着处理时间的增加，COD和氨氮的含量逐渐减少。结果表明，在进水COD(化学需氧量)、BOD(生化需氧量)、氨氮、总氮、总磷浓度分别为74～139mg/L、34.8～41mg/L、6.47～12.16mg/L、9.50～13.2mg/L、0.35～0.86mg/L的进水条件下，采用该快速启动工艺的河道模拟生物膜反应器的氨氮去除率比对照组提前7天达到50％，实现生物膜内功能微生物有效富集；稳定运行期间采用快速启动工艺的河道模拟生物膜反应器氨氮的去除率为90.5～98.9％，而对照组为86.4～93.2％；采用快速启动工艺的河道模拟生物膜反应器生物膜量和胞外多聚物含量分别为对照组的1.38倍和1.51倍。
此外，更换培养液之前，先将污泥沉淀30min，排出上清液，再重新注入模拟污水。
此外，间歇曝气的方式是曝气23小时，停止曝气30分钟。
此外，步骤C中，河道底泥的提取垂直深度小于60cm。
此外，以上所述间歇曝气采用时控开关控制。
此外，挂膜进水也可以采用可生化性较好的淘米水。
表1逐级挂膜的生物膜系统实验室处理河道污水试验结果
处理时间(d) 1 3 7 15 30 45 60
COD(mg/L) 107 78 59 34 24 23 24
NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L) 7.54 6.21 5.15 4.08 2.66 1.69 0.07
实施例2
A生物膜的预载。将填料悬挂在SBR反应器中，取活性污泥作为接种污泥，污泥浓度为4000～5000mg/L左右，挂膜进水采用可生化性较好污水或实验室模拟污水4000mL(每升水中含蔗糖27.5g，2.5g KH2PO4，酵母膏0.3g，K2HPO4 1.3g，NH4Cl 7.3g，NaHCO3 33g)，加水至30～40L，混匀曝气5天，每隔1天更换一次培养液，更换培养液之前，先将污泥沉淀30分钟，排出上清液，再重新注入培养液。
B河道低污染水的驯化。取天然河道低污染水进入SBR反应器，在曝气量为40L/min的条件下曝气23小时，停止曝气30分钟，开启排水阀排走上清液，开启进水阀引进新的河道低污染水至原有的水位后，开启曝气，完成一周期的运行。以此方式运行2～3天。
C原位底泥强化及稳定。取马鞍山东湖河道底泥(垂直深度<60cm)，除去上层覆水，筛除螺蛳、河蚌及水草动植物，铺设6L底泥在SBR反应器底部，闷曝3～5天。
采用以上挂膜启动水体修复的实施方法是：
在河道一侧设置固定绳索的多个孔洞，在孔洞上绑牢绳索，沿河流横断面方向布设由上至下四条绳索1，在平均水深1.6米的天然河道中，在河道的横断面方向布设4排不锈钢网格板2，每排金属网格板各自固定在相应高度的绳索上。上面三个不锈钢网格板之间固定多个逐级挂膜成功的、比表面积为350m2/m3的Φ150×80mm＝(80)弹性组合填料3。水平方向悬挂弹性组合填料5～7串，沿垂直方向每串填料由3～5片串联而成，每组填料总高16～18cm。
最下端的不锈钢网格板上面均匀布设12只曝气器4，曝气量为40L/min，曝气方式采用曝气2小时、停曝1小时的间歇曝气。沿河流纵断面方向串联10只金属网格板。隔离河道实验区域，控制河道污水流入实验区域的生物膜填料的前端，流经生物膜系统后流出实验区域，河水在实验区域的停留时间为10分钟，生物膜系统在天然河道连续运行2个月。
按照实施例2的实验方法，抽选部分实验数据形成表2。表2中按照处理天数列出检测的COD和氨氮的含量，可以看出，随着处理时间的增加，COD和氨氮的含量逐渐减少。结果表明，采用该快速启动工艺的河道模拟生物膜反应器，氨氮去除率达到50％比对照组提前5天，实现生物膜内功能微生物有效富集；稳定运行期间采用快速启动工艺的河道模拟生物膜反应器的氨氮的去除率为90.5～97.2％，而对照组为66.0～90.7％；采用快速启动工艺的河道模拟生物膜反应器生物膜量和胞外多聚物含量分别为对照组的1.40倍和1.63倍。
表2逐级挂膜的生物膜系统处理天然河道污水试验结果
处理时间(d) 1 3 7 15 30 45 60
COD(mg/L) 77 80 82 25 14 15 14
NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L) 9.66 9.81 9.88 3.97 1.67 0.54 0.27
综上所述，本发明的河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法具有以下突出的特点：
1)实现了河道低污染水环境下生物膜修复系统的快速挂膜启动；
2)形成的生物膜能够有效地富集功能微生物；
3)对河道水流条件、水温、水质波动等环境因素改变具有较强的抗击能力，实现河道生物膜修复系统的稳定运行。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，包括如下步骤：
A生物膜的预载：将填料悬挂在序批式活性污泥法SBR反应器中，取活性污泥或河道底泥作为接种污泥，向SBR反应器中注入可生化性好的模拟污水，混匀曝气5天，每隔1天更换一次模拟污水；
B低污染水驯化：将填料从SBR反应器中取出并放入底部均匀设置有曝气器的河道模拟生物膜反应器中，采用间歇曝气方式运行，在停止曝气的期间，排出上清液，向河道模拟生物膜反应器中注满新的低污染水，以间歇曝气方式重复运行2～3天；
C生物膜的原位底泥强化及稳定：取河道底泥，除去上层覆水，筛除动植物杂质，将河道底泥铺设在河道模拟生物膜反应器的底部，闷曝3～5天。
2.根据权利要求1所述的河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，其步骤A中，在更换模拟污水之前，先将污泥沉淀30～120分钟，排出上清液，再重新注入模拟污水。
3.根据权利要求1所述的河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，其步骤B中，间歇曝气方式是：曝气20～23小时，停止曝气30～120分钟。
4.根据权利要求1所述的河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，其步骤C中，河道底泥的提取垂直深度小于60cm。
5.根据权利要求1所述的河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，在河道模拟生物膜反应器的底部均匀设置有Φ150～300mm的曝气器，曝气器的服务面积为0.25～1.0m2/个，空气流量为1.0～3.0m3/(h·个曝气器)。
6.根据权利要求1所述的河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，所述间歇曝气由时控开关控制。
7.根据权利要求1所述的河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，挂膜启动后水体修复的实施方法是：
在曝气量为20～40L/min，曝气1～3小时、停曝0.5～1小时的间歇曝气条件下，河道污水以设定的流速由底部进入河道模拟生物膜反应器，由河道模拟生物膜反应器的顶部的溢流孔以相同流速流出，连续进出水运行2～3个月。
8.根据权利要求7所述的河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，河道污水以7～10mL/min的流速由底部进入河道模拟生物膜反应器。
9.根据权利要求1所述的河道修复生物膜系统逐级挂膜的快速启动方法，
挂膜启动后水体修复的实施方法是：
在河道的横断面方向布设4排网格板，上面三个网格板之间固定逐级挂膜成功的、比表面积为100～350m2/m3的悬挂式填料5～20串，每串填料直径10～18cm，每组填料总高是16～18cm，最下端的网格板上面均匀布设Φ150～300mm的曝气器，曝气器的服务面积为0.25～1.0m2/个，空气流量为1.0～3.0m3/(h·个曝气器)，曝气量为20～40L/min，曝气1～3小时、停曝0.5～1小时的间歇曝气方式，沿河流纵断面方向串联2～10个网格板，隔离出河道实验区域，控制河道污水流入实验区域的生物膜填料的前端，流经生物膜系统后流出河道实验区域，河水在河道实验区域的停留时间为5～20分钟，生物膜系统在天然河道连续运行2个月。
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