CN106430528A

CN106430528A - 一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法

Info

Publication number: CN106430528A
Application number: CN201611046008.7A
Authority: CN
Inventors: 黄辉; 王庆; 任洪强; 朱燕
Original assignee: YIXING ENVIRONMENTAL PROTECTION RESEARCH INSTITUTE NANJING UNIVERSITY; Nanjing University
Current assignee: YIXING ENVIRONMENTAL PROTECTION RESEARCH INSTITUTE NANJING UNIVERSITY; Nanjing University
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2036-11-22
Also published as: CN106430528B

Abstract

本发明公开了一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，属于水处理技术领域。本发明的步骤为：一、低温微生物的培养驯化；二、制备填料粘附层；三、制备微生物附着层；四、闷曝持续预定时间后停止曝气，经沉降后，将上清液从反应器底部排出；五、向MBBR池内泵入自配或实际低温废水，间歇运行，并逐渐减少反应器内投加的低温微生物的含量，直至全部排出；六、持续运行反应器，直到挂膜完成。本发明方法，与未实施本技术发明方案的对照反应器相比，此发明方法可处理温度为5‑10℃的废水，MBBR启动时间缩短5‑12d，COD的平均去除率可提高20％‑30％，氨氮的平均去除率可提高15％‑25％。

Description

一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，更具体地说，涉及一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法。

背景技术

近年来，生物膜法已广泛应用于生活污水以及食品废水、造纸废水、石油废水、制药废水等工业废水领域。其中移动床生物膜反应器是生物膜法中应用最广泛的一种新型高效的污水处理技术之一。相对于其他生物膜处理技术，MBBR更有利于微生物的富集，具有抗冲击能力强、沉降性能好、耐有机负荷高，兼具好氧、缺氧和厌氧多种代谢活性特点，有效提高了污水系统运行的稳定性，增强了对难降解污染物质的去除能力。

在MBBR运行过程中，营养、温度、溶解氧、pH、盐度等是常需考虑到的重要环境参数，其中温度是影响反应器启动和运行效果的重要因素。首先，低温会抑制生物膜的形成；其次，低温会导致微生物的生长速率和营养利用率下降；最后，低温会导致常温下处于优势的微生物难以生存。因而研发一种MBBR在诸如低温等极端条件下的快速启动的方法成为生物膜法水处理领域的重要课题。

当前关于低温条件下强化生物膜反应器运行和处理效果方法的研究较为常见，但有关加快生物膜反应器的启动的方法甚是缺乏，低温启动生物膜反应器的相关专利包括：中国专利申请号201310695637.2，生物转盘低温自然挂膜启动方法，首先小流量连续进水，再逐步提高进水流量，直至达到反应器设计的进水流量。该方法虽然无需接种，操作简单，但启动耗时较长，不易实现快速挂膜；中国专利申请号201510420656.3，基于低温环境下生物滤池的快速启动方法，在生物滤池外设置生物填料准备池，通过对水体加热，控制温度在28-30℃，形成生物膜后，将其转移至生物滤池中，经过水体交换，使微生物逐渐适应环境。该发明实施的水体加热的方法成本较高，同时设置填料准备池增加了占地面积。因此，提供一种在低温条件下能够快速且经济地启动MBBR的方法十分必要。

发明内容

本发明解决的技术问题是针对低温条件下MBBR难以启动，提供一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，通过提高填料表面粘附性，促进微生物快速和稳固地附着于填料表面，同时以低温培养驯化的低温微生物接种，减少了微生物适应低温的时间，从而加快了MBBR的启动。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，包括以下步骤：

步骤一、低温微生物的培养驯化：将好氧活性污泥或脱落生物膜置于培养装置中，加入100-200mg/L海藻糖、100-200mg/L葡萄糖、15-30mg/L金属离子，加入常规的营养元素和微量元素，控制水体温度为5-10℃、pH 7±0.5、DO 2-3mg/L，培养驯化后，所得的悬浮物即为所述的低温微生物；

步骤二、制备填料粘附层：配置营养液，向1000mL的纯净水加入15-20g葡萄糖，20-25g海藻糖，0.05-0.1g Ca²⁺，3-5g琼脂，摇匀混合后，经高温灭菌形成所述营养液，即所述的填料粘附层；

步骤三、制备微生物附着层：将填料浸于所述营养液中1-10h后取出晾干，表面形成营养薄层，即得到含有粘附层的填料，向移动床生物膜反应器中投加所述含有粘附层的填料和低温微生物，投加的低温微生物的MLSS为1-2g/L，通过闷曝使微生物和填料充分接触，并附着于填料粘附层表面，形成微生物附着层；

步骤四、闷曝持续预定时间后停止曝气，经沉降后，将上清液从反应器底部排出；

步骤五、向MBBR池内泵入自配或实际低温废水，间歇运行，并逐渐减少反应器内投加的低温微生物的含量，直至全部排出；

步骤六、持续运行反应器，直到挂膜完成。

进一步地，在上述方案中，步骤一所述的脱落生物膜来自于常温条件下MBBR运行时脱落的生物膜。

进一步地，在上述方案中，步骤一所述的金属离子选自Ca²⁺，Fe²⁺，Mg²⁺，Al³⁺中的任意一种。

进一步地，在上述方案中，步骤二所述的营养液的配制在玻璃容器中进行。

进一步地，在上述方案中，步骤二所述的用于填料浸泡的营养液温度为50℃-72℃且为半流体状态。

进一步地，在上述方案中，步骤三所述的填料直径10-35mm，有效比表面积为350-850m²/m³，孔隙率为85％-92％，填料的填充比为20-60％。

更进一步地，所述的填料是由以下成分组成：聚丙烯80-86％、热塑性树脂1-4％、多孔介质2-2.5％、锯屑1-1.5％、活性炭0.2-0.4％、高岭土1-1.2％、锗矿物粉体0.2-0.6％、余量为硅藻土；所述多孔介质为珍珠岩、生石灰和矿渣粉三者按任意比组成的混合物，混合物的粒径为0.2-2mm。

进一步地，在上述方案中，步骤五所述的投加的低温微生物在3-5d内全部排出反应器。

进一步地，在上述方案中，步骤六所述的评定MBBR启动和挂膜完成的标准为，反应器中出水COD和氨氮浓度保持稳定，填料表面形成黄色生物膜，能镜检出原生和后生动物。

与现有技术相比，用本发明的有益效果体现在：

(1)本发明的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，在填料表面形成粘附层，一方面增加了填料表面的粘附性，促进接种微生物附着于其表面，另一方面为附着微生物可利用粘附层中的糖进行新陈代谢形成大量胞外聚合物，从而稳固其在填料表面的附着。

(2)本发明的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，培养低温微生物使用的海藻糖不仅可用作低温条件下高效保护剂增加细胞活性，而且可以作为微生物碳源，从而缩短培养驯化时间。

(3)本发明的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，所获得的低温微生物含有丰富的生物多样性，能耐受的温度达5-10℃。

(4)本发明的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，与常规挂膜方法相比，启动速率明显提高，且运行效果增强。

(5)本发明的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，该方法运行成本低、操作方便，具有很强的操作性与实际应用价值。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施案例的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，鉴于一般的“闷曝法”、“循环法”、“自然挂膜法”等传统挂膜方式难以满足低温条件下MBBR快速启动的需求。创新地在填料表面形成粘附层，一方面增加了填料表面的粘附性，促进接种微生物附着于其表面，另一方面为附着微生物可利用其粘附层中的糖进行新陈代谢形成大量胞外聚合物，从而稳固其在填料表面的附着。培养低温微生物使用的海藻糖不仅可用作低温条件下高效保护剂增加细胞活性，而且可以作为微生物碳源，从而缩短培养驯化时间，所获得的低温微生物含有丰富的生物多样性，能耐受的温度达5-10℃。

本实施例中一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，包括以下步骤：

步骤一、低温微生物的培养驯化：将好氧活性污泥或脱落生物膜置于培养装置中，加入100mg/L海藻糖、100mg/L葡萄糖、15mg/L金属离子，加入常规的营养元素和微量元素，控制水体温度为5℃、pH 6.5、DO 2mg/L，培养驯化后，所得的悬浮物即为所述的低温微生物；所述的脱落生物膜来自于常温条件下MBBR运行时脱落的生物膜，所述的金属离子选自Ca²⁺；

步骤二、制备填料粘附层：在玻璃容器中配置营养液，向1000mL的纯净水加入15g葡萄糖，20g海藻糖，0.05g Ca²⁺，3g琼脂，摇匀混合后，经高温灭菌形成所述营养液，所述的营养液温度为50℃且为半流体状态，即所述的填料粘附层；

步骤三、制备微生物附着层：将填料浸于所述营养液中1h后取出晾干，表面形成营养薄层，即得到含有粘附层的填料，向移动床生物膜反应器中投加所述含有粘附层的填料和低温微生物，投加的低温微生物的MLSS为1g/L，通过闷曝使微生物和填料充分接触，并附着于填料粘附层表面，形成微生物附着层；

所述的填料是由以下成分组成：聚丙烯80％、热塑性树脂1％、多孔介质2％、锯屑1％、活性炭0.2％、高岭土1％、锗矿物粉体0.2％、余量为硅藻土；所述多孔介质为珍珠岩、生石灰和矿渣粉三者按1:1:1的质量比组成的混合物，混合物的粒径为0.2mm；所述的热塑性树脂优选水溶胀性的热塑性聚氨酯树脂，其在水中溶胀的比重为1.02，热塑性树脂具有高的物理强度，可以容易地产生并在反应器中均匀地流化，并使得能够有效地进行微生物和酶反应。

步骤五、向MBBR池内泵入自配或实际低温废水，间歇运行，并逐渐减少反应器内投加的低温微生物的含量，每12h为一个周期，反应11h，沉降0.5h，排水0.25h，进水0.25h，每两个周期排一次接种低温微生物，在3d内全部排出反应器，分三次排完；

步骤六、持续运行反应器，控制DO为3-5mg/L，温度5-10℃、pH 7±0.5，直到挂膜完成，所述的评定MBBR启动和挂膜完成的标准为，反应器中出水COD和氨氮浓度保持稳定，填料表面形成黄色生物膜，能镜检出原生和后生动物。

其中，所述的填料直径10mm，有效比表面积为350m²/m³，孔隙率为85％，填料的填充比为20％。所述填料的制备方法为：1)将所述多孔介质在壳聚糖或褐藻酸中浸泡处理1h；2)将所述高岭土、锗矿物粉体和硅藻土在300℃煅烧2小时，在700℃煅烧4小时，并在1100℃煅烧3小时，冷却；3)将所述锯屑、活性炭用硫酸(质量浓度为20％)洗涤2小时，然后用氢氧化钠溶液(质量浓度为20％)中和洗涤0.5h，然后用清水以2m/s的流速进行冲洗1h，脱水；4)将步骤1)处理后的多孔介质于步骤2)处理后的高岭土、锗矿物粉体和硅藻土以及步骤3)处理后的锯屑、活性炭全部混合，粉碎，过10目筛加0.3倍量的纯净水，于50℃搅拌均匀，送入造粒机，熔融挤出造粒，得到颗粒物，将颗粒物与所述热塑性树脂混合，送入挤出机筒内，通过挤出模具挤压成型，即得到所述填料。

实验证明，MBBR运行15d后，填料表面形成较厚的呈黄色的生物膜，粘性大，镜检发现生物膜含原生动物和后生动物，此时认为MBBR启动和挂膜过程完成。运行过程中，进水COD浓度为378mg/L，氨氮浓度为35mg/L，MBBR启动完成后，COD和氨氮的平均去除率分别达85％和55％，与未实施本发明技术案例的MBBR相比，启动时间缩短了5d，出水COD和氨氮的平均去除率分别提高了20％和15％。说明本发明实施方案能够加快MBBR启动，提高污染物去除能力。

实施例2

本实施案例中一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，其步骤为：

步骤一、低温微生物的培养驯化：将好氧活性污泥或脱落生物膜置于培养装置中，加入150mg/L海藻糖、1:50mg/L葡萄糖、22.5mg/L金属离子，加入常规的营养元素和微量元素，控制水体温度为75℃、pH 7、DO 2.5mg/L，培养驯化后，所得的悬浮物即为所述的低温微生物；所述的脱落生物膜来自于常温条件下MBBR运行时脱落的生物膜，所述的金属离子选自Fe²⁺；

步骤二、制备填料粘附层：在玻璃容器中配置营养液，向1000mL的纯净水加入17.5g葡萄糖，22.5g海藻糖，0.075g Ca²⁺，4g琼脂，摇匀混合后，经高温灭菌形成所述营养液，所述的营养液温度为61℃且为半流体状态，即所述的填料粘附层；

步骤三、制备微生物附着层：将填料浸于所述营养液中5.5h后取出晾干，表面形成营养薄层，即得到含有粘附层的填料，向移动床生物膜反应器中投加所述含有粘附层的填料和低温微生物，投加的低温微生物的MLSS为1.5g/L，通过闷曝使微生物和填料充分接触，并附着于填料粘附层表面，形成微生物附着层；

所述的填料是由以下成分组成：聚丙烯83％、热塑性树脂2.5％、多孔介质2.25％、锯屑1.25％、活性炭0.3％、高岭土1.1％、锗矿物粉体0.4％、余量为硅藻土；所述多孔介质为珍珠岩、生石灰和矿渣粉三者按任意比组成的混合物，混合物的粒径为1.1mm；所述的热塑性树脂优选水溶胀性的热塑性聚氨酯树脂，其在水中溶胀的比重为1.85，热塑性树脂具有高的物理强度，可以容易地产生并在反应器中均匀地流化，并使得能够有效地进行微生物和酶反应。

步骤五、向MBBR池内泵入自配或实际低温废水，间歇运行，并逐渐减少反应器内投加的低温微生物的含量，每12h为一个周期，反应11h，沉降0.5h，排水0.25h，进水0.25h，每两个周期排一次接种低温微生物，在4d内全部排出反应器，分三次排完；

步骤六、持续运行反应器，控制DO为4mg/L，温度7.5℃、pH 7，直到挂膜完成，所述的评定MBBR启动和挂膜完成的标准为，反应器中出水COD和氨氮浓度保持稳定，填料表面形成黄色生物膜，能镜检出原生和后生动物。

其中，所述的填料直径22.5mm，有效比表面积为600m²/m³，孔隙率为88.5％，填料的填充比为40％。所述填料的制备方法为：1)将所述多孔介质在壳聚糖或褐藻酸中浸泡处理1.5h；2)将所述高岭土、锗矿物粉体和硅藻土在350℃煅烧3小时，在800℃煅烧7小时，并在1150℃煅烧3小时，冷却；3)将所述锯屑、活性炭用硫酸(质量浓度为22.5％)洗涤2.25小时，然后用氢氧化钠溶液(质量浓度为22.5％)中和洗涤0.5h，然后用清水以2.2m/s的流速进行冲洗1.25h，脱水；4)将步骤1)处理后的多孔介质于步骤2)处理后的高岭土、锗矿物粉体和硅藻土以及步骤3)处理后的锯屑、活性炭全部混合，粉碎，过155目筛，加0.65倍量的纯净水，于55℃搅拌均匀，送入造粒机，熔融挤出造粒，得到颗粒物，将颗粒物与所述热塑性树脂混合，送入挤出机筒内，通过挤出模具挤压成型，即得到所述填料。

实验证明，MBBR运行10d后，填料表面形成较厚的呈黄色的生物膜，粘性大，镜检发现生物膜含原生动物和后生动物，此时认为MBBR启动和挂膜过程完成。运行过程中，进水COD浓度为380mg/L，氨氮浓度为38mg/L的低温废水，MBBR启动完成后，COD和氨氮的平均去除率分别达90％和70％以上，与未实施本发明技术案例的MBBR相比，启动时间缩短了12d，出水COD和氨氮的平均去除率分别提高了30％和25％。说明本发明实施方案能够加快MBBR启动，提高污染物去除能力。

实施例3

步骤一、低温微生物的培养驯化：将好氧活性污泥或脱落生物膜置于培养装置中，加入200mg/L海藻糖、200mg/L葡萄糖、30mg/L金属离子，加入常规的营养元素和微量元素，控制水体温度为10℃、pH 7.5、DO 3mg/L，培养驯化后，所得的悬浮物即为所述的低温微生物；所述的脱落生物膜来自于常温条件下MBBR运行时脱落的生物膜，所述的金属离子选自Al³⁺；

步骤二、制备填料粘附层：在玻璃容器中配置营养液，向1000mL的纯净水加入20g葡萄糖，25g海藻糖，0.1g Ca²⁺，5g琼脂，摇匀混合后，经高温灭菌形成所述营养液，所述的营养液温度为72℃且为半流体状态，即所述的填料粘附层；

步骤三、制备微生物附着层：将填料浸于所述营养液中10h后取出晾干，表面形成营养薄层，即得到含有粘附层的填料，向移动床生物膜反应器中投加所述含有粘附层的填料和低温微生物，投加的低温微生物的MLSS为2g/L，通过闷曝使微生物和填料充分接触，并附着于填料粘附层表面，形成微生物附着层；

所述的填料是由以下成分组成：聚丙烯86％、热塑性树脂4％、多孔介质2.5％、锯屑1.5％、活性炭0.4％、高岭土1.2％、锗矿物粉体0.6％、余量为硅藻土；所述多孔介质为珍珠岩、生石灰和矿渣粉三者按任意比组成的混合物，混合物的粒径为2mm；所述的热塑性树脂优选水溶胀性的热塑性聚氨酯树脂，其在水中溶胀的比重为.35，热塑性树脂具有高的物理强度，可以容易地产生并在反应器中均匀地流化，并使得能够有效地进行微生物和酶反应。

步骤五、向MBBR池内泵入自配或实际低温废水，间歇运行，并逐渐减少反应器内投加的低温微生物的含量，每12h为一个周期，反应11h，沉降0.5h，排水0.25h，进水0.25h，每两个周期排一次接种低温微生物，在5d内全部排出反应器，分三次排完；

步骤六、持续运行反应器，控制DO为5mg/L，温度10℃、pH 7.5，直到挂膜完成，所述的评定MBBR启动和挂膜完成的标准为，反应器中出水COD和氨氮浓度保持稳定，填料表面形成黄色生物膜，能镜检出原生和后生动物。

其中，所述的填料直径35mm，有效比表面积为850m²/m³，孔隙率为92％，填料的填充比为60％。所述填料的制备方法为：1)将所述多孔介质在壳聚糖或褐藻酸中浸泡处理2h；2)将所述高岭土、锗矿物粉体和硅藻土在400℃煅烧4个小时，在900℃煅烧10小时，并在1200℃煅烧3小时，冷却；3)将所述锯屑、活性炭用硫酸(质量浓度为25％)洗涤2.5小时，然后用氢氧化钠溶液(质量浓度为25％)中和洗涤0.5h，然后用清水以2.4m/s的流速进行冲洗1.5h，脱水；4)将步骤1)处理后的多孔介质于步骤2)处理后的高岭土、锗矿物粉体和硅藻土以及步骤3)处理后的锯屑、活性炭全部混合，粉碎，过300目筛，加1倍量的纯净水，于60℃搅拌均匀，送入造粒机，熔融挤出造粒，得到颗粒物，将颗粒物与所述热塑性树脂混合，送入挤出机筒内，通过挤出模具挤压成型，即得到所述填料。

实验证明，MBBR运行14d后，填料表面形成较厚的呈黄色的生物膜，粘性大，镜检发现生物膜含原生动物和后生动物，此时认为MBBR启动和挂膜过程完成。当进水COD浓度范围395mg/L，氨氮浓度范围为42mg/L的低温废水，MBBR启动完成后，出水COD和氨氮的平均去除率分别达90％和65％以上，与未实施本发明技术案例的MBBR相比，启动时间缩短了9d，出水COD和氨氮的平均去除率分别提高了19％和26％。说明本发明实施方案能够加快MBBR启动，提高污染物去除能力。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤五、向MBBR池内泵入自配或实际低温废水，间歇运行，并逐渐减少反应器内投加的低温微生物的含量，直至全部排出.

步骤六、持续运行反应器，直到挂膜完成。

2.根据权利要求1所述的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动，其特征在于：步骤一所述的脱落生物膜来自于常温条件下MBBR运行时脱落的生物膜。

3.根据权利要求1所述的一种移动床生物膜反应器快速启动的方法，其特征在于：步骤一所述的金属离子选自Ca²⁺，Fe²⁺，Mg²⁺，Al³⁺中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，其特征在于：优选地，步骤二所述的营养液的配制在玻璃容器中进行。

5.根据权利要求1所述的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，其特征在于：步骤二所述的用于填料浸泡的营养液温度为50℃-72℃且为半流体状态。

6.根据权利要求1所述的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，其特征在于：步骤三所述的填料直径10-35mm，有效比表面积为350-850m²/m³，孔隙率为85％-92％，填料的填充比为20-60％。

7.根据权利要求1所述的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，其特征在于：步骤五所述的投加的低温微生物在3-5d内全部排出反应器。

8.根据权利要求1所述的一种低温条件下移动床生物膜反应器快速启动的方法，其特征在于：步骤六所述的评定MBBR启动和挂膜完成的标准为反应器中出水COD和氨氮浓度保持稳定，填料表面形成黄色生物膜，能镜检出原生和后生动物。