CN108892235B - 一种用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法 - Google Patents

一种用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法，该方法采用如下实施步骤：在反应器内接种活性污泥，反应器采用序批式运行，水力停留时间为4h，每个循环组包括：进水5min，曝气108～111min，静置沉降2～5min，出水2min；其中，进水的有机负荷为6～12g/(L·d)，空气流速为1.6～2.4cm/s；在反应器运行到第2～4天时，反应器内形成含有大量成膜微生物的好氧颗粒污泥，此时向反应器投加填料；填料进入反应器内2～5天后完成挂膜。本发明挂膜方法与其它挂膜方法相比，不需要投加高成本的特殊微生物和基质，挂膜成本低；在降低运行成本的同时还将填料的挂膜时间缩短到2～5天，大大提高了生物膜法的挂膜效率。

Description

一种用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法
技术领域
本发明涉及一种用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
污水生物处理技术主要分为活性污泥法和生物膜法。与活性污泥法相比，生物膜法具有很多优点，如：微生物多样性高，生物量丰富；污泥产量少；耐冲击能力强；易于管理，运行成本低等。鉴于以上诸多优点，生物膜法已经在污水处理领域得到了广泛应用。生物膜由微生物在填料表面附着生长而形成，当生物膜生长到一定厚度，氧气的传质作用受到限制，生物膜的外层处于好氧状态，而内层处于厌氧状态，生物膜微生物由外向内依次由好氧微生物，兼性微生物和厌氧微生物组成，因此生物膜系统通常具有很高的微生物多样性。当污水流经生物膜表面，污水中的污染物被生物膜表层吸附并向内层传输，不同的污染物质在传质过程中被去除。当生物膜生长到一定厚度，氧气和营养物质不能传质到内层，因此会导致内层生物膜的老化而脱落。随后，填料表面还会继续生长新的生物膜，从而使系统长期稳定运行。
生物膜技术虽然在近年得到了快速发展，但是还是受到诸多因素限制，挂膜效率低是其中一项重要的限制因素。传统的挂膜方法是采用污水处理厂曝气池活性污泥作为接种污泥，先闷曝，然后将生物膜反应器内活性污泥和废水的混合物排空，再通入待处理废水进行挂膜。采用传统的挂膜方法，其挂膜启动周期至少需要15～30天，甚至更长，而这会显著提高系统的运行成本。近年来研究人员提出了一些新的挂膜方法以提高挂膜效率。专利《一种改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法》(申请号200710105788.2)通过添加磁粉或强磁微粒，强化填料与微生物之间的吸附能力，从而促进挂膜。也有很多研究提出了利用投加功能微生物的方法提高挂膜效率。虽然这些方法都可以在一定程度上提高挂膜效率，但是受限于成本、安全和操作复杂度等因素而在实际当中较难得到大规模推广。因此，对于生物膜污水处理工艺来说，研究一种快速、简易的高效率挂膜方法具有重要意义。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法，该方法通过优化驯化条件，能够得到具有很强附着能力的微生物种群，同时通过协同其它能够促进微生物膜快速生长的条件，大大提高了反应器中填料挂膜的效率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：
一种用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法，该方法采用如下实施步骤：在反应器内接种活性污泥，反应器采用序批式运行，水力停留时间为4h，每个循环组包括：进水5min，曝气108～111min，静置沉降2～5min，出水2min；其中，进水的有机负荷为6～12g/(L·d)，空气流速为1.6～2.4cm/s；在反应器运行到第2～4天时，反应器内形成含有大量成膜微生物的好氧颗粒污泥，此时向反应器投加填料；填料进入反应器内2～5天后完成挂膜。
其中，所述反应器为筒状结构，其高径比为20。
其中，接种的活性污泥为污水处理厂曝气池的活性污泥，污泥浓度为3000～8000mg/L。
其中，反应器进水中的有机碳源为乙酸钠，乙酸钠的浓度为1000-2000mg/L。
其中，反应器的进水除有机碳源外还含有如下浓度的组分：NH4Cl(50mg/L)、K2HPO4(10mg/L)、CaCl2·2H2O(30mg/L)、MgSO4·7H2O(25mg/L)、FeS04·7H2O(20mg/L)、H3BO3(0.05mg/L)、ZnCl2(0.05mg/L)、CuCl2(0.03mg/L)、MnSO4·H2O(0.05mg/L)、(NH4)6·Mo7O24·4H2O(0.05mg/L)、AlCl3(0.05mg/L)、CoCl2·6H2O(0.05mg/L)和NiCl2(0.05mg/L)。
本发明采用的装置是圆筒状反应器(高径比为20)，采用市政污水处理厂曝气池污泥作为接种污泥，设置较短的沉降时间(2～5min)，较高的有机负荷(6～12g/(L·d))，较大的空气流速(1.6～2.4cm/s)，水力停留时间为4h。反应器采用序批式运行，每个循环组包括：进水5min，曝气108～111min，静置2～5min，出水2min。每个循环(进水和出水)的体积交换比是50～70％。此条件下可大量富集适于以生物膜形式生长的微生物，在反应器运行到第2～4天时可发现大量微小污泥颗粒(好氧污泥颗粒)，此时向反应器内投加填料，填料在反应器中的填充率不大于50％，投加填料2～5天后即可完成挂膜。本发明的挂膜方法，不需要特殊的菌种和基质，操作简便，可实现填料的快速挂膜，从而大大缩短了生物膜法污水处理系统的挂膜和启动时间。
相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：
本发明挂膜方法与其它挂膜方法相比，不需要投加高成本的特殊微生物和基质，挂膜成本低；本发明利用好氧污泥颗粒在填料表面实现挂膜，在降低运行成本的同时还将填料的挂膜时间缩短到2～5天，大大提高了生物膜法的挂膜效率；同时填料上形成的微生物挂膜不易脱落；本发明挂膜方法使用的装置结构简单、运行成本低、挂膜效率高。
附图说明
图1为采用传统方法挂膜15天的填料；
图2为采用本发明实施例1挂膜方法挂膜第二天的填料；
图3为本发明挂膜方法使用的实验装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
反应器采用圆筒状结构，反应区直径为5cm、高为100cm，反应区体积为2L。序批式反应器的水力停留时间是4h，每个循环的体积交换比是50％，每个循环组成是：进水5min，曝气111min，静置2min，出水2min。有机负荷为6g/(L·d)，空气流速为2.4cm/s(是通过曝气来控制反应器内的空气流速)。反应器接种污泥采自城市污水处理厂曝气池，反应器初始污泥浓度为6000mg/L。乙酸钠作为有机碳源，COD浓度为1000mg/L。反应器在室温下运行，pH维持在6.5-8.5。反应器运行的第2天投加填料，填料的填充比为20％，在填料投加进反应器的第2天生物膜的厚度达到的2mm，如图2所示。
实施例2
反应器采用圆筒状结构，反应区直径为5cm、高为100cm，反应区体积为2L。序批式反应器的水力停留时间是4h，每个循环的体积交换比是50％，每个循环组成是：进水5min，曝气111min，静置2min，出水2min。有机负荷为12g/(L·d)，空气流速为2.4cm/s。反应器接种污泥采自城市污水处理厂曝气池，反应器初始污泥浓度为6000mg/L。乙酸钠作为有机碳源，COD浓度为2000mg/L。反应器在室温下运行，pH维持在6.5-8.5。反应器运行的第2天投加填料，填料的填充比为20％，在填料投加进反应器的第2天生物膜的厚度达到2mm。通过与实施例1进行比较发现生物膜厚度与有机负荷为12g/(L·d)时无明显差异，因此有机负荷为6g/(L·d)也可实现本方法的快速挂膜。
比较例1
本实验采用传统方法挂膜，利用挂膜填料运行流动床生物膜反应器(MBBR)。先将填料放入活性污泥中闷曝48h，然后将MBBR反应器内活性污泥和废水的混合物排空，通入待处理废水。MBBR反应器的水力停留时间为6h。乙酸钠作为有机碳源，COD浓度为300mg/L。填料放入活性污泥中闷曝48h后无明显生物膜附着，运行15天有明显生物膜出现，生物膜厚度＜1mm，如图1所示，从而说明其挂膜效率远远低于本发明的挂膜方法。
本发明挂膜方法在微生物驯化过程中采用高径比较大的高径比、较短的沉降时间、较高的有机负荷和较大的空气流速，此条件适合形成含有大量成膜微生物的好氧颗粒污泥，好氧颗粒污泥使成膜微生物在反应器中大量富集，在好氧颗粒污泥形成初期加入填料，可在填料表面快速形成生物膜；同时在此条件下驯化得到的微生物种群具有很强的附着能力，易附着于填料表面(本发明所使用的填料由质量份数为50～60份聚丙烯、20～30份环氧树脂和5～10份淀粉混制而成，该填料具有比表面积大、孔隙率高、利于微生物附着的优点，适宜于微生物的附着和生长)，使填料上的挂膜不易脱落；此外，高有机负荷可使附着在填料表面的微生物快速生长，有利于生物膜的快速形成，进而提高填料的挂膜效率。
图3为本发明挂膜方法使用的实验装置，进水槽中存放进水，进水中含有一定浓度的乙酸钠作为微生物生长的碳源，进水通过蠕动泵进入反应器，通过曝气泵控制反应器内的空气流速，配制具有高有机负荷(6～12g/(L·d))的进水，进水与反应器中接种的活性污泥作用形成含有大量成膜微生物微小的好氧颗粒污泥，在形成好氧颗粒污泥后立即将填料加入反应器，填料加入反应器之后可快速在填料表面形成生物膜，反应器出水通过电磁阀控制进入废液槽。

Claims (6)

1.一种用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法，其特征在于，该方法采用如下实施步骤：在反应器内接种活性污泥，反应器采用序批式运行，水力停留时间为4h，每个循环组包括：进水5min，曝气108~111min，静置沉降2~5min，出水2min；其中，进水的有机负荷为6~12g/( L·d），空气流速为1.6~2.4cm/s；在反应器运行到第2~4天时，反应器内形成含有大量成膜微生物的好氧颗粒污泥，此时向反应器投加填料；填料进入反应器内2~5天后完成挂膜；所述反应器呈筒状结构，其高径比为20；反应器中填料的填充率不大于50%。
2.根据权利要求1所述的用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法，其特征在于：反应器内接种的活性污泥为污水处理厂曝气池的活性污泥，污泥的浓度为3000~8000mg/L。
3.根据权利要求1所述的用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法，其特征在于：每个循环的体积交换比是50~70%。
4.根据权利要求1所述的用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法，其特征在于：反应器内温度为15~30℃，pH为6.5~8.5。
5.根据权利要求1所述的用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法，其特征在于：反应器的进水除有机碳源外还含有如下成分：50mg/LNH4Cl、10mg/LK2HPO4、30mg/LCaCl2·2H2O、25mg/LMgSO4·7H2O、20mg/LFeSO4·7H2O、0.05mg/LH3BO3、0.05mg/LZnCl2、0.03mg/LCuCl2、0.05mg/LMnSO4·H2O、0.05mg/L(NH4)6· Mo7O24·4H2O、0.05mg/LAlCl3、0.05mg/LCoCl2·6H2O和0.05mg/LNiCl2。
6.根据权利要求5所述的用于提高水处理反应器中填料挂膜效率的方法，其特征在于：反应器进水中的有机碳源为乙酸钠，乙酸钠的浓度为1000-2000mg/L。
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