CN110902807B - 一种粉体强化生化水处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉体强化生化水处理的方法。本发明所述方法通过筛选处理粉末载体、制备粉体浆料、水力搅拌作用、粉末载体负载微生物、生物反应处理污水、沉淀、回收等步骤，增加了生物处理的容积负荷，且通过添加粉末载体使得生化水处理中生物絮粒的微生物浓度显著提高，提高了难降解有机物或TOC的去除率，增加了无机物的去除率，提升了出水水质；同时所述生物絮粒的沉降速率快，沉降性能好，污泥较为密实，有效减少了后续污泥处理产生的各种问题，使得工艺更加绿色环保。本发明所述方法能够应用于对低浓度废水及高浓度废水等污水的处理中，适合于开发小型高效设备用于处理各种截留污水。
Description
技术领域
本发明属于微生物生物化学处理的技术领域，涉及粉体强化生化水处理的方法，用于各种污水生物化学处理。
背景技术
目前随着工业和农业的迅速发展，生活中产生的污水急剧增加，水中所需处理的污染物日益上升，且种类繁多。由于我国管网建设落后，目前还有一部分污水未截污纳管，如果后期将这些污水接纳到污水厂必然增加污水厂的运行压力。随着环境的日益恶化和人类对生活环境的日益重视，污水厂排放标准继续提高。但由于污水厂设计负荷有限，无法过量接纳外来污水，因此急需扩建或者增建污水处理设施来满足日益增长的需求。基于中国人口众多、城市土地资源紧张的国情，增收土地来新建或者扩建污水处理设施会导致初期投入及建设成本增加。因此急需一种在基本不改变原有污水处理构筑物的情况下提升原有构筑物处理能力的技术。当然中国人口分布较广，所造成的污染源如果一起并网建设成本过高，不具经济性。因此急需一种高效处理技术使处理设施小型化，在一定的有效体积下，进行高效处理，从而减小对土地资源的占用。自然环境中存在较多粒径极小，且比表面积大的粉末，且中国储量丰富。目前，一些粉末已经在实验中得到论证。由于其微小的孔径、较大的比表面积，十分适合微生物进行附着，提升微生物浓度，增加其沉降能力，改善污水处理装置污泥无法提高，出水水质无法提升等缺陷。客观上需要研发出一种高效、无污染、应用性强的污水生化处理工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粉体强化生化水处理的方法，具有高效、无污染、应用性强等优点。
一种粉体强化生化水处理的方法，包括下述步骤：
(1)选取一定量所需投加的粉末载体，用筛网除去较粗粒径的杂质，得到筛选处理的粉末载体；
(2)向所述筛选处理的粉末载体中加入溶剂，通过搅拌将所述筛选处理的粉末载体溶解制成浆料，使所述筛选处理的粉末载体完全吸湿，不在结块上浮，得到浸泡后的粉体浆料；
(3)将浸泡后的粉体浆料的pH调整至中性，并投加到生物反应器或者生物反应构筑物内；
(4)通过各种水力搅拌作用使投加的浸泡后的粉体浆料均匀分布到生物反应器内，由于部分粉末载体沉降性能较好，因此水力作用需持续搅动，使浆料均匀分布；
(5)生物反应器内的微生物在粉末载体内部孔径进行负载并通过黏附作用包裹在粉末载体表面，即在粉末载体表面附着生物膜，形成具有沉核的生物絮粒，大量的絮粒通过微生物的絮凝和吸附活性形成附载了粉体颗粒，得到粉末附载的生物絮粒；
(6)所述粉末附载的生物絮粒经过生物反应区最后在沉淀区沉淀，通过分离器对粉末载体和微生物进行分离后回用。
进一步，在所述步骤(1)中，所述粉末载体为硅藻土、粉末活性炭、沸石粉、火山石粉、滑石粉和粉煤灰中的一种以上。
更进一步，在所述步骤(1)中，过滤所用的筛网为200目以上的筛网，或者直接采用粒径为10～74μm的粉末载体，其有益效果在于：避免了因粉末颗粒粒径过大会导致微生物负载后沉降速度过快、沉积后流动性差、微生物负载表面积过小等问题，既能够增加粉末载体和微生物的接触表面积，又能提高沉降性能。
更进一步，所述粉末载体的内表面积为30-70m2/g，烧量为0～40％，堆积密度为0.1-1.0g/m3。
进一步，在所述步骤(2)中，所述溶剂为水或者废水，其作用仅用于粉末载体的溶解，溶剂投加量不固定，以完全湿润粉末载体为准。
进一步，在所述步骤(3)中，所述浸泡后的粉体浆料的pH可以通过缓慢置换浆料上清液进行调节，也可用酸、碱、盐等化学物质调整。
进一步，在所述步骤(3)中，所述浆料的投加方式可以是通过搅拌桶搅拌后，采用定向喷淋装置将稀释湿润后的浆液加入到生化池，也可以通过搅拌桶对粉末载体进行搅拌湿润后，用干投机在生化池内定时定位投加。
进一步，在所述步骤(3)中，投加后构筑物内粉末载体的浓度在2g/L～20g/L之间，其有益效果在于：增加载体粉末负载的微生物浓度，微生物浓度比一般污水厂大概增加2～4倍，微生物粉末颗粒沉降性能较好，在沉淀区能较快沉降，后续沉淀池沉淀负荷高，减小沉淀池的占地。
可选地，在所述步骤(3)中，所述生物反应器或者生物反应构筑物的总有效容积范围为 8-1000m3。
进一步，在所述步骤(4)，当浆料加入到生物反应器内后，根据实际情况，可以通过曝气充氧产生的气泡扰动、搅拌机桨叶转动的水力作用或者重力作用导致的水体交换等任何方式的水力作用使浆料在生物反应器内均匀分布，并持续扰动，使粉末载体不进行沉降，水力搅拌有利于浆料混合均匀，避免高浓度的料浆板结，投加粉体后微生物颗粒的粘附性会大大增强，
进一步，在所述步骤(4)中，还能向生物反应器中加入惰性填料，所述惰性填料采用醛化纤维或涤纶丝为支体，以塑料片为支架的固定载体，也可以采用聚丙烯颗粒状惰性材料等难被微生物降解的塑料载体，其有益效果在于：有利于提高污泥浓度，增加粘性，有利于生物膜的形成。
进一步，在所述步骤(5)中，还可以投加的菌剂或者污泥作为外来性微生物，所述菌剂或者污泥、粉末载体的质量比为1:1～4:1，外来性微生物或进水中原有的微生物通过水力作用产生的布朗运动，与粉末载体进行无规则的碰撞，使微生物与含有微小孔径的粉末载体粘附，并填充粉末载体的内部孔径，最后在粉末载体表面附着生物膜，形成具有沉核的生物絮粒。
更进一步地，所述步骤(3)与步骤(5)顺序不唯一，可以投加未挂膜的粉末载体进行挂膜，也可以投加已经粉末附载的生物絮粒及制成的微生物菌剂对生物反应器为挂膜的粉末载体进行接种，从而实现微生物扩增。
进一步，在所述步骤(6)中，所述生物絮粒在沉淀区沉淀为自然沉淀，也可为投加絮凝剂的化学沉淀。由于具有沉核的生物絮粒的生物粘性较大，所用沉淀区的池壁和底部坡面含角速度较小的刮泥设备，用于粘壁生物絮粒的刮除以及底部沉淀积泥的搅动，防止形成死泥，造成板结。
进一步，在所述步骤(6)中，分离器通过物理作用或化学作用对粉末载体和微生物进行分离后回用，物理作用或者化学作用可以是离心作用、重力作用或者燃烧的热力作用等其他并不破坏粉末载体分子结构、微孔孔径、内表面积等原有的物理特性的作用力。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明所述粉体强化生化水处理的方法通过筛选处理粉末载体、制备粉体浆料、水力搅拌作用、粉末载体负载微生物、生物反应处理污水、沉淀、回收等步骤，增加了生物处理的容积负荷，通过添加粉末载体使得生化水处理中生物絮粒的微生物浓度显著提高，提高了难降解有机物或TOC的去除率，增加了无机物的去除率，提升了出水水质；且形成的生物絮粒由于比重较重，因此沉降速率快，沉降性能好，污泥较为密实，微生物得以在工艺中得到有效保留，促使生物链得以延长，有效减少了后续污泥处理产生的各种问题，使得工艺更加绿色环保。本发明所述方法能够应用于对低浓度废水及高浓度废水等污水的处理中，适合开发小型高效设备用于处理各种截留污水。
附图说明
图1为本发明的粉体强化生化水处理的方法的流程图。
具体实施方式
图1为本发明的粉体强化生化水处理的方法的流程图，如图1所示，所述粉体强化生化水处理的方法，包括以下步骤：
(1)选取一定量所需投加的粉末载体，用筛网除去较粗粒径的杂质，得到筛选处理的粉末载体；
(2)向所述筛选处理的粉末载体中加入溶剂，通过搅拌将所述筛选处理的粉末载体溶解制成浆料，使所述筛选处理的粉末载体完全吸湿，不在结块上浮，得到浸泡后的粉体浆料；
(3)将浸泡后的粉体浆料的pH调整至中性，并投加到生物反应器或者生物反应构筑物内；
(4)通过各种水力搅拌作用使投加的浸泡后的粉体浆料均匀分布到生物反应器内，由于部分粉末载体沉降性能较好，因此水力作用需持续搅动，使浆料均匀分布；
(5)生物反应器内的微生物在粉末载体内部孔径进行负载并通过黏附作用包裹在粉末载体表面，即在粉末载体表面附着生物膜，形成具有沉核的生物絮粒，大量的絮粒通过微生物的絮凝和吸附活性形成附载了粉体颗粒，得到粉末附载的生物絮粒；
(6)所述粉末附载的生物絮粒经过生物反应区最后在沉淀区沉淀，通过分离器对粉末载体和微生物进行分离后回用。
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种粉体强化生化水处理的方法，包括以下步骤：
(1)污水水质为pH：6.83～7.12，COD质量浓度：170～210mg/L，TN质量浓度：24～35mg/L，欲采用硅藻土作为微生物负载的粉末载体，装置工艺为“二级A/O+粉体强化生化水处理+沉淀池”。测得装置内总有效容积为14m3，进水流量为1m3/h，按粉末载体投加浓度8g/L进行投加，计算得所需投加硅藻土为120Kg，用300目筛筛得120Kg硅藻土，将硅藻土浸泡24小时以上，使硅藻土不再结块上浮；
(2)由于加入硅藻土后会导致浆料pH急剧下降，可以投加粉煤灰或者氢氧化钠等其他碱性物质，使浆料pH恢复至7左右；
(3)将浸泡后吸湿完全的浆料投入装置内，通过原有曝气装置，回流装置及搅拌装置使得浆料中的硅藻土粉末均匀分布到装置中；
(4)由于装置中本身含有微生物或者进水中的本身微生物，使得微生物负载在硅藻土的微孔内，最后通过增殖扩增，在硅藻土分子表面形成生物膜，生成生物硅藻土絮粒；
(5)生物粉末颗粒经过二级A/O工艺对应的好氧区及缺氧区，最后在沉淀区沉淀，通过分离器对硅藻土和微生物进行分离后回用。经过处理后的出水水质pH：6.61～7.12，COD 质量浓度：20～30mg/L，TN质量浓度：3～8mg/L。
实施例2
一种粉体强化生化水处理的方法，包括以下步骤：
(1)污水水质为pH：6.59～7.68，COD质量浓度：150～290mg/L，TN质量浓度：27～41mg/L，欲采用硅藻土作为微生物负载的粉末载体，装置工艺为“SBR工艺+粉体强化生化水处理”，测得装置内总有效容积为8m3，按粉末载体投加浓度6g/L进行投加，计算得所需投加硅藻土为 48Kg，用250目筛筛得48Kg硅藻土；
(2)将硅藻土直接加入有效容积为8m3的圆柱形设备内，开启搅拌机和曝气设备使硅藻土均匀分布至圆柱形设备中，同时使硅藻土完全吸湿，液面无漂浮颗粒；
(3)关闭曝气及搅拌设备，对设备进行进水，以置换装置内上清液，使装置内pH恢复至中性；
(4)由于装置中进水水体中本身含有微生物或者可以通过微生物接种，使得微生物负载在硅藻土的微孔内，最后通过增殖扩增，在硅藻土分子表面形成生物膜，生成生物硅藻土颗粒；
(5)生物粉末颗粒经过生物化学反应，最后过流至沉淀区沉淀，通过分离器对硅藻土和微生物进行分离后回用。经过处理后的出水水质pH：6.71～7.35，COD质量浓度：30～40mg/L， TN质量浓度：9～18mg/L。
实施例3
一种粉体强化生化水处理的方法，包括以下步骤：
(1)污水水质为pH：6.51～7.52，COD质量浓度：190～270mg/L，TN：24～38mg/L，欲采用活性炭作为微生物负载的粉末载体，装置工艺为“A/O+粉体强化生化水处理+沉淀池”，测得构筑物内总有效容积为500m3，按粉末载体投加浓度2g/L进行投加，计算的所需投加活性炭为2000Kg，用250目筛子筛得2000Kg活性炭，将活性炭浸泡24小时以上，直至完全吸湿；
(2)将活性炭直接加入有效容积为500m3的构筑物内，开启搅拌机和曝气设备使活性炭均匀分布至圆柱形设备中，由于投加量较大，可以多点位投放，便于活性炭均匀分布；
(3)由于活性炭溶于水后不会造成水体pH剧烈变化，因此可以对浆料直接投加，无需进行水质pH调节；
(4)利用构筑物内原有的微生物对活性炭进行内部孔径及外表面挂膜，最终形成粉末附载的生物絮粒；
(5)粉末附载的生物絮粒经过生物化学反应，最后过流至沉淀区沉淀，通过分离器的物理作用或者高温煅烧恢复活性炭孔径进行回用。经过处理后的出水水质pH：6.71～7.35，COD 质量浓度：30～40mg/L，TN质量浓度：9～18mg/L。
实施例4
一种粉体强化生化水处理的方法，包括以下步骤：
(1)污水水质为pH：6.71～7.72，COD质量浓度：160～370mg/L，TN质量浓度：24～50mg/L，欲采用沸石粉作为微生物负载的粉末载体，装置工艺为“生物接触氧化法+粉体强化生化水处理+沉淀池”，测得装置内总有效容积为30m3，按粉末载体投加浓度6g/L进行投加，计算的所需投加沸石粉为180Kg，用250目筛子筛得180Kg沸石粉，将沸石粉浸泡24小时以上，使沸石粉完全吸湿；
(2)将沸石粉直接加入有效容积为30m3的构筑物内，开启搅拌机和曝气设备使活性炭均匀分布至圆柱形设备中，由于投加量较大，可以多点位投放，便于活性炭均匀分布；
(3)由于沸石粉溶于水后不会造成水体pH剧烈变化，因此无需考虑投加后引起pH变化问题，可以直接投加；
(4)沸石粉与生物接触氧化池内的惰性填料一起作为微生物挂膜的载体，投加的填料为污水处理工艺常用填料，现场采用醛化纤维或涤纶丝为支体，以塑料片为支架的固定载体，使微生物在上面挂膜增殖；
(6)包裹沸石粉的生物粉末絮粒经过生物化学反应，最后过流至沉淀区沉淀，通过分离器的物理作用或者高温煅烧恢复沸石孔径后进行回用，经过处理后的出水水质pH：6.51～7.01， COD质量浓度：30～40mg/L，TN质量浓度：12～16mg/L。
实施例5
一种粉体强化生化水处理的方法，包括以下步骤：
(1)污水水质为pH：6～7，COD质量浓度：200～300mg/L，TN质量浓度：20～35mg/L，欲采用粉煤灰作为微生物负载的粉末载体，装置工艺为“氧化沟+粉体强化生化水处理+沉淀池”，测得装置内总有效容积为1000m3，按粉末载体投加浓度5g/L进行投加，计算的所需投加硅藻土为5000Kg，用300目筛子筛得5000Kg粉煤灰，将粉煤灰浸泡24小时以上，使粉煤灰完全吸湿；
(2)由于粉煤灰溶于水会导致水体呈碱性，因此不可直接投加，需制成浆料，调节pH 后再进行投加，将粉煤灰用水溶解后投加一定量的酸性物质，使粉煤灰的浆料恢复至中性；
(3)将粉煤灰的浆料直接加入有效容积为1000m3的构筑物内，开启搅拌机和曝气设备使活性炭均匀分布至走廊型构筑物中，由于投加量较大，可以在氧化沟的回型廊段多点位投放，便于粉煤灰浆料均匀分布；
(4)粉煤灰与生物氧化沟内的微生物结合，使微生物在上面挂膜增殖，形成粉末附载的生物絮粒；
(5)包裹粉煤灰的生物粉末颗粒经过生物化学反应，最后过流至沉淀区沉淀，通过分离器的物理作用或者高温煅烧恢复沸石孔径后进行回用，经过处理后的出水水质pH：6～7，COD 质量浓度：20～30mg/L，TN质量浓度：4～5mg/L，达处理出水达到GB 8978－1996准IV类地表水标准。
测试例1
对采用本发明所述方法处理污水的污泥的沉降性能进行测试，具体测试结果表1所示。
表1本发明实施例中污泥的沉降性能测试结果表
| 污泥的沉降性能 | 实施例 | 污水厂污泥 |
| 混合液悬浮固体浓度(MLSS)(mg/L) | 3000～20000 | 3000～6000 |
| 混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)(mg/L) | 2500～15000 | 1200～3600 |
| 污泥沉降比(SV)(％) | 10～40 | 15～30 |
| 污泥体积指数(SVI)(mL/g) | 100～200 | 80～150 |
由表1测试结果可知，本发明所述粉体强化生化水处理的方法改善了污泥的沉降性能。
上述相关说明以及对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些内容做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述相关说明以及对实施例的描述，本领域的技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种粉体强化生化水处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取所需投加的粉末载体，用筛网除去较粗粒径的杂质，得到筛选处理的粉末载体；
(2)向所述筛选处理的粉末载体中加入溶剂，通过搅拌将所述筛选处理的粉末载体溶解制成浆料，使所述筛选处理的粉末载体完全吸湿，不再结块上浮，得到浸泡后的粉体浆料；
(3)将浸泡后的粉体浆料的pH调整至中性，并投加到生物反应器或者生物反应构筑物内；
(4)通过水力搅拌作用使投加的浸泡后的粉体浆料均匀分布到生物反应器内，使浆料均匀分布；
(5)生物反应器内的微生物在粉末载体内部孔径进行负载并通过黏附作用包裹在粉末载体表面，得到粉末附载的生物絮粒；所述微生物通过含微量微生物的污水或者环境中的水体与粉末载体进行接触，形成具有沉核的生物絮粒；或者通过将环境中土壤淋洗后含微生物的淋洗液用于投加，最终形成生物絮粒，大量的絮粒通过微生物的絮凝和吸附活性形成附载了粉体颗粒，具有良好沉降性能的活性污泥；
(6)所述粉末附载的生物絮粒经过生物反应区最后在沉淀区沉淀，通过分离器对粉末载体和微生物进行分离后回用；
所述的粉末载体为硅藻土、粉末活性炭、沸石粉、火山石粉、滑石粉和粉煤灰中的一种以上；
所述粉末载体粒径为10～74μm；
所述粉末载体的内表面积为30-70m2/g，烧量为0～40％，堆积密度为0.1-1.0g/m3；
步骤(3)中，投加后构筑物内粉末载体的浓度在2g/L～20g/L之间；
步骤(3)中，所述生物反应器或者生物反应构筑物的总有效容积范围为8-1000m3；
在所述步骤(5)中，还能投加菌剂或者污泥作为外来性微生物，所述菌剂或者污泥、粉末载体的质量比为1:1～4:1。
2.根据权利要求1所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述浸泡通过污水、净化后的水或自来水浸泡，或者直接加入到生物反应器内通过反应器内水体进行浸泡吸湿。
3.根据权利要求1所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：步骤(1)(2)(3)中操作顺序不唯一，通过缓慢置换浆料上清液进行调节pH；或者直接投入到生化池，直接在生化池内投加酸/碱来调节pH值。
4.根据权利要求1所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的浆料投加方式是通过搅拌桶搅拌后，采用定向喷淋装置将稀释湿润后的浆液加入到生化池；或者通过搅拌桶对粉末载体进行搅拌湿润后，用干投机在生化池内定时定位投加。
5.根据权利要求1所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：步骤(4)中的所述的水力搅拌作用为进水端采用内部含折棱的管道以进水推力为动力对浆料与混合液进行充分混合及均匀分布。
6.根据权利要求1所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：步骤(4)中，向生物反应器中加入惰性填料以提高污泥浓度、增加粘性，利于生物膜的形成。
7.根据权利要求1所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：步骤(4)中，向生物反应器中加入惰性填料，所述惰性填料采用醛化纤维或涤纶丝为支体，以塑料片为支架的固定载体，或者采用难被微生物降解的塑料载体。
8.根据权利要求7所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：所述难被微生物降解的塑料载体为聚丙烯颗粒状惰性材料。
9.根据权利要求1所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：步骤(5)中所述的微生物为生物反应器内原有微生物，或者为后续污水处理中污水本身携带的微生物或者制成的菌剂。
10.根据权利要求1所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：步骤(3)与步骤(5)顺序不唯一，投加未挂膜的粉末载体进行挂膜，或者投加已经粉末附载的生物絮粒及制成的微生物菌剂对生物反应器为挂膜的粉末载体进行接种，从而实现微生物扩增。
11.根据权利要求1所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：步骤(6)中微生物粉末颗粒在沉淀区沉淀为自然沉淀，或者为投加絮凝剂的化学沉淀。
12.根据权利要求1所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：步骤(6)所述沉淀区的池壁和底部坡面设有刮泥设备，用于粘壁生物絮粒的刮除以及底部沉淀积泥的搅动，防止形成死泥，造成板结。
13.根据权利要求1所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：步骤(6)所述分离是通过不破坏粉末载体分子物理特性的作用力而完成的。
14.根据权利要求13所述的粉体强化生化水处理的方法，其特征在于：所述分离是通过离心作用、重力作用或者燃烧的热力作用而完成的。
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