CN111760559B

CN111760559B - 一种利用生物载体技术处理有机污染物的方法

Info

Publication number: CN111760559B
Application number: CN202010568514.2A
Authority: CN
Inventors: 袁军; 王存文; 汪铁林; 程健; 贾丽慧; 张富青; 李先福
Original assignee: Wuhan Aisifate New Material Co ltd; Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Wuhan Aisifate New Material Co ltd; Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2040-06-19
Also published as: CN111760559A

Abstract

本发明公开了一种利用生物载体技术处理有机污染物的方法。该方法通过生物载体或负载吸水性树脂的生物载体处理有机污染物，进行固体发酵，具体步骤为：将生物载体与有机污染物混合后置于发酵仓，设置发酵仓内温度为80～90℃，加速水分挥发，固体有机质在生物载体上累积，然后降温进行固体发酵；或者将颗粒状吸水性树脂负载到生物载体的孔道内，得到负载吸水性树脂的生物载体，与有机污染物混合后，置于发酵仓内，开启热风系统，有机污染物进行固态发酵。本发明利用生物载体技术实现了有机污染物的固态发酵过程，显著提升了处理速度，处理效率高，实现了分离过程废水零排放，无二次污染，运行成本低，具有巨大的市场需求和广阔的应用前景。

Description

一种利用生物载体技术处理有机污染物的方法

技术领域

本发明涉及固废资源化技术领域，具体涉及一种利用生物载体技术处理有机污染物的方法。

背景技术

生物载体是一种为生物膜提供附着生长固定表面的材料，也称为生物填料。早在十九世纪二、三十年代，英国就有人以碎石、卵石为填料建造生物滤池来处理生活污水。十九世纪末和本世纪初，韦林(Waring),迪特(Ditter)等人先后以碎石、炉渣为填料进行了生物接触氧化法的试验。其后德国的韦加得(Weigand)以烧结渣为填料发明了旋转生物接触器。本世纪二十年代，德国的贝奇(Bach)和美国的布斯维尔(Buswell)又对生物接触氧化法进行了应用化试验。布斯维尔等人在1929年以栅网胶合板为生物载体填料，在容积为7.72m³，进水BOD浓度为112.0mg/L，日平均处理水量为74m³的条件下进行试验，结果BOD出水浓度为69.5mg/L，去除率为41.4％。当时，美国和德国若干地方都采用以碎石、卵石、焦炭、软木塞、木片、木板、波形铝板等为填料的生物接触氧化法处理废水，BOD去除率最高为69％，低的只有28％，效果不太理想。1951年，德国化学工程师舒尔兹应用气体洗涤塔原理，以炉渣、瓷环等为填料，创立了塔式生物滤池。1954年前后，美国学者应用基本的化学工程原理建立了生物载体填料的数学模型以解释污水的净化过程。生物滤池的运行原理促进了塑料树脂制造的合成填料的迅速发展。1975年威尔福德(Wilford)、康伦(Conlon)报导了美国新泽西州11家处理厂采用以石棉水泥板等为填料的生物接触氧化法处理污水，取得了BOD的平均去除率为87.5％的好效果，但当时的进水BOD浓度低，通常只有几百mg/L。

近十年来。国内外各种新型生物填料不断被推出。如日本工程与贸易公司开发的RINGLACE塑料纤维填料已在工程上获成功应用。该填料被固定在铝制的笼子里垂直置于曝气池中，受曝气冲力的影响而浮动摇摆，因而污泥不会矿化和沉积。在污水处理厂中对几种不同填料进行对比试验发现，投加RINGLACE塑料纤维填料的曝气池，其BOD和COD的去除率可增加30％～50％。在新型悬浮填料方面，德国LINDE公司的LINPOR填料和英国的SIMONHARLIEY公司的CAPTOR填料，目前发展较为成熟，这2种填料均由聚氨酯泡沫塑料制成，具有很高的比表面积(5000～35000m²/m³),可使系统的固定微生物质量浓度分别达10～18kg/m³和7～10kg/m³，适用于高浓度工业废水的处理，但是该技术属于液态发酵反应，一般处理停留时间在10天左右，处理效率很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用生物载体技术处理有机污染物的方法，该方法将生物载体技术应用于含油含水有机污染物的处理中，实现了有机污染物的固态发酵过程，显著提升了处理速度，处理效率高，实现了分离过程废水零排放，无二次污染，运行成本低，具有巨大的市场需求和广阔的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种利用生物载体技术处理有机污染物的方法，通过生物载体处理有机污染物，进行固体发酵，具体步骤如下：

将生物载体与有机污染物混合后置于发酵仓内，发酵仓内设有热风系统，开启热风系统，设置发酵仓内温度为80～90℃，加速水分挥发，固体有机质在生物载体上累积，然后降温进行固体发酵；或者

在生物载体的孔道内负载颗粒状吸水性树脂，进行固体发酵，具体步骤如下：

1)将颗粒状吸水性树脂负载到生物载体的孔道内，得到负载吸水性树脂的生物载体；

2)将步骤1)中负载吸水性树脂的生物载体与有机污染物混合；

3)将步骤2)中混合后的物料置于发酵仓内，发酵仓内设有热风系统，开启热风系统，有机污染物进行固态发酵；

其中所述固体发酵所需菌种为有机污染物中本身所含有的，或另外加入的。

按上述方案，通过生物载体处理有机污染物，进行固体发酵中，所述生物载体与有机污染物的体积质量比为0.1～10：1L/kg；在生物载体的孔道内负载颗粒状吸水性树脂，进行固体发酵中，所述负载吸水性树脂的生物载体与有机污染物的体积质量比为0.1～10：1L/kg。

按上述方案，通过在生物载体的孔道内负载颗粒状吸水性树脂，进行固体发酵，所述步骤1)中，吸水性树脂占生物载体的体积百分比1～10％，优选为1～5％。

按上述方案，所述步骤1)中负载吸水性树脂的生物载体制备方法如下：首先将生物载体的孔道润湿，再将粒径小于生物载体孔径的吸水性树脂分散到生物载体的孔道内。

按上述方案，所述吸水性树脂的吸水倍率为10-2000倍，粒径大小为10-2000目。

按上述方案，所述生物载体的孔隙密度为5～200PPI，优选20～50PPI；孔隙率为1～99％，优选为85～98％。

按上述方案，所述生物载体为：多孔聚氨酯海绵、多孔陶瓷、多孔活性炭、丝瓜瓤、钢丝球中的至少一种。

按上述方案，所述生物载体外形为圆形、圆柱形、方形或不规整形状。

按上述方案，所述有机污染物具体为垃圾中转站或餐厨垃圾的渗滤液、垃圾填埋场的渗滤液、厨房污水、金属加工切削废液、金属表面处理的含油废水、蔬菜废弃物、养殖废水、鱼糜加工废水、虾业加工废水、屠宰废水、厕所废水、生活污泥中的至少一种。

按上述方案，所述固体发酵时另外加入的菌种选自解淀粉芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、不动芽孢杆菌、光合细菌、亚硝化细菌、酵母菌、绿色木霉、黑曲霉中的至少一种。

按上述方案，固体发酵前还向发酵仓中加入了碳源、氮源中的至少一种；所述碳源选自糖类化合物、玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯、淀粉中的至少一种；所述氮源选自尿素、铵盐、硝酸盐、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、血粉、蝉蛹粉、豆饼粉、花生饼粉中的至少一种；其中所述碳源、氮源的加入量分别不超过有机污染物质量的10％、2％。

按上述方案，有机污染物处理过程中，有机污染物分离成水、油和固体物质，其中所述水变成气体排出，发酵仓底部设有管道，所述油从管道排出，所述固体物质附着在生物载体表面，实现了有机污染物组分中水、油和固体物质的有效分离，固体发酵结束后，将附着在生物载体上的固体物质通过筛网与生物载体分离，生物载体实现重复使用。

按上述方案，所述固体发酵温度为30～80℃，优选50～60℃。

本发明处理有机污染物过程中，单独使用生物载体时，有机污染物可在生物载体上铺展润湿，并通过升高温度提高水分挥发速度，随着水分的挥发，有机质逐渐在生物载体上累积富集，即可进行固态发酵反应，从而实现有机污染物的有效处理。

吸水性树脂通过吸水将水变成水凝胶，极大地增加了水与空气的接触面积，提高了水份挥发速度；同时分离有机质(包括蛋白质、糖、纤维素等)和油分散在水凝胶颗粒表面，可以实现有机垃圾的固体发酵，固体发酵中微生物分解有机质的效率比液体发酵快，而微生物在固态发酵过程中的放热反应又加速了水份的挥发，显著提升处理效率；但是吸水性树脂使用过程中存在相互黏连的情况，影响固体发酵效果。本发明以生物载体为骨架，将吸水性树脂负载到生物载体的孔道中，一方面可以将吸水性树脂分散开，提升吸水性树脂的比表面积，提高其吸水速率，同时也提高了水凝胶中水的挥发速度；另一方面也可以提高有机质与发酵菌种和氧气的接触面积，提升发酵速率；通过将高吸水性树脂负载到生物载体的孔道内，实现了有机污染物的快速高效处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明可直接利用生物载体实现固体发酵过程，固体有机质分散在生物载体上，不需要添加膨松剂，增加了物料与氧气的接触面积，可提高固态发酵的速率。

2.本发明以生物载体为骨架结构，将吸水性树脂负载到生物载体的孔道中，吸水性树脂有效分散，增加了比表面积，提高了吸水性树脂的吸水速率，水凝胶的挥发速率，和有机质与氧气、发酵菌种的接触面积，提升了固体发酵速率，无需使用膨松剂，实现了有机污染物的快速高效处理，处理过程零排放，极大的节约了成本。

3.本发明提供的通过生物载体或负载吸水性树脂的生物载体，实现了有机污染物的固体发酵过程，生物载体可以重复使用，实现了有机污染物的连续、高效处理，适用范围广，可广泛应用于各种难处理有机污染物的处理，特别是垃圾中转站或餐厨垃圾的渗滤液、填埋场的垃圾渗滤液、厨房污水、金属加工切削废液、金属表面处理的含油废水、蔬菜废弃物、养殖废水、鱼糜加工废水、虾业加工废水、屠宰废水、厕所废水、生活污泥等各种高难度废水，具有巨大的市场需求和广阔的应用前景。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。

实施例1

餐厨垃圾滤出液的处理方法如下：

首先在1m³孔隙率为97％的20PPI的多孔聚氨酯海绵上负载20L粒径为40目的高吸水树脂，吸水倍率为600左右，聚氨酯海绵为正方体，其边长为100mm，再与500kg餐厨垃圾滤出液和50g菌种(1份芽孢杆菌、2份酵母菌和3份木霉菌混合物)混合，然后将混合物料投入到发酵仓中，开启热风系统装置进行鼓风，进行固态发酵。24hr后混合物料实际损失450kg，发酵仓底部铺设的管道出油20kg。由此可知该套系统每天可处理450kg滤出液。在此之后，将餐厨垃圾滤出液作为营养液源源不断输送至发酵仓内继续发酵。

实施例2

垃圾中转站渗滤液的处理方法如下：

首先在2m³孔隙率为85％的30PPI多孔陶瓷上负载60L粒径为100目的高吸水树脂，吸水倍率为1000左右，再与1200kg垃圾中转站渗滤液、30g菌种(2份枯草芽孢杆菌、2份亚硝化细菌和3份酵母菌的混合物)、5kg淀粉混合，然后将混合物料投入到发酵仓中，开启热风系统装置进行鼓风，进行固态发酵。24hr后混合物料实际损失1180kg，管道出油1kg。由此可知该套系统每天可处理1180kg滤出液。在此之后，将垃圾中转站渗滤液作为营养液源源不断输送至发酵仓内继续发酵。

实施例3

蔬菜废弃物的处理方法如下：

首先在3m³孔隙率为85％的丝瓜瓤上负载100L粒径为60目的高吸水树脂，吸水倍率为800左右，再将2000kg蔬菜废弃物粉碎成蔬菜汁后，加入500g菌种(1份枯草芽孢杆菌、1份光合细菌和2份木霉菌的混合物)，与载体混合，然后将混合物料投入到发酵仓中，开启热风系统装置进行鼓风，进行固态发酵。24hr后混合物料实际损失1850kg，再通过振动筛分离，筛上物为丝瓜瓤载体，筛下物为有机质。载体重复使用，有机质继续发酵变成有机肥。

实施例4

养猪场废水的处理方法如下：

首先在10m³孔隙率为99％、长宽高为20mm*20mm*20mm、孔隙密度为45PPI的多孔聚氨酯海绵上负载350L粒径为60目的高吸水树脂，吸水倍率为1600左右，再将6000kg养猪场废水和1000g菌种(3份芽孢杆菌、1份亚硝化细菌和1份木霉菌的混合物)、10公斤白糖与载体混合，然后将混合物料投入到发酵仓中，开启热风系统装置进行鼓风，进行固态发酵。24hr后混合物料实际损失5500kg，再通过振动筛分离，筛上物为聚氨酯海绵载体，筛下物为有机质。载体重复使用，有机质继续发酵变成有机肥。

实施例5

金属加工切削液的处理方法如下：

首先在6m³孔隙率为95％、长宽高为120mm*120mm*120mm、孔隙密度为35PPI的多孔聚氨酯海绵上负载150L粒径为80目的高吸水树脂，吸水倍率为1200左右，再在3000kg金属加工切削液中加入300g菌种(2份侧孢芽孢杆菌、1份枯草芽孢杆菌和3份酵母菌的混合物)，20kg马铃薯粉、2kg尿素后与载体混合，然后将混合物料投入到发酵仓中，开启热风系统装置进行鼓风。24hr后混合物料实际损失2950kg，回收切削液320kg。在此之后，将金属加工切削液继续输送到发酵仓内的载体上，重复上面操作。

实施例6

生活污泥的处理方法如下：

首先在100m³孔隙率为98％、宽长高为50mm*50mm*50mm、孔隙密度为20PPI的多孔聚氨酯海绵上负载3000L粒径为40目的高吸水树脂，吸水倍率为1500左右，再在50000kg含水率85％以上的生活污泥中加入1000g菌种(1份不动芽孢杆菌、1份光合细菌、1份亚硝化细菌和3份酵母菌的混合物)、30kg米糠和3kg碳胺后与载体混合，然后将混合物料投入到发酵池中，开启热风系统装置进行鼓风。24hr后混合物料实际损失45000kg。再通过振动筛分离，筛上物为聚氨酯海绵载体，筛下物为污泥有机质。载体重复使用，有机质进行堆肥处理变成有机肥。

实施例7

厕所废水的处理方法如下：

首先在20m³孔隙率为98％、宽长高为50mm*50mm*50mm、孔隙密度为15PPI的多孔聚氨酯海绵上负载600L粒径为20目的高吸水树脂，吸水倍率为900左右，将载体放入化粪池，加入2kg菌种(2份光合细菌、1份亚硝化细菌和1份绿色木霉的混合物)，底部铺设通风管道，再将厕所污水连续不断输送到化粪池与载体混合，开启热风系统装置进行鼓风。在辅热和风力的作用下，凝胶态是水变成气相，固体进行发酵。该处理能力10吨/天。

实施例8

垃圾渗滤液反渗透浓缩液的处理方法如下：

首先选择10m³孔隙率为98％、宽长高为120mm*120mm*120mm、孔隙密度为45PPI的多孔聚氨酯海绵，将生物载体放入发酵池，底部铺设通风管道，再将垃圾渗滤液反渗透浓缩液喷淋到载体上面，污水在载体表面铺展润湿，开启热风系统装置进行鼓风，设置温度为80～90℃，在辅热和风力的作用下，生物载体表面的水变成气相，有机质逐渐在生物载体上富集，富集10～20天后，加入1kg菌种(1份不动芽孢杆菌、1份光合细菌和1份亚硝化细菌混合物)和10kg玉米粉，进行固体发酵。该处理能力2吨/天。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书做出的等同替换和重复叠加等显而易见的变化所得到的方案，如多孔载体材料的选择、载体材料外形的选择、高吸水材料的选择、辅助发酵手段等，均应当包含在本发明专利的保护范围内。

Claims

1.一种利用生物载体技术处理有机污染物的方法，其特征在于，

通过生物载体处理有机污染物，进行固体发酵，具体步骤如下：

将生物载体与有机污染物混合后置于发酵仓内，发酵仓内设有热风系统，开启热风系统，设置发酵仓内温度为80~90℃，加速水分挥发，固体有机质在生物载体上累积，然后降温进行固体发酵；所述生物载体与有机污染物的体积质量比为0.1~10 L：1kg；或者

通过在生物载体的孔道内负载颗粒状吸水性树脂，进行固体发酵，具体步骤如下：

1）将颗粒状吸水性树脂负载到生物载体的孔道内，得到负载吸水性树脂的生物载体；吸水性树脂占生物载体的体积百分比为1~10%；

2）将步骤1）得到的负载吸水性树脂的生物载体与有机污染物混合，所述负载吸水性树脂的生物载体与有机污染物的体积质量比为0.1~10 L：1kg；

3）将步骤2）中混合后的物料置于发酵仓内，发酵仓内设有热风系统，开启热风系统，有机污染物进行固态发酵；

其中，所述固体发酵所需菌种为有机污染物中本身所含有的，或另外加入的；所述生物载体为多孔聚氨酯海绵、多孔陶瓷、多孔活性炭、丝瓜瓤、钢丝球中的至少一种；所述生物载体的孔隙密度为20~50PPI；孔隙率为85~98%。

2.根据权利要求1所述的处理有机污染物的方法，其特征在于，所述吸水性树脂的吸水倍率为10-2000倍，粒径大小为10-2000目。

3.根据权利要求1所述的处理有机污染物的方法，其特征在于，所述有机污染物具体为垃圾中转站或餐厨垃圾的渗滤液、垃圾填埋场的渗滤液、厨房污水、金属加工切削废液、金属表面处理的含油废水、蔬菜废弃物、养殖废水、鱼糜加工废水、虾业加工废水、屠宰废水、厕所废水、生活污泥中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的处理有机污染物的方法，其特征在于，所述固体发酵时另外加入的菌种选自解淀粉芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、不动芽孢杆菌、光合细菌、亚硝化细菌、酵母菌、绿色木霉、黑曲霉中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的处理有机污染物的方法，其特征在于，固体发酵前还向发酵仓中加入了碳源、氮源中的至少一种；所述碳源选自糖类化合物、玉米粉、米糠、麦麸、马铃薯、甘薯、淀粉中的至少一种；所述氮源选自尿素、铵盐、硝酸盐、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、鱼粉、血粉、蝉蛹粉、豆饼粉、花生饼粉中的至少一种；其中所述碳源、氮源的加入量分别不超过有机污染物质量的10%、2%。

6.根据权利要求1所述的处理有机污染物的方法，其特征在于，有机污染物处理过程中，有机污染物分离成水、油和固体物质，其中所述水变成气体排出，发酵仓底部设有管道，所述油从管道排出，所述固体物质附着在生物载体表面，实现了有机污染物组分中水、油和固体物质的有效分离，固体发酵结束后，将附着在生物载体上的固体物质通过筛网与生物载体分离，生物载体实现重复使用。

7.根据权利要求1所述的处理有机污染物的方法，其特征在于，所述固体发酵温度为30~80℃。