CN112358029A - 一种新型生物复合填料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型生物复合填料及其制备方法和应用，该新型生物复合填料包括填料基体和活性污泥，填料基体为三维立体弹性填料，填料基体中有众多不规则形状的孔隙，孔隙孔径为2‑10mm，孔隙之间相互连通，活性污泥附着在填料基体表面或填充在填料基体的孔隙中。本发明采用软性或半软性亲水填料作为基底填料，为活性污泥提供附着场所，通过不同的培养方式，形成一种新型生物复合填料，三维立体的多孔隙结构为活性污泥提供附着场所，实现快速挂膜，且该填料弹性的特性便于脱膜，不易堵塞，可以有效恢复填料的有效反应容积，提高生化反应系统的水力负荷，此外，该复合填料可以通过投加活性污泥反复利用，节约运行成本。

Description

一种新型生物复合填料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体的是一种新型生物复合填料及其制备方法和应用。

背景技术

污水处理需对污水中的悬浮物、有机物等杂质进行过滤，常用的还需要进行生化反应。填料在水处理中有着广泛的应用，无论是好氧、兼性厌氧还是厌氧的过程中，都发挥着重要的作用。在生物处理技术中，填料是影响处理效果的关键因素之一。填料为微生物提供附着生长的载体，微生物在填料表面附着并生长繁殖形成了生物膜。微生物附着在填料上稳定生存，污水中的污染物被微生物吸收转化实现去除。填料是反应器中生物膜与污水接触的场所，污水在填料孔隙间曲折流动形成再分布，促使水流在滤池横截面上分布更为均匀。此外，填料对于水中的悬浮物有一定的截留作用，使出水中悬浮物的浓度减少。

目前，常用的填料有黏土陶粒、沸石、膨胀球形黏土等，上述填料在生化反应系统中作为生物膜的载体，同时兼有截留悬浮物质的作用，直接影响生化反应系统的效果。在长时间运行过程中，填料中生物膜的生长、老化及对悬浮物的拦截、堆积会导致填料堵塞，降低处理效率，造成系统阻力变大、水质变差等缺陷。在后期处理中，上述填料中的污泥不易脱落，容易出现沉积、死角等缺陷。传统处理方法采取的是加大曝气量或加水反冲洗等处理方式对填料进行清洗脱膜，但常常处理不彻底，普遍存在处理效率低、能耗高、水处理成本高等不足。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种新型生物复合填料，选用多孔三维立体弹性填料作为基底，与活性污泥培养复合形成一种新型生物填料，具有微生物快速挂膜功能，同时可采用挤压方式对老化的生物膜进行脱膜。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种新型生物复合填料包括填料基体和活性污泥，填料基体为三维立体弹性填料，其中有众多不规则形状的孔隙，孔隙孔径为2-10mm，孔隙之间相互连通，活性污泥附着在填料基体表面或填充在填料基体的孔隙中；

填料基体为弹性聚氨酯材料，填料基体的孔隙率为90％以上，活性污泥的填充率为100％；

活性污泥主体为硝化菌或反硝化菌的菌胶团。

一种新型生物复合填料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照污水处理的类型选择合适的活性污泥；

S2、将填料基体投入反应池中，同时投加稀释后的活性污泥；

S3、对反应池进行曝气，然后注入新鲜污水，对微生物进行培养；

S4、控制曝气量和进水量，同时控制培养温度，连续培养若干天后填料基体表面或空隙中附着丰富的菌胶团，得到生物复合填料。

优选地，步骤S3中曝气采用持续曝气或闷曝方式进行。

优选地，闷曝为只曝气而未进水的曝气方式，闷曝2-3天后停止曝气，静沉1h再注入新鲜污水。

优选地，步骤S3中闷曝期间向培养池中投加污泥所需营养物质，营养物质的质量比为COD:N:P＝100:5:1。

一种新型生物复合填料在污水处理中的应用，在污水处理过程中，随着系统的运行，填料污泥量增大，出水水质变差，可采用挤压方式对老化的生物膜进行脱膜，挤压方式包括浅层挤压和深层挤压，由系统自动控制挤压方式和挤压频率。

本发明的有益效果：

1、本发明通过培养活性污泥的方式使得基底填料与微生物形成一种生物复合型填料。由于基底填料中均匀连通的孔隙，活性污泥在其中快速分散并附着，促进污泥中微生物的生长繁殖，此时填料表面包裹缠绕的活性污泥在生化反应系统中给予了微生物有利的生存环境，微生物能够更加紧密的附着在填料孔隙中，由此形成一种具有微生物快速挂膜功能的新型生物复合填料。当该填料投入生化反应系统中使用，完整的生物膜快速形成促进了微生物对于污染物的降解，脱氮除磷的效率高且兼具截留悬浮物的作用。当体系中曝气系统开启，填料对于气泡有一定的切割作用，促使布气更为均匀，调节微生物生长环境中溶解氧的均匀程度。此外，可以根据出水水质设计要求，控制活性污泥种类的选择，实现填料作为硝化、反硝化或同步硝化反硝化的反应载体。

2、本发明新型生物复合填料在污水处理中当生化反应系统反应时间不断增加，该填料弹性的特性便于脱膜，不易堵塞，可以有效恢复填料的有效反应容积，提高生化反应系统的水力负荷。该填料被充分利用，简易的脱膜方式可以将产生的污泥、悬浮物或老化生物膜等杂质排出，稳定出水通量及出水水质。此外，通过投加活性污泥反复利用，节约运行成本等。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明新型生物复合填料的整体结构示意图；

图2是本发明新型生物复合填料的内部结构示意图；

图3是本发明实施例1中新型生物复合填料填的制备方法示意图；

图4是本发明实施例2中新型生物复合填料填的制备方法示意图；

图中：

1-填料基体，2-活性污泥。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-2所示，一种新型生物复合填料，包括填料基体1和活性污泥2，填料基体1为三维网状立体弹性填料，填料基体1中有众多不规则形状的孔隙，孔隙孔径为2-10mm，孔隙之间相互连通，活性污泥2附着在填料基体1表面或填充在填料基体的孔隙中；

填料基体1为弹性聚氨酯材料，填料基体1的孔隙率为90％以上，活性污泥2的填充率为100％；

活性污泥2主体为硝化菌或反硝化菌的菌胶团。活性污泥可以为硝化菌及好氧菌等微生物在填料中进行硝化反应实现污水中氨氮的去除，活性污泥还可以是反硝化菌等微生物在填料中进行反硝化反应实现污水中总氮的去除，活性污泥还可以是硝化菌及反硝化菌等微生物在填料表面及内部进行同步硝化反硝化反应实现污水中总氮的去除。

实施例1

如图3所示，一种新型生物复合填料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照污水处理的类型选择合适的活性污泥；

S2、将多孔三维立体弹性填料投入反应池体中，无需固定和悬挂，待均匀投满反应池后，投加稀释后的活性污泥，活性污泥投加时需进行稀释，使其均匀附着于基底填料中

S3、开启曝气系统，正常进入新鲜污水，促使活性污泥在多孔三维立体弹性填料中分布更加均匀，实现快速微生物培养，以及填料孔隙中微生物的附着；

S4、培养初期，应控制进水量及曝气量，待污泥浓度上升，适当调节曝气量及进水量提高随着微生物数量增多而所需的溶解氧浓度，连续培养若干天后填料基体填充孔和填充腔中附着丰富的菌胶团，得到生物复合填料。

实施例2

如图4所示，一种新型生物复合填料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照污水处理的类型选择合适的活性污泥；

S2、将多孔三维立体弹性填料投入反应池体中，无需固定和悬挂。待均匀投满反应池后，投加稀释后的活性污泥。开启进水，待污水注满培养池后停止进水；

S3、开启曝气系统，只曝气而未进水称为“闷曝”，闷曝2-3天后，停止曝气，静沉1h，然后进入部分新鲜污水，闷曝期间向培养池中投加污泥所需营养物质，例如葡萄糖、尿素、淀粉等，针对好氧微生物维持系统中营养物质的质量比为COD:N:P＝100:5:1，保证微生物有足够养分进行繁殖。

S4、循环进行闷曝、静沉和进水三个过程，但每次进水量应比上次有所增加，每次闷曝时间应比上次缩短，即进水次数增加，同时控制培养温度，一般为15-25℃时，采用这种方法，经过15-20天左右，观察填料孔隙中微生物附着情况，经培养后的三维多孔填料骨架上附着丰富的菌胶团，得到生物复合填料。

实施例3

一种新型生物复合填料在污水处理中的应用，在污水处理过程中，尤其是生化反应系统中，生物复合型填料具有更好的微生物亲和性，在前期污水处理中可促进污水中的微生物快速附着，菌胶团形迅速形成从而实现生物膜的快速挂膜。随着系统的运行，存在填料污泥量增大，出水水质变差的趋势。由于新型填料的基底是弹性填料，可采用不同方式的挤压机构对老化的生物膜进行脱膜。脱膜后，无须重新投加活性污泥，残留的污泥在下一阶段恢复进水后会逐渐形成新的生物膜便于污染物的去除。

本实施例中待处理污水类型为河道黑臭水体，进水水质参数主要有COD、氨氮、总磷等，该河道污水进水量为2000m³/d，进水氨氮≤25mg/L，COD≤150mg/L，总磷≤3mg/L。设计出水水质标准为氨氮≤2mg/L，COD≤40mg/L，总磷≤0.3mg/L，整体达到地表准IV类水标准。采用生物复合填料实现生物挂膜进行生化处理，以及带有挤压装置的硝化反应系统，总填料体积为225m³，风机为箱体内反应系统提供氧气，微生物在有氧条件下进行硝化反应实现氨氮的去除以及对COD和总磷的去除。

设备安装完毕后，向箱体内投加三维立体弹性填料，随后投加活性污泥。3月21日污泥投加完毕，进入挂膜调试阶段。采用原水培养，进水量控制在设计进水量的50-80％，曝气系统的供气量控制在设计供气量的60-80％。挂膜初期降低进水量以及进气量可为生物挂膜预留一定的时间，使微生物均匀有效地富集在生物复合填料的孔隙中，促进生物膜的形成。

通过测定挂膜期间三维膜介质生物反应系统进出水的水质变化，反映生物膜的增长情况，并注意观察pH、溶解氧等水质指标变化，及时对工艺参数进行调整。挂膜期间进出水氨氮数据详见下表1：

表1生物挂膜期间系统进出水氨氮数据表

日期	进水氨氮(mg/L)	出水氨氮(mg/L)	去除率(％)
				3月22日上午	25.1	15.9	36.6
3月22日下午	24.9	17.1	31.3
				3月23日上午	23.9	12.5	47.7
3月23日下午	22.6	13.7	39.4
				3月24日上午	23.5	8.7	62.9
3月24日下午	24.3	9.1	62.6
				3月25日上午	21.8	6.2	71.6
3月25日下午	19.8	4.9	75.3
				3月26日上午	20.56	4.2	79.6
3月26日下午	20.2	2.7	86.6
				3月27日上午	15.4	1.1	92.8
3月27日下午	23.7	2.5	89.5
				3月28日上午	19.5	1.4	92.8
3月28日下午	24.9	1.6	93.6
				3月29日上午	25.4	1.8	92.9
3月29日下午	22.5	1.4	93.7

由表1可以看出本实施例3月21日污泥投加完毕后于3月22日正式启动水质跟踪检测，至3月29日生物挂膜基本完成，历时8天，氨氮去除率达80％以上，最高达到92％，出水氨氮<2mg/L。说明本发明生物复合填料微生物挂膜速度快，促进了微生物对于污染物的降解，对污水中氨氮污染物的去除效率高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种新型生物复合填料，其特征在于，包括填料基体和活性污泥，所述填料基体为三维立体弹性填料，填料基体中有众多不规则形状的孔隙，孔隙孔径为2-10mm，孔隙之间相互连通，所述活性污泥附着在填料基体表面或填充在填料基体的孔隙中；

填料基体为弹性聚氨酯材料，填料基体的孔隙率为90％以上，所述活性污泥的填充率为100％；

所述活性污泥主体为硝化菌或反硝化菌的菌胶团。

2.一种如权利要求1所述的新型生物复合填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按照污水处理的类型选择合适的活性污泥；

S2、将填料基体投入反应池中，同时投加稀释后的活性污泥；

S3、对反应池进行曝气，然后注入新鲜污水，对微生物进行培养；

S4、控制曝气量和进水量，同时控制培养温度，连续培养若干天后填料基体表面或孔隙中附着丰富的菌胶团，得到生物复合填料。

3.根据权利要求2所述的新型生物复合填料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中曝气采用持续曝气或闷曝方式进行。

4.根据权利要求3所述的新型生物复合填料的制备方法，其特征在于：所述闷曝为只曝气而未进水的曝气方式，闷曝2-3天后停止曝气，静沉1h再注入新鲜污水。

5.根据权利要求4所述的新型生物复合填料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中闷曝期间向培养池中投加污泥所需营养物质，营养物质的质量比为COD:N:P＝100:5:1。

6.一种如权利要求1所述的新型生物复合填料在污水处理中的应用，其特征在于，在污水处理过程中，随着系统的运行，填料污泥量增大，出水水质变差，可采用挤压方式对老化的生物膜进行脱膜，所述挤压方式包括浅层挤压和深层挤压，由系统自动控制挤压方式和挤压频率。

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