CN113461139A - 一种双结纤维束浮动球生物载体及其微生物附着调控方法 - Google Patents

一种双结纤维束浮动球生物载体及其微生物附着调控方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及水处理的领域，具体公开了一种双结纤维束浮动球生物载体及其微生物附着调控方法。双结纤维束浮动球生物载体，包括网状球壳，所述网状球壳内设置有环状的双结纤维束，双结纤维束包括尼龙绳、纤维丝和固定部，纤维丝沿着尼龙绳的长度方向与尼龙绳多点固定，纤维丝的任意相邻两个固定点之间的长度大于尼龙绳与纤维丝固定位置之间的长度，固定部位于尼龙绳的两端位置，并将尼龙绳和纤维丝绑扎到一起。微生物附着调控方法，包括以下步骤，生物载体投放于生物膜脱氮处理池中，取活性污泥作为接种污泥投入处理池中，并在处理池中注入污水，间歇曝气进行微生物附着。本申请具有微生物附着速度快且附着稳定的效果。

Description

一种双结纤维束浮动球生物载体及其微生物附着调控方法
技术领域
本申请涉及水处理的领域，尤其是涉及一种双结纤维束浮动球生物载体及其微生物附着调控方法。
背景技术
农村污水处理是生态文明建设的重要组成部分。目前，农村污水处理技术主要包括传 统活性污泥法+膜生物反应器、人工湿地、生物转盘、生物膜工艺等。相比于其他工艺，生 物膜工艺具有运行稳定、成本低廉、处理效果好等优点，适合在农村地区推广应用。
生物膜工艺的核心为生物载体，目前常用的生物载体有固定床式（例如纤维帘）和流化床式（例如聚氨酯海绵、多面空心球、塑料鲍尔环、悬浮球填料等）。其中，固定式填料对布水布气均匀性要求高，容易发生脱膜困难和堵塞，导致污水处理效果变差。流化床式中，鲍尔环表面微生物的附着速度慢，粘附力弱；聚氨酯海绵容易产生碎沫掉落等问题。从而使其上附着的微生物附着不够稳定。
发明内容
为了开发一种结构稳定、微生物附着速度快且附着稳定的生物载体，本申请提供一种双结纤维束浮动球生物载体及其微生物附着调控方法。
第一方面，本申请提供一种双结纤维束浮动球生物载体，采用如下的技术方案：
一种双结纤维束浮动球生物载体，包括网状球壳，所述网状球壳内设置有双结纤维束，双结纤维束包括尼龙绳、纤维丝和固定部，纤维丝沿着尼龙绳的长度方向与尼龙绳多点固定，纤维丝的任意相邻两个固定点之间的长度大于尼龙绳与纤维丝固定位置之间的长度，固定部位于尼龙绳的两端位置，并将尼龙绳和纤维丝绑扎到一起；
双结纤维束成环式置于网状球壳内。
通过采用上述技术方案，得到的双结纤维束，具有良好的立体结构、大的比表面积、良好的亲水性，双结纤维束不易溢散，为微生物的生长、繁殖和富集提供良好场所，微生物附着更加稳定而不易流失，有利于微生物的快速附着和生长繁殖，提高了系统的生物量，使得污水铵氮去除率≥80%，有机物去除率≥80%。
优选的，所述网状球壳的直径为6-10cm，网状球壳为自扣式，即网状球壳包括两个半球，两个半球之间设置有使两个半球之间扣紧的固定结构。
优选的，所述固定部为尼龙扎带。
尼龙扎带为自锁式，成结位置分别在纤维束两端1-2cm处，各端自锁式结为单结。
可选的，所述纤维丝为聚丙烯、聚酯纤维、聚乙烯醇缩醛纤维及其改性材质中的一种或多种。
优选的，所述纤维丝包括纤维粗丝和纤维细丝。
通过采用上述技术方案，纤维粗丝和纤维细丝，不同粗细，其支撑力度不同，纤维粗丝能够对纤维细丝起到较好的支撑作用，双结纤维束能较好的保持立体结构，同时，纤维粗丝和纤维细丝整体形成的纤维束不易溢散，又有一定的变形性，为微生物的生长、繁殖和富集提供良好场所。
优选的，所述纤维细丝10-60根为一束，单根纤维粗丝和单束纤维细丝 数量比为1：（1-3），单根纤维粗丝和单束纤维细丝在尼龙丝的周向上相间设置。
优选的，所述纤维细丝束的数量和纤维粗丝的数量和为10-40。
通过采用上述技术方案，纤维粗丝和纤维细丝的分布使得双结纤维束的立体结构更加稳定；纤维细丝束和纤维粗丝的数量，则使双结纤维束有较好的透气性，同时有较大的密度，更适合微生物生长和附着。
优选的，所述纤维细丝为250-400D改性聚丙烯纤维，纤维粗丝为1400-1600D聚丙烯单丝。
优选的，所述纤维细丝为300D改性聚丙烯纤维，纤维粗丝为1500D聚丙烯单丝。
通过采用上述技术方案，纤维粗丝和纤维细丝该限定下，有利于微生物的快速附着和生长繁殖，微生物附着稳定不易流失，提高了系统的生物量。
优选的，所述纤维丝两个相邻固定点之间部分的中间位置距离尼龙绳轴线的最大距离为1.5-2.5cm。即尼龙绳伸直时，将纤维丝两个相邻固定点之间部分向远离尼龙绳的方向拉开使其伸展，此时纤维丝两个相邻固定点之间部分的中间位置距离尼龙绳轴线的距离为1.5-2.5cm。
优选的，所述纤维丝两个相邻固定点之间的距离为0.2-1cm。
通过采用上述技术方案，在尼龙绳的数量、长度限定下，以及上述对纤维丝的限定下，浮动球在污水中的流动性更好，不易挤压堵塞，能保持保持良好的悬浮态，有利于污染物的去除。
第二方面，本申请提供一种使用浮动球生物载体的微生物附着调控方法，采用如下的技术方案：
一种使用浮动球生物载体的微生物附着调控方法，所述生物载体投放于生物膜脱氮处理池中，取活性污泥作为接种污泥投入处理池中，并在处理池中注入污水，间歇曝气进行微生物附着，停止曝气1-4h，再进行曝气4-8h，维持污水中溶解氧浓度（DO）3-5mg/L。
通过采用上述技术方案，该间歇曝气的时间条件下，曝气期间，提高污水中的氧气含量，并使活性污泥与生物载体进一步混匀；同时曝气期间的搅动，使不附着不稳定的微生物掉落；停止曝气期间，微生物在生物载体上能够进一步稳定的附着，从而提高了改生物载体上微生物附着的稳定性。
优选的，所述间歇曝气中，停止曝气的时间与再进行曝气的时间比为1:(1.5-2.5)。
优选的，所述生物载体在处理池中的填充比为30-50%。
优选的，所述污泥的浓度为5000-8000mg/L。
优选的，所述处理池的进水污水的含氮为60-70 mg/L。
优选的，所述处理池中污水的化学需氧量COD：N =（80-100）:（3-5）。
优选的，所述处理池中污水的化学需氧量COD：N：P=（80-100）:（3-5）:（0.5-2）。
通过采用上述技术方案，该污水的条件下，微生物能够更好的增长和附着。
优选的，所述间歇曝气前连续闷曝8-12h，连续闷曝时，污水的溶解氧为5-6mg/L。
通过采用上述技术方案，在闷曝阶段，微生物可以充分利用池内待处理有机物污水进行生化反应而大量繁殖，从而筛选出目标微生物，从而去除铵氮的硝化细菌在污水中优先富集和附着，提高了污水中铵氮的去除率；同时该阶段，高浓度底物环境中，微生物能快速在生物载体上附着生长。
优选的，所述处理池采用间歇进水的方式，水力停留时间为24h。
优选的，所述间歇曝气持续3-7天。
通过采用上述技术方案，该间歇曝气的持续时间下，浮动球的微生物附着量达到较高量。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请的双结纤维束，具有大的比表面积、良好的亲水性，且具有稳定的结构，纤维束不易溢散，为微生物的生长、繁殖和富集提供良好场所；
2.本申请的浮动球具有良好的立体结构，不易相互挤压、堵塞，易于流动，可在设备内保持良好的悬浮态，有利于污染物的去除；
3.本申请的浮动球有利于微生物的快速附着和生长繁殖，大大提高了系统的生物量，且微生物不易流失，从而整体上提高了生物系统的处理能力，使得处理池内的附着生物量达到6000-10000mg/L，污水铵氮去除率≥80%，有机物去除率≥80%。
附图说明
图1为一种双结纤维束的结构示意图；
图2为当纤维细丝束与纤维粗丝数量比为1：1时，其在尼龙绳外的排布的结构示意图；
图3为浮动球的整体结构示意图。
其中，1、纤维细丝；2、纤维粗丝；3、尼龙绳；4、固定部；5、网状球壳；6、双结纤维束。
具体实施方式
结合以下内容对本申请作进一步详细说明。
网状球壳，购自艾勤科技；
固定部，即尼龙扎带，型号4*200，购自山东索派电气设备有限公司；
改性聚丙烯纤维，货号211，购自惠民县泰利化纤制品有限公司；
聚丙烯单丝，购自南通新帝克单丝科技股份有限公司；
接种污泥，来自于双林站城市污水处理厂市政污泥（含水率80%）；
处理池，采用农村污水处理设备1套，处理规模为20t/d。
制备例
制备例1
一种双结纤维束浮动球生物载体，包括网状球壳和置于网状球壳内的环式的双结纤维束。
双结纤维束包括尼龙绳、纤维丝和固定部，纤维丝沿着尼龙绳的长度方向与尼龙绳多点固定，纤维丝的任意相邻两个固定点之间的长度大于尼龙绳与纤维丝固定位置之间的长度，纤维丝两个相邻固定点之间的距离为0.2cm，纤维丝两个相邻固定点之间部分的中间位置距离尼龙绳轴线的最大距离为1.5cm。
纤维丝包括纤维丝包括纤维粗丝和纤维细丝，本实施例中，纤维细丝为300D改性聚丙烯纤维，纤维粗丝为1500D聚丙烯单丝，纤维细丝10根为一束，单根纤维粗丝和单束纤维细丝在尼龙丝的周向上相间设置，且纤维细丝束的数量和纤维粗丝的数量和为10；固定部为尼龙扎带，纤维丝在尼龙绳上固定完毕后，在尼龙绳1cm处利用尼龙扎带进行单结固定。最后将该双结纤维束环状弯曲，封装至于直径为6cm的网状球壳中。
制备例2
与制备例1的不同之处在于：
纤维丝两个相邻固定点之间的距离为1cm，纤维丝两个相邻固定点之间部分的中间位置距离尼龙绳轴线的最大距离为2cm。
纤维细丝50根为一束，单根纤维粗丝和单束纤维细丝在尼龙丝的周向上相间设置，且纤维细丝束的数量和纤维粗丝的数量和为21；尼龙扎带在尼龙绳1.5cm处利用尼龙扎带进行单结固定，而将纤维丝与尼龙绳固定到一起。最后将该双结纤维束环状弯曲，封装至于直径为8cm的网状球壳中。
制备例3
与制备例1的不同之处在于：
纤维丝两个相邻固定点之间的距离为0.3cm，纤维丝两个相邻固定点之间部分的中间位置距离尼龙绳轴线的最大距离为2.5cm。
纤维细丝60根为一束，单根纤维粗丝和单束纤维细丝在尼龙丝的周向上相间设置，且纤维细丝束的数量和纤维粗丝的数量和为40；尼龙扎带在尼龙绳2cm处利用尼龙扎带进行单结固定，而将纤维丝与尼龙绳固定到一起。最后将该双结纤维束环状弯曲，封装至于直径为10cm的网状球壳中。
制备例4
与制备例3的不同之处在于：
纤维细丝束的数量和纤维粗丝的数量和为45。
制备例5
与制备例3的不同之处在于：
纤维细丝束的数量和纤维粗丝的数量和为5。
制备例6
与制备例4的不同之处在于：
纤维丝两个相邻固定点之间部分的中间位置距离尼龙绳轴线的最大距离为1.5cm。
制备例7
与制备例4的不同之处在于：
纤维丝两个相邻固定点之间部分的中间位置距离尼龙绳轴线的最大距离为2cm。
制备例8
与制备例7的不同之处在于：纤维细丝10根为一束。
制备例9
与制备例7的不同之处在于：纤维细丝45根为一束。
制备例10
与制备例9的不同之处在于：纤维细丝为200D改性聚丙烯纤维，纤维粗丝为1700D聚丙烯单丝。
实施例
实施例1
一种使用浮动球生物载体的微生物附着调控方法，包括以下步骤：
将生物载体分别装在农村污水处理设备的厌氧池和好氧池，填充比例为厌氧池30%、好氧池50%，生物载体由实施例1制得。
按照好氧池和厌氧池的有效体积的30%加入接种污泥，开泵进污水，使得所述污泥的浓度为8000mg/L；进水的污水含氮为65 mg/L，含磷12 mg/L，并在污水中加入乙酸钠调节污水的化学需氧量COD为1040mg/L，此时化学需氧量COD：N：P=80:5:1。
开启曝气泵，首先连续闷曝12h，曝气量控制在溶解氧DO 6mg/L；
继而采用间歇曝气的方式进行微生物附着，停止曝气2h，再进行曝气4h；维持污水中溶解氧浓度（DO）4.5mg/L，保持此种间歇曝气的方式5天。
之后采用间歇进水对污水进行处理，水力停留时间24h。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：在污水中加入乙酸钠调节污水的化学需氧量COD为1170mg/L。
实施例3
与实施例1的不同之处在于：在污水中加入乙酸钠调节污水的化学需氧量COD为600mg/L。
实施例4
与实施例2的不同之处在于：间歇曝气时，停止曝气1h，再进行曝气8h。
实施例5
与实施例2的不同之处在于：间歇曝气时，停止曝气3h，再进行曝气3h。
实施例6
与实施例2的不同之处在于：间歇曝气的曝气过程维持污水中溶解氧浓度（DO）2.5mg/L。
实施例7
与实施例2的不同之处在于：间歇曝气的曝气过程维持污水中溶解氧浓度（DO）6mg/L。
实施例8
与实施例2的不同之处在于：连续闷曝14h。
实施例9
与实施例2的不同之处在于：连续闷曝7h。
实施例10
与实施例2的不同之处在于：连续闷曝时污水的溶解氧为7mg/L。
实施例11
与实施例2的不同之处在于：连续闷曝时污水的溶解氧为4mg/L。
实施例12-20
与实施例2的不同之处在于：生物载体分别由实施例2-10制得。
对比例
对比例1
与实施例2的不同之处在于：连续闷曝后，采用持续曝气，曝气过程中维持氧浓度为4.5 mg/L。
对比例2
与实施例2的不同之处在于：浮动球采用市售60悬浮球，厂家为江苏涵晶水处理科技有限公司。
性能检测
对实施例1-20和对比例1-2的进水和出水进行以下检测：
1、微生物附着量
搅拌均匀，使得微生物载体在好氧池和厌氧池中均匀分布，在好氧池或厌氧池中，将bL污水中含有的生物载体取出，用水缓慢冲去生物载体表面附带的污泥，然后将生物载体105℃烘干24h，测重量为m1 mg，超声震荡1h，再烘干生物载体检测重量为m2 mg，从生物载体上掉落的微生物的量为(m1-m2) mg，即生物载体上附着的微生物的重量为(m1-m2) mg，得到该污水单位体积中物生物的附着量为(m1-m2)/b mg/L；
2、铵氮去除率，按照《GB/T 7479-87 水质 铵的测定纳氏试剂比色法》，测得污水进水和出水的铵氮含量（mg/L），铵氮去除率=（进水铵氮含量-出水铵氮含量）/进水铵氮含量×100%，计算并记录铵氮去除率；
3、有机物去除率，按照《水质化学需氧量的测定 重铬酸盐法HJ 828-2017》检测污水进水和出水的CODCr（mg/L），有机物去除率=（进水的CODCr-出水的CODCr）/进水的CODCr×100%，计算并记录有机物去除率；
检测结果见表1。
表1 性能检测结果
微生物附着量/(mg/L) 铵氮去除率/% 有机物去除率/%
实施例1 5820 86.2 86.1
实施例2 5870 86.6 87.4
实施例3 5630 81.4 82.3
实施例4 5830 86.3 85.0
实施例5 5730 82.5 83.1
实施例6 5710 82.1 82.6
实施例7 5780 84.8 84.2
实施例8 5810 85.9 84.9
实施例9 5720 82.1 82.5
实施例10 5760 84.5 84.1
实施例11 5690 82.2 82.6
实施例12 5890 87.2 87.8
实施例13 5920 88.0 88.3
实施例14 5940 88.9 89.2
实施例15 5900 88.4 88.8
实施例16 5930 89.7 89.0
实施例17 5960 89.6 89.5
实施例18 5970 90.1 89.9
实施例19 6000 90.5 90.8
实施例20 5800 85.6 86.1
对比例1 5410 77.6 77.9
对比例2 5330 78.4 78.5
根据表1可以看出，实施例1-3中，污水中化学需氧量COD不同，其中，实施例2的微生物附着量、铵氮去除率和有机物去除率较优。
实施例2、4-5中，间歇曝气的时间不同，其中实施例2的微生物附着量、铵氮去除率和有机物去除率较优。
实施例2、6-7中，间歇曝气的曝气过程污水中溶解氧浓度不同，其中实施例2的微生物附着量、铵氮去除率和有机物去除率明显优于实施例6和实施例7。
实施例2、8-9，连续闷曝的时间不同，实施例2的微生物附着量、铵氮去除率和有机物去除率更优，可能是实施例2中，微生物的生长更好。
实施例2、10-11，连续闷曝过程中污水的溶解氧不同，实施例2的微生物附着量、铵氮去除率和有机物去除率明显优于实施例10和11。
实施例12-21，生物载体不同。其中实施例12-14中，实施例14的微生物附着量、铵氮去除率和有机物去除率较优。
实施例14、15-16中，双结纤维束的纤维细丝束的数量和纤维粗丝的数量和不同，其中，实施例15的微生物附着量、铵氮去除率和有机物去除率更优。
实施例15、17-18中，纤维丝两个相邻固定点之间部分的中间位置距离尼龙绳轴线的最大距离不同，即得到的双结纤维束的直径不同，其中，实施例18的微生物附着量、铵氮去除率和有机物去除率更优。
实施例18、19-20中，每束纤维细丝的根数不同，其中实施例20的微生物附着量、铵氮去除率和有机物去除率最优。
实施例18和21中，纤维细丝和纤维粗丝的粗细不同，而实施例18的微生物附着量、铵氮去除率和有机物去除率更优。
实施例2和对比例1中，实施例2的微生物附着量远远高于对比例1，本申请的曝气条件下能够得到更高的微生物附着量。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双结纤维束浮动球生物载体，其特征在于：包括网状球壳，所述网状球壳内设置有双结纤维束(6)，双结纤维束(6)包括尼龙绳(3)、纤维丝和固定部(4)，纤维丝沿着尼龙绳(3)的长度方向与尼龙绳(3)多点固定，纤维丝的任意相邻两个固定点之间的长度大于尼龙绳(3)与纤维丝固定位置之间的长度，固定部(4)位于尼龙绳(3)的两端位置，并将尼龙绳(3)和纤维丝绑扎到一起；
双结纤维束(6)成环式置于网状球壳内。
2.根据权利要求1所述的一种双结纤维束浮动球生物载体，其特征在于：所述纤维丝包括纤维粗丝(2)和纤维细丝(1)。
3.根据权利要求2所述的一种双结纤维束浮动球生物载体，其特征在于：所述纤维细丝(1)10-60根为一束，单根纤维粗丝(2)和单束纤维细丝(1)在尼龙丝的周向上相间设置。
4.根据权利要求2所述的一种双结纤维束浮动球生物载体，其特征在于：所述纤维细丝(1)为250-400D改性聚丙烯纤维，纤维粗丝(2)为1400-1600D聚丙烯单丝。
5.根据权利要求1所述的一种双结纤维束浮动球生物载体，其特征在于：所述纤维丝两个相邻固定点之间部分的中间位置距离尼龙绳(3)轴线的最大距离为1.5-2.5cm。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种使用浮动球生物载体的微生物附着调控方法，其特征在于：所述生物载体投放于生物膜脱氮处理池中，取活性污泥作为接种污泥投入处理池中，并在处理池中注入污水，间歇曝气进行微生物附着，停止曝气1-4h，再进行曝气4-8h，曝气过程中，维持污水中溶解氧浓度（DO）3-5mg/L。
7.根据权利要求6所述的一种使用浮动球生物载体的微生物附着调控方法，其特征在于：所述处理池中污水的化学需氧量COD：N =（80-100）:（3-5）。
8.根据权利要求6所述的一种双结纤维束浮动球生物载体，其特征在于：所述处理池中污水的化学需氧量COD为400-600mg/L。
9.根据权利要求6所述的一种使用浮动球生物载体的微生物附着调控方法，其特征在于：所述间歇曝气前连续闷曝8-12h，连续闷曝时，污水的溶解氧为5-6mg/L。
10.根据权利要求6所述的一种使用浮动球生物载体的微生物附着调控方法，其特征在于：所述间歇曝气持续3-7天。
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