CN114538601A - 一种一体化水处理设备及微生物的固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种一体化水处理设备及微生物的固定方法。一种一体化处理废水的设备，所述的设备包括以下处理单元：沉淀池，生化池，药剂除磷池、二次沉淀池和深度处理电解室。本发明还公开了一种微生物的固定方法。本发明所述的一种一体化水处理设备及微生物的固定方法，可以高效深层次的处理废水，微生物能稳定的附着在纤维填料上，生物量流失少，细胞浓度高，操作简单，管理方便，出水最高可达饮用水标准。

Description

一种一体化水处理设备及微生物的固定方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种处理废水设备及微生物固定化方法。

背景技术

随着我国社会经济快速发展，人民生活水平提高、城镇化进程加快，生活污水和工业污水排放量逐年增加，污水中含有大量的有机污染和氮、磷等元素，处理不当排放到自然界中，会造成水体富营养化，对生态环境和人体健康造成危害。由于生化法工程投资低，运行费用低，操作管理简单等优点，目前成为污水处理厂的主流水处理技术。

生化法一般分为活性污泥法和生物膜法，它们在去除水中污染物方面都表现出极高的潜力，但活性污泥法在净化污水的同时会产生大量的剩余污泥，极大的增加了废水处理的成本。生物膜法虽然在实际应用过程中产生的活性污泥量极少，但是由于其填料成本投入较大、空间利用率低、形成的生物膜抗冲击能力弱、生物活性生物量流失大和难降解有机物去除效果欠佳等问题限制了其推广运用。

微生物固定化技术主要是将特选的微生物固定在所选的载体上，可以使其高度密集并长期保持生物活性，充分提高了参与反应的微生物浓度，同时可以大幅度增强微生物的耐受能力，在废水处理过程中可以快速、高效的降解有机污染物和去除氮、磷等元素。

在废水处理技术领域，微生物固定化技术主要为吸附法和包埋法，而包埋法虽固定时间短、微生物流失少、形成稳定但包埋材料抗分解能力差机械强度低并且对细胞损害严重。而吸附法具有简单易行、条件温和等优点更加引人注目。吸附法同时存在吸附不稳定、微生物流失大等问题。

有鉴于此，本发明提出一种一体化水处理设备及微生物的固定方法，可以解决难降解有机污染物去除效果不好、生物膜法存在的填料成本问题、形成的生物膜不稳定、微生物流失大和可操作性低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体化水处理设备，具有处理效果好、自动控制与调节、管理方便和可移动等优点。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种一体化水处理设备，包括以下处理单元：沉淀池，生化池，药剂除磷池、二次沉淀池和深度处理电解室。

进一步的，所述的生化池至少包括5个处理小单元，每个处理小单元都设置有微纳米曝气盘和悬挂固定纤维生物填料的金属支架；

所述的深度处理电解室中，阳极采用经改性掺杂的Ti/Ti₄O₇/PbO₂电极，阴极采用不锈钢板。

再进一步的，所述的生化池采用底部横流和顶部溢流的方式交替递水。

本发明的目的在于提供一种处理废水的微生物固定化方法，解决了微生物吸附法存在的生物固定量少、形成生物膜不稳定和易堵塞填料等问题，使废水中的有机物污染物进行高效稳定的降解，并且可以使系统出水达生活用水标准。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种微生物的固定方法，为：采用上述的一体化水处理设备，将微生物通过纤维生物填料进行固定。

进一步的，所述的纤维生物填料为尼龙6。

再进一步的，所述的尼龙6为高度卷曲的纤维片状。

进一步的，所述的固定方法为：将纤维生物填料以竖直悬挂的方式展开固定在不锈钢支架上，再置于上述的一体化水处理设备中，进行活性污泥的驯化及投加后，微生物固定在所述的纤维生物填料上。

再进一步的，所述的活性污泥的驯化及投加的步骤为：

将从污水处理厂好氧池取回的泥水混合物持续曝气，24h后，加入营养物质，再曝气48h；

然后向设备持续进入模拟废水，再加入驯化好的活性污泥，运行至少7天后，微生物固定在所述的纤维生物填料上。

再进一步的，所述的活性污泥的驯化及投加过程中的温度为15-25℃，溶解氧在3-5mg/L；

所述的营养物质为葡萄糖、磷酸二氢钾和尿素。

再进一步的，所述的葡萄糖、磷酸二氢钾和尿素的加入量按照C：N：P为100：50：1的质量比添加；

所述的驯化好的活性污泥加入到所述的生化池的前4个小格内。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的设备及微生物固定化方案具有抗负荷能力强，工艺流程简单，操作方便，固定生物量大，污染物去除彻底，形成稳定处理效果良好等特点，可替代传统废水处理方法实现工业化应用。

2、本发明的技术方案，可以将微生物能稳定的附着在纤维填料上，独立的微纳米曝气方式，加强了废水与微生物的充分接触，促进了微生物代谢产物及残骸顺利进入下一级处理单元，不会发生填料堵塞，并强化了食物链，使每个处理单元的细胞浓度较高，从而以固定在纤维填料上的微生物为基础，高效、快速的处理废水。

3、本发明的技术方案，最后经电催化氧化降解，可以深层次的去除难降解有机污染物，弥补了生物膜法在去除难降解污染物方面的不足，最后出水可达饮用水标准

4、本发明的技术方案，采用的材料及工艺条件皆容易实现，处理效果良好，易于实现工业化应用。

附图说明

图1为设计的一体化水处理装置；

图2为加工过后的生物纤维填料；

图3为固定好填料的支架；

图4为不同电流密度下极板对抗生素的去除效果；

图5为1-12格COD去除效果。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明一种一体化水处理设备及微生物的固定方法，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种一体化水处理设备及微生物的固定方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

下面将结合具体的实施例，对本发明一种一体化水处理设备及微生物的固定方法做进一步的详细介绍：

本发明主要解决生物膜法存在的去除难降解有机污染物方面的不足、填料成本问题、空间利用率低、形成的生物膜不稳定、微生物流失大和可操作性低等问题。本发明利用高卷曲率的纤维生物载体填料用于固定微生物。利用该微生物固定化方法，不仅可以使微生物能稳定的附着于纤维填料上，还可以与废水充分接触，高效的去除水中的有机污染物，提高微生物处理废水的效率，同时减少活性污泥的产生。

本发明的技术方案为：

一种处理废水中微生物的设备，包括以下处理单元：进水初次沉淀池，采用生物接触氧化法的生化池，药剂除磷池、二次沉淀池和深度处理电解室。

本发明的设备为可移动一体式水处理设备，填料为耐腐蚀强、透水性高和比表面积大的纤维填料、以及填料固定方式为不易发生堵塞，空间利用率高的填料固定方式，将微生物稳定的固定在纤维填料中进行废水处理。

优选的，所述的生化池至少包括5个处理小单元，每个处理小单元都设置有微纳米曝气盘和固定有展开悬挂纤维生物填料的金属支架。

进一步优选的，所述的生化池采用底部横流和顶部溢流的方式交替递水。

采用底部横流和顶部溢流的方式交替递水，减小了水力对微生物的冲击，增大了水力停留时间，每个处理小单元都采用独立的微纳米曝气盘，可以独立的调节曝气量，并且可以使每个小单元的废水呈一个方向搅动，可以顺利的使微生物代谢产物及残骸进入下一级处理单元，利于各个处理小单元培养不同营养级的动物，形成完整食物链，降低活性污泥产量。

优选的，所述的深度处理电解室中，阳极采用经改性掺杂的Ti/Ti₄O₇/PbO₂电极，阴极采用不锈钢板。

阳极采用数块经改性掺杂的Ti/Ti4O7/PbO2电极，阴极采用不锈钢板，在处理过程中，由于阳极表面具有极高的析氧过电位，所以体现出来的电催化活性较高，对污染物的去除更加彻底。同时，电解室的输入电流与COD在线监测仪联动，自动调节所需的电流大小，更节能。

一种处理废水的微生物固定方法，为：采用上述的一体化水处理设备，将微生物通过纤维生物填料进行固定。

优选的，所述的纤维生物填料为尼龙6。

进一步优选的，所述的尼龙6为高度卷曲的纤维片状。

优选的，所述的固定方法为：将纤维生物填料固定在上述的一体化水处理设备中，进行活性污泥的驯化及投加后，微生物固定在所述的纤维生物填料上。

进一步优选的，所述的活性污泥的驯化及投加的步骤为：

将从污水处理厂好氧池取回的泥水混合物持续曝气，24h后，加入营养物质，再曝气48h；

然后向设备持续进入模拟废水，再加入驯化好的活性污泥，运行至少7天后，微生物固定在所述的纤维生物填料上。

进一步优选的，所述的活性污泥的驯化及投加过程中的温度为15-25℃，溶解氧在3-5mg/L；

所述的营养物质为葡萄糖、磷酸二氢钾和尿素。

进一步优选的，所述的葡萄糖、磷酸二氢钾和尿素的加入量按照C：N：P为100：50：1的质量比添加；

所述的驯化好的活性污泥加入到所述的生化池的前4个小格内。将驯化好的活性污泥置于水处理设备中，微生物能较好的吸附在纤维填料上，生长形成稳定的生物膜。

本发明提供的设备及微生物固定化方案具有工艺流程简单，操作方便，处理效果较好，固定生物量大等特点。并且在生化池处理之后，本装置设有沉淀池和进一步的深度降解的电解室；沉淀池底部为凹槽设计可以快速收集固体并排掉；而电解室采用的经改性掺杂的电极板，可以高效深层次的对废水进行矿化降解。而电解室的输入电流与进水和14格出水联动，可以自动的调节电解室输入电流，在保证出水达标的前提下，实现节能。而生化池采用的是生物接触氧化法，相比传统活性污泥法产生的活性污泥降低了70％以上，实现了污泥减量。

本发明的技术方案，可以将微生物能稳定的附着在纤维填料上，生物量流失少，细胞浓度高，从而以固定在纤维填料上的微生物为基础，高效、快速的处理废水。

本发明所采用的尼龙6纤维填料具有耐腐蚀强、透水性高和比表面积大等特点，再结合本发明的填料悬挂方式及设备特点，运行过程中微生物代谢产物及脱落的生物膜可以很好的传递到下一级，不会发生填料堵塞。

实施例1.

具体操作步骤如下：

①尼龙6填料的加工：将亲水性较强的泥龙6进行机械加工形成高度卷曲的纤维片状填料。

②设计制作水处理设备：其主要由19个小格组成，每个小格依次交替递水，使水流以底部横流和顶部溢流的方式交替递水，降低水流对生物膜的冲击，前2格为0格进水沉淀池，中间1-12格为生化降解池，13-14格药剂除磷池，15-16格为二次沉淀池，17格为电解室。

③填料支架制作：为前12个小格制作一个合适的相同不锈钢金属支架。

④绑定填料：用尼龙轧带将两块生物填料以展开悬挂的方式稳定的绑在金属支架上。

⑤装置搭建：分别将绑好填料的不锈钢支架放于1-12个小格内，每个小格内设有独立的曝气装置，可通过空气流量计调节流量；在1格与进水配备一个COD在线监测装置，其反馈结果与17格输入电流密度联动。

⑥放置电极板：将数块相同的Ti/Ti₄O₇/PbO₂电极与数块尺寸相同的不锈钢板置于17格中，输入电流与COD在线检测仪联动。

⑦向反应器内持续进入模拟废水(C：N：P＝20：5：1)，水力停留时间保持在24小时，1-12格内持续爆气，溶解氧浓度控制在3-5mg/L。

⑧向1-4格内加入经驯化好的活性污泥，浓度控制在5000mg/L，后8格自然生长。

经实验，设备在十天左右的运行后，生物纤维填料上的生物量较多，12格COD去除率最高可达95％，经电催化后，可达饮用水标准。

实施例2.

具体操作步骤如下：

(1)反应设备的设计制作与安装：

①图1为设计制作的主反应池：本装置为减小水对生物膜的冲击，同时增加水力停留时间，将本装置设计成由多个小格组成的生化池，通过底部横流和顶部溢流的方式交替递水，水流方向总体推进。从右到左，一共有17格，前两格为0格沉淀池，1-12格为生化池，13-14格为加药除磷池，15-16为二次沉淀池，17格为电解室。

②填料选择与加工：将亲水性强、耐腐蚀强的尼龙6进行机械加工，形成具有较大的比表面积规整片装纤维填料，如图2所示。

③固定填料：图3将纤维填料以悬挂的方式展开固定在不锈钢支架上，这种优选的固定方式，可以充分提高空间利用率，填料较大的比表面积可以固定更多的微生物，并且填料也不会发生堵塞。

④搭建装置：一体化水处理设备包括蠕动泵、主反应池、反应池配套不锈钢支架、纤维生物填料、COD在线监测仪、流量计、电极板和曝气装置。

其中，1-12个小格内放置了一个已挂好生物纤维填料的不锈钢金属支架，并且每个小格底部设有独立的曝气管，通过与空气流量计连接，以达控制水体中溶解氧浓度的目地；曝气装置优选为产生气泡更为小的纳米气泡盘(尺寸比格子尺寸小)，可以在增强水体溶解氧的同时，使每个小格内的水体沿同一个方向搅动，从而不仅使废水与填料上的微生物充分接触还促进了微生物代谢产物及残骸顺利进入下一级处理单元，形成逐级富集的食物链，减少活性污泥产量。

COD在线监测仪与1格进水和16格沉淀池相连，在线测定COD值，其反馈结果与17格电解室输入电流相联，实现自动控制电解室输入电流密度。

电极板优选为阳极通过改性掺杂的Ti/Ti₄O₇/PbO₂电极和相同尺寸的阴极不锈钢板，极板间距为1-2cm，该阳极板可以高效深层次的矿化降解难降解有机污染物，同时起到消毒杀菌作用。图4为不同电流密度，极板间距为1cm的条件下，对难降解磺胺类抗生素的降解去除。通过COD在线监测的值来判断输出电流，可以在保证出水达标的情况下，实现节能。

(2)活性污泥的驯化及投加

①取污水处理厂好氧池中的泥水混合物于一个容器中，然后向容器内持续曝气24小时，温度控制在15-25℃，以增加水中的溶解氧，已达后续加入模拟废水后微生物能继续存活的目的。结束后，再向容器中加入模拟废水营养物：葡萄糖、磷酸二氢钾和尿素，其加入量按照C：N：P＝100：50：1的质量比例，继续曝气48小时，对活性污泥进行驯化繁殖。

②曝气结束后，取出泥水混合物于量筒中静置一段时间，倒掉上清液，将活性污泥加入废水处理装置的第1-4格内，浓度保持在5000mg/L，然后通过蠕动泵向装置内持续进模拟废水，水力停留时间保持在24小时，底部曝气管持续曝气，将溶解氧控制在3-5mg/L，整个装置的温度控制在15-25℃。

图5为本发明实施例对废水中COD的去除情况与各工段之间的关系。由图5可知，模拟废水从进口进入经过各个小格之后，COD大幅降低，最后出水的COD去除率可达95％。

本发明利用多个处理单元装置、高卷曲率的纤维生物填料和不易堵塞的填料悬挂方式，用于固定微生物及自动调节电流的电解室等一体化操作对废水进行处理，实现出水可达饮用水标准。本发明特点在于，设置多格生化池处理单元降低水流冲击对微生物的影响，独立的曝气方式不但可以独立的调节各个生化池的溶解氧浓度，而且还促进了微生物的代谢产物及残骸顺利的进入下一级，高溶解氧可以削减生物膜厌氧层厚度，使得生物膜不易脱落；代谢产物及残骸顺利进入下一级，可以使生物链能有序的进行，利于削减活性污泥，而不会产生填料堵塞情况。尼龙6纤维填料具有强亲水性，耐腐蚀性，同时经过加工处理，极大的增加了比表面积，再加上填料以悬挂的方式展开固定，增加了微生物的浓度，可以更快的处理高浓度废水。而难生化类有机污染物则通过电解室完成，并且电解室通过与COD在线监测仪联动，在保证出水达标的情况下，更加节能。

以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种一体化水处理设备，其特征在于，

所述的一体化水处理设备包括以下处理单元：沉淀池，生化池，药剂除磷池、二次沉淀池和深度处理电解室。

2.根据权利要求1所述的一体化水处理设备，其特征在于，

所述的生化池至少包括5个处理小单元，每个处理小单元都设置有微纳米曝气盘和悬挂固定纤维生物填料的金属支架；

所述的深度处理电解室中，阳极采用经改性掺杂的Ti/Ti₄O₇/PbO₂电极，阴极采用不锈钢板。

3.根据权利要求2所述的一体化水处理设备，其特征在于，

所述的生化池采用底部横流和顶部溢流的方式交替递水。

4.一种微生物的固定方法，其特征在于，所述的固定方法为：采用权利要求1所述的一体化水处理设备，将微生物通过纤维生物填料进行固定。

5.根据权利要求4所述的固定方法，其特征在于，

所述的纤维生物填料为尼龙6。

6.根据权利要求5所述的固定方法，其特征在于，

所述的尼龙6为高度卷曲的纤维片状。

7.根据权利要求4所述的固定方法，其特征在于，

所述的固定方法为：将纤维生物填料固定在权利要求1所述的一体化水处理设备中，进行活性污泥的驯化及投加后，微生物固定在所述的纤维生物填料上。

8.根据权利要求7所述的固定方法，其特征在于，

所述的活性污泥的驯化及投加的步骤为：

将从污水处理厂取回的泥水混合物进行持续曝气，24h后，加入营养物质，再曝气48h；

然后向所述的水处理设备中持续进入模拟废水，再加入驯化好的活性污泥，运行至少7天后，微生物固定在所述的纤维生物填料上。

9.根据权利要求8所述的固定方法，其特征在于，

所述的活性污泥的驯化及投加过程中的温度为15-25℃，溶解氧在3-5mg/L；

所述的营养物质为葡萄糖、磷酸二氢钾和尿素。

10.根据权利要求9所述的固定方法，其特征在于，

所述的葡萄糖、磷酸二氢钾和尿素的加入量按照C：N：P为100：50：1的质量比添加；

所述的驯化好的活性污泥加入到所述的生化池的前4个小格内。

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