一種改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法
2023-09-21 07:38:10
專利名稱：一種改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法
技術領域：
本發明涉及一種廢水生物處理的方法，尤其涉及一種改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法。
背景技術：
廢水好氧生物處理技術分為活性汙泥法和生物膜法兩大類。兩者最大的區別在於微生物的生長方式，前者為懸浮生長，微生物的世代時間受泥齡的制約；後者為固著生長，微生物的世代時間不受制約，因此微生物相豐富，降解有機物的種類與效果增加；特別是對於生物脫氮，由於硝化細菌是自養細菌，繁殖緩慢，活性汙泥法需要控制相當長的泥齡，因此生物膜法的效果遠高於活性汙泥法。
生物膜法關鍵是要提供微生物固著生長的載體，載體有多種形式，懸浮填料生物膜法因其生化反應速度快、有利於多相傳質、不會發生填料的堵塞和結團現象，便於施工，而在新建與傳統活性汙泥法改造中得到廣泛應用。
懸浮填料對材質有以下要求耐酸鹼和微生物的腐蝕，比重略輕於水，便於加工定型，價格便宜，來源廣泛。因此，現行的各種懸浮填料以PVC材質為主。
但實際應用發現，PVC材料製成的懸浮填料，微生物能夠固著在懸浮填料上生長成為關鍵，在專業術語中稱之為「掛膜」，在水流紊動較強時，掛膜困難。在同一個懸浮填料上，靠邊緣的地方往往掛不上膜，而恰恰這些區域傳質速率大，有利於生化反應的進行。因此，掛膜困難成為懸浮填料應用的主要問題。
造成這一問題的根本原因是材質的理化性質，PVC材料表面帶有負電荷，而微生物表面也帶有負電荷，這必然影響微生物在懸浮填料表面的生長。解決這一問題的措施是改變其中一方的表面性質，提高載體與微生物之間親和力，目前常用的方法有兩大類一是通過微生物表面的改性；二是通過載體表面的改性，使載體表面帶有正電荷。前者較困難，往往採用後者。
另一方面，本發明人先前的申請號為02111901.5的發明，催化鐵內電解處理難降解廢水的方法，即催化鐵內電解法，通過在鐵內電解中加入銅及陽離子表面活性劑改性的沸石作為催化劑，提供了一種高效且經濟的難降解工業廢水的處理方法。
發明內容
本發明的目的是公開一種簡單高效的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，以解決目前存在的掛膜困難，特別在同一個懸浮填料上，靠邊緣的地方往往掛不上膜的技術問題。
為了達到上述目的，本發明在傳統的生物懸浮填料工藝中增加將催化鐵內電解方法作為生物懸浮填料工藝的預處理段。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，其依據所測定廢水的氧化還原電位和pH值決定所述催化鐵內電解方法的曝氣方式。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，在廢水的氧化還原電位高於100mV時，採用不曝氣的催化鐵內電解的方法。此時，廢水中強氧化性物質或廢水中的有機物分子結構中帶有強拉電子基團的物質濃度較高，這些物質往往對生物處理產生抑制作用，催化鐵內電解段可以還原這些物質，提高其可生化性。這時單質鐵(鐵屑)被氧化成亞鐵離子，並同廢水一同進入後續的懸浮填料段，在懸浮填料段中強烈的氧化態(大量曝氣)將亞鐵離子氧化成三價鐵離子，起混凝作用。在此過程中懸浮填料的表面理化性質得到改變，表面的負電荷得到中和，且同時微生物細胞的荷電狀態也得到改善，不僅在載體上掛膜性能好，而且生物膜厚。生物膜呈毛絨狀，大量的絲狀菌膠團向外飄逸，比表面積大，活性高。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，在廢水的氧化還原電位低於-100mV時，採用曝氣的催化鐵內電解的方法。這就與申請號為02111901.5的發明目的不同。這時廢水中氧化性物質或廢水中有機物分子結構中帶有強拉電子基團的物質濃度不高，在催化鐵內電解段不再形成對廢水中有機物的還原作用，功能僅為生成新生態的亞鐵離子，改善後繼懸浮填料的掛膜性能。更優的是，其曝氣擴散裝置布置在鐵屑及催化材料組成的濾層下，並控制恰當的曝氣量，使之生成適量的鐵離子。更優的是，所述的曝氣量氣水體積比為0.1～20∶1，此時，如果廢水的pH值過低為酸性條件時，不利於微生物的生化，影響微生物掛膜時，可採用擴大曝氣量，多生成鐵離子的方法，以提高pH值。化學反應如下
如果廢水的pH值較高為鹼性條件時，也不利於微生物的生長，影響微生物掛膜時，仍可採用擴大曝氣量，以降低pH值。化學反應如下
更優的是，通過控制曝氣時氣水體積比使生成鐵離子的含量在20～100mg/L。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，在廢水的氧化還原電位低於-100mV時，採用曝氣的催化鐵內電解的方法，其中在所述催化鐵內電解方法中取消該段的回流，這樣節省能耗，並防止三價鐵離子在該段形成沉澱。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，在廢水的氧化還原電位在-100mV～100mV時，根據廢水的pH值決定是否曝氣。當pH值低於3.0時，廢水中有大量的氫離子，可發生下述反應
廢水的酸性得到一定程度的中和，並產生鐵離子。當產生的鐵離子數量達到一定程度時(20-100mg/L)，並不需要曝氣。
當pH值大於3.0時，不能靠上述反應產生足夠的鐵離子時，則必須採用曝氣的方式產生鐵離子。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，在催化鐵內電解方法作為生物懸浮填料工藝的預處理段之前，可以把待處理的廢水進行充分的沉澱以去除大顆粒的懸浮物。
本發明的方法具有以下優點1.方法簡單，只要在懸浮填料段之前增加催化鐵內電解段即可；2.操作方便，不需要投加化學藥劑，經過相當長時間(數月)運行後補充單質鐵(鐵屑)即可；3.有中和廢水的作用，生成的亞鐵離子並經氧化後，對廢水的pH值都產生緩衝，pH值從酸性或鹼性範圍向中性靠攏；4.運行費用極低，鐵離子來源於鐵屑。
本方法區別於其它懸浮填料的改性方法1.勿需在懸浮填料段投加化學藥劑；2.鐵離子是通過原電池原理產生的，在增加鐵離子的同時，不增加水中的鹽度，這也有利於生物處理；3.表面改性在廢水處理工藝中進行的，是伴隨生物處理不斷進行的過程，且對形成生物處理的菌膠團有利；4.方法簡單，價格極低；持續時間長；效果好。
具體實施例方式
實施例1用催化鐵內電解法預處理法與現有懸浮填料法其生物量提高與去除氨氮效果的比較。
表1.所示為兩套裝置中載體生物量與系統去除氨氮效果的比較。兩套裝置從投加懸浮填料起共培養了60天。其中裝置A中的微生物由經過催化鐵內電解法預處理後的廢水培養，裝置B中的微生物由原水進行培養。懸浮型號為ZGL50，外形尺寸Φ30×H100，培養的廢水為化工區混合廢水，廢水中有大量的帶有強拉電子基團的有機物，測得的氧化還原電位為200mV。廢水處理的目的是為了去除廢水中的氨氮，進水氨氮濃度為45.9mg/L。
表1.
試驗結果表明，採用經過催化鐵內電解法預處理後的廢水對微生物進行培養，比用同樣方法處理的原水，其單個載體的微生物量可以提高87.6％，氨氮的去除效率提高了85％。
實施例2用曝氣催化鐵內電解法預處理法與現有懸浮填料法處理酸性印染廢水其生物量提高與COD降解的比較。
某印染廠酸性印染廢水，進水的氧化還原電位為-110mV，pH值為5.6，COD濃度為258mg/L；通過試驗證明，當氣水比為1∶1，鐵耗量為60mg/L時，pH值可達6.9，有利於生物處理。處理流程如同實施例1。
表3
經曝氣催化鐵內電解法預處理法，生物量大幅度提高，生化處理的效果明顯改善。
實施例3用曝氣催化鐵內電解法預處理法與現有懸浮填料法處理鹼性綜合染料廢水其生物量提高與COD降解比較。
某城市綜合染料廢水，進水的氧化還原電位為-200mV，pH值高達11.5，COD濃度為2158mg/L。調節pH值至9.5，通過試驗證明，當鐵耗量為55mg/L，氣水比為5∶1時，pH值可緩衝至8.8，有利於生物處理。調節pH值至9.5後進行生化對比試驗，處理流程如同實施例1。
表4.
經曝氣催化鐵內電解法預處理法，生物量大幅度提高，生化處理速率加快，生化效果提高。
實施例4用曝氣催化鐵內電解法預處理法與現有懸浮填料法其生物量提高與去除氨氮效果的比較。
使用城市廢水進行培養和生物脫氮處理，該廢水的氧化還原電位為50mV，pH值為6.9，廢水的氨氮濃度為49.1mg/L，生化條件同實施例1。在鐵屑與催化材料組成的濾料床底部布置曝氣擴散裝置，通過微孔曝氣充氧，氣水比為0.5∶1，
表2.
實驗結果表明，採用曝氣的催化鐵內電解法預處理後的廢水對微生物進行培養，比用同樣方法處理的原水，其單個載體的微生物量提高128.8％，，氨氮的去除效率提高了88.3％。
權利要求
1.一種改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，其特徵在於，在傳統的生物懸浮填料工藝中增加將催化鐵內電解方法作為生物懸浮填料工藝的預處理段。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於，依據所測定廢水的氧化還原電位和pH值決定所述催化鐵內電解方法的曝氣方式。
3.按照權利要求2的方法，其特徵在於，當廢水的氧化還原電位高於100mV時，採用不曝氣的催化鐵內電解的方法。
4.按照權利要求2的方法，其特徵在於，當廢水的氧化還原電位低於-100mV時，採用曝氣的催化鐵內電解的方法。
5.按照權利要求4的方法，其特徵在於，曝氣擴散裝置布置在鐵屑及催化材料組成的濾層下，並控制恰當的曝氣量。
6.按照權利要求5的方法，其特徵在於，曝氣時氣水體積比為0.1～20∶1。
7.按照權利要求6的方法，其特徵在於，通過控制曝氣時氣水體積比使生成鐵離子的含量在20～100mg/L。
8.按照權利要求4的方法，其特徵在於，在所述的催化鐵內電解方法中取消該段的回流。
9.按照權利要求2的方法，其特徵在於，當廢水的氧化還原電位在-100mV～100mV時，根據廢水的pH值決定是否曝氣。
10.按照權利要求9的方法，其特徵在於，當pH值低於3.0時採用不曝氣方式。
11.按照權利要求9的方法，其特徵在於，當pH值大於3.0時採用曝氣方式。
12.按照權利要求1的方法，其特徵在於，在催化鐵內電解方法作為生物懸浮填料工藝的預處理段之前，把待處理的廢水進行充分的沉澱以去除大顆粒的懸浮物。
全文摘要
本發明涉及一種廢水生物處理的方法，尤其涉及一種改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法。其目的是公開一種簡單高效的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，以解決目前存在的掛膜困難的技術問題。具體方法是在傳統的生物懸浮填料工藝中增加將催化鐵內電解方法作為生物懸浮填料工藝的預處理段，根據工業廢水的氧化還原電位與pH值高低採用不同的曝氣方式。由於本發明不需在懸浮填料段投加化學藥劑，表面改性在廢水處理工藝中進行的，催化鐵內電解法本身即提高廢水的可生化性。因此，具有方法簡單，價格低，持續時間長，效果好的優點。
文檔編號C02F9/14GK1600709SQ0315119
公開日2005年3月30日 申請日期2003年9月25日 優先權日2003年9月25日
發明者馬魯銘, 賴世華, 劉劍, 徐文英, 周榮豐, 周增炎 申請人:同濟大學