一種廢水生物膜快速掛膜裝置及方法與流程
2023-06-24 05:33:47
本發明涉及廢水處理技術領域，更具體地說，涉及一種廢水生物膜快速掛膜裝置及方法。
背景技術：
隨著汙水生物處理技術的不斷發展，生物膜法得到了廣泛的應用，其中「移動床生物膜反應器」是生物膜技術中應用最廣泛、最高效的處理技術，在生活汙水、食品廢水、造紙廢水、石油廢水、製藥廢水等工業廢水都得到了廣泛的應用。
MBBR工藝是懸浮生長的活性汙泥法與附著生長的生物膜法相結合的一種工藝，該工藝很好地解決了附著生長工藝易堵塞的缺點，具有很高的生物量，而且無需出水回流或是汙泥回流。從而使得該工藝具有更高的處理效率。該反應器採用輕質細小的懸浮填料為微生物的生長提供載體，以提高反應器中的生物量，從而提高反應器的處理效率，實現去除廢水中的汙染物的目標。
MBBR工藝的關鍵點在於填料上生物膜的生長情況，在填料上微生物的含量及其活性，都會影響汙水處理的效果。因此,使填料的表面形成穩定的生物膜至關重要。目前生物掛膜的方法主要有「悶曝法」、「循環法」、「自然掛膜法」等，前兩者方法培養的生物膜牢固性不強、易脫落，後者用時加長，往往需要一個月的時間，掛膜的時間過長，不利於生物膜的廣泛應用和長期循環使用。因此對於MBBR工藝處理廢水來說，研究一種快速掛膜的方法具有重大意義。
中國專利申請，申請號201110058353.3，公開日2012-09-19,2012年9月19日，公開了一種生物膜生物強化焦化廢水高效處理方法，通過投加睪丸酮叢毛單胞菌(Comamonas testosteroni)CGMCC No.4630掛膜，掛膜完成後在系統內形成生態島系統經過生物膜處理，焦化廢水COD去除率可達到94％以上，NH3-N去除率達到98％以上。但此方法時間依舊很長。
技術實現要素：
1.要解決的技術問題
針對現有技術中存在的廢水生物膜掛膜時間長、牢固性不強、易脫落的問題，本發明提供了一種廢水生物膜快速掛膜裝置及方法。它可以實現掛膜速度快的效果，生物膜牢固、不易脫落。
2.技術方案
本發明的目的通過以下技術方案實現。
本發明所要解決的技術問題是提出一種掛膜時間短、生物膜牢固、耐衝擊負荷能力強、處理效果好的MBBR反應器掛膜方法。為解決上述技術問題,本發明採用的技術方案如下：
一種廢水生物膜快速掛膜裝置，其特徵在於：包括MBBR反應器，MBBR反應器前端通過加藥泵連接有進水罐，後端連接有沉澱池，氣泵通過該管道為MBBR反應器供氣，MBBR反應器底部設置有曝氣裝置。
更進一步的，所述的氣泵管道上設置有氣體流量計。對氣泵流量進行監控，保證工作時候氣體流量的有效控制。
更進一步的，所述的MBBR反應器內設置有懸浮的載體填料，反應器為空心圓柱，內部為支架支撐構造，有效容積為9±0.2L，高45±1cm，直徑16±1cm，上部高40±1cm處設有溢流堰。
更進一步的，所述的載體填料外徑和高度分別為25±1mm和10±1mm，密度為0.95g/cm3，有效比表面積為460±10m2/m3。
一種廢水生物膜快速掛膜方法，步驟如下：
(1)、製作帶有固定化紅色鞘氨醇單胞菌的填料；
(2)、在含有載體填料的MBBR中加入活性汙泥和廢水後進行曝氣處理；
(3)、向經過曝氣處理後的MBBR中加入帶有固定化紅色鞘氨醇單胞菌的填料，投加填料數與原反應器中填料數比例為1：(20±5)；
(4)、維持曝氣速度和相應的pH值繼續反應，直到獲得所需的生物膜。
更進一步的，步驟(1)固定化紅色鞘氨醇單胞菌的填料製作步驟如下：
a、使用紅色鞘氨醇單胞菌純菌進行擴大培養，擴大培養條件為：pH為7.0-7.2的胰蛋白腖大豆肉湯培養基，在100-150r/min，28℃±0.5℃搖床條件下培養24±1h，使菌液中菌數量及其活性達到最大；
b、將步驟a擴大培養的菌液與無菌廢水按照1：100的比例混合加入裝有載體填料(5)的錐形瓶中，進行菌劑固定化培養，獲得填料，OD值保持在1.5±0.2；培養條件為：100-150r/min，28℃±0.5℃搖床條件下培養36-48h；
c、將步驟b獲得的填料，培養後的填料用0.85％NaCl洗滌2-3次，以去除殘留的廢水；通過比較培養前後填料的乾重來測定固定化紅色鞘氨醇單胞菌生物量的乾重，獲得所需要的生物量的填料。
更進一步的，步驟(2)曝氣時間為24-48h，載體填料為高密度聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯填料，優選高密度聚乙烯，填充率為30％-40％。
更進一步的，步驟(2)汙泥濃度MLSS為1000mg/L-8000mg/L。
更進一步的，步驟(4)中，對移動床生物膜反應器進行間歇流進水方式，定時補充廢水和排水，水力停留時間為11-13h，優選12h。
更進一步的，步驟(4)中通過控制曝氣和適量的添加碳酸鈉維持反應器中的DO和pH值分別在4-6mg/L和7.0-7.5之間。
3.有益效果
相比於現有技術，本發明的優點在於：
(1)、本發明使用廢水生物膜快速掛膜裝置，可以快速的對廢水生物膜進行掛膜，且操作簡單，可控性好；
(2)使用氣體流量計，對氣泵流量進行監控，保證工作時候氣體流量的有效控制；
(3)MBBR反應器內採用設置有懸浮的載體填料，處設有溢流堰，可以方便快速的對所需掛膜廢水進行處理，效率高；
(4)載體填料外徑和高度大小合適，比表面積大，可以快速對掛膜填料進行結合，更加快速進行生物膜掛膜；
(5)採用本發明所述的掛膜方法，得到的生物膜細胞密度高、傳質性好、穩定、生長速度快，從而縮短生物膜的掛膜時間，提高生物膜中的必要的好氧缺氧的優勢微生物的數量。
(6)本發明流化填料快速掛膜的方法，反應器工藝流程簡單，掛膜只需少量的接種汙泥、生物膜牢固、耐衝擊負荷能力強、處理效果好，易於推廣使用。
附圖說明
圖1為本發明的MBBR裝置結構示意圖；
圖2為本發明的生物膜加快掛膜的工藝流程圖；
圖中標號說明：
1、進水罐；2、加藥泵；3、氣體流量計；4、MBBR反應器；5、載體填料；6、氣泵；7、沉澱池；8、曝氣裝置。
具體實施方式
下面結合說明書附圖和具體的實施例，對本發明作詳細描述。
實施例1
廢水處理系統中的活性汙泥很難在短時間內適應廢水水質，導致系統啟動速度慢、出水水質不穩定。生物強化(Bioaugmentation)是指用特殊的菌種配方按計劃添加到生物處理體系中，以提高該系統的生物處理效率的方法。生物強化技術有利於提高反應器中的微生物濃度，縮短反應器運行時間，有利於反應器的固液分離，增強耐衝擊負荷能力，保證了系統的啟動和穩定運行。
雖然生物強化技術具有成本低廉、便於維護等優點，且已在多種生物反應器中試驗成功，但是由於目前生物強化過程中可預測性以及可控制性等問題尚未解決，因此，其在實際工程中的應用至今仍未有很大進展。由於細菌不是彼此孤立的個體，它們之間通過一種稱為自誘導物的信號分子進行交流，即群體感應。在複雜環境中，細菌細胞分別向環境中釋放信號分子，當其數量超過一定閾值時，信號分子進入不同細胞質內，激活目標基因表達，調節菌群生理行為，如胞外聚合物分泌、生物膜形成等。群體感應效應在生物強化過程中均可起到提高菌體定植、促進種群動態發育的作用，從而推進生物強化技術的工程應用。
如圖1所示，一種廢水生物膜快速掛膜裝置，包括MBBR反應器4，MBBR反應器4前端通過加藥泵2連接有進水罐1，後端連接有沉澱池7，氣泵6通過該管道為MBBR反應器4供氣，MBBR反應器4底部設置有曝氣裝置8，氣泵6管道上設置有氣體流量計3。
MBBR反應器4內設置有懸浮的載體填料5，反應器為空心圓柱，內部為支架支撐構造，上部設有溢流堰。所述的載體填料5外徑和高度分別為25±1mm和10±1mm，密度為0.95g/cm3，有效比表面積為460±10m2/m3。載體填料5為高密度聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯填料，優選的為高密度乙烯，填充率為30％-40％。
通過本廢水生物膜快速掛膜裝置，可以快速方便的完成生物膜掛膜。
實施例2
如圖2所示，一種廢水生物膜快速掛膜方法，具體步驟如下：
(1)、製作帶有固定化紅色鞘氨醇單胞菌的填料；
步驟(1)固定化紅色鞘氨醇單胞菌的填料製作步驟如下：
a、使用紅色鞘氨醇單胞菌純菌進行擴大培養，紅色鞘氨醇單胞菌純菌可以從中國普通微生物保藏管理中心獲得，具體保藏號為紅色鞘氨醇單胞菌純菌sphingomonas rubra CGMCC No.1.9113。擴大培養條件為：pH為7.0-7.2的胰蛋白腖大豆肉湯培養基，在100-150r/min，28℃±0.5℃搖床條件下培養24±1h；
b、將步驟a擴大培養的菌液與無菌廢水按照1：100的比例混合加入裝有載體填料5的錐形瓶中，進行菌劑固定化培養，獲得填料，OD值保持在1.5±0.2；培養條件為：100-150r/min，28℃±0.5℃搖床條件下培養36-48h；
c、將步驟b獲得的填料，培養後的填料用0.85％NaCl洗滌2-3次，以去除殘留的廢水；通過比較培養前後填料的乾重來測定固定化紅色鞘氨醇單胞菌生物量的乾重，獲得所需要的生物量的填料。
(2)、在含有載體填料5的MBBR中加入活性汙泥和廢水後進行曝氣處理，此處使用悶曝方式進行，曝氣時間為24-48h，汙泥濃度MLSS為1000mg/L-8000mg/L。
(3)、向經過曝氣處理後的MBBR中加入帶有固定化紅色鞘氨醇單胞菌的填料，投加填料數與原反應器中填料數比例為1：(20±5)；
(4)、維持曝氣速度和相應的pH值繼續反應，直到獲得所需的生物膜。步驟(4)中，對移動床生物膜反應器進行間歇流進水方式，定時補充廢水和排水，水力停留時間為11-13h。期間通過控制曝氣和適量的添加碳酸鈉維持反應器中的DO和pH值分別在4-6mg/L和7.0-7.5之間。
通過上述方法快速生成反應膜，生成速度快，效率高，且提高生物膜中的必要的好氧缺氧的優勢微生物的數量。
實施例3
用非生物強化MBBR與生物強化MBBR處理生活汙水，比較其填料載體上生物膜厚度與EPS的差異。
表1所示為兩套裝置中載體生物量與生物膜厚度的比較。兩套裝置從投加懸浮填料起共培養了50天。其中裝置A在MBBR反應器運行初期未投加固定化紅色鞘氨醇單胞菌，裝置B在MBBR反應器運行初期投加固定化紅色鞘氨醇單胞菌。反應器為圓柱形，有效容積為9L，高45cm，直徑16cm。反應器底部布置曝氣裝置，為微生物提供溶解氧和促進填料在反應器內部循環流動。反應器內的懸浮填料為聚乙烯材料，空心圓柱，內部為支架支撐構造，且外部有齒輪。填料的外徑和高度分別為25mm和10mm，密度約為0.95g/cm3，有效比表面積為460m2/m3，培養的廢水為生活汙水。
表1 A、B兩套裝置中載體生物量與生物膜厚度的比較
試驗結果表明，生物強化MBBR在運行50天後，相比非生物強化MBBR，其單個載體的生物量可以提高8.7mgMLSS，單個載體生物膜厚度提高了37.6μm。
載體生物量提高，質量提高，且厚度增加，生成膜速度快。
實施例4
用非生物強化MBBR與生物強化MBBR處理模擬抗生素廢水，比較其填料載體上生物膜厚度與EPS的差異。
表2所示為兩套裝置中載體生物量與生物膜厚度的比較。兩套裝置從投加懸浮填料起共培養了50天。其中裝置C在MBBR反應器運行初期未投加固定化紅色鞘氨醇單胞菌，裝置D在MBBR反應器運行初期投加固定化紅色鞘氨醇單胞菌。反應器與填料同實施例1。培養的廢水為模擬抗生素廢水。
表2 C、D兩套裝置中載體生物量與生物膜厚度的比較
試驗結果表明，生物強化MBBR在運行50天後，相比非生物強化MBBR，其單個載體的生物量可以提高16.5mg MLSS，單個載體生物膜厚度提高了52.12μm，COD去除率提高了10％。掛膜時間，提高生物膜中的必要的好氧缺氧的優勢微生物的數量，COD去除率增加，效果更好。
以上示意性地對本發明創造及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，在不背離本發明的精神或者基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。附圖中所示的也只是本發明創造的實施方式之一，實際的結構並不局限於此，權利要求中的任何附圖標記不應限制所涉及的權利要求。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬於本專利的保護範圍。此外，「包括」一詞不排除其他元件或步驟，在元件前的「一個」一詞不排除包括「多個」該元件。產品權利要求中陳述的多個元件也可以由一個元件通過軟體或者硬體來實現。第一，第二等詞語用來表示名稱，而並不表示任何特定的順序。