一種低C/N比廢水處理中有機填料的快速成膜方法與流程
2023-12-01 05:26:56 2
本發明屬於生物膜法汙水處理技術領域，具體涉及一種低C/N比廢水處理中有機填料的快速成膜方法。
背景技術：
隨著工業化進程的不斷推進，我國含氮廢水的排放迅猛增加，給環境帶來了巨大災難，特別是工業生產中產生的一些高氨氮、低C/N比廢水的治理得到了人們的廣泛關注。傳統的活性汙泥法在處理這類廢水時由於碳源不足很難達標排放。生物膜法汙水處理利用反應器中的汙水與填料接觸後，在載體上形成一層具活性的生物膜。生物膜上大量繁殖的微生物對汙染物吸附降解，從而起到淨化汙水的效果，生物膜的耐受力很強，因此生物膜法在處理低C/N比廢水中具有很強的應用前景。但生物膜法掛膜的速度仍然有待提高，目前生物掛膜的方式主要有「悶曝法」、「循環法」、「自然掛膜法」等，這幾種掛膜法掛膜所需的時間都較長，往往需要1-2個月的時間。中國發明專利《一種移動床生物膜反應器中載體填料的掛膜方法》(公開號05565480A)通過對移動床生物膜反應器同時進行排水和補充離交廢水，進行動態培養，並回流活性汙泥，該方法需要控制汙泥濃度，操作不便，且動態培養會導致運行不穩定。專利《一種懸浮填料微生物快速掛膜方法》(公開號05565480A)，掛膜完成需要運行7d-25d，掛膜時間仍然較長。
另一方面，隨著高分子合成材料工業的發展，大量有機高分子填料相繼問世並獲得應用，成為最具發展前途的生物膜填料之一。常用有機填料的材質類型包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯醇縮醛(PVF)、聚丙烯腈(PAN)、聚醯胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等。因此，研發低C/N比廢水處理中有機填料的快速成膜方法從而加快反應器的啟動具有重要的現實意義。
技術實現要素：
本發明解決的技術問題是提供一種低C/N比廢水處理中有機填料的快速成膜方法，可以縮短掛膜時間，提高耐衝擊負荷能力和廢水處理效果。
為達到上述目的，本發明提供的技術方案如下：
一種低C/N比廢水處理中有機填料的快速成膜方法，其特徵在於，包括如下步驟：
(1)將接種汙泥與有機填料按照1:10-15的體積比加入反應器並悶曝24h，溫度控制在50-58℃，然後將接種汙泥全部排出；
(2)投加陰離子聚丙烯醯胺(APAM)和鼠李糖脂於廢水中，所述陰離子聚丙烯醯胺(APAM)的投加量為1-5mg/L，鼠李糖脂的投加量為20-30mg/L，投加方式是隨廢水每日直接投加；
(3)間歇接種合成AI-2信號分子的菌株溶液，菌液體積與反應器體積比為1％-3％，反應器開始運行2d-3d後接種，接種濃度3-5g/L，SV30 18％-30％；
(4)控制體系內pH 6.0-8.0、水溫16-40℃，進水容積負荷控制在0.3-1.0kgCOD/(m3.d)；
(5)待COD去除率達30％-40％，NH4+-N的去除率達到20％-30％時，按6％-15％的比例逐步提升進水負荷，持續運行2d-3d，停止增加進水負荷；
(6)繼續運行3d-18d掛膜即完成。
其原理在於鼠李糖脂是由微生物產生的一種陰離子生物表面活性劑，無毒且可生物降解，通過投加鼠李糖脂能夠使填料的微界面作用力減弱，微生物容易實現在填料表面的初始粘附，微量的陰離子聚丙烯醯胺(APAM)具有一定的絮凝沉降作用；另一方面，2型自誘導子是對革蘭氏陰性和陽性細菌均能發揮群體感應作用的信號分子，通過信號分子的加入能夠強化微生物在填料表面的附著和定殖，從而實現快速成膜。
進一步地，在上述方案中，步驟(1)中所述的有機填料按重量百分比計，主要是由以下成分組成：聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)75-85％、玻璃粉末0.2-3％、碳纖維0.5-1.5％、火山灰0.8-2.0％、爐渣0.4-1.0％、多孔二氧化矽0.2-0.5％、粘土0.1-1.0％、高嶺土0.5-1.0％、草泥炭0.6-1.0％、粉碎木材0.1-0.3％、發泡劑0.1-0.2％、餘量為聚乙烯醇縮醛(PVF)。所述發泡劑為AC發泡劑，所述碳纖維是由聚丙烯腈纖維或聚丙烯腈系纖維製備而成的，所述草泥炭是由碳化的蘆葦和菖蒲製得。
進一步地，在上述方案中，步驟(2)中所述的鼠李糖脂為單鼠李糖脂和雙鼠李糖脂的混合結構，工業級，濃度25％左右。
進一步地，在上述方案中，所述合成AI-2信號分子的菌株為Acinetobactersp.TW。
進一步地，在上述方案中，所述Acinetobacter sp.TW間隔2d-3d接種入反應器。
進一步地，在上述方案中，當COD和NH4+-N的去除率分別穩定達到70％和60％，填料表面形成土黃色生物膜，主要以原生動物以及後生動物為主，即停止投加陰離子聚丙烯醯胺(APAM)、鼠李糖脂和合成AI-2信號分子的菌株，完成掛膜。
與現有技術相比，本發明具有如下顯著效果：
(1)本發明通過投加低濃度鼠李糖脂以及細菌群體感應信號分子AI-2，加速微生物在填料上生物附著和定殖，從而提高掛膜效果。與現有技術相比，本發明通過控制鼠李糖脂的投加量，使填料的微界面作用力減弱，微生物容易實現在填料表面的初始粘附，從而在填料上快速生長，並且間隔投加AI-2增強微生物的附著和定殖作用。由於細菌AI-2的產生有助於種間交流和生物膜的形成，因此提高了微生物掛膜效率。
(2)本發明與常規掛膜方法相比，掛膜快速，操作簡便，實用性強，是一種適用於好氧、缺氧或厭氧條件下低C/N比廢水處理有機填料快速成膜的方法。
具體實施方式
為進一步了解本發明的內容，下面結合實施例對本發明作進一步的描述。實施例1
本實施例是關於高氨氮、高鹽度顏料廢水處理中有機填料的快速成膜方法。
廢水水質：COD濃度1200mg/L、NH4+-N濃度400mg/L、鹽度為1.2％、pH值7，水溫20℃。
有機填料按重量百分比計，主要是由以下成分組成：聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)75％、玻璃粉末0.2％、碳纖維0.5％、火山灰0.8％、爐渣0.4％、多孔二氧化矽0.2％、粘土0.1％、高嶺土0.5％、草泥炭0.6％、粉碎木材0.1％、發泡劑0.1％、餘量為聚乙烯醇縮醛(PVF)。所述發泡劑為AC發泡劑，所述碳纖維是由聚丙烯腈纖維製備而成的，所述草泥炭是由碳化的蘆葦和菖蒲製得。
有機填料的製備方法為：1)將尺寸為3mm的粉碎木材用質量濃度為0.3％的氯化鈉溶液浸泡1個月，取出，烘乾；2)將所述玻璃粉末、粘土、高嶺土均勻混合後，裝入模具中，以3℃/min的升溫速率升溫至300℃，保溫10min；再以5℃/min的升溫速率升溫至800℃，保溫250min；然後以10℃/min的降溫速率降溫至650℃，最後自然冷卻到常溫；3)將所述碳纖維、火山灰、爐渣、多孔二氧化矽、草泥炭與步驟2)處理後的玻璃粉末、粘土、高嶺土攪拌混合，得到預混料；4)將步驟3)所得預混料加熱至250℃，在80r·min-1連續攪拌條件下，將所述聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮醛加入到所述預混料中，攪拌20min，再加入所述發泡劑，形成混合物；5)待步驟4的混合物降溫至75℃時，再加入所述步驟1)處理後的粉碎木材，送入擠出機筒內，通過擠出模具擠壓成型，即得到所述有機填料。
其快速成膜方法是：
(1)將接種汙泥與有機填料按照1:10的體積比加入反應器並悶曝24h，溫度控制在50℃，然後將接種汙泥全部排出；
(2)投加陰離子聚丙烯醯胺(APAM)和鼠李糖脂於廢水中，所述陰離子聚丙烯醯胺(APAM)的投加量為1mg/L，鼠李糖脂的投加量為20mg/L，所述的鼠李糖脂為單鼠李糖脂和雙鼠李糖脂的混合結構，工業級，濃度25％左右，投加方式是隨廢水每日直接投加；
(3)間歇接種合成AI-2信號分子的菌株溶液，所述合成AI-2信號分子的菌株為Acinetobacter sp.TW，菌液體積與反應器體積比為1％，所述Acinetobacter sp.TW間隔2d接種入反應器，反應器開始運行2d-3d後接種，接種濃度3g/L，SV30 18％％；
(4)控制體系內pH 6.0、水溫16℃，進水容積負荷控制在0.3kgCOD/(m3.d)；
(5)待COD去除率達30％，NH4+-N的去除率達到20％時，按6％的比例逐步提升進水負荷，持續運行2d，停止增加進水負荷；
(6)繼續運行培養至5d時，COD和NH4+-N的去除率分別穩定達到85.9％和83.7％，填料表面形成土黃色生物膜，主要以原生動物以及後生動物為主，即停止投加陰離子聚丙烯醯胺(APAM)、鼠李糖脂和合成AI-2信號分子的菌株，完成掛膜，掛膜效率提高了45.8％。
實施例2
本實施例是關於高氨氮、高鹽度化工廢水處理中有機填料的快速成膜方法。
廢水水質：COD濃度1400mg/L、NH4+-N濃度500mg/L、鹽度為1％、pH值7.5，水溫25℃。
有機填料按重量百分比計，主要是由以下成分組成：聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)80％、玻璃粉末1.6％、碳纖維1.0％、火山灰1.4％、爐渣0.7、多孔二氧化矽0.35％、粘土0.55％、高嶺土0.75％、草泥炭0.8％、粉碎木材0.2％、發泡劑0.15％、餘量為聚乙烯醇縮醛(PVF)。所述發泡劑為AC發泡劑，所述碳纖維是由聚丙烯腈系纖維製備而成的，所述草泥炭是由碳化的蘆葦和菖蒲製得。
有機填料的製備方法為：1)將尺寸為4mm的粉碎木材用質量濃度為0.65％的氯化鈉溶液浸泡2個月，取出，烘乾；2)將所述玻璃粉末、粘土、高嶺土均勻混合後，裝入模具中，以4℃/min的升溫速率升溫至350℃，保溫12.5min；再以6.5℃/min的升溫速率升溫至850℃，保溫27.5min；然後以12.5℃/min的降溫速率降溫至675℃，最後自然冷卻到常溫；3)將所述碳纖維、火山灰、爐渣、多孔二氧化矽、草泥炭與步驟2)處理後的玻璃粉末、粘土、高嶺土攪拌混合，得到預混料；4)將步驟3)所得預混料加熱至265℃，在100r·min-1連續攪拌條件下，將所述聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮醛加入到所述預混料中，攪拌25min，再加入所述發泡劑，形成混合物；5)待步驟4的混合物降溫至77.5℃時，再加入所述步驟1)處理後的粉碎木材，送入擠出機筒內，通過擠出模具擠壓成型，即得到所述有機填料。
其快速成膜方法是：
(1)將接種汙泥與有機填料按照1:12.5的體積比加入反應器並悶曝24h，溫度控制在54℃，然後將接種汙泥全部排出；
(2)投加陰離子聚丙烯醯胺(APAM)和鼠李糖脂於廢水中，所述陰離子聚丙烯醯胺(APAM)的投加量為3mg/L，鼠李糖脂的投加量為25mg/L，所述的鼠李糖脂為單鼠李糖脂和雙鼠李糖脂的混合結構，工業級，濃度25％左右，投加方式是隨廢水每日直接投加；
(3)間歇接種合成AI-2信號分子的菌株溶液，所述合成AI-2信號分子的菌株為Acinetobacter sp.TW，菌液體積與反應器體積比為2％，所述Acinetobacter sp.TW間隔2d接種入反應器，反應器開始運行3d後接種，接種濃度4g/L，SV30 24％；
(4)控制體系內pH 7.0、水溫28℃，進水容積負荷控制在0.65kgCOD/(m3.d)；
(5)待COD去除率達35％，NH4+-N的去除率達到25％時，按10.5％的比例逐步提升進水負荷，持續運行2d，停止增加進水負荷；
(6)繼續運行培養至12d時，COD和NH4+-N的去除率分別穩定達到82.36％和75.45％，填料表面形成土黃色生物膜，主要以原生動物以及後生動物為主，即停止投加陰離子聚丙烯醯胺(APAM)、鼠李糖脂和合成AI-2信號分子的菌株，完成掛膜，掛膜效率提高了46.2％。
實施例3
本實施例是關於高氨氮製藥廢水處理中有機填料的快速成膜方法。
廢水水質：COD濃度400mg/L、NH4+-N濃度130mg/L、pH值8，水溫35℃。
有機填料按重量百分比計，主要是由以下成分組成：聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)85％、玻璃粉末3％、碳纖維1.5％、火山灰2.0％、爐渣1.0％、多孔二氧化矽0.5％、粘土1.0％、高嶺土1.0％、草泥炭1.0％、粉碎木材0.3％、發泡劑0.2％、餘量為聚乙烯醇縮醛(PVF)。所述發泡劑為AC發泡劑，所述碳纖維是由聚丙烯腈纖維製備而成的，所述草泥炭是由碳化的蘆葦和菖蒲製得。
有機填料的製備方法為：1)將尺寸為5mm的粉碎木材用質量濃度為1％的氯化鈉溶液浸泡3個月，取出，烘乾；2)將所述玻璃粉末、粘土、高嶺土均勻混合後，裝入模具中，以5℃/min的升溫速率升溫至400℃，保溫15min；再以8℃/min的升溫速率升溫至900℃，保溫30min；然後以15℃/min的降溫速率降溫至700℃，最後自然冷卻到常溫；3)將所述碳纖維、火山灰、爐渣、多孔二氧化矽、草泥炭與步驟2)處理後的玻璃粉末、粘土、高嶺土攪拌混合，得到預混料；4)將步驟3)所得預混料加熱至280℃，在120r·min-1連續攪拌條件下，將所述聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮醛加入到所述預混料中，攪拌30min，再加入所述發泡劑，形成混合物；5)待步驟4的混合物降溫至80℃時，再加入所述步驟1)處理後的粉碎木材，送入擠出機筒內，通過擠出模具擠壓成型，即得到所述有機填料。
其快速成膜方法是：
(1)將接種汙泥與有機填料按照1:15的體積比加入反應器並悶曝24h，溫度控制在58℃，然後將接種汙泥全部排出；
(2)投加陰離子聚丙烯醯胺(APAM)和鼠李糖脂於廢水中，所述陰離子聚丙烯醯胺(APAM)的投加量為5mg/L，鼠李糖脂的投加量為30mg/L，所述的鼠李糖脂為單鼠李糖脂和雙鼠李糖脂的混合結構，工業級，濃度25％左右，投加方式是隨廢水每日直接投加；
(3)間歇接種合成AI-2信號分子的菌株溶液，所述合成AI-2信號分子的菌株為Acinetobacter sp.TW，菌液體積與反應器體積比為3％，所述Acinetobacter sp.TW間隔3d接種入反應器，反應器開始運行3d後接種，接種濃度5g/L，SV30 30％；
(4)控制體系內pH 8.0、水溫40℃，進水容積負荷控制在1.0kgCOD/(m3.d)；
(5)待COD去除率達40％，NH4+-N的去除率達到30％時，按15％的比例逐步提升進水負荷，持續運行3d，停止增加進水負荷；
(6)繼續運行培養至18d時，COD和NH4+-N的去除率分別穩定達到90％和93.4％，填料表面形成土黃色生物膜，主要以原生動物以及後生動物為主，即停止投加陰離子聚丙烯醯胺(APAM)、鼠李糖脂和合成AI-2信號分子的菌株，完成掛膜，掛膜效率提高了42.9％。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非是對本發明作其他形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本發明技術方案的保護範圍。