申请日2017.08.02
公开(公告)日2017.11.24
IPC分类号C02F3/00; C02F3/30; C02F3/34; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法，属于生物膜法污水处理领域。其技术方案包括：(1)对低C/N比废水的BOD5/TN进行测定;(2)测定低C/N比废水中溶解性物质多糖浓度以及盐度;(3)对生物膜法处理该低C/N比废水所使用填料载体进行接触角的测定;(4)根据相关测定值选择合适的调控方案;(5)运行生物膜反应器，每日投加一定量的鼠李糖脂和氯化钙于低C/N比废水中，直至挂膜完成。本发明利用钙离子与低C/N比废水中污染物质发生络合，加速废水中溶解性物质和微生物在填料上附着和定殖，从而提高挂膜效果。
权利要求书
1.一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：测定低C/N比废水的BOD5/TN;
步骤二：测定低C/N比废水中溶解性物质多糖浓度以及盐度;
步骤三：对生物膜法处理该低C/N比废水所使用填料载体进行接触角的测定;
步骤四：根据相关测定值选择合适的调控方案;
步骤五：根据相应的调控方案，运行连续流生物膜反应器，每日投加一定量的鼠李糖脂和氯化钙于低C/N比废水中，直至挂膜完成。
2.如权利要求1所述的一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法，其特征在于，步骤四中所述的调控方案为：
(1)当废水BOD5/TN<2.5，废水中溶解性物质多糖含量浓度不低于30mg/L，盐度不低于10g/L，且填料为疏水性填料的纯水接触角值大于90°时，向低C/N比废水中投加钙离子浓度应为500-800mg/L，同时每日需投加20-50mg/L的鼠李糖脂;
(2)当废水BOD5/TN>2.5，废水中溶解性物质多糖含量浓度低于30mg/L，盐度低于10g/L，且填料为疏水性填料的纯水接触角小于90°时，向低C/N比废水中投加钙离子浓度应为100-300mg/L，同时每日需投加20-50mg/L的鼠李糖脂。
3.如权利要求1所述的一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法，其特征在于，步骤五中所述的生物膜反应器为应用于市政污水、工业废水、微污染水源水等污废水处理的连续流生物膜法处理单元，其类型包括好氧和缺氧。
4.如权利要求1-3任意一项所述的一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法，其特征在于，所述的生物膜反应器主要包括内筒(1)、外筒(2)、S形搅拌叶片(3)、阳极棒(4)、齿板电极(5)和石墨毡(6)，所述内筒(1)和外筒(2)为一体结构，内筒(1)的内部为好氧反应区，所述好氧反应区内设有好氧生物填料球(10)，内筒(1)的底部设有好氧排泥口(11)，外筒(2)与内筒(1)之间的区域为缺氧反应区，所述缺氧反应区内设有兼性厌氧生物填料球(20)，外筒(2)的底部设有缺氧排泥口(21)，所述S形搅拌叶片(3)共1-5组，并通过中空转轴(7)串为一体，所述中空转轴(7)连接在内筒(1)的纵轴中心位置，中空转轴(7)的顶端连有电机(70)，中空转轴(7)的侧壁上设有曝气孔(71)，中空转轴(7)的上端侧壁通过导气管连有空压机(72)，所述阳极棒(4)有两个，分别位于S形搅拌叶片(3)的圆弧中心位置，两个所述阳极棒(4)的顶端通过导电构件(41)连接，所述导电构件(41)与中空转轴(7)固定连接，导电构件(41)与外接电源(8)的正极相连，所述齿板电极(5)为倒U形结构，若干个齿板电极(5)从上至下插套在内筒(1)壁上并等间距围成一圈，齿板电极(5)的顶端通过防水导线串联，所述防水导线与外接电源(8)的负极相连，所述石墨毡(6)固定在外筒(2)的内壁上，石墨毡(6)通过导线与外接电源(8)的阳极相连。
5.如权利要求4所述的一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法，其特征在于，所述外筒(2)的左下方设有原水进水口(22)，右上方设有处理出水口(23)，所述内筒(1)的右侧的下部设有处理进水口(12)，中部设有取样出水口(13)，上部设有净水出水口(14)，所述处理出水口(22)与处理进水口(12)用过软管(15)相连，所述软管(15)上设有水泵(16)，外筒(1)的上方设有密封盖(17)，所述密封盖(17)的顶端设有排气孔(18)。
6.如权利要求1所述的一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法，其特征在于，步骤五中所述的鼠李糖脂为单鼠李糖脂和双鼠李糖脂的混合结构，工业级，浓度为25±1%。
7.如权利要求1所述的一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法，其特征在于，步骤五中所述的鼠李糖脂为单鼠李糖脂和双鼠李糖脂以混合而成，浓度为25%。
8.如权利要求1所述的一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法，其特征在于，步骤五中所述挂膜启动完成的标志为COD和NH4+-N的去除率分别稳定达到80-90%和60-70%，填料表面形成土黄色生物膜，主要以原生动物以及后生动物为主，此时停止所述生物膜反应器的运行，完成挂膜。
说明书
一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法
技术领域
本发明属于生物膜法污水处理技术领域，具体涉及一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法。
背景技术
低C/N比废水具有来源广、污染严重、传统的生物脱氮工艺对其处理效果差等特点，已成为目前水污染治理的重点和难点。在低C/N比废水处理过程中，由于碳源不足，微生物的反硝化过程受到抑制，导致脱氮、除磷效果不理想，从而影响整个工艺的处理效果，因此在处理此类废水时需投加碳源。然而，投加碳源不仅增加了处理费用，且会排出CO2气体污染环境，当C/N比低于完全反硝化所需的最小值时，亚硝态氮将会积累，发生不完全硝化，降低脱氮效果;而实际C/N比过高时，会抑制硝化过程，导致出水有机物含量升高，影响出水水质。生物膜法因其具有微生物种类多样化，微生物食物链长，污泥产量低，抗冲击负荷能力强等优势，有望成为低C/N比废水处理的有效方法。而在生物膜法处理低C/N比废水过程中，填料挂膜缓慢导致工艺启动时间长、处理效果难达预期，是限制其高效稳定运行的关键技术难题。因此，针对生物膜法处理低碳氮比废水，开发经济有效、稳定可行而又挂膜迅速的处理方法具有重要的意义。近年来的研究表明，钙离子在一定程度上影响着生物膜的结构、机械性能和所形成的厚度等方面，可作为一种潜在的调控生物膜形成的手段。
中国发明专利《一种移动床生物膜反应器中载体填料的挂膜方法》(公开号05565480A)通过对移动床生物膜反应器同时进行排水和补充离交废水，进行动态培养，并回流活性污泥，该方法需要监控污泥浓度，操作不便。中国发明专利《一种废水生物膜快速挂膜装置及方法》(公开号106430560A)通过在填料上固定红色鞘氨醇单胞菌以加快挂膜，但该方法所固定的菌株在反应器中的适应性受到诸多因素的影响，不易控制。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法，可以加速废水中溶解性物质和微生物在填料上附着和定殖，从而提高挂膜效果。
本发明的技术方案如下：
一种钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的方法，包括如下步骤：
步骤一：对低C/N比废水的BOD5/TN进行测定;
步骤二：测定低C/N比废水中溶解性物质多糖浓度以及盐度;
步骤三：对生物膜法处理该低C/N比废水所使用填料载体进行接触角的测定;
步骤四：根据相关测定值选择合适的调控方案;
步骤五：根据相应的调控方案，运行生物膜反应器，每日投加一定量的鼠李糖脂和氯化钙于低C/N比废水中，直至挂膜完成。
其原理在于钙离子作为一种二价阳离子，可通过电中和作用、加强压缩双电层作用、降低静电斥力和减少电子给体数等方式影响生物膜的初期形成过程——即废水中的溶解性物质在载体表面的粘附;同时，二价阳离子作为生物膜的组成成分，占据生物膜的特定位置发生特定的化学作用，从而改变生物膜的粘附性质;此外，钙离子还通过联结不同种类微生物的eDNA从而促进细胞团聚和生物膜的快速形成，并且钙离子通过静电作用加强细胞膜的整体性，从而促进细胞生长和胞间粘附力。
进一步的，在上述方案中，步骤一中所述BOD5采用五日培养法进行测定，TN采用紫外分光光度法进行测定。
进一步的，在上述方案中，步骤二中所述多糖为低C/N比废水中溶解性有机物所含多糖，采用硫酚法进行测定。
进一步的，在上述方案中，步骤二中所述盐度采用盐度计或电导率测定后进行转换。
进一步的，在上述方案中，步骤三中所述纯水在填料表面接触角采用接触角仪于室温(25±1℃)下测定，每个样品至少在填料表面5个不同的地方测定，结果取平均值。
进一步的，在上述方案中，步骤四中所述的调控方案为：当废水BOD5/TN<2.5，废水中溶解性物质多糖含量较高(即浓度不低于50mg/L)，盐度较高(即浓度不低于10g/L)，且填料为疏水性填料(即纯水接触角值大于90°)时，向低C/N比废水中投加钙离子浓度应不小于300mg/L，同时每日需投加20-50mg/L的鼠李糖脂;当废水BOD5/TN>2.5，废水中溶解性物质多糖含量浓度低于30mg/L，盐度低于10g/L，且填料为疏水性填料的纯水接触角小于90°时，向低C/N比废水中投加钙离子浓度应为100-300mg/L，同时每日需投加20-50mg/L的鼠李糖脂。
进一步的，在上述方案中，步骤五中所述的生物膜反应器为应用于市政污水、工业废水、微污染水源水等污废水处理的连续流生物膜法处理单元，其类型包括好氧和缺氧。
更进一步的，所述的生物膜反应器主要包括内筒、外筒、S形搅拌叶片、阳极棒、齿板电极和石墨毡，所述内筒和外筒为一体结构，内筒的内部为好氧反应区，所述好氧反应区内设有好氧生物填料球，内筒的底部设有好氧排泥口，外筒与内筒之间的区域为缺氧反应区，所述缺氧反应区内设有兼性厌氧生物填料球，外筒的底部设有缺氧排泥口，所述S形搅拌叶片共-组，并通过中空转轴串为一体，所述中空转轴连接在内筒的纵轴中心位置，中空转轴的顶端连有电机，中空转轴的侧壁上设有曝气孔，中空转轴的上端侧壁通过导气管连有空压机，所述阳极棒有两个，分别位于S形搅拌叶片的圆弧中心位置，两个所述阳极棒的顶端通过导电构件连接，所述导电构件与中空转轴固定连接，导电构件与外接电源的正极相连，所述齿板电极为倒U形结构，若干个齿板电极从上至下插套在内筒壁上并等间距围成一圈，齿板电极的顶端通过防水导线串联，所述防水导线与外接电源的负极相连，所述石墨毡固定在外筒的内壁上，石墨毡通过导线与外接电源的阳极相连，低C/N比的废水一般通过简单的生物膜法处理效果欠佳，通过电极-生物膜法能显著提高污水的处理效率，其中，本生物膜反应器好氧和缺氧一体化且都具有电极和生物处理的功能，可提高废水挂膜速率和COD、NH4+-N的去除率。
更进一步的，所述外筒的左下方设有原水进水口，右上方设有处理出水口，所述内筒的右侧的下部设有处理进水口，中部设有取样出水口，上部设有净水出水口，所述处理出水口与处理进水口用过软管相连，所述软管上设有水泵，外筒的上方设有密封盖，所述密封盖的顶端设有排气孔。
进一步的，在上述方案中，步骤五中所述的鼠李糖脂为单鼠李糖脂和双鼠李糖脂的混合结构，工业级，浓度25%左右。
进一步的，步骤五中所述挂膜启动完成的标志为COD和NH4+-N的去除率分别稳定达到80-90%和60-70%，填料表面形成土黄色生物膜，主要以原生动物以及后生动物为主，此时停止反应器的运行，完成挂膜。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
(1)本发明通过调控钙离子的投加量，促进了废水中溶解性物质在填料表面的初始粘附，为后续微生物的沉积与聚集创造更为有利的条件，同时钙离子通过静电作用加强细胞膜的整体性，从而促进细胞生长和胞间粘附力而增强了微生物的附着和定殖作用，因此提高了微生物挂膜效率;
(2)与现有技术相比，本发明通过对低C/N比废水相关水质指标进行测定，并对所采用的生物膜填料的亲疏水性做出判断，提出了钙离子调控生物膜法处理低C/N比废水快速挂膜的选择性方案，便于对不同低C/N比废水采取相应的处理方案;
(3)本发明与常规挂膜方法相比启动时间可缩短5-8天，操作简便，实用性强，是一种适用于调控连续流生物膜反应器处理低C/N比废水快速成膜的方法，其中，本发明的生物膜反应器好氧和缺氧一体化，且都具有电极和生物处理的功能，可提高废水挂膜速率和COD、NH4+-N的去除率。
