申请日2016.05.05
公开(公告)日2016.09.21
IPC分类号C02F3/02; C02F3/12
摘要
本发明提供了一种用于废水处理的柔性生物球，其培养方法如下：(1)驯化活性污泥;(2)向移动床生物膜反应器中加入悬浮填料和驯化后的活性污泥并通入废水，曝气12～24h，停止曝气，待反应器中的活性污泥沉降后排出上清液，重复前述向反应器中通入废水、曝气、停止曝气和排出上清液的操作直到曝气总时间达到10～20天，然后在曝气条件以连续进水、连续排水的方式运行反应器至悬浮填料被生物膜覆盖，停止进水并排出废水;(3)将营养液与废水按照体积比为(1～3):1000的比例混合均匀得到混合液，将所述混合液通入经过步骤(2)处理反应器中，在曝气条件下以连续通入混合液、连续排出混合液的方式运行反应器3～4个月，即得到用于废水处理的柔性生物球。
权利要求书
1.用于废水处理的柔性生物球的培养方法，其特征在于步骤如下：
(1)将活性污泥加入移动床生物膜反应器中，向所述反应器中通入COD浓度为400～600mg/L的废水，所述活性污泥的加入量为每升废水1～3g，曝气12～24h，停止曝气，待反应器中的活性污泥沉降后排出上清液，然后重复前述向反应器中通入废水、曝气、停止曝气和排出上清液的操作直到曝气总时间达到6～9天，得到驯化后的活性污泥;
(2)向移动床生物膜反应器中加入悬浮填料和步骤(1)所得驯化后的活性污泥，然后向所述反应器中通入COD浓度为400～600mg/L的废水，曝气12～24h，停止曝气，待反应器中的活性污泥沉降后排出上清液，然后重复前述向反应器中通入废水、曝气、停止曝气和排出上清液的操作直到曝气总时间达到10～20天，然后在曝气条件以连续进水、连续排水的方式运行反应器至悬浮填料被生物膜覆盖，停止进水并排出废水;该步骤中控制反应器中废水的pH值为7～7.5;
(3)将营养液与COD浓度为800～1300mg/L的废水按照体积比为(1～3):1000的比例混合均匀得到混合液，将所述混合液通入经过步骤(2)处理的移动床生物膜反应器中，在曝气条件下以连续通入混合液、连续排出混合液的方式运行反应器3～4个月，即得到用于废水处理的柔性生物球;该步骤中，控制反应器中混合液的pH值为6～8、温度为20～25℃;所述营养液是由CaCl2、乙二胺四乙酸、CuCl2、Na2SeO3、MgSO4、FeSO4、ZnSO4、MnSO4、CoSO4、H3BO3和水配制的混合水溶液。
2.根据权利要求1所述用于废水处理的柔性生物球的培养方法，其特征在于步骤(2)中所述悬浮填料和驯化后活性污泥的加入量分别为移动床生物膜反应器有效容积的30%～50%和10%～15%。
3.根据权利要求1或2所述用于废水处理的柔性生物球的培养方法，其特征在于步骤(2)中以连续进水、连续排水的方式运行反应器时，控制废水在移动床生物膜中反应器中的水力停留时间为17～19h。
4.根据权利要求1或2所述用于废水处理的柔性生物球的培养方法，其特征在于步骤(1)和步骤(2)中控制曝气操作的曝气量使移动床生物膜反应器内的废水中的溶解氧量为3～4mg/L。
5.根据权利要求1或2所述用于废水处理的柔性生物球的培养方法，其特征在于步骤(2)中控制移动床生物膜反应器中废水的温度为20～25℃。
6.根据权利要求1或2所述用于废水处理的柔性生物球的培养方法，其特征在于步骤(3)中，控制混合液在移动床生物膜中反应器中的水力停留时间为13～15h，按照每立方米移动床生物膜反应器有效容积中18～25m3/h的曝气量进行曝气。
7.根据权利要求1或2所述用于废水处理的柔性生物球的培养方法，其特征在于步骤(1)和步骤(2)中向移动床生物膜反应器中通入废水时，废水的通入量为所述移动床生物膜反应器有效容积的70%～90%。
8.根据权利要求1或2所述用于废水处理的柔性生物球的培养方法，其特征在于步骤(3)所述营养液中，CaCl2的浓度为1.2～1.8g/L，乙二胺四乙酸的浓度为8～12g/L，CuCl2的浓度为0.8～1.2g/L，Na2SeO3的浓度为0.02～0.04g/L，MgSO4的浓度为1.0～1.4g/L，FeSO4的浓度为0.25～0.3g/L，ZnSO4的浓度为0.1～0.3g/L，MnSO4的浓度为0.1～0.12g/L，CoSO4的浓度为0.04～0.08g/L，H3BO3的浓度为0.001～0.004g/L。
9.根据权利要求1或2所述用于废水处理的柔性生物球的培养方法，其特征在于步骤(1)和步骤(2)中所述COD浓度为400～600mg/L的废水是由葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4、NaHCO3和水配制的混合水溶液，该混合水溶液中，葡萄糖的浓度为375～560mg/L、NH4Cl的浓度为70～80mg/L，KH2PO4的浓度为20～25mg/L，NaHCO3的浓度460～490mg/L;步骤(3)中所述COD浓度为800～1300mg/L的废水是由葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4、NaHCO3和水配制的混合水溶液，该混合水溶液中，葡萄糖的浓度为750～1220mg/L、NH4Cl的浓度为70～80mg/L，KH2PO4的浓度为20～25mg/L，NaHCO3的浓度460～490mg/L。
10.权利要求1至9中任一权利要求所述方法制备的用于废水处理的柔性生物球。
说明书
用于废水处理的柔性生物球及其培养方法
技术领域
本发明属于废水生物处理领域，特别涉及用于废水处理的柔性生物球及其培养方法。
背景技术
随着工业的发展、经济的增长以及城市化进程不断加速，人类对水资源的需求越来越大，但水污染问题却日趋严重，已成为了威胁人类的健康生活的重要因素之一。废水的生物处理技术是利用微生物的新陈代谢活动将废水中的污染物分解为简单的无机物等无害物质，从而实现水体的净化，该技术由于具有运行成本较低的优势而逐渐成为废水处理的主要手段。
依照微生物在废水中的聚集形态，在废水的生物处理中起重要作用的微生物通常以絮体污泥、生物膜和颗粒污泥这些微生物聚集体的形式存在。微生物聚集体的结构形态和功能特性将直接影响它们进行废水处理的效率和效果。絮体污泥由活性污泥和栖息在其上的微生物群体组成，絮体污泥的粒径一般为0.02～0.2mm，主要用于废水的活性污泥处理工艺中。生物膜是指粘附在填料表面上的微生物在填料表面大量繁殖后形成的一层充满微生物的膜，主要用于废水的生物膜处理工艺中。颗粒污泥是由多种微生物相互结合形成的比重较大的微生物聚集体，其中的丝状菌形成框架，其他微生物被包裹、吸附在框架中，颗粒污泥呈球形或者椭球形，直径约为0.2～5mm，颗粒污泥的结构致密，外表光滑，主要用于废水处理的颗粒污泥工艺中。由于颗粒污泥过于密实，导致其传质效率较低，进而影响其处理废水的效率和效果，虽然颗粒污泥具有一定是颗粒强度，但实际上其在废水中的稳定性比较有限，在使用过程中容易解体，因而颗粒污泥处理废水的运行条件较为苛刻。基于该技术现状，若能开发出传质效果更好和稳定性更好的球状或者类似球状的微生物聚集体来代替现有的颗粒污泥进行废水处理，对于提高废水处理效率和效果都将产生积极的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于废水处理的柔性生物球及其培养方法，为废水的生物处理提供新形式且具有高传质效率的微生物聚集体，以提高废水处理的效率和改善废水处理的效果。
本发明提供的用于废水处理的柔性生物球的培养方法，步骤如下：
(1)将活性污泥加入移动床生物膜反应器中，向所述反应器中通入COD浓度为400～600mg/L的废水，所述活性污泥的加入量为每升废水1～3g，曝气12～24h，停止曝气，待反应器中的活性污泥沉降后排出上清液，然后重复前述向反应器中通入废水、曝气、停止曝气和排出上清液的操作直到曝气总时间达到6～9天(每天按24h计)，得到驯化后的活性污泥;
(2)向移动床生物膜反应器中加入悬浮填料和步骤(1)所得驯化后的活性污泥，然后向所述反应器中通入COD浓度为400～600mg/L的废水，曝气12～24h，停止曝气，待反应器中的活性污泥沉降后排出上清液，然后重复前述向反应器中通入废水、曝气、停止曝气和排出上清液的操作直到曝气总时间达到10～20天(每天按24h计)，然后在曝气条件以连续进水、连续排水的方式运行反应器至悬浮填料被生物膜覆盖，停止进水并排出废水;该步骤中控制反应器中废水的pH值为7～7.5;
(3)将营养液与COD浓度为800～1300mg/L的废水按照体积比为(1～3):1000的比例混合均匀得到混合液，将所述混合液通入经过步骤(2)处理的移动床生物膜反应器中，在曝气条件下以连续通入混合液、连续排出混合液的方式运行反应器3～4个月(每月按30天计)，即得到用于废水处理的柔性生物球;该步骤中，控制反应器中混合液的pH值为6～8、温度为20～25℃;所述营养液是由CaCl2、乙二胺四乙酸、CuCl2、Na2SeO3、MgSO4、FeSO4、ZnSO4、MnSO4、CoSO4、H3BO3和水配制的混合水溶液。
上述方法的步骤(2)中，所述悬浮填料和驯化后活性污泥的加入量分别为移动床生物膜反应器有效容积的30%～50%和10%～15%。
上述方法的步骤(2)中，以连续进水、连续排水的方式运行反应器时，控制废水在移动床生物膜中反应器中的水力停留时间为17～19h。
上述方法的步骤(1)和步骤(2)中，步骤(1)和步骤(2)中控制曝气操作的曝气量使移动床生物膜反应器内的废水中的溶解氧量为3～4mg/L。
上述方法的步骤(2)中，优选控制移动床生物膜反应器中废水的温度为20～25℃。
上述方法的步骤(3)中，控制混合液在移动床生物膜中反应器中的水力停留时间为13～15h，按照每立方米移动床生物膜反应器有效容积中18～25m3/h的曝气量进行曝气。
上述方法的步骤(1)和步骤(2)中，向移动床生物膜反应器中通入废水时，废水的通入量为所述移动床生物膜反应器有效容积的70%～90%。
上述方法中的步骤(3)所述营养液中，CaCl2的浓度为1.2～1.8g/L，乙二胺四乙酸的浓度为8～12g/L，CuCl2的浓度为0.8～1.2g/L，Na2SeO3的浓度为0.02～0.04g/L，MgSO4的浓度为1.0～1.4g/L，FeSO4的浓度为0.25～0.3g/L，ZnSO4的浓度为0.1～0.3g/L，MnSO4的浓度为0.1～0.12g/L，CoSO4的浓度为0.04～0.08g/L，H3BO3的浓度为0.001～0.004g/L。
上述方法的步骤(1)和步骤(2)中，所述COD浓度为400～600mg/L的废水是由葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4、NaHCO3和水配制的混合水溶液，该混合水溶液中，葡萄糖的浓度为375～560mg/L、NH4Cl的浓度为70～80mg/L，KH2PO4的浓度为20～25mg/L，NaHCO3的浓度460～490mg/L;步骤(3)中所述COD浓度为800～1300mg/L的废水是由葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4、NaHCO3和水配制的混合水溶液，该混合水溶液中，葡萄糖的浓度为750～1220mg/L、NH4Cl的浓度为70～80mg/L，KH2PO4的浓度为20～25mg/L，NaHCO3的浓度460～490mg/L。
上述方法中，所述悬浮填料的材质通常为聚乙烯或其改性材料、聚丙烯或其改性材料，密度为0.96～0.98g/cm3，被生物膜覆盖后密度与废水的密度相近。
本发明还提供了一种由上述方法制备的用于废水处理的柔性生物球，该柔性生物球由大量不同种类的微生物聚集而成，其外形呈球形或类似于球形，直径为0.5～2cm，具有较好的柔韧性，表面呈茸毛状，内部和表面都具有丰富的孔隙结构，有利于传质，且所述柔性生物球在水中的沉降速度约为1.0～1.5cm/s，该沉降速度适中，用于废水处理中有利于降低流化动力，节约能耗。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供了一种新型的用于废水处理的微生物聚集体—柔性生物球，现有技术中尚无类似的柔性生物球的报道，该柔性生物球由大量微生物聚集而成，其外形呈球形或类似于球形，直径为0.5～2cm，由于该柔性生物球的表面呈茸毛状，且内部和表面都具有丰富的孔隙结构，茸毛状的外表和丰富的孔隙结构都有利于有效地减小传质阻力，因而将该柔性生物球应用于废水处理中，有利于提高废水的处理效率和处理效果，与现有的颗粒污泥相比，具有明显的应用优势。
2.由于本发明提供的柔性生物球具有良好的柔韧性，因而能有效避免使用过程中生物球之间因相互碰撞而解体，这有利于提高使用过程中该柔性生物球中的稳定性，同时，该柔性生物球丰富的孔隙结构可有效降低柔性生物球的密度，密度的减小可使得其在使用过程中需要的流化动力减小，有利于减小曝气量，降低能耗，且该柔性生物球在水中的沉降速度约为1.0～1.5cm/s，该沉降速度适中，用于废水处理中也有利于降低流化动力，节约能耗。
3.实验表明，采用本发明提供的柔性生物球对COD浓度为800～1000mg/L的废水进行处理，处理后的出水的COD浓度均不超过185mg/L，最低出水COD浓度低至37mg/L，COD去除率高达81%～95.8%，且在反应器运行54天后，柔性生物球的外形完好，未出现解体现象(见实施例3)，说明采用本发明所述柔性生物球处理废水，具有处理效果好的优势，且所述柔性生物球具有良好的稳定性，有利于延长其使用寿命和降低废水处理成本。
4.本发明还提供了用于废水处理的柔性生物球的培养方法，该方法采用常规设备的原料即可实现柔性生物球的培养，具有容易实现和成本低廉的特点，易于推广应用。
