一种废水生物膜快速挂膜装置及方法与流程

本发明涉及废水处理技术领域，更具体地说，涉及一种废水生物膜快速挂膜装置及方法。

背景技术：

随着污水生物处理技术的不断发展，生物膜法得到了广泛的应用，其中“移动床生物膜反应器”是生物膜技术中应用最广泛、最高效的处理技术，在生活污水、食品废水、造纸废水、石油废水、制药废水等工业废水都得到了广泛的应用。

MBBR工艺是悬浮生长的活性污泥法与附着生长的生物膜法相结合的一种工艺，该工艺很好地解决了附着生长工艺易堵塞的缺点，具有很高的生物量，而且无需出水回流或是污泥回流。从而使得该工艺具有更高的处理效率。该反应器采用轻质细小的悬浮填料为微生物的生长提供载体，以提高反应器中的生物量，从而提高反应器的处理效率，实现去除废水中的污染物的目标。

MBBR工艺的关键点在于填料上生物膜的生长情况，在填料上微生物的含量及其活性，都会影响污水处理的效果。因此,使填料的表面形成稳定的生物膜至关重要。目前生物挂膜的方法主要有“闷曝法”、“循环法”、“自然挂膜法”等，前两者方法培养的生物膜牢固性不强、易脱落，后者用时加长，往往需要一个月的时间，挂膜的时间过长，不利于生物膜的广泛应用和长期循环使用。因此对于MBBR工艺处理废水来说，研究一种快速挂膜的方法具有重大意义。

中国专利申请，申请号201110058353.3，公开日2012-09-19,2012年9月19日，公开了一种生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，通过投加睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testosteroni)CGMCC No.4630挂膜，挂膜完成后在系统内形成生态岛系统经过生物膜处理，焦化废水COD去除率可达到94％以上，NH₃-N去除率达到98％以上。但此方法时间依旧很长。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的废水生物膜挂膜时间长、牢固性不强、易脱落的问题，本发明提供了一种废水生物膜快速挂膜装置及方法。它可以实现挂膜速度快的效果，生物膜牢固、不易脱落。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本发明所要解决的技术问题是提出一种挂膜时间短、生物膜牢固、耐冲击负荷能力强、处理效果好的MBBR反应器挂膜方法。为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下：

一种废水生物膜快速挂膜装置，其特征在于：包括MBBR反应器，MBBR反应器前端通过加药泵连接有进水罐，后端连接有沉淀池，气泵通过该管道为MBBR反应器供气，MBBR反应器底部设置有曝气装置。

更进一步的，所述的气泵管道上设置有气体流量计。对气泵流量进行监控，保证工作时候气体流量的有效控制。

更进一步的，所述的MBBR反应器内设置有悬浮的载体填料，反应器为空心圆柱，内部为支架支撑构造，有效容积为9±0.2L，高45±1cm，直径16±1cm，上部高40±1cm处设有溢流堰。

更进一步的，所述的载体填料外径和高度分别为25±1mm和10±1mm，密度为0.95g/cm³，有效比表面积为460±10m²/m³。

一种废水生物膜快速挂膜方法，步骤如下：

(1)、制作带有固定化红色鞘氨醇单胞菌的填料；

(2)、在含有载体填料的MBBR中加入活性污泥和废水后进行曝气处理；

(3)、向经过曝气处理后的MBBR中加入带有固定化红色鞘氨醇单胞菌的填料，投加填料数与原反应器中填料数比例为1：(20±5)；

(4)、维持曝气速度和相应的pH值继续反应，直到获得所需的生物膜。

更进一步的，步骤(1)固定化红色鞘氨醇单胞菌的填料制作步骤如下：

a、使用红色鞘氨醇单胞菌纯菌进行扩大培养，扩大培养条件为：pH为7.0-7.2的胰蛋白胨大豆肉汤培养基，在100-150r/min，28℃±0.5℃摇床条件下培养24±1h，使菌液中菌数量及其活性达到最大；

b、将步骤a扩大培养的菌液与无菌废水按照1：100的比例混合加入装有载体填料(5)的锥形瓶中，进行菌剂固定化培养，获得填料，OD值保持在1.5±0.2；培养条件为：100-150r/min，28℃±0.5℃摇床条件下培养36-48h；

c、将步骤b获得的填料，培养后的填料用0.85％NaCl洗涤2-3次，以去除残留的废水；通过比较培养前后填料的干重来测定固定化红色鞘氨醇单胞菌生物量的干重，获得所需要的生物量的填料。

更进一步的，步骤(2)曝气时间为24-48h，载体填料为高密度聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯填料，优选高密度聚乙烯，填充率为30％-40％。

更进一步的，步骤(2)污泥浓度MLSS为1000mg/L-8000mg/L。

更进一步的，步骤(4)中，对移动床生物膜反应器进行间歇流进水方式，定时补充废水和排水，水力停留时间为11-13h，优选12h。

更进一步的，步骤(4)中通过控制曝气和适量的添加碳酸钠维持反应器中的DO和pH值分别在4-6mg/L和7.0-7.5之间。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)、本发明使用废水生物膜快速挂膜装置，可以快速的对废水生物膜进行挂膜，且操作简单，可控性好；

(2)使用气体流量计，对气泵流量进行监控，保证工作时候气体流量的有效控制；

(3)MBBR反应器内采用设置有悬浮的载体填料，处设有溢流堰，可以方便快速的对所需挂膜废水进行处理，效率高；

(4)载体填料外径和高度大小合适，比表面积大，可以快速对挂膜填料进行结合，更加快速进行生物膜挂膜；

(5)采用本发明所述的挂膜方法，得到的生物膜细胞密度高、传质性好、稳定、生长速度快，从而缩短生物膜的挂膜时间，提高生物膜中的必要的好氧缺氧的优势微生物的数量。

(6)本发明流化填料快速挂膜的方法，反应器工艺流程简单，挂膜只需少量的接种污泥、生物膜牢固、耐冲击负荷能力强、处理效果好，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明的MBBR装置结构示意图；

图2为本发明的生物膜加快挂膜的工艺流程图；

图中标号说明：

1、进水罐；2、加药泵；3、气体流量计；4、MBBR反应器；5、载体填料；6、气泵；7、沉淀池；8、曝气装置。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

废水处理系统中的活性污泥很难在短时间内适应废水水质，导致系统启动速度慢、出水水质不稳定。生物强化(Bioaugmentation)是指用特殊的菌种配方按计划添加到生物处理体系中，以提高该系统的生物处理效率的方法。生物强化技术有利于提高反应器中的微生物浓度，缩短反应器运行时间，有利于反应器的固液分离，增强耐冲击负荷能力，保证了系统的启动和稳定运行。

虽然生物强化技术具有成本低廉、便于维护等优点，且已在多种生物反应器中试验成功，但是由于目前生物强化过程中可预测性以及可控制性等问题尚未解决，因此，其在实际工程中的应用至今仍未有很大进展。由于细菌不是彼此孤立的个体，它们之间通过一种称为自诱导物的信号分子进行交流，即群体感应。在复杂环境中，细菌细胞分别向环境中释放信号分子，当其数量超过一定阈值时，信号分子进入不同细胞质内，激活目标基因表达，调节菌群生理行为，如胞外聚合物分泌、生物膜形成等。群体感应效应在生物强化过程中均可起到提高菌体定植、促进种群动态发育的作用，从而推进生物强化技术的工程应用。

如图1所示，一种废水生物膜快速挂膜装置，包括MBBR反应器4，MBBR反应器4前端通过加药泵2连接有进水罐1，后端连接有沉淀池7，气泵6通过该管道为MBBR反应器4供气，MBBR反应器4底部设置有曝气装置8，气泵6管道上设置有气体流量计3。

MBBR反应器4内设置有悬浮的载体填料5，反应器为空心圆柱，内部为支架支撑构造，上部设有溢流堰。所述的载体填料5外径和高度分别为25±1mm和10±1mm，密度为0.95g/cm³，有效比表面积为460±10m²/m³。载体填料5为高密度聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯填料，优选的为高密度乙烯，填充率为30％-40％。

通过本废水生物膜快速挂膜装置，可以快速方便的完成生物膜挂膜。

实施例2

如图2所示，一种废水生物膜快速挂膜方法，具体步骤如下：

(1)、制作带有固定化红色鞘氨醇单胞菌的填料；

步骤(1)固定化红色鞘氨醇单胞菌的填料制作步骤如下：

a、使用红色鞘氨醇单胞菌纯菌进行扩大培养，红色鞘氨醇单胞菌纯菌可以从中国普通微生物保藏管理中心获得，具体保藏号为红色鞘氨醇单胞菌纯菌sphingomonas rubra CGMCC No.1.9113。扩大培养条件为：pH为7.0-7.2的胰蛋白胨大豆肉汤培养基，在100-150r/min，28℃±0.5℃摇床条件下培养24±1h；

b、将步骤a扩大培养的菌液与无菌废水按照1：100的比例混合加入装有载体填料5的锥形瓶中，进行菌剂固定化培养，获得填料，OD值保持在1.5±0.2；培养条件为：100-150r/min，28℃±0.5℃摇床条件下培养36-48h；

c、将步骤b获得的填料，培养后的填料用0.85％NaCl洗涤2-3次，以去除残留的废水；通过比较培养前后填料的干重来测定固定化红色鞘氨醇单胞菌生物量的干重，获得所需要的生物量的填料。

(2)、在含有载体填料5的MBBR中加入活性污泥和废水后进行曝气处理，此处使用闷曝方式进行，曝气时间为24-48h，污泥浓度MLSS为1000mg/L-8000mg/L。

(3)、向经过曝气处理后的MBBR中加入带有固定化红色鞘氨醇单胞菌的填料，投加填料数与原反应器中填料数比例为1：(20±5)；

(4)、维持曝气速度和相应的pH值继续反应，直到获得所需的生物膜。步骤(4)中，对移动床生物膜反应器进行间歇流进水方式，定时补充废水和排水，水力停留时间为11-13h。期间通过控制曝气和适量的添加碳酸钠维持反应器中的DO和pH值分别在4-6mg/L和7.0-7.5之间。

通过上述方法快速生成反应膜，生成速度快，效率高，且提高生物膜中的必要的好氧缺氧的优势微生物的数量。

实施例3

用非生物强化MBBR与生物强化MBBR处理生活污水，比较其填料载体上生物膜厚度与EPS的差异。

表1所示为两套装置中载体生物量与生物膜厚度的比较。两套装置从投加悬浮填料起共培养了50天。其中装置A在MBBR反应器运行初期未投加固定化红色鞘氨醇单胞菌，装置B在MBBR反应器运行初期投加固定化红色鞘氨醇单胞菌。反应器为圆柱形，有效容积为9L，高45cm，直径16cm。反应器底部布置曝气装置，为微生物提供溶解氧和促进填料在反应器内部循环流动。反应器内的悬浮填料为聚乙烯材料，空心圆柱，内部为支架支撑构造，且外部有齿轮。填料的外径和高度分别为25mm和10mm，密度约为0.95g/cm³，有效比表面积为460m²/m³，培养的废水为生活污水。

表1 A、B两套装置中载体生物量与生物膜厚度的比较

试验结果表明，生物强化MBBR在运行50天后，相比非生物强化MBBR，其单个载体的生物量可以提高8.7mgMLSS，单个载体生物膜厚度提高了37.6μm。

载体生物量提高，质量提高，且厚度增加，生成膜速度快。

实施例4

用非生物强化MBBR与生物强化MBBR处理模拟抗生素废水，比较其填料载体上生物膜厚度与EPS的差异。

表2所示为两套装置中载体生物量与生物膜厚度的比较。两套装置从投加悬浮填料起共培养了50天。其中装置C在MBBR反应器运行初期未投加固定化红色鞘氨醇单胞菌，装置D在MBBR反应器运行初期投加固定化红色鞘氨醇单胞菌。反应器与填料同实施例1。培养的废水为模拟抗生素废水。

表2 C、D两套装置中载体生物量与生物膜厚度的比较

试验结果表明，生物强化MBBR在运行50天后，相比非生物强化MBBR，其单个载体的生物量可以提高16.5mg MLSS，单个载体生物膜厚度提高了52.12μm，COD去除率提高了10％。挂膜时间，提高生物膜中的必要的好氧缺氧的优势微生物的数量，COD去除率增加，效果更好。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。