一种利用高效厌氧生物膜反应器处理废水的工艺的制作方法

本发明属于水处理技术应用领域，具体涉及一种利用高效厌氧生物膜反应器处理废水的工艺，主要目的是利用自制填料建立厌氧生物膜反应器，优化反应器内填料流化方式，增强反应器处理效果，降低废水处理成本，适用于处理各类工业有机废水。

背景技术：

1、工业有机废水主要指食品、造纸、制药等行业排出的cod在2000 mg/l以上的废水。这些废水中含有高浓度有机物，包括脂肪、蛋白、纤维素等。传统的厌氧反应器常用于工业有机废水的处理，但工业废水水质成分变化较大，可能含有难降解有机物、硫酸盐、硝酸盐等抑制因子，对厌氧反应器的处理性能产生不利影响，致使反应器在处理工业有机废水时出水水质不稳定，反应器处理负荷大幅降低。随着人们对新型厌氧技术的深入探究，厌氧生物膜技术逐渐成为热门研究方向。202020004963.x公开了一种基于生物炭载体的ubf厌氧反应器，该实用新型将生物炭固定于生物填料层对微生物进行吸附、截留。201410564119.1公开了一种处理工业废水的厌氧生物流化床混合载体及应用，采用改性活性炭、改性硅藻土、改性树脂组成的混合载体应用于厌氧消化。但以上装置中较少关注产甲烷古菌在填料上的挂膜，同时填料比重较高（1.0~1.4 g/ml之间），填料流化能耗相对较高。

2、本发明提供了一种利用高效厌氧生物膜反应器处理废水的工艺，通过添加自制填料加快生物膜形成，强化反应器对工业有机废水的处理性能。自制填料对产甲烷菌具有更高的亲生物性，同时其成分能促进种间直接电子传递(diet)，填料构型及比重使其更被流化，增强反应系统内废水与微生物的接触与传质，提高反应器处理效果。

技术实现思路

1、针对常规厌氧反应器处理工业有机废水效果不佳、污泥易流失的问题，结合上述背景技术，本发明提供了一种利用高效厌氧生物膜反应器处理废水的工艺。

2、本发明技术方案如下：

3、厌氧生物膜反应器反应区包括：进水管、气体回流曝气装置、旋流布水器、切向布水口、自制填料。进水管内进水为工业有机废水。布水器包括布水管和布水口，布水管数量和布水口直径大小可依据废水水质水量设计：布水管设置2~3根，对称设计，长度为反应器内径的1/3~1/2，内径小于10 cm；在布水管的两端侧面分别设计布水口，布水口水流方向为反应器直径切向，布水口直径大小设计为布水管直径的1/3~1/2。反应器内填料的流化动力由产气循环提供，其中循环气体通过曝气装置均匀布气，循环气体流量则由排气口处控压阀控制，在保证充足的气体循环流量同时反应器内压力不会对微生物产生抑制。气体、自制填料和废水三相分离器在三相分离器处分离，其中气体在集气箱中收集后通过控压阀由排气口逸出，废水由出水管排出反应器。

4、所述反应器内自制填料主要组分包括：高密度聚乙烯（70-90份），玻璃纤维（5-10份），亲生物性粉末（20-30份）和稀释剂（3-5份）。其中，所述稀释剂为烯丙基缩水甘油醚。

5、填料制作详细步骤为：按比例在反应釜中加入高密度聚乙烯和稀释剂，搅拌30-50min，获得混合充分的混合物ⅰ；在反应釜中250℃-350℃温度下加热融化混合物ⅰ，之后加入亲生物性粉末和玻璃纤维，搅拌生成产物ⅱ；将产物ⅱ导入注塑机中，通过注塑机将填料制成多面空心球型，自然冷却得到自制填料。制成的自制填料分为两种：a型填料直径为1.5~3cm，比重为1.00~1.10 g/ml；b型填料直径为1~2 cm，比重为0.95~1.05 g/ml。

6、其中，所述的亲生物性粉末的组分为：鼠李糖脂，厌氧污泥制成的生物炭粉末，古菌膜脂特有化合物甘油二烷基甘油四醚脂。

7、所述反应器内填料的具体布置方式为：反应区底部1/2~2/3处投加a型填料，反应区上部1/3~1/2处添加b型填料。

8、所述反应器内自制填料的挂膜过程具体操作为：在反应器中添加自制填料和中温厌氧反应器中的厌氧活性污泥（混合液挥发性悬浮固体浓度(mlvss)为6000~10000 mg/l）；以一定的循环流量将自制填料和厌氧活性污泥混合5~10 d，之后将厌氧活性污泥排出，自制填料挂膜结束。挂膜过程中添加营养液促进生物膜生长，其组分为（单位：g/l）：乙酸钠3~5、葡萄糖1~2、nh4cl 0.2~0.3、k2hpo4 0.1。

9、本发明的进一步改进是：产甲烷古菌生长周期长，与水解酸化细菌相比，难以在传统填料上附着，自制填料添加生物表面活性剂鼠李糖脂和古菌膜脂中独有的醚类化合物，增加对产甲烷古菌的同源性亲和力，增强产甲烷菌的附着；自制填料内添加厌氧污泥制成的生物炭粉末，能增加填料表面粗糙度，同时生物炭表面含有大量微孔，有利于对微生物的拦截和吸附，促进生物膜的形成；生物炭表面含有大量醌类化合物，有利于diet，增强反应器厌氧产甲烷性能；反应器内填料布置采用下部添加直径和比重较大填料，上部添加直径和比重较小填料的方式，在保证填料充分流化的同时，可避免填料流失，降低反应器运行能耗；传统厌氧反应器采用水力循环提供反应区污泥流化动力，本发明利用反应器厌氧产气提供填料流化动力，能够降低能耗和反应器运行成本，同时利用集气箱和控压阀来保证反应器供气稳定，设置曝气装置保证反应器内布气均匀。

10、本发明的特点是：自制填料对产甲烷古菌具有特异的同源亲和力，有利于产甲烷菌的附着，同时填料表面具有较高的粗糙度，可加速填料挂膜，缩短反应器启动时间；自制填料可增强种间直接电子传递能力，进而提高反应器有机物去除负荷，也可保证反应器在低温下或者进水冲击时具有稳定的处理性能；反应器利用产气循环提供填料流化动力，动力来源更加稳定，同时降低反应器能耗和运行成本。

技术特征：

1.一种利用高效厌氧生物膜反应器处理废水的工艺，其特征在于：所述反应器的反应区(4)包括：进水(1)、布水管(2)、切向布水口(3)、气体回流管(10)、曝气装置(11)、已挂膜的自制填料；所述工艺包括如下流程：进水(1)进入布水管(2)并经过切向布水口(3)进入反应区(4)；已挂膜的自制填料随气流和水流上升，并在三相分离器(7)处分离，其中出水由出水管(8)排出反应器，已挂膜的自制填料沉降回反应区(4)继续反应，气体由集气箱(9)收集；集气箱(9)中收集的气体一部分通过气体回流管(10)回流至反应器，并由曝气装置(11)进行均匀布气，一部分通过出气口(13)排出，排气量通过控压阀(12)控制。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述反应器的布水系统包括进水(1)、布水管(2)和切向布水口(3)；布水管(2)设置2~3根，对称设计，长度为反应器内径的1/3~1/2，内径小于10 cm；在布水管(2)的两端侧面分别设计布水口(3)，布水口(3)的水流方向为反应器直径切向，布水口(3)的直径为布水管(2)直径的1/3~1/2。

3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述反应器的布气系统包括气体回流管(10)和曝气装置(11)，回流气体流量由控压阀(12)控制。

4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述自制填料分为两种：直径为1.5~3 cm、比重为1.00~1.10 g/ml的a型填料(5)和直径为1~2 cm、比重为0.95~1.05 g/ml的b型填料(6)；所述自制填料的布置方式为：反应区(4)底部体积1/2~2/3处投加a型填料(5)，反应区(4)上部体积1/3~1/2处投加b型填料(6)。

5.如权利要求4所述的工艺，其特征在于：所述自制填料包括如下组分：高密度聚乙烯70-90份，玻璃纤维5-10份，亲生物性粉末20-30份和稀释剂3-5份；所述亲生物性粉末的组分包括鼠李糖脂、厌氧污泥制成的生物炭粉末和古菌膜脂特有化合物甘油二烷基甘油四醚脂；所述稀释剂为烯丙基缩水甘油醚。

6.如权利要求5所述的工艺，其特征在于：所述自制填料的制备方法包括如下步骤：按比例在反应釜中加入高密度聚乙烯和稀释剂，搅拌30-50 min，获得混合充分的混合物ⅰ；在反应釜中250℃-350℃温度下加热融化混合物ⅰ，之后加入亲生物性粉末和玻璃纤维，搅拌生成产物ⅱ；将产物ⅱ导入注塑机中，通过注塑机将填料制成多面空心球型，自然冷却得到所述自制填料。

7.如权利要求1所述的工艺，其特征在于：对自制填料挂膜的方法包括如下步骤：在反应器中添加自制填料和中温厌氧反应器中mlvss为6000~10000 mg/l的厌氧活性污泥；将自制填料和厌氧活性污泥混合5~10 d，混合过程中添加营养液；混合结束后将厌氧活性污泥排出；所述营养液的组分包括：乙酸钠3~5 g/l、葡萄糖1~2 g/l、nh4cl 0.2~0.3 g/l、k2hpo40.1 g/l。

技术总结
本发明具体涉及一种利用高效厌氧生物膜反应器处理废水的工艺，用于处理不同类型的工业有机废水。本发明的特点是采用自制填料形成厌氧生物膜系统，自制填料中添加亲生物性物质，保证产甲烷菌快速挂膜，加快厌氧反应器的启动；填料中添加厌氧污泥制生物炭，可增加填料表面粗糙度，利于微生物快速挂膜，同时生物炭具有醌类含氧官能团，增强微生物间DIET，提高系统有机物去除负荷，并提高反应器的抗低温和抗冲击能力；反应器反应区不同位置设置不同粒径比重的填料，保证填料更易流化，降低填料流化能耗，同时填料不易流失；利用反应器产气循环提供填料流化动力，利用曝气装置均匀布气，可降低反应器能耗和运行成本。

技术研发人员：李海松,阎登科,陈晓蕾,范艳艳,许子聪,田会阳
受保护的技术使用者：知和环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19