專利名稱：一種改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢水生物處理的方法，尤其涉及一種改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法。
背景技術(shù)：
廢水好氧生物處理技術(shù)分為活性污泥法和生物膜法兩大類。兩者最大的區(qū)別在于微生物的生長(zhǎng)方式，前者為懸浮生長(zhǎng)，微生物的世代時(shí)間受泥齡的制約；后者為固著生長(zhǎng)，微生物的世代時(shí)間不受制約，因此微生物相豐富，降解有機(jī)物的種類與效果增加；特別是對(duì)于生物脫氮，由于硝化細(xì)菌是自養(yǎng)細(xì)菌，繁殖緩慢，活性污泥法需要控制相當(dāng)長(zhǎng)的泥齡，因此生物膜法的效果遠(yuǎn)高于活性污泥法。
生物膜法關(guān)鍵是要提供微生物固著生長(zhǎng)的載體，載體有多種形式，懸浮填料生物膜法因其生化反應(yīng)速度快、有利于多相傳質(zhì)、不會(huì)發(fā)生填料的堵塞和結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，便于施工，而在新建與傳統(tǒng)活性污泥法改造中得到廣泛應(yīng)用。
懸浮填料對(duì)材質(zhì)有以下要求耐酸堿和微生物的腐蝕，比重略輕于水，便于加工定型，價(jià)格便宜，來(lái)源廣泛。因此，現(xiàn)行的各種懸浮填料以PVC材質(zhì)為主。
但實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，PVC材料制成的懸浮填料，微生物能夠固著在懸浮填料上生長(zhǎng)成為關(guān)鍵，在專業(yè)術(shù)語(yǔ)中稱之為“掛膜”，在水流紊動(dòng)較強(qiáng)時(shí)，掛膜困難。在同一個(gè)懸浮填料上，靠邊緣的地方往往掛不上膜，而恰恰這些區(qū)域傳質(zhì)速率大，有利于生化反應(yīng)的進(jìn)行。因此，掛膜困難成為懸浮填料應(yīng)用的主要問題。
造成這一問題的根本原因是材質(zhì)的理化性質(zhì)，PVC材料表面帶有負(fù)電荷，而微生物表面也帶有負(fù)電荷，這必然影響微生物在懸浮填料表面的生長(zhǎng)。解決這一問題的措施是改變其中一方的表面性質(zhì)，提高載體與微生物之間親和力，目前常用的方法有兩大類一是通過(guò)微生物表面的改性；二是通過(guò)載體表面的改性，使載體表面帶有正電荷。前者較困難，往往采用后者。
另一方面，本發(fā)明人先前的申請(qǐng)?zhí)枮?2111901.5的發(fā)明，催化鐵內(nèi)電解處理難降解廢水的方法，即催化鐵內(nèi)電解法，通過(guò)在鐵內(nèi)電解中加入銅及陽(yáng)離子表面活性劑改性的沸石作為催化劑，提供了一種高效且經(jīng)濟(jì)的難降解工業(yè)廢水的處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種簡(jiǎn)單高效的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，以解決目前存在的掛膜困難，特別在同一個(gè)懸浮填料上，靠邊緣的地方往往掛不上膜的技術(shù)問題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明在傳統(tǒng)的生物懸浮填料工藝中增加將催化鐵內(nèi)電解方法作為生物懸浮填料工藝的預(yù)處理段。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，其依據(jù)所測(cè)定廢水的氧化還原電位和pH值決定所述催化鐵內(nèi)電解方法的曝氣方式。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，在廢水的氧化還原電位高于100mV時(shí)，采用不曝氣的催化鐵內(nèi)電解的方法。此時(shí)，廢水中強(qiáng)氧化性物質(zhì)或廢水中的有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)中帶有強(qiáng)拉電子基團(tuán)的物質(zhì)濃度較高，這些物質(zhì)往往對(duì)生物處理產(chǎn)生抑制作用，催化鐵內(nèi)電解段可以還原這些物質(zhì)，提高其可生化性。這時(shí)單質(zhì)鐵(鐵屑)被氧化成亞鐵離子，并同廢水一同進(jìn)入后續(xù)的懸浮填料段，在懸浮填料段中強(qiáng)烈的氧化態(tài)(大量曝氣)將亞鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子，起混凝作用。在此過(guò)程中懸浮填料的表面理化性質(zhì)得到改變，表面的負(fù)電荷得到中和，且同時(shí)微生物細(xì)胞的荷電狀態(tài)也得到改善，不僅在載體上掛膜性能好，而且生物膜厚。生物膜呈毛絨狀，大量的絲狀菌膠團(tuán)向外飄逸，比表面積大，活性高。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，在廢水的氧化還原電位低于-100mV時(shí)，采用曝氣的催化鐵內(nèi)電解的方法。這就與申請(qǐng)?zhí)枮?2111901.5的發(fā)明目的不同。這時(shí)廢水中氧化性物質(zhì)或廢水中有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)中帶有強(qiáng)拉電子基團(tuán)的物質(zhì)濃度不高，在催化鐵內(nèi)電解段不再形成對(duì)廢水中有機(jī)物的還原作用，功能僅為生成新生態(tài)的亞鐵離子，改善后繼懸浮填料的掛膜性能。更優(yōu)的是，其曝氣擴(kuò)散裝置布置在鐵屑及催化材料組成的濾層下，并控制恰當(dāng)?shù)钠貧饬浚怪蛇m量的鐵離子。更優(yōu)的是，所述的曝氣量氣水體積比為0.1～20∶1，此時(shí)，如果廢水的pH值過(guò)低為酸性條件時(shí)，不利于微生物的生化，影響微生物掛膜時(shí)，可采用擴(kuò)大曝氣量，多生成鐵離子的方法，以提高pH值。化學(xué)反應(yīng)如下
如果廢水的pH值較高為堿性條件時(shí)，也不利于微生物的生長(zhǎng)，影響微生物掛膜時(shí)，仍可采用擴(kuò)大曝氣量，以降低pH值?；瘜W(xué)反應(yīng)如下
更優(yōu)的是，通過(guò)控制曝氣時(shí)氣水體積比使生成鐵離子的含量在20～100mg/L。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，在廢水的氧化還原電位低于-100mV時(shí)，采用曝氣的催化鐵內(nèi)電解的方法，其中在所述催化鐵內(nèi)電解方法中取消該段的回流，這樣節(jié)省能耗，并防止三價(jià)鐵離子在該段形成沉淀。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，在廢水的氧化還原電位在-100mV～100mV時(shí)，根據(jù)廢水的pH值決定是否曝氣。當(dāng)pH值低于3.0時(shí)，廢水中有大量的氫離子，可發(fā)生下述反應(yīng)
廢水的酸性得到一定程度的中和，并產(chǎn)生鐵離子。當(dāng)產(chǎn)生的鐵離子數(shù)量達(dá)到一定程度時(shí)(20-100mg/L)，并不需要曝氣。
當(dāng)pH值大于3.0時(shí)，不能靠上述反應(yīng)產(chǎn)生足夠的鐵離子時(shí)，則必須采用曝氣的方式產(chǎn)生鐵離子。
所述的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，在催化鐵內(nèi)電解方法作為生物懸浮填料工藝的預(yù)處理段之前，可以把待處理的廢水進(jìn)行充分的沉淀以去除大顆粒的懸浮物。
本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1.方法簡(jiǎn)單，只要在懸浮填料段之前增加催化鐵內(nèi)電解段即可；2.操作方便，不需要投加化學(xué)藥劑，經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間(數(shù)月)運(yùn)行后補(bǔ)充單質(zhì)鐵(鐵屑)即可；3.有中和廢水的作用，生成的亞鐵離子并經(jīng)氧化后，對(duì)廢水的pH值都產(chǎn)生緩沖，pH值從酸性或堿性范圍向中性靠攏；4.運(yùn)行費(fèi)用極低，鐵離子來(lái)源于鐵屑。
本方法區(qū)別于其它懸浮填料的改性方法1.勿需在懸浮填料段投加化學(xué)藥劑；2.鐵離子是通過(guò)原電池原理產(chǎn)生的，在增加鐵離子的同時(shí)，不增加水中的鹽度，這也有利于生物處理；3.表面改性在廢水處理工藝中進(jìn)行的，是伴隨生物處理不斷進(jìn)行的過(guò)程，且對(duì)形成生物處理的菌膠團(tuán)有利；4.方法簡(jiǎn)單，價(jià)格極低；持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；效果好。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1用催化鐵內(nèi)電解法預(yù)處理法與現(xiàn)有懸浮填料法其生物量提高與去除氨氮效果的比較。
表1.所示為兩套裝置中載體生物量與系統(tǒng)去除氨氮效果的比較。兩套裝置從投加懸浮填料起共培養(yǎng)了60天。其中裝置A中的微生物由經(jīng)過(guò)催化鐵內(nèi)電解法預(yù)處理后的廢水培養(yǎng)，裝置B中的微生物由原水進(jìn)行培養(yǎng)。懸浮型號(hào)為ZGL50，外形尺寸Φ30×H100，培養(yǎng)的廢水為化工區(qū)混合廢水，廢水中有大量的帶有強(qiáng)拉電子基團(tuán)的有機(jī)物，測(cè)得的氧化還原電位為200mV。廢水處理的目的是為了去除廢水中的氨氮，進(jìn)水氨氮濃度為45.9mg/L。
表1.

試驗(yàn)結(jié)果表明，采用經(jīng)過(guò)催化鐵內(nèi)電解法預(yù)處理后的廢水對(duì)微生物進(jìn)行培養(yǎng)，比用同樣方法處理的原水，其單個(gè)載體的微生物量可以提高87.6％，氨氮的去除效率提高了85％。
實(shí)施例2用曝氣催化鐵內(nèi)電解法預(yù)處理法與現(xiàn)有懸浮填料法處理酸性印染廢水其生物量提高與COD降解的比較。
某印染廠酸性印染廢水，進(jìn)水的氧化還原電位為-110mV，pH值為5.6，COD濃度為258mg/L；通過(guò)試驗(yàn)證明，當(dāng)氣水比為1∶1，鐵耗量為60mg/L時(shí)，pH值可達(dá)6.9，有利于生物處理。處理流程如同實(shí)施例1。
表3

經(jīng)曝氣催化鐵內(nèi)電解法預(yù)處理法，生物量大幅度提高，生化處理的效果明顯改善。
實(shí)施例3用曝氣催化鐵內(nèi)電解法預(yù)處理法與現(xiàn)有懸浮填料法處理堿性綜合染料廢水其生物量提高與COD降解比較。
某城市綜合染料廢水，進(jìn)水的氧化還原電位為-200mV，pH值高達(dá)11.5，COD濃度為2158mg/L。調(diào)節(jié)pH值至9.5，通過(guò)試驗(yàn)證明，當(dāng)鐵耗量為55mg/L，氣水比為5∶1時(shí)，pH值可緩沖至8.8，有利于生物處理。調(diào)節(jié)pH值至9.5后進(jìn)行生化對(duì)比試驗(yàn)，處理流程如同實(shí)施例1。
表4.

經(jīng)曝氣催化鐵內(nèi)電解法預(yù)處理法，生物量大幅度提高，生化處理速率加快，生化效果提高。
實(shí)施例4用曝氣催化鐵內(nèi)電解法預(yù)處理法與現(xiàn)有懸浮填料法其生物量提高與去除氨氮效果的比較。
使用城市廢水進(jìn)行培養(yǎng)和生物脫氮處理，該廢水的氧化還原電位為50mV，pH值為6.9，廢水的氨氮濃度為49.1mg/L，生化條件同實(shí)施例1。在鐵屑與催化材料組成的濾料床底部布置曝氣擴(kuò)散裝置，通過(guò)微孔曝氣充氧，氣水比為0.5∶1，
表2.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用曝氣的催化鐵內(nèi)電解法預(yù)處理后的廢水對(duì)微生物進(jìn)行培養(yǎng)，比用同樣方法處理的原水，其單個(gè)載體的微生物量提高128.8％，，氨氮的去除效率提高了88.3％。
權(quán)利要求
1.一種改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，其特征在于，在傳統(tǒng)的生物懸浮填料工藝中增加將催化鐵內(nèi)電解方法作為生物懸浮填料工藝的預(yù)處理段。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，依據(jù)所測(cè)定廢水的氧化還原電位和pH值決定所述催化鐵內(nèi)電解方法的曝氣方式。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，當(dāng)廢水的氧化還原電位高于100mV時(shí)，采用不曝氣的催化鐵內(nèi)電解的方法。
4.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，當(dāng)廢水的氧化還原電位低于-100mV時(shí)，采用曝氣的催化鐵內(nèi)電解的方法。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，曝氣擴(kuò)散裝置布置在鐵屑及催化材料組成的濾層下，并控制恰當(dāng)?shù)钠貧饬俊?br> 6.按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于，曝氣時(shí)氣水體積比為0.1～20∶1。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征在于，通過(guò)控制曝氣時(shí)氣水體積比使生成鐵離子的含量在20～100mg/L。
8.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，在所述的催化鐵內(nèi)電解方法中取消該段的回流。
9.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，當(dāng)廢水的氧化還原電位在-100mV～100mV時(shí)，根據(jù)廢水的pH值決定是否曝氣。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于，當(dāng)pH值低于3.0時(shí)采用不曝氣方式。
11.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于，當(dāng)pH值大于3.0時(shí)采用曝氣方式。
12.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在催化鐵內(nèi)電解方法作為生物懸浮填料工藝的預(yù)處理段之前，把待處理的廢水進(jìn)行充分的沉淀以去除大顆粒的懸浮物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢水生物處理的方法，尤其涉及一種改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法。其目的是公開一種簡(jiǎn)單高效的改善懸浮填料生物膜掛膜性能的方法，以解決目前存在的掛膜困難的技術(shù)問題。具體方法是在傳統(tǒng)的生物懸浮填料工藝中增加將催化鐵內(nèi)電解方法作為生物懸浮填料工藝的預(yù)處理段，根據(jù)工業(yè)廢水的氧化還原電位與pH值高低采用不同的曝氣方式。由于本發(fā)明不需在懸浮填料段投加化學(xué)藥劑，表面改性在廢水處理工藝中進(jìn)行的，催化鐵內(nèi)電解法本身即提高廢水的可生化性。因此，具有方法簡(jiǎn)單，價(jià)格低，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，效果好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F9/14GK1600709SQ0315119
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2003年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月25日
發(fā)明者馬魯銘, 賴世華, 劉劍, 徐文英, 周榮豐, 周增炎 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)