強化原水生物預(yù)處理生物膜富集與運行性能穩(wěn)定的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種強化原水生物預(yù)處理生物膜富集與運行性能穩(wěn)定的方法。通過接種受污染原水，在進水內(nèi)循環(huán)運行模式、外加適量營養(yǎng)元素的條件下啟動原水生物預(yù)處理工藝，同時添加硅藻土作為輔助載體以形成生物硅藻土，持留功能微生物賦予生物預(yù)處理工藝高效穩(wěn)定運行性能。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用內(nèi)循環(huán)連續(xù)進水模式，提供較為穩(wěn)定的生物預(yù)處理工藝啟動環(huán)境，加快低濃度營養(yǎng)基質(zhì)混合，并為生物膜的形成與穩(wěn)定提供合適的水力剪切力；通過外加氮素及有機物，加速寡營養(yǎng)條件下功能微生物增殖與生物膜形成；硅藻土能夠強化聚氨酯填料內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的形成，有利于生物量進一步富集與結(jié)構(gòu)化持留，從而強化原水預(yù)處理工藝的污染物去除性能及運行穩(wěn)定性。
【專利說明】強化原水生物預(yù)處理生物膜富集與運行性能穩(wěn)定的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種強化原水生物預(yù)處理工藝生物膜富集與運行性能穩(wěn)定的方法，屬于原水生物預(yù)處理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]生物膜技術(shù)因其運行成本低、二次污染少的優(yōu)點，近年來逐漸應(yīng)用于原水預(yù)處理，以提高出水生物穩(wěn)定性，減少消毒副產(chǎn)物以及亞硝酸鹽等威脅人體健康的有害物質(zhì)產(chǎn)生。然而，污染原水屬于寡營養(yǎng)水質(zhì)，氨氮濃度通常在0.5-5mg/L，有機碳含量往往只有I到幾毫克每升，極大程度上限制了微生物的生長和生物膜的形成。在一般生物膜工藝的啟動過程中，常常需要提供一定的水力剪切力以加快生物膜的形成，此外在運行過程中，常有較高的水流速度和氣速，往往會導(dǎo)致水體中的微生物隨水流沖刷出反應(yīng)器，難以有效截留。因此，生物膜富集困難和生物量易洗出，已成為制約原水生物預(yù)處理工藝啟動與運行性能的限制性因素。
[0003]為保障寡營養(yǎng)條件下的微生物營養(yǎng)水平，有研宄添加蘆葦、木肩等纖維素以達到長期釋放有機物供微生物生長的目的，但這樣做會引入新的污染，且提高了消毒副產(chǎn)物前體水平，增加了運行風(fēng)險；也有案例添加較高水平的基質(zhì)，其增加了具有高半飽和常數(shù)的微生物生長，而適合于寡營養(yǎng)生長的微生物因競爭而淘汰出反應(yīng)器，雖然加快了生物膜的形成，但不利于微污染原水的處理，也會因營養(yǎng)匱乏而導(dǎo)致生物膜的剝落。此外，這兩種方法都會引入較高的二次污染，在工程應(yīng)用方法都有非常大的局限性。
[0004]硅藻土具有獨特的微孔結(jié)構(gòu)，其孔隙率與比表面積大、吸附性能高、無毒副作用，常作為混凝劑或助凝劑用于原水的混凝處理工藝中，未見報道將其應(yīng)用于原水生物膜預(yù)處理工藝之中。混凝工藝雖然能有效去除原水中的濁度，但不能有效去除有機物跟氮素。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為加快功能微生物富集、促進生物膜生長、提高工藝運行性能，本發(fā)明采用比表面積較高的聚氨酯填料，通過內(nèi)循環(huán)連續(xù)進水以及氮源碳源適度添加強化原水生物預(yù)處理工藝反應(yīng)器啟動，在此基礎(chǔ)上通過添加娃藻土以截留功能微生物，形成載體-娃藻土 -微生物一體化微系統(tǒng)，在富集生物量同時加大了系統(tǒng)生境多樣性，從而大幅提高了原水生物預(yù)處理工藝性能。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種強化原水生物預(yù)處理生物膜富集與運行性能穩(wěn)定的方法。
[0007]方案如下:
1)反應(yīng)器為設(shè)置有溢流堰的上流式反應(yīng)器，載體填料為多孔聚氨酯填料；
2)接種原水，以內(nèi)循環(huán)連續(xù)進水模式啟動反應(yīng)器，每3-7天更換一次內(nèi)循環(huán)水，外加氮素及易生物降解有機物基質(zhì)供生物膜的初步形成，啟動階段結(jié)束之后，去掉內(nèi)循環(huán)以連續(xù)流方式運行； 3)在反應(yīng)器啟動或運行階段添加硅藻土，適度機械曝氣增氧，每隔0.3-5d以機械、氣體或水力攪拌將硅藻土與載體均勻混合。
[0008]所述的多孔聚氨酯填料堆積或懸浮于反應(yīng)器中，填料比表面積為1500-3000m2/m3，孔隙率為70-95%，載體實體積填充率為3-5%，堆積填充率為50-96%。
[0009]所述的原水為低濁度微污染原水，原水濁度小于30NTU。
[0010]所述的內(nèi)循環(huán)連續(xù)進水模式，即以出水作為進水泵入反應(yīng)器，在反應(yīng)器中實現(xiàn)水流循環(huán)的進水模式，總循環(huán)水量為反應(yīng)器有效體積的2-15倍，水力停留時間為2-8h ?’每2-8d更換一次循環(huán)水，更換循環(huán)水2-7次以完成反應(yīng)器的啟動。
[0011]所述的啟動階段運行時間為15-25天，添加的氮素為銨鹽，添加濃度為2-5mg/LNH4+-N，添加的易生物降解有機物為乙醇、甲醇或葡萄糖，添加濃度為4-12 mg/LTOC，C/N比為 1:l-4o
[0012]所述的硅藻土粒徑為0.1-1.2mm，添加時間為反應(yīng)器啟動階段或運行階段，一次添加量為2-20g/L，一次添加或每隔15天至90天添加一次，機械曝氣保持水體中DO濃度大于4mg/L，氣液比為2-8:1o
[0013]本發(fā)明的有益效果:在于采用內(nèi)循環(huán)連續(xù)進水模式，提供較為穩(wěn)定的生物預(yù)處理工藝啟動環(huán)境，加快低濃度營養(yǎng)基質(zhì)混合，并為生物膜的初步形成與穩(wěn)定提供合適的水力剪切力；通過外加氮素及有機物基質(zhì)強化工藝啟動性能，加速寡營養(yǎng)條件的功能微生物生長與生物膜形成；硅藻土具有比表面積大、吸附性能高、無毒副作用等特點，能夠強化聚氨酯填料內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的形成，并有利于生物量富集，增強原水預(yù)處理工藝對污染物的去除性能及運行穩(wěn)定性。

【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此。
[0015]實施例1:
采用有效體積為15.0 L的設(shè)有溢流堰的上流式生物膜反應(yīng)器。接種原水(河水)，濁度均值為15NTU，載體填料為多孔聚氨酯填料，比表面積為2395m2/m3，孔隙率為90%，實體積填充率為3.47%，堆積填充率為70%。以內(nèi)循環(huán)連續(xù)進水模式啟動反應(yīng)器，啟動階段為15天，每5天更換一次內(nèi)循環(huán)水，更換循環(huán)水3次，總循環(huán)水量為反應(yīng)器有效體積的2.7倍，水力停留時間為4h。在反應(yīng)器啟動階段一次添加200克硅藻土(13.3g/L反應(yīng)器有效體積)，硅藻土粒徑約為0.1mm以器適度機械曝氣供氧，并每隔3d以機械攪拌將硅藻土與載體混合均勻。添加硫酸銨提供氨氮，添加濃度為5mg/LNH4+-N，添加的易生物降解有機物為乙醇，添加濃度為7 mg/LTOC, C/N比為1: 1.4。采用機械曝氣保持水體中DO濃度為5mg/L，氣液比為4:10
[0016]經(jīng)過16天的運行成功完成了反應(yīng)器的啟動，氨氮氧化速率由0.45 mg/1/d提高到6.82 mg/l/d。在此后的運行過程中，氨氮負荷為3.0-27.4 mg/l/d，出水氨氮濃度小于0.5mg/L,均能達到GB5749-2006水質(zhì)標準，總氮去除負荷達到1.93 g/m3/d，而對照反應(yīng)器(無硅藻土添加)幾乎無去除。生物膜分析顯示DOC表示的生物量為1.09 mg/g載體，是不添加娃藻土且批次啟動生物量富集的(0.47mg/g載體)2.3倍。經(jīng)過140天的運行，生物量提高到3.75mg/g載體，而娃藻土中的生物量也有0.38mg/g。
[0017]實施例2:
采用有效體積為15.0 L的柱狀生物膜反應(yīng)器。進水組成、載體填料、啟動方式與時間、添加氨氮及有機物水平同實施例1。在反應(yīng)器運行階段(第53天)一次性添加50克硅藻土(3.3g/L)，硅藻土粒徑約為0.1mm以器適度機械曝氣供氧，并每隔l_3d以機械攪拌將硅藻土與載體混合均勾。
[0018]經(jīng)過16天的運行成功完成了反應(yīng)器的啟動，氨氮氧化速率由0.46 mg/1/d提高到6.71π^/?Λ?。在運行過程中，在未添加硅藻土?xí)r，雖在低運行負荷條件下出水氨氮能達到GB5749-2006水質(zhì)標準要求，但當進水負荷為6.4-18.64π^/?Λ?時，出水氨氮濃度達0.54-1.79mg/L，高于GB5749-2006水質(zhì)標準限值，TN去除性能明顯提高，達到1.43 g/m3/d。添加硅藻土后，運行較為穩(wěn)定，能夠耐受27.4 mg/1/d氨氮負荷的沖擊，出水氨氮穩(wěn)定達標。添加娃藻土后第28天生物膜量(以DOC表征)由0.77mg/g載體增加到了 2.6mg/g載體。
【權(quán)利要求】
1.一種強化原水生物預(yù)處理生物膜富集與運行性能穩(wěn)定的方法，其特征在于: 1)反應(yīng)器為設(shè)置有溢流堰的上流式反應(yīng)器，載體填料為多孔聚氨酯填料； 2)接種原水，以內(nèi)循環(huán)連續(xù)進水模式啟動反應(yīng)器，每3-7天更換一次內(nèi)循環(huán)水，外加氮素及易生物降解有機物基質(zhì)供生物膜的初步形成，啟動階段結(jié)束之后，停止內(nèi)循環(huán)運行模式，以連續(xù)流方式運行； 3)在反應(yīng)器啟動或運行階段添加硅藻土，機械曝氣增氧，每隔0.3-5d以機械、氣體或水力攪拌將硅藻土與載體均勻混合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多孔聚氨酯填料堆積或懸浮于反應(yīng)器中，填料比表面積為1500-3000m2/m3，孔隙率為70_95%，載體實體積填充率為3_5%，堆積填充率為50-96%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的原水為低濁度微污染原水，原水濁度小于30NTU。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的內(nèi)循環(huán)連續(xù)進水模式，即以出水作為進水泵入反應(yīng)器，在反應(yīng)器中實現(xiàn)水流循環(huán)的進水模式，總循環(huán)水量為反應(yīng)器有效體積的2-15倍，水力停留時間為2-8h ?’每2-8d更換一次循環(huán)水，更換循環(huán)水2-7次以完成反應(yīng)器的啟動。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的啟動階段運行時間為15-25天，添加的氮素為銨鹽，添加濃度為2-5mg/LNH4+-N，添加的易生物降解有機物為乙醇、甲醇或葡萄糖，添加濃度為4-12 mg/LTOC，C/N比為1:1-4。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的硅藻土粒徑為0.1-1.2mm，添加時間為反應(yīng)器啟動階段或運行階段，一次添加量為2-20g/L，一次添加或每隔15天至90天添加一次，機械曝氣保持水體中DO濃度大于4mg/L，氣液比為2-8:1。
【文檔編號】C02F3/12GK104445597SQ201410674164
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】朱亮, 陽廣鳳, 馮麗娟, 徐向陽, 楊玘, 王莎飛, 徐劍 申請人:浙江大學(xué)