申请日2015.11.09
公开(公告)日2016.05.18
IPC分类号C02F3/10; C02F3/34; C02F103/32
摘要
本发明提供一种生物膜载体，所述生物膜载体为截短的中空型柱状体，该中空型柱状体的中空部分由连接肋片分隔成多个横截面为多边形的空腔，并且，所述生物膜载体的比表面积大于或等于547m2/m3。本发明还提供一种使用该生物膜载体的移动床生物膜反应器。使用本发明的生物膜载体和移动床生物膜反应器可实现在高达46kg?SCOD/m3.d的有机负荷条件下以及在1.6小时至12小时的接触时间下达到54%以上的SCOD去除效率，从而为那些废水处理空间有限的食品饮料加工生产厂提供在高负载量条件下快速建立生物膜的快速且有效的废水处理方法。
权利要求书
1.一种生物膜载体，所述生物膜载体为截短的中空型柱状体，该中空型柱状体的中空部分由连接肋片分隔成多个横截面为多边形的空腔，并且，所述生物膜载体的比表面积大于或等于547m2/m3。
2.如权利要求1所述的生物膜载体，其中，在所述中空型柱状体中，70%以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过11%。
3.如权利要求1所述的生物膜载体，其中，所述空腔的侧壁上设置有凸出翅片。
4.如权利要求3所述的生物膜载体，其中，在所述中空型柱状体中，76%以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过1.8%。
5.如权利要求1所述的生物膜载体，其中，所述空腔的侧棱上设置有凸出翅片。
6.如权利要求5所述的生物膜载体，其中，在所述中空型柱状体中，75%以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过1.8%。
7.如权利要求3至6中任一项所述的生物膜载体，其中，所述翅片间隔设置。
8.如权利要求3至6中任一项所述的生物膜载体，其中，所述生物膜载体的比表面积大于或等于613m2/m3。
9.如权利要求3至6中任一项所述的生物膜载体，其中，所述翅片向所述空腔内部延伸的长度不超过其所在边的边长的二分之一。
10.如权利要求1所述的生物膜载体，其中，所述生物膜载体由改良的聚烯烃类材料制成。
11.如权利要求10所述的生物膜载体，其中，所述聚烯烃类材料包括：聚乙烯材料，或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂ABS。
12.如权利要求10或11所述的生物膜载体，其中，所述改良的聚烯烃类材料是聚烯烃类的泡沫材料，其中的泡沫体积百分比为2.8%-3%。
13.如权利要求12所述的生物膜载体，其中，改良形成的聚烯烃泡沫材料包括：高密度聚乙烯泡沫材料。
14.如权利要求1所述的生物膜载体，其中，所述生物膜载体的表面经过表面等离子体沉积处理、表面喷砂处理或表面气溶胶喷雾处理。
15.如权利要求10或11所述的生物膜载体，其中，所述改良的聚烯烃类材料是掺杂纤维素或淀粉、碳酸钙的聚烯烃类材料。
16.一种移动床生物膜反应器，其包括：
反应器主体，所述反应器中装有权利要求1至15中任一项所述的生物膜载体，以及
使所述生物膜载体与废水和空气充分接触的设备，
其中，所述反应器在有机负荷不高於46kgSCOD/m3.d的条件下运行。
17.如权利要求16所述的移动床生物膜反应器，其中，所述生物膜载体相对于所述移动床生物膜反应器的总体积的填充比例不高于70%。
18.一种使用权利要求16或17所述的移动床生物膜反应器处理废水的方法，所述方法包括：
(i)向所述移动床生物膜反应器提供废水，其中，所述移动床生物膜反应器在有机负荷不高于46kgSCOD/m3.d的条件下运行预定时间段以使所述废水中的溶解性化学需氧量去除效率高于54%;
(ii)排出处理过的废水。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述预定时间段为1.6小时至12小时。
说明书
生物膜载体以及使用该载体的废水处理设备和处理方法
技术领域
本发明总体上涉及生物废水处理领域，具体而言，本发明涉及一种生物膜载体以及使用该生物膜载体的废水处理设备(尤其是使用该生物膜载体的移动床生物膜反应器(MBBR))和处理方法。
背景技术
随着城市人口的不断增加和工业生产规模的持续扩张，废水处理厂遇到了越来越多的问题。很多废水处理厂纷纷想要扩大规模以提高废水处理容量，但是常常受到厂房空间的约束。因此，在废水处理领域研发出了紧凑型处理工艺和设备，以此来解决废水处理厂空间受限的问题。移动床生物膜反应器(MBBR)就是一种紧凑型处理设备，其中的可移动载体已被证明是一种有效的生物膜吸附载体。
在香港有很多食品饮料加工生产厂，这些生产厂商在生产过程中排放大量工业废水，其中的COD(化学需氧量)浓度高达3,000mg/L-4,000mg/L。按照香港的排污要求，工业废水必须经过适当处理以达到“经市政管网排入市政污水处理厂的废水排放标准”才能允许排放。就COD而言，其排放限制要求的浓度通常小于或等于2,000mg/L，这意味着需要对废水进行部分处理达到上述标准之后，即可将废水排放进入政府指定的废水处理厂。一般而言，普通的物理化学处理方法(例如化学混凝或电絮凝等)无法使废水处理达到COD小于或等于2,000mg/L的废水排放标准。生物废水处理方法无疑是达到COD小于或等于2,000mg/L的废水排放标准的最有效的途径。尽管如此，对于那些废水处理空间有限的食品饮料加工生产厂而言，使用生物废水处理方法也具有很大难度。而且，出于安全和气味的考虑，需要经过相对长的停留时间的厌氧生物废水处理工艺也不适用于那些空间有限的食品饮料加工生产厂。因此，紧凑型好氧生物处理工艺，例如，MBBR，可提供最有效的解决方案来帮助那些空间有限的食品饮料加工生产厂处理废水从而达到COD小于或等于2,000mg/L的废水排放标准。
MBBR工艺已被认为是紧凑、有效且简单易行。该工艺使用细小的可移动的悬浮载体作为活性细菌的附着介质，这样就可在反应器中保持高浓度的活性微生物量进行生物处理，而无需增加反应器的体积。这在反应器体积给定的条件下，提供了更大的处理容量，这相对于常规活性污泥处理工艺所占用的空间更小。
除了MBBR本身的构造之外，MBBR工艺实际上更多地依赖于可在反应器中自由移动的生物膜载体的性能。现有技术中已经公开了具有各种不同的立体形状的生物膜载体，例如，中国发明专利申请CN104193007A中公开了一种具有三环结构的生物膜载体，该生物膜载体的三环结构之间设置有肋片连接并且三环结构中带有凸出翅片，中国实用新型专利申请CN202594845U中公开了一种中空球形结构的生物膜载体，其由多个固定环和多个翅片构成。然而，在目前公开的现有技术中均未涉及在高负载量条件下处理有机废水时，生物膜载体是否能够实现较高的COD或SCOD去除效率。对于那些废水处理空间有限的食品饮料加工生产厂而言，亟需能够在高负载量条件下快速建立生物膜从而对废水进行快速处理的生物膜载体。另一方面，在高负载量条件下，废水中的有机生物质含量较高，如果使用例如上述现有技术中公开的生物膜载体的话，容易很快堵塞生物膜载体中较小的空腔，这会使得生物膜载体的比表面积减少，从而降低形成生物膜的有效比表面积。因此，需要对现有技术中的生物膜载体的几何结构进行重新设计。
发明内容
一方面，本发明提供一种能够在高有机负荷条件下实现较高的溶解性化学需氧量(SCOD)去除效率的生物膜载体。所述生物膜载体为截短的中空型柱状体，该中空型柱状体的中空部分由连接肋片分隔成多个横截面为多边形的空腔，并且，所述生物膜载体的比表面积大于或等于547m2/m3，在所述中空型柱状体中，70%以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过11%。
在本发明的一种优选实施方式中，所述空腔的侧壁上设置有凸出翅片并且所述翅片间隔设置，所述翅片向所述空腔内部延伸的长度不超过其所在边的边长的二分之一，所述生物膜载体的比表面积大于或等于613m2/m3，在所述中空型柱状体中，76%以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过1.8%。
在本发明的另一优选实施方式中，所述空腔的侧棱上设置有凸出翅片并且所述翅片间隔设置，所述翅片向所述空腔内部延伸的长度不超过其所在边的边长的二分之一，所述生物膜载体的比表面积大于或等于615m2/m3，在所述中空型柱状体中，75%以上的多边形空腔的横截面积的变化幅度不超过1.8%。
在本发明的又一实施方式中，本发明的生物膜载体由改良的聚烯烃类材料制成。所述聚烯烃类材料包括：聚乙烯材料，或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂ABS。所述改良的聚烯烃类材料是聚烯烃类的泡沫材料，其中泡沫的体积百分比为2.8%-3%。改良形成的聚烯烃泡沫材料为高密度聚乙烯泡沫材料。由聚烯烃类泡沫材料制成的生物膜载体的平均表面粗糙度约为1360nm且平均接触角约为76.4°。
在本发明的再一实施方式中，本发明的生物膜载体的表面经过表面等离子体沉积处理、表面喷砂处理或表面气溶胶喷雾处理，由此得到的生物膜载体的平均表面粗糙度约为270nm、1200nm以及475nm且平均接触角约为49.2°。
在本发明的再一实施方式中，本发明的生物膜载体由改良的聚烯烃类材料制成。所述聚烯烃类材料包括：聚乙烯材料，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂ABS。所述改良的聚烯烃类材料是掺杂了适量的纤维素、淀粉或碳酸钙的聚烯烃类材料，例如，向聚乙烯材料中掺杂5%重量的纤维素或向聚乙烯材料中掺杂30%重量的淀粉或向聚乙烯材料中掺杂10%碳酸钙来制备改良的聚乙烯材料。
另一方面，本发明提供一种移动床生物膜反应器，其包括：
反应器主体，所述反应器中装有上文所述的生物膜载体，以及
使所述生物膜载体与废水和空气充分接触的设备，
其中，所述反应器在有机负荷不高于46kgSCOD/m3.d的条件下运行，可实现溶解性化学需氧量去除效率高于54%。所述生物膜载体相对于所述移动床生物膜反应器的总体积的填充比例不低于42%。
再一方面，本发明提供一种使用上述移动床生物膜反应器处理废水的方法，所述方法包括：
(i)向所述移动床生物膜反应器提供废水，其中，所述移动床生物膜反应器在有机负荷不高于46kgSCOD/m3.d的条件下运行预定时间段以使所述废水中的溶解性化学需氧量去除效率高于54%;
(ii)排出处理过的废水。优选地，所述预定时间段为1.6小时至12小时。