申请日2019.07.16
公开(公告)日2019.11.12
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16; C02F101/38
摘要
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种固定化菌藻填料强化生物滤池及其污水处理的方法，包括带有第一填料层的DN池与带有第二填料层的CN池，DN池与CN池前后布设;所述DN池中设有上支撑板与下支撑板，第一填料层置于上支撑板与下支撑板之间;所述第一填料层中设有交互布置的固定化菌藻填料挂架与厌氧生物填料挂架，两种挂架上分别布设有固定化菌藻填料与厌氧生物填料;所述CN池中设有承托层，第二填料层置于承托层上;所述第二填料层从下往上分别铺设好氧填料层和固定化菌藻填料包层。本发明采用固定化菌藻填料强化生物滤池，构建固定化菌藻填料耦合系统，优化微生物群落结构，增强微生物降解污染物效果，提高污水处理负荷，增强系统耐负荷冲击及抗抑制性，解决了生物滤池易堵塞的难题。
权利要求书
1.一种固定化菌藻填料强化生物滤池，包括带有第一填料层的DN池与带有第二填料层的CN池，DN池与CN池前后布设;所述DN池中设有上支撑板与下支撑板，第一填料层置于上支撑板与下支撑板之间;所述CN池中设有承托层，第二填料层置于承托层上;其特征在于，所述第一填料层中设有交互布置的固定化菌藻填料挂架与厌氧生物填料挂架，两种挂架上分别布设有固定化菌藻填料与厌氧生物填料，体积比介于1:(1～3);第二填料层包括从下往上分别装填好氧填料层和固定化菌藻填料包层，两者体积比介于1:(1～4)。
2.根据权利要求1所述的一种固定化菌藻填料强化生物滤池，其特征在于，固定化菌藻填料包括如下物质所形成的含菌藻凝胶：菌类细胞浓缩液、吸附剂与固定剂;
其中，菌类细胞浓缩液包括好氧菌细胞浓缩液或厌氧反硝化菌细胞浓缩液;
吸附剂包括藻粉、二氧化硅或活性炭中的一种或任意质量比的多种;
固定剂包括壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠中的一种或任意质量比的多种。
3.根据权利要求1或2所述的一种固定化菌藻填料强化生物滤池，其特征在于，固定化菌藻的制备包括如下步骤：混合菌类细胞浓缩液、吸附剂与固定剂制备成混合液，吸附剂的质量占据含菌凝胶质量的1%-2%;采用溶液固化混合液，形成菌藻固定化胶球;溶液的用量为1-3mol/L;将菌藻固定化胶球于0-4℃的冰箱中固化交联至少24h得到含菌藻凝胶;在固定剂选用壳聚糖时，溶液选用碱液;在固定剂选用聚乙烯醇时，溶液选用硫酸盐;在固定剂选用海藻酸钠时，溶液选用CaCl2。
4.根据权利要求2所述的一种固定化菌藻填料强化生物滤池，其特征在于，好氧菌浓缩液的培养包括如下步骤：将取自污水处理厂二沉池的活性污泥自然沉降后，得到含水率约为60%的污泥，将其加入培养液中曝气，每12h停止曝气2h，每3d换一次培养液，培养完成后，取活性污泥，曝气后沉淀，过滤去除杂物，然后在3500r/min下离心10min，于4℃下保存备用;其中，培养液组分为：0.5g/L葡萄糖，97.98mg/L NH4Cl，2.19mg/L KH2PO4，0.03mg/LFeCl3·6H2O，3.44mg/L NaCl与2.81mg/L Mg SO4·7H2O。
5.根据权利要求2所述的一种固定化菌藻填料强化生物滤池，其特征在于，厌氧反硝化菌浓缩液的培养包括如下步骤：将取自污水处理厂厌氧池的活性污泥自然沉降后，在10℃的低温条件下采用厌氧-缺氧运行方式，富集期间不排泥，厌氧段加入含COD为250mg/L的配水;缺氧段加入含硝酸盐的配水，硝氮浓度控制在60mg/L;连续驯化，水力停留时间为8h，每个周期进水两次排水，注水比0.67，直到脱氮率均达到80%以上;选取10ml实验室驯化好的反硝化污泥加入250ml的三角瓶中，再加入90ml去离子水及3～5颗玻璃珠，充分震荡后取上述混合液10ml加入牛肉膏蛋白胨培养基中进行预培养，培养条件为10℃、140r/min、24h，连续培养三代;以8000r/min的转速离心菌群，用无菌蒸馏水洗涤后，接1ml/L菌体于富磷培养基中;然后装入密闭容器中，30℃下摇床中扩大培养，进行吸磷试验，培养24h时后，各取10ml菌液，离心测定菌群的吸磷率;连续培养直到脱氮率均达到80%以上，菌群驯化完成。
6.根据权利要求1所述的一种固定化菌藻填料强化生物滤池，其特征在于，CN池池底铺有粒径25-50mm的鹅卵石承托层，固定化菌藻填料尼龙袋平铺于鹅卵石承托层之上，形成固定化菌藻填料包层，然后从下往上分别装填好氧填料层和固定化菌藻填料包层;好氧填料层采用15-25mm粒径的填料装填，固定化菌藻填料包层205采用每层固定间隔5-10cm和不固定间隔方式轮流摆放固定化菌藻尼龙袋，空隙用15-25mm粒径的好氧填料填充。
7.根据权利要求1所述的一种固定化菌藻填料强化生物滤池，其特征在于，DN池中的固定化菌藻填料挂架和厌氧生物填料挂架，两者间隔6-8cm摆放;固定化菌藻填料挂架每层挂有3-5包，呈三角形、菱形、五角形布置。
8.一种如权利要求1-7任一所述的固定化菌藻填料强化生物滤池的污水处理方法，其特征在于，包含以下步骤：
第一步：通过预处理步骤对进水水质处理;
第二步：将进水通入DN池的罐体的底部进水管，污水自下而上上升，经过固定化菌藻填料中大量富集的反硝化厌氧菌的作用，在池体内发生反硝化反应，将硝态氮转换成氮气散于空气中;
第三步：DN池出水进入CN池底部，污水上升经过好氧反应区的生物滤料层，同时曝气管对污水进行曝气，实现气水平行上升;经过固定化菌藻填料中大量富集的好氧菌的氧化作用，有效降解大量有机物，将有机氮和铵态氮转换成硝态氮;
第四步：处理后出水通过CN池顶部排水管排出罐体，部分出水通过回流管汇入DN池进水管;CN池的回流比为100%-300%;CN池曝气的气水比为3:1-5:1。
9.根据权利要求8所述的一种基于固定化菌藻填料的污水处理方法，其特征在于，还包括反冲洗步骤，以气/水联合方法，自下而上对CN池生物滤料进行反冲洗，然后通过顶部的反冲洗排水管排出反冲洗水;采用排放剩余污泥方法来反洗DN池的厌氧生物填料;DN池反冲洗强度不大于5L/(s·m2)，持续时间5-8min;CN池反冲洗水强度为12-15L/(s·m2)，气强度为14-17L/(s·m2)，反冲洗持续时间8-10min。
说明书
一种固定化菌藻填料强化生物滤池及其污水处理的方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种固定化菌藻填料强化生物滤池及其污水处理的方法。
背景技术
目前，国内外城市污水处理厂处理工艺大都采用一级处理和二级处理。一级处理是采用物理方法，主要通过格栅拦截、沉淀等手段去除废水中大块悬浮物和砂粒等物质。这一处理工艺国内外都已成熟，差别不大。二级处理则是采用生化方法，主要通过微生物的生命运动等手段来去除废水中的悬浮性、溶解性有机物以及氮、磷等营养盐。目前，生物膜处理工艺有多种方法，归结起来，有代表性的工艺主要有生物滤池(普通生物滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、曝气生物滤池)、生物转盘、生物接触氧化设备和生物流化床等工艺。
生物滤池由于其占地面积小、维护费用低、易操作、运行管理方便灵活等优点，已广泛应用于污水脱氮处理。生物滤池的处理效率受很多因素影响，其中填料是生物滤池最核心也是最基本的组成部分，是污水处理效果的最主要承担者，填料的筛选、改进和合理配置是关系到这一技术能否正常发挥污染治理效能的关键。现有研究表明，每种填料的性能千差万别，但所选用的填料一般应具备以下几个特点：质轻，有足够的机械强度，比表面积大，孔隙率高，属多孔惰性载体，不含有害于人体健康和妨碍工业生产的有害物质，化学稳定性良好，吸附能力强，工作周期长等等。
填料粒径的大小影响生物滤池的水力传导性，直接关系到滤池的孔隙率和污染物在湿地中的停留时间;填料粒径越小处理效果越好，但填料粒径较小时，滤池容易堵塞，运行周期相对较短，需频繁反冲洗，且不易发挥。生物滤池填料的密度大小关系到生物滤池反冲洗强度的大小，密度越大，反冲洗强度越大，则需要的能量消耗越大。填料层的厚度是决定人工湿地处理效果的重要参数，会影响到湿地系统内部的溶氧环境，在一定范围内，增加滤层高度可提高滤池的处理效果保证出水水质，但同时增加的污水提升扬程和反冲洗强度，将导致能耗升高。一般须依据所栽种植物的种类及其根系生长的最大深度确定，以保证湿地床中必要的好氧条件。
基于此，寻找一种可增强微生物去除污染物效果，提高污水处理负荷，缩短水力停留时间，增强系统耐负荷冲击及抗抑制性的填料，重点解决生物滤池易堵塞的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种固定化菌藻填料强化生物滤池及其污水处理的方法，优化微生物菌落结构，增强微生物降解污染物的效果，提高污水处理负荷，缩短水力停留时间，并解决生物滤池易堵塞的问题。
为实现上述技术目的，本申请采取的技术方案为：一种固定化菌藻填料强化生物滤池，包括带有第一填料层的DN池(反硝化池简称DN池)与带有第二填料层的CN池(硝化池简称CN池)，DN池与CN池前后布设;所述DN池中设有上支撑板与下支撑板，第一填料层置于上支撑板与下支撑板之间;所述CN池中设有承托层，第二填料层置于承托层上;其特征在于，所述第一填料层中设有交互布置的固定化菌藻填料挂架与厌氧生物填料挂架，两种挂架上分别布设有固定化菌藻填料与厌氧生物填料，体积比介于1:(1～3);第二填料层包括从下往上分别装填好氧填料层和固定化菌藻填料包层，两者体积比介于1:(1～4)。
作为本申请改进的技术方案，固定化菌藻填料包括如下物质所形成的含菌藻凝胶：菌类细胞浓缩液、吸附剂与固定剂;
其中，菌类细胞浓缩液包括好氧菌细胞浓缩液或厌氧反硝化菌细胞浓缩液;
吸附剂包括藻粉、二氧化硅或活性炭中的一种或任意质量比的多种;
固定剂包括壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠中的一种或任意质量比的多种。
作为本申请改进的技术方案，固定化菌藻的制备包括如下步骤：混合菌类细胞浓缩液、吸附剂与固定剂制备成混合液，吸附剂的质量占据含菌凝胶质量的1%-2%;采用溶液固化混合液，形成菌藻固定化胶球;溶液的用量为1-3mol/L;将菌藻固定化胶球于0-4℃的冰箱中固化交联至少24h得到含菌藻凝胶;在固定剂选用壳聚糖时，溶液选用碱液;在固定剂选用聚乙烯醇时，溶液选用硫酸盐;在固定剂选用海藻酸钠时，溶液选用CaCl2。
作为本申请改进的技术方案，好氧菌浓缩液的培养包括如下步骤：将取自污水处理厂二沉池的活性污泥自然沉降后，得到含水率约为60%的污泥，将其加入培养液中曝气，每12h停止曝气2h，每3d换一次培养液，培养完成后，取活性污泥，曝气后沉淀，过滤去除杂物，然后在3500r/min下离心10min，于4℃下保存备用;其中，培养液组分为：0.5g/L葡萄糖，97.98mg/L NH4Cl，2.19mg/L KH2PO4，0.03mg/L FeCl3·6H2O，3.44mg/L NaCl与2.81mg/L MgSO4·7H2O。
作为本申请改进的技术方案，厌氧反硝化菌浓缩液的培养包括如下步骤：将取自污水处理厂厌氧池的活性污泥自然沉降后，在10℃的低温条件下采用厌氧-缺氧运行方式，富集期间不排泥，厌氧段加入含COD为250mg/L的配水;缺氧段加入含硝酸盐的配水，硝氮浓度控制在60mg/L;连续驯化，水力停留时间为8h，每个周期进水两次排水，注水比0.67，直到脱氮率均达到80%以上;选取10ml实验室驯化好的反硝化污泥加入250ml的三角瓶中，再加入90ml去离子水及3～5颗玻璃珠，充分震荡后取上述混合液10ml加入牛肉膏蛋白胨培养基中进行预培养，培养条件为10℃、140r/min、24h，连续培养三代;以8000r/min的转速离心菌群，用无菌蒸馏水洗涤后，接1ml/L菌体于富磷培养基中;然后装入密闭容器中，30℃下摇床中扩大培养，进行吸磷试验，培养24h时后，各取10ml菌液，离心测定菌群的吸磷率;连续培养直到脱氮率均达到80%以上，菌群驯化完成。
作为本申请改进的技术方案，CN池底铺有粒径25-50mm的鹅卵石承托层，固定化菌藻填料尼龙袋平铺于鹅卵石承托层之上，形成固定化菌藻填料包层，然后从下往上分别装填好氧填料层和固定化菌藻填料包层;好氧填料层采用15-25mm粒径的填料装填，固定化菌藻填料包层205采用每层固定间隔5-10cm和不固定间隔方式轮流摆放固定化菌藻尼龙袋，空隙用15-25mm粒径的好氧填料填充。
作为本申请改进的技术方案，DN池中，固定化菌藻填料挂架和厌氧生物填料挂架，两者间隔6-8cm摆放;兵器固定化菌藻填料挂架每层挂有3-5包，呈三角形、菱形、五角形布置。
本申请的另一目的是提供一种固定化菌藻填料强化生物滤池的污水处理方法，包含以下步骤：
第一步：通过预处理步骤对进水水质处理;
第二步：将进水通入DN池的罐体的底部进水管，污水自下而上上升，经过固定化菌藻填料中大量富集的反硝化厌氧菌的作用，在池体内发生反硝化反应，将硝态氮转换成氮气散于空气中;
第三步：DN池出水进入CN池底部，污水上升经过好氧反应区的生物滤料层，同时曝气管对污水进行曝气，实现气水平行上升;经过固定化菌藻填料中大量富集的好氧菌的氧化作用，有效降解大量有机物，将有机氮和铵态氮转换成硝态氮;
第四步：处理后出水通过CN池顶部排水管排出罐体，部分出水通过回流管汇入DN池进水管;CN池的回流比为100%-300%;CN池曝气的气水比为3:1-5:1。
作为本申请改进的技术方案，还包括反冲洗步骤，以气/水联合方法，自下而上对CN池生物滤料进行反冲洗，然后通过顶部的反冲洗排水管排出反冲洗水;采用排放剩余污泥方法来反洗DN池的厌氧生物填料;DN池反冲洗强度不大于5L/(s·m2)，持续时间5-8min;CN池反冲洗水强度为12-15L/(s·m2)，气强度为14-17L/(s·m2)，反冲洗持续时间8-10min。
本发明有益的技术效果在于：
1、本发明采用固定化菌藻强化生物滤池性能的必要性：
本工艺将固定化技术和废水处理技术有机结合，利用藻类来源广泛且易获取的优势，将菌类强大的污染物降解能力与藻粉对污水中氮、磷营养物和有机物的吸附去除功效有效结合。采用固定化菌藻，代替传统生物滤池中的部分填料，构建固定化菌藻填料耦合系统，改变细胞游离的存在形式，优化微生物群落结构，增强微生物降解污染物效果，提高污水处理负荷，缩短水力停留时间，增强系统耐负荷冲击及抗抑制性，重点解决生物滤池易堵塞的难题。
2、固定化菌藻填料耦合系统具有以下几点创新：
(1)本项目采用藻粉与菌类进行固定化处理，其原因是藻细胞经过固定化后，其生长、形态、新陈代谢等都可能发生变化，而藻粉可以不受高浓度毒物的影响，因此在实际废水处理中具有一定的优势。
(2)将固定化菌藻应用于生物滤池填料系统，能纯化和保护高效细菌种类，处理负荷高，水力停留时间进一步缩短，体系耐负荷冲击及抗抑制性大为增强;在碳源不足的情况下，藻粉及其吸附的有机物可提供一部分碳源，减少外加碳源量，保证了整个工艺的稳定持续运行。
(3)相较于其他工艺的二级处理，本工艺生物滤池因固定化菌藻中存在高生物活性的菌种，在污水处理前期便具有较高的污染物去除效率，且由于高效菌种的存在能促进周围填料生物膜的形成和生长，相对缩短了生物膜的成长时间。
(4)固定化菌藻的高分子材料外壳，具有较强的吸水性和透水性，在传统填料发生堵塞时，污水仍然能通过固定化小球流出，延长反冲洗时间;另外，固定化外壳将菌藻限制在一定范围内，避免了生物膜任意生长，也缓解了生物滤池的堵塞程度。（发明人潘龙;张瑞斌;王乐阳;潘卓兮;周乃;祖白玉;奚道国;陈凡;李澄;赵苏）