申請日2016.05.05

　　公開(公告)日2016.09.21

　　IPC分類號C02F3/02; C02F3/12

　　摘要

　　本發明提供了一種用于廢水處理的柔性生物球，其培養方法如下：(1)馴化活性污泥;(2)向移動床生物膜反應器中加入懸浮填料和馴化后的活性污泥并通入廢水，曝氣12～24h，停止曝氣，待反應器中的活性污泥沉降后排出上清液，重復前述向反應器中通入廢水、曝氣、停止曝氣和排出上清液的操作直到曝氣總時間達到10～20天，然后在曝氣條件以連續進水、連續排水的方式運行反應器至懸浮填料被生物膜覆蓋，停止進水并排出廢水;(3)將營養液與廢水按照體積比為(1～3):1000的比例混合均勻得到混合液，將所述混合液通入經過步驟(2)處理反應器中，在曝氣條件下以連續通入混合液、連續排出混合液的方式運行反應器3～4個月，即得到用于廢水處理的柔性生物球。

　　權利要求書

　　1.用于廢水處理的柔性生物球的培養方法，其特征在于步驟如下：

　　(1)將活性污泥加入移動床生物膜反應器中，向所述反應器中通入COD濃度為400～600mg/L的廢水，所述活性污泥的加入量為每升廢水1～3g，曝氣12～24h，停止曝氣，待反應器中的活性污泥沉降后排出上清液，然后重復前述向反應器中通入廢水、曝氣、停止曝氣和排出上清液的操作直到曝氣總時間達到6～9天，得到馴化后的活性污泥;

　　(2)向移動床生物膜反應器中加入懸浮填料和步驟(1)所得馴化后的活性污泥，然后向所述反應器中通入COD濃度為400～600mg/L的廢水，曝氣12～24h，停止曝氣，待反應器中的活性污泥沉降后排出上清液，然后重復前述向反應器中通入廢水、曝氣、停止曝氣和排出上清液的操作直到曝氣總時間達到10～20天，然后在曝氣條件以連續進水、連續排水的方式運行反應器至懸浮填料被生物膜覆蓋，停止進水并排出廢水;該步驟中控制反應器中廢水的pH值為7～7.5;

　　(3)將營養液與COD濃度為800～1300mg/L的廢水按照體積比為(1～3):1000的比例混合均勻得到混合液，將所述混合液通入經過步驟(2)處理的移動床生物膜反應器中，在曝氣條件下以連續通入混合液、連續排出混合液的方式運行反應器3～4個月，即得到用于廢水處理的柔性生物球;該步驟中，控制反應器中混合液的pH值為6～8、溫度為20～25℃;所述營養液是由CaCl2、乙二胺四乙酸、CuCl2、Na2SeO3、MgSO4、FeSO4、ZnSO4、MnSO4、CoSO4、H3BO3和水配制的混合水溶液。

　　2.根據權利要求1所述用于廢水處理的柔性生物球的培養方法，其特征在于步驟(2)中所述懸浮填料和馴化后活性污泥的加入量分別為移動床生物膜反應器有效容積的30%～50%和10%～15%。

　　3.根據權利要求1或2所述用于廢水處理的柔性生物球的培養方法，其特征在于步驟(2)中以連續進水、連續排水的方式運行反應器時，控制廢水在移動床生物膜中反應器中的水力停留時間為17～19h。

　　4.根據權利要求1或2所述用于廢水處理的柔性生物球的培養方法，其特征在于步驟(1)和步驟(2)中控制曝氣操作的曝氣量使移動床生物膜反應器內的廢水中的溶解氧量為3～4mg/L。

　　5.根據權利要求1或2所述用于廢水處理的柔性生物球的培養方法，其特征在于步驟(2)中控制移動床生物膜反應器中廢水的溫度為20～25℃。

　　6.根據權利要求1或2所述用于廢水處理的柔性生物球的培養方法，其特征在于步驟(3)中，控制混合液在移動床生物膜中反應器中的水力停留時間為13～15h，按照每立方米移動床生物膜反應器有效容積中18～25m3/h的曝氣量進行曝氣。

　　7.根據權利要求1或2所述用于廢水處理的柔性生物球的培養方法，其特征在于步驟(1)和步驟(2)中向移動床生物膜反應器中通入廢水時，廢水的通入量為所述移動床生物膜反應器有效容積的70%～90%。

　　8.根據權利要求1或2所述用于廢水處理的柔性生物球的培養方法，其特征在于步驟(3)所述營養液中，CaCl2的濃度為1.2～1.8g/L，乙二胺四乙酸的濃度為8～12g/L，CuCl2的濃度為0.8～1.2g/L，Na2SeO3的濃度為0.02～0.04g/L，MgSO4的濃度為1.0～1.4g/L，FeSO4的濃度為0.25～0.3g/L，ZnSO4的濃度為0.1～0.3g/L，MnSO4的濃度為0.1～0.12g/L，CoSO4的濃度為0.04～0.08g/L，H3BO3的濃度為0.001～0.004g/L。

　　9.根據權利要求1或2所述用于廢水處理的柔性生物球的培養方法，其特征在于步驟(1)和步驟(2)中所述COD濃度為400～600mg/L的廢水是由葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4、NaHCO3和水配制的混合水溶液，該混合水溶液中，葡萄糖的濃度為375～560mg/L、NH4Cl的濃度為70～80mg/L，KH2PO4的濃度為20～25mg/L，NaHCO3的濃度460～490mg/L;步驟(3)中所述COD濃度為800～1300mg/L的廢水是由葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4、NaHCO3和水配制的混合水溶液，該混合水溶液中，葡萄糖的濃度為750～1220mg/L、NH4Cl的濃度為70～80mg/L，KH2PO4的濃度為20～25mg/L，NaHCO3的濃度460～490mg/L。

　　10.權利要求1至9中任一權利要求所述方法制備的用于廢水處理的柔性生物球。

　　說明書

　　用于廢水處理的柔性生物球及其培養方法

　　技術領域

　　本發明屬于廢水生物處理領域，特別涉及用于廢水處理的柔性生物球及其培養方法。

　　背景技術

　　隨著工業的發展、經濟的增長以及城市化進程不斷加速，人類對水資源的需求越來越大，但水污染問題卻日趨嚴重，已成為了威脅人類的健康生活的重要因素之一。廢水的生物處理技術是利用微生物的新陳代謝活動將廢水中的污染物分解為簡單的無機物等無害物質，從而實現水體的凈化，該技術由于具有運行成本較低的優勢而逐漸成為廢水處理的主要手段。

　　依照微生物在廢水中的聚集形態，在廢水的生物處理中起重要作用的微生物通常以絮體污泥、生物膜和顆粒污泥這些微生物聚集體的形式存在。微生物聚集體的結構形態和功能特性將直接影響它們進行廢水處理的效率和效果。絮體污泥由活性污泥和棲息在其上的微生物群體組成，絮體污泥的粒徑一般為0.02～0.2mm，主要用于廢水的活性污泥處理工藝中。生物膜是指粘附在填料表面上的微生物在填料表面大量繁殖后形成的一層充滿微生物的膜，主要用于廢水的生物膜處理工藝中。顆粒污泥是由多種微生物相互結合形成的比重較大的微生物聚集體，其中的絲狀菌形成框架，其他微生物被包裹、吸附在框架中，顆粒污泥呈球形或者橢球形，直徑約為0.2～5mm，顆粒污泥的結構致密，外表光滑，主要用于廢水處理的顆粒污泥工藝中。由于顆粒污泥過于密實，導致其傳質效率較低，進而影響其處理廢水的效率和效果，雖然顆粒污泥具有一定是顆粒強度，但實際上其在廢水中的穩定性比較有限，在使用過程中容易解體，因而顆粒污泥處理廢水的運行條件較為苛刻。基于該技術現狀，若能開發出傳質效果更好和穩定性更好的球狀或者類似球狀的微生物聚集體來代替現有的顆粒污泥進行廢水處理，對于提高廢水處理效率和效果都將產生積極的作用。

　　發明內容

　　本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于廢水處理的柔性生物球及其培養方法，為廢水的生物處理提供新形式且具有高傳質效率的微生物聚集體，以提高廢水處理的效率和改善廢水處理的效果。

　　本發明提供的用于廢水處理的柔性生物球的培養方法，步驟如下：

　　(1)將活性污泥加入移動床生物膜反應器中，向所述反應器中通入COD濃度為400～600mg/L的廢水，所述活性污泥的加入量為每升廢水1～3g，曝氣12～24h，停止曝氣，待反應器中的活性污泥沉降后排出上清液，然后重復前述向反應器中通入廢水、曝氣、停止曝氣和排出上清液的操作直到曝氣總時間達到6～9天(每天按24h計)，得到馴化后的活性污泥;

　　(2)向移動床生物膜反應器中加入懸浮填料和步驟(1)所得馴化后的活性污泥，然后向所述反應器中通入COD濃度為400～600mg/L的廢水，曝氣12～24h，停止曝氣，待反應器中的活性污泥沉降后排出上清液，然后重復前述向反應器中通入廢水、曝氣、停止曝氣和排出上清液的操作直到曝氣總時間達到10～20天(每天按24h計)，然后在曝氣條件以連續進水、連續排水的方式運行反應器至懸浮填料被生物膜覆蓋，停止進水并排出廢水;該步驟中控制反應器中廢水的pH值為7～7.5;

　　(3)將營養液與COD濃度為800～1300mg/L的廢水按照體積比為(1～3):1000的比例混合均勻得到混合液，將所述混合液通入經過步驟(2)處理的移動床生物膜反應器中，在曝氣條件下以連續通入混合液、連續排出混合液的方式運行反應器3～4個月(每月按30天計)，即得到用于廢水處理的柔性生物球;該步驟中，控制反應器中混合液的pH值為6～8、溫度為20～25℃;所述營養液是由CaCl2、乙二胺四乙酸、CuCl2、Na2SeO3、MgSO4、FeSO4、ZnSO4、MnSO4、CoSO4、H3BO3和水配制的混合水溶液。

　　上述方法的步驟(2)中，所述懸浮填料和馴化后活性污泥的加入量分別為移動床生物膜反應器有效容積的30%～50%和10%～15%。

　　上述方法的步驟(2)中，以連續進水、連續排水的方式運行反應器時，控制廢水在移動床生物膜中反應器中的水力停留時間為17～19h。

　　上述方法的步驟(1)和步驟(2)中，步驟(1)和步驟(2)中控制曝氣操作的曝氣量使移動床生物膜反應器內的廢水中的溶解氧量為3～4mg/L。

　　上述方法的步驟(2)中，優選控制移動床生物膜反應器中廢水的溫度為20～25℃。

　　上述方法的步驟(3)中，控制混合液在移動床生物膜中反應器中的水力停留時間為13～15h，按照每立方米移動床生物膜反應器有效容積中18～25m3/h的曝氣量進行曝氣。

　　上述方法的步驟(1)和步驟(2)中，向移動床生物膜反應器中通入廢水時，廢水的通入量為所述移動床生物膜反應器有效容積的70%～90%。

　　上述方法中的步驟(3)所述營養液中，CaCl2的濃度為1.2～1.8g/L，乙二胺四乙酸的濃度為8～12g/L，CuCl2的濃度為0.8～1.2g/L，Na2SeO3的濃度為0.02～0.04g/L，MgSO4的濃度為1.0～1.4g/L，FeSO4的濃度為0.25～0.3g/L，ZnSO4的濃度為0.1～0.3g/L，MnSO4的濃度為0.1～0.12g/L，CoSO4的濃度為0.04～0.08g/L，H3BO3的濃度為0.001～0.004g/L。

　　上述方法的步驟(1)和步驟(2)中，所述COD濃度為400～600mg/L的廢水是由葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4、NaHCO3和水配制的混合水溶液，該混合水溶液中，葡萄糖的濃度為375～560mg/L、NH4Cl的濃度為70～80mg/L，KH2PO4的濃度為20～25mg/L，NaHCO3的濃度460～490mg/L;步驟(3)中所述COD濃度為800～1300mg/L的廢水是由葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4、NaHCO3和水配制的混合水溶液，該混合水溶液中，葡萄糖的濃度為750～1220mg/L、NH4Cl的濃度為70～80mg/L，KH2PO4的濃度為20～25mg/L，NaHCO3的濃度460～490mg/L。

　　上述方法中，所述懸浮填料的材質通常為聚乙烯或其改性材料、聚丙烯或其改性材料，密度為0.96～0.98g/cm3，被生物膜覆蓋后密度與廢水的密度相近。

　　本發明還提供了一種由上述方法制備的用于廢水處理的柔性生物球，該柔性生物球由大量不同種類的微生物聚集而成，其外形呈球形或類似于球形，直徑為0.5～2cm，具有較好的柔韌性，表面呈茸毛狀，內部和表面都具有豐富的孔隙結構，有利于傳質，且所述柔性生物球在水中的沉降速度約為1.0～1.5cm/s，該沉降速度適中，用于廢水處理中有利于降低流化動力，節約能耗。

　　與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

　　1.本發明提供了一種新型的用于廢水處理的微生物聚集體—柔性生物球，現有技術中尚無類似的柔性生物球的報道，該柔性生物球由大量微生物聚集而成，其外形呈球形或類似于球形，直徑為0.5～2cm，由于該柔性生物球的表面呈茸毛狀，且內部和表面都具有豐富的孔隙結構，茸毛狀的外表和豐富的孔隙結構都有利于有效地減小傳質阻力，因而將該柔性生物球應用于廢水處理中，有利于提高廢水的處理效率和處理效果，與現有的顆粒污泥相比，具有明顯的應用優勢。

　　2.由于本發明提供的柔性生物球具有良好的柔韌性，因而能有效避免使用過程中生物球之間因相互碰撞而解體，這有利于提高使用過程中該柔性生物球中的穩定性，同時，該柔性生物球豐富的孔隙結構可有效降低柔性生物球的密度，密度的減小可使得其在使用過程中需要的流化動力減小，有利于減小曝氣量，降低能耗，且該柔性生物球在水中的沉降速度約為1.0～1.5cm/s，該沉降速度適中，用于廢水處理中也有利于降低流化動力，節約能耗。

　　3.實驗表明，采用本發明提供的柔性生物球對COD濃度為800～1000mg/L的廢水進行處理，處理后的出水的COD濃度均不超過185mg/L，最低出水COD濃度低至37mg/L，COD去除率高達81%～95.8%，且在反應器運行54天后，柔性生物球的外形完好，未出現解體現象(見實施例3)，說明采用本發明所述柔性生物球處理廢水，具有處理效果好的優勢，且所述柔性生物球具有良好的穩定性，有利于延長其使用壽命和降低廢水處理成本。

　　4.本發明還提供了用于廢水處理的柔性生物球的培養方法，該方法采用常規設備的原料即可實現柔性生物球的培養，具有容易實現和成本低廉的特點，易于推廣應用。