专利名称：一种改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种废水生物处理的方法，尤其涉及一种改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法。
背景技术：
废水好氧生物处理技术分为活性污泥法和生物膜法两大类。两者最大的区别在于微生物的生长方式，前者为悬浮生长，微生物的世代时间受泥龄的制约；后者为固着生长，微生物的世代时间不受制约，因此微生物相丰富，降解有机物的种类与效果增加；特别是对于生物脱氮，由于硝化细菌是自养细菌，繁殖缓慢，活性污泥法需要控制相当长的泥龄，因此生物膜法的效果远高于活性污泥法。
生物膜法关键是要提供微生物固着生长的载体，载体有多种形式，悬浮填料生物膜法因其生化反应速度快、有利于多相传质、不会发生填料的堵塞和结团现象，便于施工，而在新建与传统活性污泥法改造中得到广泛应用。
悬浮填料对材质有以下要求耐酸碱和微生物的腐蚀，比重略轻于水，便于加工定型，价格便宜，来源广泛。因此，现行的各种悬浮填料以PVC材质为主。
但实际应用发现，PVC材料制成的悬浮填料，微生物能够固着在悬浮填料上生长成为关键，在专业术语中称之为“挂膜”，在水流紊动较强时，挂膜困难。在同一个悬浮填料上，靠边缘的地方往往挂不上膜，而恰恰这些区域传质速率大，有利于生化反应的进行。因此，挂膜困难成为悬浮填料应用的主要问题。
造成这一问题的根本原因是材质的理化性质，PVC材料表面带有负电荷，而微生物表面也带有负电荷，这必然影响微生物在悬浮填料表面的生长。解决这一问题的措施是改变其中一方的表面性质，提高载体与微生物之间亲和力，目前常用的方法有两大类一是通过微生物表面的改性；二是通过载体表面的改性，使载体表面带有正电荷。前者较困难，往往采用后者。
另一方面，本发明人先前的申请号为02111901.5的发明，催化铁内电解处理难降解废水的方法，即催化铁内电解法，通过在铁内电解中加入铜及阳离子表面活性剂改性的沸石作为催化剂，提供了一种高效且经济的难降解工业废水的处理方法。
发明内容
本发明的目的是公开一种简单高效的改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法，以解决目前存在的挂膜困难，特别在同一个悬浮填料上，靠边缘的地方往往挂不上膜的技术问题。
为了达到上述目的，本发明在传统的生物悬浮填料工艺中增加将催化铁内电解方法作为生物悬浮填料工艺的预处理段。
所述的改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法，其依据所测定废水的氧化还原电位和pH值决定所述催化铁内电解方法的曝气方式。
所述的改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法，在废水的氧化还原电位高于100mV时，采用不曝气的催化铁内电解的方法。此时，废水中强氧化性物质或废水中的有机物分子结构中带有强拉电子基团的物质浓度较高，这些物质往往对生物处理产生抑制作用，催化铁内电解段可以还原这些物质，提高其可生化性。这时单质铁(铁屑)被氧化成亚铁离子，并同废水一同进入后续的悬浮填料段，在悬浮填料段中强烈的氧化态(大量曝气)将亚铁离子氧化成三价铁离子，起混凝作用。在此过程中悬浮填料的表面理化性质得到改变，表面的负电荷得到中和，且同时微生物细胞的荷电状态也得到改善，不仅在载体上挂膜性能好，而且生物膜厚。生物膜呈毛绒状，大量的丝状菌胶团向外飘逸，比表面积大，活性高。
所述的改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法，在废水的氧化还原电位低于-100mV时，采用曝气的催化铁内电解的方法。这就与申请号为02111901.5的发明目的不同。这时废水中氧化性物质或废水中有机物分子结构中带有强拉电子基团的物质浓度不高，在催化铁内电解段不再形成对废水中有机物的还原作用，功能仅为生成新生态的亚铁离子，改善后继悬浮填料的挂膜性能。更优的是，其曝气扩散装置布置在铁屑及催化材料组成的滤层下，并控制恰当的曝气量，使之生成适量的铁离子。更优的是，所述的曝气量气水体积比为0.1～20∶1，此时，如果废水的pH值过低为酸性条件时，不利于微生物的生化，影响微生物挂膜时，可采用扩大曝气量，多生成铁离子的方法，以提高pH值。化学反应如下
如果废水的pH值较高为碱性条件时，也不利于微生物的生长，影响微生物挂膜时，仍可采用扩大曝气量，以降低pH值。化学反应如下
更优的是，通过控制曝气时气水体积比使生成铁离子的含量在20～100mg/L。
所述的改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法，在废水的氧化还原电位低于-100mV时，采用曝气的催化铁内电解的方法，其中在所述催化铁内电解方法中取消该段的回流，这样节省能耗，并防止三价铁离子在该段形成沉淀。
所述的改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法，在废水的氧化还原电位在-100mV～100mV时，根据废水的pH值决定是否曝气。当pH值低于3.0时，废水中有大量的氢离子，可发生下述反应
废水的酸性得到一定程度的中和，并产生铁离子。当产生的铁离子数量达到一定程度时(20-100mg/L)，并不需要曝气。
当pH值大于3.0时，不能靠上述反应产生足够的铁离子时，则必须采用曝气的方式产生铁离子。
所述的改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法，在催化铁内电解方法作为生物悬浮填料工艺的预处理段之前，可以把待处理的废水进行充分的沉淀以去除大颗粒的悬浮物。
本发明的方法具有以下优点1.方法简单，只要在悬浮填料段之前增加催化铁内电解段即可；2.操作方便，不需要投加化学药剂，经过相当长时间(数月)运行后补充单质铁(铁屑)即可；3.有中和废水的作用，生成的亚铁离子并经氧化后，对废水的pH值都产生缓冲，pH值从酸性或碱性范围向中性靠拢；4.运行费用极低，铁离子来源于铁屑。
本方法区别于其它悬浮填料的改性方法1.勿需在悬浮填料段投加化学药剂；2.铁离子是通过原电池原理产生的，在增加铁离子的同时，不增加水中的盐度，这也有利于生物处理；3.表面改性在废水处理工艺中进行的，是伴随生物处理不断进行的过程，且对形成生物处理的菌胶团有利；4.方法简单，价格极低；持续时间长；效果好。
具体实施例方式
实施例1用催化铁内电解法预处理法与现有悬浮填料法其生物量提高与去除氨氮效果的比较。
表1.所示为两套装置中载体生物量与系统去除氨氮效果的比较。两套装置从投加悬浮填料起共培养了60天。其中装置A中的微生物由经过催化铁内电解法预处理后的废水培养，装置B中的微生物由原水进行培养。悬浮型号为ZGL50，外形尺寸Φ30×H100，培养的废水为化工区混合废水，废水中有大量的带有强拉电子基团的有机物，测得的氧化还原电位为200mV。废水处理的目的是为了去除废水中的氨氮，进水氨氮浓度为45.9mg/L。
表1.
试验结果表明，采用经过催化铁内电解法预处理后的废水对微生物进行培养，比用同样方法处理的原水，其单个载体的微生物量可以提高87.6％，氨氮的去除效率提高了85％。
实施例2用曝气催化铁内电解法预处理法与现有悬浮填料法处理酸性印染废水其生物量提高与COD降解的比较。
某印染厂酸性印染废水，进水的氧化还原电位为-110mV，pH值为5.6，COD浓度为258mg/L；通过试验证明，当气水比为1∶1，铁耗量为60mg/L时，pH值可达6.9，有利于生物处理。处理流程如同实施例1。
表3
经曝气催化铁内电解法预处理法，生物量大幅度提高，生化处理的效果明显改善。
实施例3用曝气催化铁内电解法预处理法与现有悬浮填料法处理碱性综合染料废水其生物量提高与COD降解比较。
某城市综合染料废水，进水的氧化还原电位为-200mV，pH值高达11.5，COD浓度为2158mg/L。调节pH值至9.5，通过试验证明，当铁耗量为55mg/L，气水比为5∶1时，pH值可缓冲至8.8，有利于生物处理。调节pH值至9.5后进行生化对比试验，处理流程如同实施例1。
表4.
经曝气催化铁内电解法预处理法，生物量大幅度提高，生化处理速率加快，生化效果提高。
实施例4用曝气催化铁内电解法预处理法与现有悬浮填料法其生物量提高与去除氨氮效果的比较。
使用城市废水进行培养和生物脱氮处理，该废水的氧化还原电位为50mV，pH值为6.9，废水的氨氮浓度为49.1mg/L，生化条件同实施例1。在铁屑与催化材料组成的滤料床底部布置曝气扩散装置，通过微孔曝气充氧，气水比为0.5∶1，
表2.
实验结果表明，采用曝气的催化铁内电解法预处理后的废水对微生物进行培养，比用同样方法处理的原水，其单个载体的微生物量提高128.8％，，氨氮的去除效率提高了88.3％。
权利要求
1.一种改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法，其特征在于，在传统的生物悬浮填料工艺中增加将催化铁内电解方法作为生物悬浮填料工艺的预处理段。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，依据所测定废水的氧化还原电位和pH值决定所述催化铁内电解方法的曝气方式。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，当废水的氧化还原电位高于100mV时，采用不曝气的催化铁内电解的方法。
4.按照权利要求2的方法，其特征在于，当废水的氧化还原电位低于-100mV时，采用曝气的催化铁内电解的方法。
5.按照权利要求4的方法，其特征在于，曝气扩散装置布置在铁屑及催化材料组成的滤层下，并控制恰当的曝气量。
6.按照权利要求5的方法，其特征在于，曝气时气水体积比为0.1～20∶1。
7.按照权利要求6的方法，其特征在于，通过控制曝气时气水体积比使生成铁离子的含量在20～100mg/L。
8.按照权利要求4的方法，其特征在于，在所述的催化铁内电解方法中取消该段的回流。
9.按照权利要求2的方法，其特征在于，当废水的氧化还原电位在-100mV～100mV时，根据废水的pH值决定是否曝气。
10.按照权利要求9的方法，其特征在于，当pH值低于3.0时采用不曝气方式。
11.按照权利要求9的方法，其特征在于，当pH值大于3.0时采用曝气方式。
12.按照权利要求1的方法，其特征在于，在催化铁内电解方法作为生物悬浮填料工艺的预处理段之前，把待处理的废水进行充分的沉淀以去除大颗粒的悬浮物。
全文摘要
本发明涉及一种废水生物处理的方法，尤其涉及一种改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法。其目的是公开一种简单高效的改善悬浮填料生物膜挂膜性能的方法，以解决目前存在的挂膜困难的技术问题。具体方法是在传统的生物悬浮填料工艺中增加将催化铁内电解方法作为生物悬浮填料工艺的预处理段，根据工业废水的氧化还原电位与pH值高低采用不同的曝气方式。由于本发明不需在悬浮填料段投加化学药剂，表面改性在废水处理工艺中进行的，催化铁内电解法本身即提高废水的可生化性。因此，具有方法简单，价格低，持续时间长，效果好的优点。
文档编号C02F9/14GK1600709SQ0315119
公开日2005年3月30日 申请日期2003年9月25日 优先权日2003年9月25日
发明者马鲁铭, 赖世华, 刘剑, 徐文英, 周荣丰, 周增炎 申请人:同济大学