本发明属于生物膜法污水处理技术领域，具体涉及一种低C/N比废水处理中有机填料的快速成膜方法。
背景技术：
随着工业化进程的不断推进，我国含氮废水的排放迅猛增加，给环境带来了巨大灾难，特别是工业生产中产生的一些高氨氮、低C/N比废水的治理得到了人们的广泛关注。传统的活性污泥法在处理这类废水时由于碳源不足很难达标排放。生物膜法污水处理利用反应器中的污水与填料接触后，在载体上形成一层具活性的生物膜。生物膜上大量繁殖的微生物对污染物吸附降解，从而起到净化污水的效果，生物膜的耐受力很强，因此生物膜法在处理低C/N比废水中具有很强的应用前景。但生物膜法挂膜的速度仍然有待提高，目前生物挂膜的方式主要有“闷曝法”、“循环法”、“自然挂膜法”等，这几种挂膜法挂膜所需的时间都较长，往往需要1-2个月的时间。中国发明专利《一种移动床生物膜反应器中载体填料的挂膜方法》(公开号05565480A)通过对移动床生物膜反应器同时进行排水和补充离交废水，进行动态培养，并回流活性污泥，该方法需要控制污泥浓度，操作不便，且动态培养会导致运行不稳定。专利《一种悬浮填料微生物快速挂膜方法》(公开号05565480A)，挂膜完成需要运行7d-25d，挂膜时间仍然较长。
另一方面，随着高分子合成材料工业的发展，大量有机高分子填料相继问世并获得应用，成为最具发展前途的生物膜填料之一。常用有机填料的材质类型包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯醇缩醛(PVF)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等。因此，研发低C/N比废水处理中有机填料的快速成膜方法从而加快反应器的启动具有重要的现实意义。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是提供一种低C/N比废水处理中有机填料的快速成膜方法，可以缩短挂膜时间，提高耐冲击负荷能力和废水处理效果。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种低C/N比废水处理中有机填料的快速成膜方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将接种污泥与有机填料按照1:10-15的体积比加入反应器并闷曝24h，温度控制在50-58℃，然后将接种污泥全部排出；
(2)投加阴离子聚丙烯酰胺(APAM)和鼠李糖脂于废水中，所述阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的投加量为1-5mg/L，鼠李糖脂的投加量为20-30mg/L，投加方式是随废水每日直接投加；
(3)间歇接种合成AI-2信号分子的菌株溶液，菌液体积与反应器体积比为1％-3％，反应器开始运行2d-3d后接种，接种浓度3-5g/L，SV30 18％-30％；
(4)控制体系内pH 6.0-8.0、水温16-40℃，进水容积负荷控制在0.3-1.0kgCOD/(m3.d)；
(5)待COD去除率达30％-40％，NH4+-N的去除率达到20％-30％时，按6％-15％的比例逐步提升进水负荷，持续运行2d-3d，停止增加进水负荷；
(6)继续运行3d-18d挂膜即完成。
其原理在于鼠李糖脂是由微生物产生的一种阴离子生物表面活性剂，无毒且可生物降解，通过投加鼠李糖脂能够使填料的微界面作用力减弱，微生物容易实现在填料表面的初始粘附，微量的阴离子聚丙烯酰胺(APAM)具有一定的絮凝沉降作用；另一方面，2型自诱导子是对革兰氏阴性和阳性细菌均能发挥群体感应作用的信号分子，通过信号分子的加入能够强化微生物在填料表面的附着和定殖，从而实现快速成膜。
进一步地，在上述方案中，步骤(1)中所述的有机填料按重量百分比计，主要是由以下成分组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)75-85％、玻璃粉末0.2-3％、碳纤维0.5-1.5％、火山灰0.8-2.0％、炉渣0.4-1.0％、多孔二氧化硅0.2-0.5％、粘土0.1-1.0％、高岭土0.5-1.0％、草泥炭0.6-1.0％、粉碎木材0.1-0.3％、发泡剂0.1-0.2％、余量为聚乙烯醇缩醛(PVF)。所述发泡剂为AC发泡剂，所述碳纤维是由聚丙烯腈纤维或聚丙烯腈系纤维制备而成的，所述草泥炭是由碳化的芦苇和菖蒲制得。
进一步地，在上述方案中，步骤(2)中所述的鼠李糖脂为单鼠李糖脂和双鼠李糖脂的混合结构，工业级，浓度25％左右。
进一步地，在上述方案中，所述合成AI-2信号分子的菌株为Acinetobactersp.TW。
进一步地，在上述方案中，所述Acinetobacter sp.TW间隔2d-3d接种入反应器。
进一步地，在上述方案中，当COD和NH4+-N的去除率分别稳定达到70％和60％，填料表面形成土黄色生物膜，主要以原生动物以及后生动物为主，即停止投加阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、鼠李糖脂和合成AI-2信号分子的菌株，完成挂膜。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
(1)本发明通过投加低浓度鼠李糖脂以及细菌群体感应信号分子AI-2，加速微生物在填料上生物附着和定殖，从而提高挂膜效果。与现有技术相比，本发明通过控制鼠李糖脂的投加量，使填料的微界面作用力减弱，微生物容易实现在填料表面的初始粘附，从而在填料上快速生长，并且间隔投加AI-2增强微生物的附着和定殖作用。由于细菌AI-2的产生有助于种间交流和生物膜的形成，因此提高了微生物挂膜效率。
(2)本发明与常规挂膜方法相比，挂膜快速，操作简便，实用性强，是一种适用于好氧、缺氧或厌氧条件下低C/N比废水处理有机填料快速成膜的方法。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。实施例1
本实施例是关于高氨氮、高盐度颜料废水处理中有机填料的快速成膜方法。
废水水质：COD浓度1200mg/L、NH4+-N浓度400mg/L、盐度为1.2％、pH值7，水温20℃。
有机填料按重量百分比计，主要是由以下成分组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)75％、玻璃粉末0.2％、碳纤维0.5％、火山灰0.8％、炉渣0.4％、多孔二氧化硅0.2％、粘土0.1％、高岭土0.5％、草泥炭0.6％、粉碎木材0.1％、发泡剂0.1％、余量为聚乙烯醇缩醛(PVF)。所述发泡剂为AC发泡剂，所述碳纤维是由聚丙烯腈纤维制备而成的，所述草泥炭是由碳化的芦苇和菖蒲制得。
有机填料的制备方法为：1)将尺寸为3mm的粉碎木材用质量浓度为0.3％的氯化钠溶液浸泡1个月，取出，烘干；2)将所述玻璃粉末、粘土、高岭土均匀混合后，装入模具中，以3℃/min的升温速率升温至300℃，保温10min；再以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温250min；然后以10℃/min的降温速率降温至650℃，最后自然冷却到常温；3)将所述碳纤维、火山灰、炉渣、多孔二氧化硅、草泥炭与步骤2)处理后的玻璃粉末、粘土、高岭土搅拌混合，得到预混料；4)将步骤3)所得预混料加热至250℃，在80r·min-1连续搅拌条件下，将所述聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩醛加入到所述预混料中，搅拌20min，再加入所述发泡剂，形成混合物；5)待步骤4的混合物降温至75℃时，再加入所述步骤1)处理后的粉碎木材，送入挤出机筒内，通过挤出模具挤压成型，即得到所述有机填料。
其快速成膜方法是：
(1)将接种污泥与有机填料按照1:10的体积比加入反应器并闷曝24h，温度控制在50℃，然后将接种污泥全部排出；
(2)投加阴离子聚丙烯酰胺(APAM)和鼠李糖脂于废水中，所述阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的投加量为1mg/L，鼠李糖脂的投加量为20mg/L，所述的鼠李糖脂为单鼠李糖脂和双鼠李糖脂的混合结构，工业级，浓度25％左右，投加方式是随废水每日直接投加；
(3)间歇接种合成AI-2信号分子的菌株溶液，所述合成AI-2信号分子的菌株为Acinetobacter sp.TW，菌液体积与反应器体积比为1％，所述Acinetobacter sp.TW间隔2d接种入反应器，反应器开始运行2d-3d后接种，接种浓度3g/L，SV30 18％％；
(4)控制体系内pH 6.0、水温16℃，进水容积负荷控制在0.3kgCOD/(m3.d)；
(5)待COD去除率达30％，NH4+-N的去除率达到20％时，按6％的比例逐步提升进水负荷，持续运行2d，停止增加进水负荷；
(6)继续运行培养至5d时，COD和NH4+-N的去除率分别稳定达到85.9％和83.7％，填料表面形成土黄色生物膜，主要以原生动物以及后生动物为主，即停止投加阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、鼠李糖脂和合成AI-2信号分子的菌株，完成挂膜，挂膜效率提高了45.8％。
实施例2
本实施例是关于高氨氮、高盐度化工废水处理中有机填料的快速成膜方法。
废水水质：COD浓度1400mg/L、NH4+-N浓度500mg/L、盐度为1％、pH值7.5，水温25℃。
有机填料按重量百分比计，主要是由以下成分组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)80％、玻璃粉末1.6％、碳纤维1.0％、火山灰1.4％、炉渣0.7、多孔二氧化硅0.35％、粘土0.55％、高岭土0.75％、草泥炭0.8％、粉碎木材0.2％、发泡剂0.15％、余量为聚乙烯醇缩醛(PVF)。所述发泡剂为AC发泡剂，所述碳纤维是由聚丙烯腈系纤维制备而成的，所述草泥炭是由碳化的芦苇和菖蒲制得。
有机填料的制备方法为：1)将尺寸为4mm的粉碎木材用质量浓度为0.65％的氯化钠溶液浸泡2个月，取出，烘干；2)将所述玻璃粉末、粘土、高岭土均匀混合后，装入模具中，以4℃/min的升温速率升温至350℃，保温12.5min；再以6.5℃/min的升温速率升温至850℃，保温27.5min；然后以12.5℃/min的降温速率降温至675℃，最后自然冷却到常温；3)将所述碳纤维、火山灰、炉渣、多孔二氧化硅、草泥炭与步骤2)处理后的玻璃粉末、粘土、高岭土搅拌混合，得到预混料；4)将步骤3)所得预混料加热至265℃，在100r·min-1连续搅拌条件下，将所述聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩醛加入到所述预混料中，搅拌25min，再加入所述发泡剂，形成混合物；5)待步骤4的混合物降温至77.5℃时，再加入所述步骤1)处理后的粉碎木材，送入挤出机筒内，通过挤出模具挤压成型，即得到所述有机填料。
其快速成膜方法是：
(1)将接种污泥与有机填料按照1:12.5的体积比加入反应器并闷曝24h，温度控制在54℃，然后将接种污泥全部排出；
(2)投加阴离子聚丙烯酰胺(APAM)和鼠李糖脂于废水中，所述阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的投加量为3mg/L，鼠李糖脂的投加量为25mg/L，所述的鼠李糖脂为单鼠李糖脂和双鼠李糖脂的混合结构，工业级，浓度25％左右，投加方式是随废水每日直接投加；
(3)间歇接种合成AI-2信号分子的菌株溶液，所述合成AI-2信号分子的菌株为Acinetobacter sp.TW，菌液体积与反应器体积比为2％，所述Acinetobacter sp.TW间隔2d接种入反应器，反应器开始运行3d后接种，接种浓度4g/L，SV30 24％；
(4)控制体系内pH 7.0、水温28℃，进水容积负荷控制在0.65kgCOD/(m3.d)；
(5)待COD去除率达35％，NH4+-N的去除率达到25％时，按10.5％的比例逐步提升进水负荷，持续运行2d，停止增加进水负荷；
(6)继续运行培养至12d时，COD和NH4+-N的去除率分别稳定达到82.36％和75.45％，填料表面形成土黄色生物膜，主要以原生动物以及后生动物为主，即停止投加阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、鼠李糖脂和合成AI-2信号分子的菌株，完成挂膜，挂膜效率提高了46.2％。
实施例3
本实施例是关于高氨氮制药废水处理中有机填料的快速成膜方法。
废水水质：COD浓度400mg/L、NH4+-N浓度130mg/L、pH值8，水温35℃。
有机填料按重量百分比计，主要是由以下成分组成：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)85％、玻璃粉末3％、碳纤维1.5％、火山灰2.0％、炉渣1.0％、多孔二氧化硅0.5％、粘土1.0％、高岭土1.0％、草泥炭1.0％、粉碎木材0.3％、发泡剂0.2％、余量为聚乙烯醇缩醛(PVF)。所述发泡剂为AC发泡剂，所述碳纤维是由聚丙烯腈纤维制备而成的，所述草泥炭是由碳化的芦苇和菖蒲制得。
有机填料的制备方法为：1)将尺寸为5mm的粉碎木材用质量浓度为1％的氯化钠溶液浸泡3个月，取出，烘干；2)将所述玻璃粉末、粘土、高岭土均匀混合后，装入模具中，以5℃/min的升温速率升温至400℃，保温15min；再以8℃/min的升温速率升温至900℃，保温30min；然后以15℃/min的降温速率降温至700℃，最后自然冷却到常温；3)将所述碳纤维、火山灰、炉渣、多孔二氧化硅、草泥炭与步骤2)处理后的玻璃粉末、粘土、高岭土搅拌混合，得到预混料；4)将步骤3)所得预混料加热至280℃，在120r·min-1连续搅拌条件下，将所述聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩醛加入到所述预混料中，搅拌30min，再加入所述发泡剂，形成混合物；5)待步骤4的混合物降温至80℃时，再加入所述步骤1)处理后的粉碎木材，送入挤出机筒内，通过挤出模具挤压成型，即得到所述有机填料。
其快速成膜方法是：
(1)将接种污泥与有机填料按照1:15的体积比加入反应器并闷曝24h，温度控制在58℃，然后将接种污泥全部排出；
(2)投加阴离子聚丙烯酰胺(APAM)和鼠李糖脂于废水中，所述阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的投加量为5mg/L，鼠李糖脂的投加量为30mg/L，所述的鼠李糖脂为单鼠李糖脂和双鼠李糖脂的混合结构，工业级，浓度25％左右，投加方式是随废水每日直接投加；
(3)间歇接种合成AI-2信号分子的菌株溶液，所述合成AI-2信号分子的菌株为Acinetobacter sp.TW，菌液体积与反应器体积比为3％，所述Acinetobacter sp.TW间隔3d接种入反应器，反应器开始运行3d后接种，接种浓度5g/L，SV30 30％；
(4)控制体系内pH 8.0、水温40℃，进水容积负荷控制在1.0kgCOD/(m3.d)；
(5)待COD去除率达40％，NH4+-N的去除率达到30％时，按15％的比例逐步提升进水负荷，持续运行3d，停止增加进水负荷；
(6)继续运行培养至18d时，COD和NH4+-N的去除率分别稳定达到90％和93.4％，填料表面形成土黄色生物膜，主要以原生动物以及后生动物为主，即停止投加阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、鼠李糖脂和合成AI-2信号分子的菌株，完成挂膜，挂膜效率提高了42.9％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。