一种生物膜处理污水的方法及其设备

1.一种生物膜处理污水的方法，其特征在于采用了生物膜载体，该生物膜载体悬挂在水面以上，通过具有毛细吸水作用的材料作为介质连接生物膜载体和水面以下的水体环境；所述的具有毛细吸水作用的材料是超细化学纤维；所述的生物膜载体是颗粒载体或片状载体；所述的具有毛细吸水作用的材料是通过以下任一方法与生物膜载体连接的：方法一，将颗粒载体均匀的黏贴在具有毛细吸水作用的材料上，布的大部分悬挂在水面以上；方法二，将颗粒载体粘合在无纺布表面，具有毛细吸水作用的材料通过与无纺布缝合，贴敷在颗粒载体上，悬挂在水面以上；方法三，选用片状载体将具有毛细吸水作用的材料包裹贴敷在其两面，悬挂在水面上。
2.如权利要求1所述的生物膜处理污水的方法，其特征在于：所述的颗粒载体是沸石、砂子或陶粒；所述的片状载体是厚度1-2mm的塑料片。
3.如权利要求1所述的生物膜处理污水的方法，其特征在于：所述的生物膜载体是通过附于悬浮在水面上的载体框架而悬挂于水上的。
4.如权利要求3所述的生物膜处理污水的方法，其特征在于：所述的载体框架由铁丝构成，通过连接于泡沫板、薄木板或轻质塑料板上而悬浮于水面。
5.一种生物膜处理污水的设备，包括生物膜载体，其特征在于还包括可漂浮于水面的悬浮载体(2)及其上方的载体框架(1)，生物膜载体(3)附于载体框架(1)之上，具有毛细吸水作用的纤维(4)分别连接生物膜载体(3)和水面以下水体环境；所述的具有毛细吸水作用的纤维(4)是超细化学纤维；所述的具有毛细吸水作用的纤维(4)是通过以下任一方法与生物膜载体(3)连接的：方法一，将颗粒载体(5)均匀的黏贴在具有毛细吸水作用的纤维(4)上，布的大部分悬挂在水面以上；方法二，将颗粒载体(5)粘合在无纺布(6)表面，具有毛细吸水作用的纤维(4)通过与无纺布缝合，贴敷在颗粒载体上，悬挂在水面以上；方法三，选用片状载体(7)将具有毛细吸水作用的纤维(4)包裹贴敷在其两面，悬挂在水面上。
6.如权利要求5所述的生物膜处理污水的设备，其特征在于所述的生物膜载体(3)是沸石、砂子或陶粒的颗粒载体；或1-2mm厚塑料片的片状载体。
7.如权利要求5所述的生物膜处理污水的设备，其特征在于所述的悬浮载体(2)是泡沫板、薄木板、轻质塑料中的一种；载体框架(1)是铁丝。

一种生物膜处理污水的方法及其设备\n技术领域\n[0001] 本发明属于水处理领域，具体涉及一种利用生物膜处理污水的方法及其设备。\n背景技术\n[0002] 随着经济的快速发展，城市基础设施发展跟不上人口的增加，大量的生活污水未经处理直接排入附近水体。许多城镇河流接纳大量污水，远远超过其自净能力，严重的有机污染导致水中溶解氧快速消耗，河水由于厌氧呈现黑臭状态，严重影响了城镇居民的生产生活和区域水环境质量，甚至阻碍城市的发展。发展一种有效的治理技术，以控制污染、修复受破坏的河流生态系统，已经成为一种迫切的需要。\n[0003] 近年来，生物膜技术是被广泛研究和采用的一种治理水体污染的技术。由于生物膜技术可在单位空间上固定富集大量具有降解功能的微生物，比较有利于流动水环境中有机物、氨氮等可生物降解污染物的去除，已成为采用较多且有效的污染河流原位生物治理技术之一。但是，目前已有的河流生物膜原位处理技术工艺，主要是借鉴污水处理中的接触氧化工艺，生物膜及载体完全淹没于水下，这样的处理方式在河水有机物浓度较高时，易受水中低溶解氧的制约，出现厌氧状态，目前提高水中溶解氧的方式主要是利用机械曝气，运行和管理成本都比较高，不利于大面积水体上的应用，也难以长期有效地进行治理。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无需曝气处理，可广泛应用的生物膜处理污水的方法。\n[0005] 本发明的另一个目的在于提供应用于该方法的设备。\n[0006] 本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：\n[0007] 本发明提供了一种生物膜处理污水的方法，其特征在于采用了生物膜载体，该生物膜载体通过由悬浮于水面上的框架支撑而悬挂于水上的，通过具有毛细吸水作用的材料作为介质连接生物膜载体和水面以下的水体环境。\n[0008] 生物膜可通过异位挂膜获得，即首先将生物膜载体上放置于待处理的污水中按传统挂膜方法形成初始生物膜，然后再悬挂在水面以上；也可通过原位挂膜方式形成，即先将生物膜载体悬挂在水面上，污水中微生物会逐渐随水一起通过毛细作用转移到载体上培养富集，在载体表面形成生物膜。悬挂在水面以上的生物膜与空气直接接触，氧传递速度快，水中可溶性污染物通过毛细吸水作用的介质不断转移至生物膜上进行反应。通过该悬挂毛细传质生物膜技术，可完全可满足高浓度污染物好氧生物降解，属于自然强化曝气生物膜技术。\n[0009] 其中具有毛细吸水作用的材料是具有超强毛细吸水作用且耐腐蚀的一类织物材料，优选超细化学纤维。生物膜载体是颗粒载体或片状载体：颗粒载体是沸石、砂子或陶粒；\n片状载体是厚度1-2mm的塑料片。生物膜载体可以附于载体框架(由铁丝构成)上，载体框架由于连接了泡沫板、薄木板或轻质塑等可以悬浮于水面上的材料，使得生物载体得以悬挂在水面上。\n[0010] 本发明同时提供了一种生物膜处理污水的设备，包括可漂浮于水面的悬浮载体及其上方的载体框架，生物膜载体附于载体框架之上，具有毛细吸水作用的纤维分别连接生物膜载体和水面以下水体环境。\n[0011] 包括生物膜载体和可漂浮于水面的悬浮载体(可以是泡沫板、薄木板或轻质塑料中的一种)及其上方的载体框架(可以是铁丝)，生物膜载体(沸石、砂子或陶粒的颗粒载体；或1-2mm厚塑料片的片状载体)附于载体框架之上，具有毛细吸水作用的纤维(超细化学纤维)分别连接生物膜载体和水面以下水体环境，由此不断地将水中的污染物转移至生物膜上，得以降解和净化。\n[0012] 本发明通过大量实验研究，从众多的具有毛细吸水作用的织物中筛选出了毛细吸水作用较强且耐腐蚀的超细纤维织布，作为毛细传质介质，结合传统的生物膜载体，通过以下三种途径将超细纤维材料与载体结合在一起：(1)将颗粒载体均匀的黏贴在超细纤维布上(如图2所示)，布的大部分悬挂在水面以上；(2)二是颗粒载体粘合在无纺布表面，超细纤维材料通过与无纺布缝合，贴敷在颗粒载体上(如图3所示)，悬挂在水面以上；(3)选用片状载体，将超细纤维布包裹贴敷在其两面(其缝合连接如图4所示)，悬挂在水面上。这三种方式都要让超细纤维材料下端浸入污水中，污水中微生物及污染物随超细纤维布对水的芯吸作用向上传递到水面以上，微生物会附着在载体上，利用空气中的氧气氧化降解有机物氨氮等污染物，逐渐形成对污染物有稳定降解能力的生物膜单元，可根据具体的治理任务选择生物膜单元数悬挂在悬浮支撑框架上构建出具体的处理装置。\n[0013] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：\n[0014] (1)本发明所提供的生物膜处理污水的方法，具有有机负荷高，供氧成本低，构建管理容易，运用灵活等优点。\n[0015] (2)本发明所提供的方法和设备解决了目前生物膜技术低溶解氧限制的问题，可以应用于污染河流的原位处理。\n[0016] (3)本发明所提供的方法和设备，运行和制备成本低，可持续地进行污水净化，净化效果持续有效。\n[0017] (4)本发明所提供的方法和设备由于无需曝气装置的加入，应用于住宅区具有零噪音的优点。\n附图说明\n[0018] 图1是本发明设备的示意图；\n[0019] 图2是颗粒载体均匀的黏贴在毛细介质(具有毛细吸水作用的纤维)的示意图，其中4是毛细吸水作用的纤维，5是载体颗粒；\n[0020] 图3是毛细介质(具有毛细吸水作用的纤维)通过无纺布连接颗粒载体的示意图，其中4是毛细吸水作用的纤维，5是载体颗粒，6是无纺布；\n[0021] 图4是毛细介质(具有毛细吸水作用的纤维)缝合于片状载体的示意图，其中4是毛细吸水作用的纤维，7是片状载体，8表示缝合线；\n[0022] 图5是本发明悬挂生物膜对生活污水中COD的去除结果；\n[0023] 图6是本发明悬挂生物膜对生活污水中氨氮的去除结果。\n具体实施方式\n[0024] 以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。\n[0025] 实施例1\n[0026] 将宽幅20cm的超细纤维织物剪成长15cm长的布块，将粒径1cm左右的沸石颗粒均匀黏贴在两面，构建出悬挂生物膜传质及载体单元；用角钢构建长宽高分别30cm、25cm、\n50cm矩形框架；框架设置在盛装满生活污水的塑料箱(长宽高：25cm、20cm、40cm)四周，悬挂生物膜单元先在生活污水中用传统方法曝气挂膜，挂膜成功后，每个单元布块上端用铁丝固定，悬挂在框架上，布块下端5cm浸入塑料箱中的水中，共设置15个单元均匀的悬挂在污水上方，单元之间间隔1-2cm左右，对塑料箱中生活污水进行序批式处理。所使用生活污水为居民生活区化粪池污水稀释，每8个小时一个周期，每2个小时取样测定一次，周期结束后，箱中污水清出，箱子刷洗干净后装入新污水开始下一周期，共进行4个周期，对照是未悬挂生物膜的系统。此悬挂生物膜对污水中COD、氨氮的去除结果如图5和图6所示，去除率基本稳定在80％、65％左右。\n[0027] 实施例2\n[0028] 将宽幅20cm的超细纤维织物和无纺布分别剪成长15cm长的布块，将粒径1cm左右的砂粒均匀黏贴在无纺布两面，将两片超细纤维织物包裹无纺布，并用线缝合固定在一起，构建出悬挂生物膜传质及载体单元；用角钢构建长宽高分别30cm、25cm、50cm矩形框架；框架设置在盛装满生活污水的塑料箱(长宽高：25cm、20cm、40cm)四周，悬挂生物膜单元先在生活污水中用传统方法曝气挂膜，挂膜成功后，每个单元布块上端用铁丝固定，悬挂在框架上，布块下端5cm浸入塑料箱中的水中，共设置15个单元均匀的悬挂在污水上方，单元之间间隔1-2cm左右，对塑料箱中生活污水进行序批式处理，此悬挂生物膜对污水中COD、氨氮的去除率基本稳定在85％、50％左右。\n[0029] 实施例3\n[0030] 将宽幅20cm的超细纤维织物剪成长15cm长的布块，将半硬质塑料片表面打磨粗糙后，裁剪成同样大小，将两片超细纤维织物包裹塑料片，并用线缝合固定在一起，构建出悬挂生物膜传质及载体单元；用角钢构建长宽高分别30cm、25cm、50cm矩形框架；框架设置在盛装满生活污水的塑料箱(长宽高：25cm、20cm、40cm)四周，悬挂生物膜单元先在生活污水中用传统方法曝气挂膜，挂膜成功后，每个单元布块上端用铁丝固定，悬挂在框架上，布块下端5cm浸入塑料箱中的水中，共设置15个单元均匀的悬挂在污水上方，单元之间间隔\n1-2cm左右，对塑料箱中生活污水进行序批式处理，此悬挂生物膜对污水中COD、氨氮的去除率基本稳定在70％、45％左右。