申請(qǐng)日2015.11.09

　　公開(公告)日2016.05.18

　　IPC分類號(hào)C02F3/10; C02F3/34; C02F103/32

　　摘要

　　本發(fā)明提供一種生物膜載體，所述生物膜載體為截短的中空型柱狀體，該中空型柱狀體的中空部分由連接肋片分隔成多個(gè)橫截面為多邊形的空腔，并且，所述生物膜載體的比表面積大于或等于547m2/m3。本發(fā)明還提供一種使用該生物膜載體的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器。使用本發(fā)明的生物膜載體和移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)在高達(dá)46kg?SCOD/m3.d的有機(jī)負(fù)荷條件下以及在1.6小時(shí)至12小時(shí)的接觸時(shí)間下達(dá)到54%以上的SCOD去除效率，從而為那些廢水處理空間有限的食品飲料加工生產(chǎn)廠提供在高負(fù)載量條件下快速建立生物膜的快速且有效的廢水處理方法。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種生物膜載體，所述生物膜載體為截短的中空型柱狀體，該中空型柱狀體的中空部分由連接肋片分隔成多個(gè)橫截面為多邊形的空腔，并且，所述生物膜載體的比表面積大于或等于547m2/m3。

　　2.如權(quán)利要求1所述的生物膜載體，其中，在所述中空型柱狀體中，70%以上的多邊形空腔的橫截面積的變化幅度不超過11%。

　　3.如權(quán)利要求1所述的生物膜載體，其中，所述空腔的側(cè)壁上設(shè)置有凸出翅片。

　　4.如權(quán)利要求3所述的生物膜載體，其中，在所述中空型柱狀體中，76%以上的多邊形空腔的橫截面積的變化幅度不超過1.8%。

　　5.如權(quán)利要求1所述的生物膜載體，其中，所述空腔的側(cè)棱上設(shè)置有凸出翅片。

　　6.如權(quán)利要求5所述的生物膜載體，其中，在所述中空型柱狀體中，75%以上的多邊形空腔的橫截面積的變化幅度不超過1.8%。

　　7.如權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的生物膜載體，其中，所述翅片間隔設(shè)置。

　　8.如權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的生物膜載體，其中，所述生物膜載體的比表面積大于或等于613m2/m3。

　　9.如權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的生物膜載體，其中，所述翅片向所述空腔內(nèi)部延伸的長度不超過其所在邊的邊長的二分之一。

　　10.如權(quán)利要求1所述的生物膜載體，其中，所述生物膜載體由改良的聚烯烴類材料制成。

　　11.如權(quán)利要求10所述的生物膜載體，其中，所述聚烯烴類材料包括：聚乙烯材料，或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物樹脂ABS。

　　12.如權(quán)利要求10或11所述的生物膜載體，其中，所述改良的聚烯烴類材料是聚烯烴類的泡沫材料，其中的泡沫體積百分比為2.8%-3%。

　　13.如權(quán)利要求12所述的生物膜載體，其中，改良形成的聚烯烴泡沫材料包括：高密度聚乙烯泡沫材料。

　　14.如權(quán)利要求1所述的生物膜載體，其中，所述生物膜載體的表面經(jīng)過表面等離子體沉積處理、表面噴砂處理或表面氣溶膠噴霧處理。

　　15.如權(quán)利要求10或11所述的生物膜載體，其中，所述改良的聚烯烴類材料是摻雜纖維素或淀粉、碳酸鈣的聚烯烴類材料。

　　16.一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其包括：

　　反應(yīng)器主體，所述反應(yīng)器中裝有權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的生物膜載體，以及

　　使所述生物膜載體與廢水和空氣充分接觸的設(shè)備，

　　其中，所述反應(yīng)器在有機(jī)負(fù)荷不高於46kgSCOD/m3.d的條件下運(yùn)行。

　　17.如權(quán)利要求16所述的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其中，所述生物膜載體相對(duì)于所述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器的總體積的填充比例不高于70%。

　　18.一種使用權(quán)利要求16或17所述的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器處理廢水的方法，所述方法包括：

　　(i)向所述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器提供廢水，其中，所述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器在有機(jī)負(fù)荷不高于46kgSCOD/m3.d的條件下運(yùn)行預(yù)定時(shí)間段以使所述廢水中的溶解性化學(xué)需氧量去除效率高于54%;

　　(ii)排出處理過的廢水。

　　19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述預(yù)定時(shí)間段為1.6小時(shí)至12小時(shí)。

　　說明書

　　生物膜載體以及使用該載體的廢水處理設(shè)備和處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明總體上涉及生物廢水處理領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種生物膜載體以及使用該生物膜載體的廢水處理設(shè)備(尤其是使用該生物膜載體的移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR))和處理方法。

　　背景技術(shù)

　　隨著城市人口的不斷增加和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)張，廢水處理廠遇到了越來越多的問題。很多廢水處理廠紛紛想要擴(kuò)大規(guī)模以提高廢水處理容量，但是常常受到廠房空間的約束。因此，在廢水處理領(lǐng)域研發(fā)出了緊湊型處理工藝和設(shè)備，以此來解決廢水處理廠空間受限的問題。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)就是一種緊湊型處理設(shè)備，其中的可移動(dòng)載體已被證明是一種有效的生物膜吸附載體。

　　在香港有很多食品飲料加工生產(chǎn)廠，這些生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)過程中排放大量工業(yè)廢水，其中的COD(化學(xué)需氧量)濃度高達(dá)3,000mg/L-4,000mg/L。按照香港的排污要求，工業(yè)廢水必須經(jīng)過適當(dāng)處理以達(dá)到“經(jīng)市政管網(wǎng)排入市政污水處理廠的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)”才能允許排放。就COD而言，其排放限制要求的濃度通常小于或等于2,000mg/L，這意味著需要對(duì)廢水進(jìn)行部分處理達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)之后，即可將廢水排放進(jìn)入政府指定的廢水處理廠。一般而言，普通的物理化學(xué)處理方法(例如化學(xué)混凝或電絮凝等)無法使廢水處理達(dá)到COD小于或等于2,000mg/L的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。生物廢水處理方法無疑是達(dá)到COD小于或等于2,000mg/L的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的最有效的途徑。盡管如此，對(duì)于那些廢水處理空間有限的食品飲料加工生產(chǎn)廠而言，使用生物廢水處理方法也具有很大難度。而且，出于安全和氣味的考慮，需要經(jīng)過相對(duì)長的停留時(shí)間的厭氧生物廢水處理工藝也不適用于那些空間有限的食品飲料加工生產(chǎn)廠。因此，緊湊型好氧生物處理工藝，例如，MBBR，可提供最有效的解決方案來幫助那些空間有限的食品飲料加工生產(chǎn)廠處理廢水從而達(dá)到COD小于或等于2,000mg/L的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　MBBR工藝已被認(rèn)為是緊湊、有效且簡單易行。該工藝使用細(xì)小的可移動(dòng)的懸浮載體作為活性細(xì)菌的附著介質(zhì)，這樣就可在反應(yīng)器中保持高濃度的活性微生物量進(jìn)行生物處理，而無需增加反應(yīng)器的體積。這在反應(yīng)器體積給定的條件下，提供了更大的處理容量，這相對(duì)于常規(guī)活性污泥處理工藝所占用的空間更小。

　　除了MBBR本身的構(gòu)造之外，MBBR工藝實(shí)際上更多地依賴于可在反應(yīng)器中自由移動(dòng)的生物膜載體的性能�，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了具有各種不同的立體形狀的生物膜載體，例如，中國發(fā)明專利申請(qǐng)CN104193007A中公開了一種具有三環(huán)結(jié)構(gòu)的生物膜載體，該生物膜載體的三環(huán)結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有肋片連接并且三環(huán)結(jié)構(gòu)中帶有凸出翅片，中國實(shí)用新型專利申請(qǐng)CN202594845U中公開了一種中空球形結(jié)構(gòu)的生物膜載體，其由多個(gè)固定環(huán)和多個(gè)翅片構(gòu)成。然而，在目前公開的現(xiàn)有技術(shù)中均未涉及在高負(fù)載量條件下處理有機(jī)廢水時(shí)，生物膜載體是否能夠?qū)崿F(xiàn)較高的COD或SCOD去除效率。對(duì)于那些廢水處理空間有限的食品飲料加工生產(chǎn)廠而言，亟需能夠在高負(fù)載量條件下快速建立生物膜從而對(duì)廢水進(jìn)行快速處理的生物膜載體。另一方面，在高負(fù)載量條件下，廢水中的有機(jī)生物質(zhì)含量較高，如果使用例如上述現(xiàn)有技術(shù)中公開的生物膜載體的話，容易很快堵塞生物膜載體中較小的空腔，這會(huì)使得生物膜載體的比表面積減少，從而降低形成生物膜的有效比表面積。因此，需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的生物膜載體的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　一方面，本發(fā)明提供一種能夠在高有機(jī)負(fù)荷條件下實(shí)現(xiàn)較高的溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)去除效率的生物膜載體。所述生物膜載體為截短的中空型柱狀體，該中空型柱狀體的中空部分由連接肋片分隔成多個(gè)橫截面為多邊形的空腔，并且，所述生物膜載體的比表面積大于或等于547m2/m3，在所述中空型柱狀體中，70%以上的多邊形空腔的橫截面積的變化幅度不超過11%。

　　在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述空腔的側(cè)壁上設(shè)置有凸出翅片并且所述翅片間隔設(shè)置，所述翅片向所述空腔內(nèi)部延伸的長度不超過其所在邊的邊長的二分之一，所述生物膜載體的比表面積大于或等于613m2/m3，在所述中空型柱狀體中，76%以上的多邊形空腔的橫截面積的變化幅度不超過1.8%。

　　在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述空腔的側(cè)棱上設(shè)置有凸出翅片并且所述翅片間隔設(shè)置，所述翅片向所述空腔內(nèi)部延伸的長度不超過其所在邊的邊長的二分之一，所述生物膜載體的比表面積大于或等于615m2/m3，在所述中空型柱狀體中，75%以上的多邊形空腔的橫截面積的變化幅度不超過1.8%。

　　在本發(fā)明的又一實(shí)施方式中，本發(fā)明的生物膜載體由改良的聚烯烴類材料制成。所述聚烯烴類材料包括：聚乙烯材料，或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物樹脂ABS。所述改良的聚烯烴類材料是聚烯烴類的泡沫材料，其中泡沫的體積百分比為2.8%-3%。改良形成的聚烯烴泡沫材料為高密度聚乙烯泡沫材料。由聚烯烴類泡沫材料制成的生物膜載體的平均表面粗糙度約為1360nm且平均接觸角約為76.4°。

　　在本發(fā)明的再一實(shí)施方式中，本發(fā)明的生物膜載體的表面經(jīng)過表面等離子體沉積處理、表面噴砂處理或表面氣溶膠噴霧處理，由此得到的生物膜載體的平均表面粗糙度約為270nm、1200nm以及475nm且平均接觸角約為49.2°。

　　在本發(fā)明的再一實(shí)施方式中，本發(fā)明的生物膜載體由改良的聚烯烴類材料制成。所述聚烯烴類材料包括：聚乙烯材料，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物樹脂ABS。所述改良的聚烯烴類材料是摻雜了適量的纖維素、淀粉或碳酸鈣的聚烯烴類材料，例如，向聚乙烯材料中摻雜5%重量的纖維素或向聚乙烯材料中摻雜30%重量的淀粉或向聚乙烯材料中摻雜10%碳酸鈣來制備改良的聚乙烯材料。

　　另一方面，本發(fā)明提供一種移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，其包括：

　　反應(yīng)器主體，所述反應(yīng)器中裝有上文所述的生物膜載體，以及

　　使所述生物膜載體與廢水和空氣充分接觸的設(shè)備，

　　其中，所述反應(yīng)器在有機(jī)負(fù)荷不高于46kgSCOD/m3.d的條件下運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)溶解性化學(xué)需氧量去除效率高于54%。所述生物膜載體相對(duì)于所述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器的總體積的填充比例不低于42%。

　　再一方面，本發(fā)明提供一種使用上述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器處理廢水的方法，所述方法包括：

　　(i)向所述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器提供廢水，其中，所述移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器在有機(jī)負(fù)荷不高于46kgSCOD/m3.d的條件下運(yùn)行預(yù)定時(shí)間段以使所述廢水中的溶解性化學(xué)需氧量去除效率高于54%;

　　(ii)排出處理過的廢水。優(yōu)選地，所述預(yù)定時(shí)間段為1.6小時(shí)至12小時(shí)。