課題名稱竹炭復(fù)合懸浮填料掛膜性能與微生物相研究

1、課題名稱：竹炭復(fù)合懸浮填料掛膜性能與微生物相研究摘要介紹了移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器的工藝原理以及基本特征，綜述了單獨(dú)mbbri藝、mbbr與 活性污泥共池的工藝、mbbr與其他工藝的組合工藝在污水處理屮的應(yīng)用現(xiàn)狀，關(guān)鍵詞mbbr竹炭微生物pcr-dgge摘要隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，工業(yè)廢水量和生活污水量逐年增長(zhǎng)，城市水污染問(wèn)題日益突出。目前 污水處理的方法主要有活性污泥法和生物膜法兩大類。活性污泥法具有操作簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)成熟、 運(yùn)行方式多樣化等特點(diǎn)，已廣泛用于城市污水處理廠及多種工業(yè)廢水的處理；生物膜法是將 膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)過(guò)程有機(jī)結(jié)合，利用附著在填料上的生物對(duì)水體進(jìn)行凈化的一種工 藝，近年來(lái)也被廣泛的

2、應(yīng)用于廢水處理和水的回用領(lǐng)域。但隨著世界各國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快、公眾對(duì)污水處理廠操作環(huán)境要求的日益提高以及能 源供給的tl趨緊張，使得活性污泥法也出現(xiàn)了許多的缺點(diǎn)和不足，比如：占地面積大；運(yùn)行 過(guò)程中產(chǎn)生和存在臭味問(wèn)題：剩余污泥易產(chǎn)生二次污染：對(duì)水質(zhì)水量的變化適應(yīng)性較低等。 鑒于上述因素，這種污水處理方法逐漸被生物膜法所取代，生物膜法彌補(bǔ)了活性污泥法的許 多不足，比如它的穩(wěn)定性好、承受有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷沖擊的能力強(qiáng)、無(wú)污泥膨脹、無(wú)回流, 對(duì)有機(jī)物的去除率高，反應(yīng)器的體積小，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。但是生物膜法也有其特有的缺 陷，如生物濾池中的濾料易堵塞、需周期性反沖洗、同吋固定填料以及填料下曝氣設(shè)

3、備的更 換較休i難、生物流化床反應(yīng)器中的載體顆粒只有在流化狀態(tài)下才能發(fā)揮作用、工藝的穩(wěn)定性 較差等。為此，許多國(guó)家的研究者相繼對(duì)這兩種工藝進(jìn)行了改進(jìn)，并提出了許多新的工藝。其川移動(dòng) 床生物膜反應(yīng)器(mbbrmoving bed biofilm reactor)!藝是20世紀(jì)80年代中期以來(lái)得到 開發(fā)和應(yīng)用的一種高效的污水處理技術(shù)。mbbr工藝的原理與基本特征mbbri藝的原理mbbr工藝是懸浮生長(zhǎng)活性污泥法和附著生長(zhǎng)的生物膜法相結(jié)合的一種工藝。污水連續(xù)經(jīng)過(guò)mbbr反應(yīng)器(見圖1)內(nèi)的懸浮填料并逐漸在填料內(nèi)外表面形成生物膜，通過(guò)生物膜上的微生 物作用，使污水得到凈化。填料在反應(yīng)器內(nèi)混合液回旋翻轉(zhuǎn)

4、的作用下自由移動(dòng)：對(duì)于好氧反 應(yīng)器，通過(guò)曝氣使填料移動(dòng)；對(duì)于厭氧反應(yīng)器，則是依靠機(jī)械攪拌。與一般填料不同的是, 懸浮填料能與污水頻繁多次接觸，并可隨混合液的流動(dòng)而流動(dòng)并相互充分混合接觸，因此被 稱為mbbr工藝。進(jìn)g填料二l出水-沉淀池進(jìn)水填料機(jī)祓攪it空氣003 o o -一、回落接觸區(qū) 一一廠昭升區(qū)。8。 站出水沉淀池好氧移動(dòng)床反應(yīng)器（a）厭氧/缺範(fàn)移動(dòng)床反應(yīng)器（b）1移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器示意圖mbbr工藝的特點(diǎn)mbbr反應(yīng)器是在生物濾池和生物流化床工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它既具有傳統(tǒng)生物膜法耐 沖擊負(fù)荷、泥齡長(zhǎng)、剩余污泥少的優(yōu)點(diǎn)，又具有活性污泥法的高效性和運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性，與其他 工藝相比具有以下

5、特點(diǎn)：（1）占地面積小在牛物填料填充率32%左右和相同的污染負(fù)荷的條件下，mbbr移動(dòng)床牛物處理池約占常規(guī) 生物處理池（包括厭氧/缺氧/好氧）30%50%的池容。（2）活性微生物量大mbbr中生物膜的載體是流動(dòng)的，由于水的剪切力和載體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力，填料表面的 生物膜會(huì)自然脫落，部分污泥隨出水流出反應(yīng)器，部分污泥仍留在反應(yīng)器中，起到活性污泥 的作用。污泥濃度是普通活性污泥的5倍10倍，凈化功能顯著提高；微生物相多樣化， 生物的食物鏈長(zhǎng)。所以，不會(huì)引起堵塞，無(wú)需反沖洗，一般不需回流，反應(yīng)器的水頭損失小。（3）良好的脫氮能力填料上形成好養(yǎng)、缺氧和厭氧環(huán)境，硝化和反硝化反應(yīng)能夠在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生

6、，對(duì)氨氮的 去除具有良好的效果。（4）去除有機(jī)物效果好反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度較高，一般污泥濃度為普通活性污泥法的510倍，可高達(dá)3040g/lo 提高了對(duì)有機(jī)物的處理效率，又因填料、水都是運(yùn)動(dòng)的，故氣、水、固相z間的傳質(zhì)較好, 填料上生物膜的活性較高，提高了系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷和效率。填料的特點(diǎn)特殊的懸浮填料的使用是mbbr工藝的的核心部分。mbbr所使用的填料多為聚乙烯或聚丙烯 塑料填料，以圓柱體或球狀體為主。載體密度略低于水（0.920.97 g/cm3）,填料比表面積 大（160500 nf/m3）。表面易于生物膜附著生長(zhǎng)，而且巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使填料在使用時(shí)不結(jié)團(tuán)、 不堵塞，始終具有理想的空隙率，并具

7、有良好的通氣、過(guò)水性能，使得整個(gè)工藝的攪拌和曝 氣系統(tǒng)便于維護(hù)和管理。anoxkaldnes發(fā)明了許多種不同的填料，其屮最小的三種填料的數(shù) 據(jù)和圖片如表1和圖2所示。table 1data for some kaldnes biotilm carriersl pe of kaldnes biofilm carrierkik2k3nomina diameter (mm)1525nomina length (mm)7.21512bulk density (kg/m3)15095100specific biotilm surface iuea (in bulk) (m7nr j500350500sp

8、ecific biotilm surfaceluea at 60% f 11 (m'/m')300210300圖2從左到右依次為ki、k2、k3類型的三種生物膜填料圖mbbr工藝的應(yīng)用mbbr是在20世紀(jì)90年代中期得到開發(fā)和應(yīng)用的，其兼具傳統(tǒng)流化床和生物接觸氧化法兩 者的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型高效的污水處理方法。迄今為止，國(guó)外已應(yīng)用mbbr進(jìn)行多種廢水的 處理，包括造紙廠廢水、奶酪廠廢水、精煉廠、屠宰場(chǎng)廢水、新聞?dòng)眉埳a(chǎn)廠廢水等，均収 得了較好的效果。在過(guò)去的10年中，移動(dòng)床生物膜技術(shù)在挪威得到了發(fā)展，現(xiàn)己有100多 個(gè)基于此技術(shù)的污水處理廠在17個(gè)國(guó)家中投入使用或在建造z中，它們

9、主要用于去除市政 污水或工業(yè)廢水中的有機(jī)物及氨氮。近年來(lái)，我國(guó)不少學(xué)者也進(jìn)行了 mbbr工藝的研究，但大多仍處于試驗(yàn)性研究階段。其關(guān)鍵 技術(shù)在于對(duì)懸浮填料的研究，如同濟(jì)大學(xué)的專利產(chǎn)品為(d50x50 (mm)的圓筒狀懸浮填料, 比表面枳為278m7m3,材料為改性的聚乙烯；李峰報(bào)道的懸浮填料由聚丙烯塑料制成，為“ 50x50 (mm)的圓筒狀，比表面積為350m7m3o 一般來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)使用的載體外形尺寸比國(guó)外 的要大，這主要是受整個(gè)工藝和出水格柵的限制。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)mbbr i藝的應(yīng)用多為一些小型工程，在技術(shù)參數(shù)方面多為探索階段。mbbr的 應(yīng)用形式主要有以下幾類：?jiǎn)为?dú)的mbbr工藝，mbbr

10、與活性污泥共池的工藝，mbbr與其他工 藝的組合工藝。mbbr與活性污泥共池的工藝流化床填料mbbr與活性污泥共池的工藝主要用于廢水中bod、cod的去除，氨氮的硝化、 反硝化c懸浮填料生物膜工藝工藝的結(jié)構(gòu)形式是：1個(gè)mbbr分成2段，第1段不曝氣，為 缺氧部分，展活性污泥法，主要進(jìn)行反硝化，反硝化率可達(dá)到50%；第2段曝氣，為好氧部 分，好氧段主要用于去除大量的有機(jī)物和氨氮硝化。好氧段增加的污泥，在提高填料上污泥 數(shù)量的同時(shí)，也提高了活性污泥的泥齡，進(jìn)而促使生長(zhǎng)緩慢的硝化菌生長(zhǎng)。通過(guò)改變填料的 填充比，可有效地調(diào)控硝化菌的數(shù)量。如美國(guó)科羅拉多州的broomfield城市污水廠的改建 中就釆用

11、了 mbbr與活性污泥共池的工藝，在溫度為13°c、水力停留時(shí)間為4.5h、污泥齡小 于4. 5d的條件下，bod、cod、氨氮和總氮的去除率分別達(dá)到91%、89%、96%、80%以上。mbbr與其他工藝的組合工藝隨著廢水類型和處理難度的增加，將mbbr與其他工藝組合在一起，來(lái)處理廢水已成為一種 研究趨勢(shì)。例如多級(jí)mbbr反應(yīng)器、mbbr和a/0法聯(lián)合工藝、生物膜-活性污泥聯(lián)合工藝、 mbbr和sbr聯(lián)合工藝等組合工藝都具有各自的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)這些組合工藝應(yīng)加強(qiáng)研究并進(jìn)行實(shí) 際應(yīng)用。武漢理工人學(xué)設(shè)計(jì)研究院的袁志宇等人，采用厭氧-好氧-好氧-移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器 (a/07mbbr)組合工藝對(duì)

12、煉油廢水處理進(jìn)行了屮試研究，考察屮試裝置對(duì)煉油廢水中的cod” 氨氮的去除情況及系統(tǒng)的耐沖擊負(fù)荷能力。a/07mbbr中試工藝包括缺氧池、二級(jí)活性污泥 曝氣池、mbbr反應(yīng)池、二沉池等主要構(gòu)筑物，煉油廢水中試工藝流程如圖3所示。爍迪彼水圖3中試工藝流稈圖在mbbr反應(yīng)池內(nèi)填充懸浮填料，填料呈圓柱形，用聚乙烯塑料制成，直徑25mm,高lonirn, 圓柱體中有十字形支撐，外壁帶豎條狀鰭翅，比表面積為500m7m3,填料掛膜前密度0. 96g/m 掛膜后密度接近于1. 0g/m圖4為填料掛膜前后實(shí)物圖。w填料撲膜前(b)填料掛膜后圖4填料掛膜前后實(shí)物圖研究結(jié)果表明，a/07mbbr組合工藝出水水質(zhì)

13、明顯優(yōu)于a/021藝出水，mbbr可以提高a/0? 工藝的容積負(fù)荷率和處理效率，具冇處理效率高、停留時(shí)間短、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)的特點(diǎn)。 王怡等人以西安市鄧家村污水處理廠污水為進(jìn)水，研究了上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(uasb) 與紊動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(mbbr)組合工藝在常溫條件下處理城市污水的運(yùn)行效果及其在污泥 減量化方面的優(yōu)勢(shì)。連續(xù)4個(gè)多月的運(yùn)行結(jié)果表明，當(dāng)uasb和mbbr水力停留時(shí)間分別為 7. 7h和10. 3h時(shí)，組合工藝對(duì)tc0d和ss的平均去除率分別達(dá)到77. 8%和92. 5%,出水平均 值分別為75. 7mg 和17. 3mg - l-1；對(duì)氨氮的去除率平均達(dá)到98.7%,最終出水氨

14、氮質(zhì)量 濃度小于均可達(dá)到二級(jí)排放要求。另一方而，組合工藝污泥的表觀產(chǎn)率為0.32 kgvsskgcod1,與常規(guī)活性污泥法相比剩余污泥減量可達(dá)20%40%。于龍等人采用二級(jí)移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(mbbr)處理咲喃鞍鹽制藥廢水。在填充比為40%,總 水力停留時(shí)間為32h時(shí),cod的去除率為88. 6%,tn的去除率為25. 7%,第二級(jí)反應(yīng)器對(duì)nh：-n 的去除率為56. 2%0試驗(yàn)流程圖如圖5所示。1訓(xùn)h池2抄押羈3,媽動(dòng)泵5仮應(yīng)器 6微孔(頭圖5試驗(yàn)流程圖某污水廠采用mbbr和接觸氧化組合的工藝，將原懸浮球池升級(jí)為mbbr池。新形成的mbbr 區(qū)用于深度處理，脫除氨氮。升級(jí)后的工藝流程為：i格

15、,聲巧地i 彙氯他 i擡僂礙化洼池4劃隔電r沅盤風(fēng)圖6升級(jí)后的工藝流程圖改造后的污水處理廠于2007年11月底開始試運(yùn)行，到2007年12月初即運(yùn)行正常，運(yùn)行效 果統(tǒng)計(jì)如下，該污水處理廠升級(jí)后的進(jìn)出水質(zhì)見表2。表2升級(jí)后的進(jìn)出水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比項(xiàng)目名稱codcr (inglbod5 (inu-l)ss onu onii4-n(mg0世水5520108升級(jí)后出水3010103國(guó)外已經(jīng)有成功的應(yīng)mbbr法與活性污泥法相結(jié)合的實(shí)例，美國(guó)broomfield市政污水廠的升 級(jí)改造即運(yùn)mbbrtm工藝與活性污泥工藝相結(jié)合的hybastm工藝，改造后出水bod：濃度遠(yuǎn)低 于10mg/l的排放要求，并且非常穩(wěn)定，

16、即使在冬天(低溫)也是如此；出水氨氮的去除率很 高且穩(wěn)定性好，如表3所示；改造后污泥沉降性能也人幅度提高，污泥膨脹現(xiàn)象基木消失, 這從出水的ss濃度可以得到證實(shí)，沉淀出水ss平均值為3.51mg/l,最小為1. 68mg/l,最 大為7. 70mg/l；正常運(yùn)行條件下出水tn、tp濃度大幅度降低，出水tp濃度<lmg/l,出水 tn<10 mg/l,都滿足出水要求?？傊捎胔ybas工藝収得的很好的除磷脫氮經(jīng)驗(yàn)和改造效果。表3改造前后的出水氨氮濃度變化情況匸藝平均濃度中值標(biāo)準(zhǔn)差（sd）活性污泥3災(zāi)2.064. ih y bas0. 370. 210. 49何群彪等人對(duì)化學(xué)強(qiáng)化一級(jí)處

17、理聯(lián)合流動(dòng)床生物反應(yīng)器（cept-mbbr）的脫氮除磷效果進(jìn)行 了中試研究。結(jié)果表明，cept-mbbr組合工藝以化學(xué)除磷為主，cept段對(duì)總磷去除的貢獻(xiàn) 率為72%, mbbr為28%；對(duì)bods的平均去除率達(dá)到了 94. 5%；對(duì)氨氮的平均去除率為97. 8%, 對(duì)總氮的去除主耍依靠生物處理，組合工藝對(duì)總氮的平均去除率為54.4%。它不僅適用于有 脫氮除磷要求的新建污水處理廠，也適用于對(duì)現(xiàn)有污水處理廠的升級(jí)改造，應(yīng)用前景廣闊。 中試裝置的工藝流程見圖7,設(shè)計(jì)規(guī)模為100m7d,其進(jìn)水為上海竹園污水廠的1#匯流井出 水。圖7 cept-mbbr工藝流程張興文等人應(yīng)用氣浮-mbbr i藝處理水

18、產(chǎn)品生產(chǎn)廢水，實(shí)踐證明：在進(jìn)水codcr 2000mg/l, bods 900mg/l, ss 600mg/l的條件下，經(jīng)過(guò)氣浮7bbr處理后出水水質(zhì)達(dá)到（污水綜合排放 標(biāo)準(zhǔn)）（gb8978-1996）-級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，出水的 codcr<100mg/ls b0d5<30mg/l 和 ss50m”l。流化床填料最新的研允進(jìn)展有mbbr和膜過(guò)濾的組合工藝，膜污染是其存在的主要問(wèn)題，述 有待于進(jìn)一步研究。竹炭竹炭具有超強(qiáng)的吸附能力和輻射遠(yuǎn)紅外線的功能，可以吸附濕氣、異味及有害氣體， 保持室內(nèi)空氣清新和床位干燥，并具有產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外線作用，可以促進(jìn)人體肩周、頸等 部位的血液循環(huán)，有利于幫助睡眠、恢復(fù)

19、疲勞，對(duì)肩周疼痛、關(guān)節(jié)炎、畏寒、失眠等 癥狀有輔助療效。用途 塌塌米，床下、地板下除濕，防蟲使用方法 將每平方米木地 板下放置0.5kg可達(dá)理想效果。技術(shù)指標(biāo) 含水率（）: <82；密度（g/cm3）： 0.5-0.83； 灰分（）: <3 4；揮發(fā)份（）: <8 5；固定炭含量（）: >85o 烹制米飯時(shí)置入一 塊竹片炭，可保護(hù)其營(yíng)養(yǎng)成分不易損失，米飯更是香軟可口；將竹炭放入冰箱內(nèi)，可 去除異味，防止食物變質(zhì)，延長(zhǎng)食物保鮮期；油炸食物時(shí)，放入少許竹炭，不但可以 省油，而且能保證油質(zhì)不變；用其燉煮食物，可使食物迅速酥軟。由于原材料獨(dú)特， 且經(jīng)特殊工藝加工而成，竹炭還具有

20、許多令人意想不到的功能：用竹炭浸泡自來(lái)水， 可去除水中的漂白粉氣味以及各類有害雜質(zhì)，且水中污物不易粘附衛(wèi)生潔具；將竹炭 置入衛(wèi)生間或衣櫥內(nèi)，可去除異味，防止衣物霉蛀；置于魚缸中，可使水質(zhì)更為干凈， 魚類不易受病菌侵害.pcr-dgge 變性梯度凝膠電泳(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis, pcr-dgge)和fish 樣，也是一個(gè)常用的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，在環(huán)境生物 技術(shù)領(lǐng)域常用于分析微生物群落的多樣性。dgge實(shí)驗(yàn)的大體操作流程如下，比較麻煩，影 響因素很多1. pcr擴(kuò)增與普通pcr不同之處是pr

21、imer ±要加一個(gè)gc夾(gc clamp), gc夾的序列為： cgcccgccgcgcgcggcgggcggggcgggggc常用的細(xì)菌16s通用引物341fgc/518r的序列如下：341fgc: 5' -cgcccgcc gcgcgcggc gggcgggg cgggggc acggg gggcctacg ggaggc agcag-3z 518r: 5 -attaccgcggctgctgg-3z2. 制作凝膠需要的準(zhǔn)備的試劑：(1) 新鮮配制的 ammonium persulfate solution (aps) 0. lg in lml h20(2) 四甲基乙二胺

22、(temed)(3) 0%和100%變性劑(100%的變性劑不容易溶解,可以用80%的來(lái)代替)，配制方法見最下 面的表格準(zhǔn)備四種不同濃度的凝膠：頂層膠：4ml 0%變性劑+4微升temed+40微升aps溶液底層膠：lml 80%變性劑+4微升temed+40微升aps溶液如果dgge需要的變性劑梯度為40%60%,需要配制40%和60%變性劑凝膠溶液各約13ml： 40%變性劑凝膠溶液：6. 5ml 0%變性劑+6. 5ml 80%變性劑+13微升temed+130微升aps溶液 60%變性劑凝膠溶液：3. 25ml 0%變性劑+9. 75ml 80%變性劑+13微升temed+130微升a

23、ps溶 液如需其它梯度，請(qǐng)重新計(jì)算。這幾種溶液加在一起后，很快就會(huì)凝固，所以混合之前一定要準(zhǔn)備好凝膠制作裝置。具體制 作方法請(qǐng)參考凝膠制作裝置的說(shuō)明書。我們實(shí)驗(yàn)室用的是hofer gradient maker，感覺效 果還可以。3. 電泳將pcr產(chǎn)物和loading buffer混合后加入膠孔，溫度設(shè)定為60度，然后開始電泳。不同樣 品需要的電泳的電壓和時(shí)間可能不同，需要優(yōu)化一下，根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，120v, 6h對(duì)很多樣 品都比較和合適。4. 染色用萬(wàn)分之一的eb或sybr green i染色，我比較了一下發(fā)現(xiàn)eb效果明顯優(yōu)于sybr green i。 染色時(shí)間5分鐘30分鐘都可以，染色時(shí)間太長(zhǎng)

24、效果并不一定好，我通常染5分鐘。5. 拍照染色后小心地將凝膠轉(zhuǎn)移到gel documentation system中拍照，要盡快操作，否則在紫外 光的作用下，很快圖像的效果就會(huì)降低。6. 結(jié)果分析如果需要對(duì)dgge結(jié)果進(jìn)行定量分析，請(qǐng)參考：用quantity one進(jìn)行定量分析的方法需耍說(shuō)明的是，這種定量方法并不是很準(zhǔn)，而且因?yàn)檫M(jìn)行了 pcr,定量有很多問(wèn)題參考文獻(xiàn)：1梁洪hbbr工藝及其在造紙廢水處理中的應(yīng)用j.中華紙業(yè),2011,(16).2 李子俊，陳廣平,.mbbr x藝在煙草行業(yè)污水處理的應(yīng)用j.遼寧化工,2011, (7).3 王濘,沈雁群，高沖，葉國(guó)祥，楊岳平,.mbbr同步硝化反硝化生物脫氮技術(shù)研究進(jìn)展j.湖北尺族學(xué)院 學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011, (1).4 周艾文，金臘華，魏臻，蔣娜莎，向紅梅,.生物陶粒hbbr同步硝化反硝化脫氮試驗(yàn)研究j.工業(yè)用水與 廢水,2010,