專利名稱：礦材填料高效脫色菌厭氧生物濾池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物濾池，尤其是涉及一種用于偶氮染料廢水脫色，采用火山碎石填料， 接種高效脫色菌的厭氧生物濾池。
背景技術(shù)：
印染、染料廢水在工業(yè)廢水中占有很高比例，因其排放量大、有機(jī)物含量高、色度大、 堿性高、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)，屬難處理的工業(yè)廢水之一。其中偶氮染料是所有染料中使用最 多的一種，約占全部染料的50%以上。
分子中含有偶氮基(-N:N-)的染料統(tǒng)稱為偶氮染料，其中包括酸性、媒染、活性、陽(yáng)離子、 中性、分散染料等，它們被大量使用于紡織、印染、食品、化妝品和印刷工業(yè)中，其中以紡 織、印染行業(yè)使用最多。染料分子不能完全與纖維牢固結(jié)合，都有不同程度的流失，流失率 低的如堿性染料有2%，流失率高的活性染料可達(dá)50%。沒(méi)有與纖維結(jié)合的染料進(jìn)入水體后， 不但會(huì)造成感官污染，還阻擋光線進(jìn)入水體，影響水生生態(tài)。此外偶氮染料及其降解中間產(chǎn) 物一般含有芳香胺等分子結(jié)構(gòu)，能致癌、致畸、致突變，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。因此， 印染、染料廢水中偶氮染料的有效降解成為工業(yè)廢水處理技術(shù)中亟待解決的問(wèn)題。
目前，印染、染料廢水的處理以生物方法為主，物化方法為輔，二者相結(jié)合的處理工藝。 物化法主要包括混凝、氣浮、吸附、高級(jí)氧化等，均有較好的處理效果，但是處理費(fèi)用較高， 不適合大規(guī)模使用。在自然界的微生物中，已知的能降解偶氮染料的有藻類、細(xì)菌、酵母菌 等，其降解原理一般認(rèn)為是這些微生物能在厭氧或缺氧條件下產(chǎn)生偶氮還原酶，偶氮化合 物分子首先被偶氮還原酶還原，偶氮雙鍵(-N-N-)斷裂，產(chǎn)生芳香胺類化合物，此時(shí)染料的顏 色即被去除，但由于產(chǎn)生的芳香胺類化合物有毒，并致癌、致畸、致突變，還需要對(duì)其進(jìn)一 步降解。芳香胺類化合物在有氧條件下被脫氮，生成酚類化合物；酚類化合物再被開環(huán)，生 成脂肪烴和脂肪酸類化合物；最后脂肪烴和脂肪酸類化合物被氧化分解，產(chǎn)生C02和H20。
目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)印染、染料廢水處理廠都使用物化與生化結(jié)合的處理技術(shù)，但是處理效 果普遍較低，主要原因是生化處理效率較低，究其原因主要有
1.偶氮染料因其特殊的分子結(jié)構(gòu)，較難被生物分解，且大多需要在厭氧或缺氧條件下實(shí)
現(xiàn)；2. 偶氮染料的生物降解中間產(chǎn)物以芳香胺類物質(zhì)為主，對(duì)微生物有毒害作用，會(huì)抑制微 生物的生長(zhǎng)；
3. 傳統(tǒng)的活性污泥法對(duì)偶氮染料廢水的降解不但效率低下，且由于活性污泥易流失，一 旦工藝條件控制不好，就會(huì)導(dǎo)致微生物流失，污泥負(fù)荷過(guò)高，處理效率低下；
4. 大多數(shù)印染、染料廢水有著高pH、高鹽度的水質(zhì)特點(diǎn)，pH可高達(dá)14，鹽度可高達(dá) 15%，且含有重金屬或有毒有機(jī)物質(zhì)等，這些水質(zhì)條件都不利于微生物的生長(zhǎng)，使得微生物 在廢水處理系統(tǒng)中難易大量繁殖。
生物強(qiáng)化技術(shù)是一種通過(guò)向廢水處理系統(tǒng)中直接投加從自然界中篩選的優(yōu)勢(shì)菌種或通過(guò) 基因重組技術(shù)產(chǎn)生的高效菌種，以改善原處理系統(tǒng)的能力，達(dá)到對(duì)某一種或某一類有害物質(zhì) 的去除或某方面性能改進(jìn)的目的的環(huán)境生物技術(shù)([l]劉恢等.活性污泥處理重金屬?gòu)U水的研 究進(jìn)展[J].工業(yè)用水與廢水,2004,35(4):9-11)。該方法可有效提高有毒有害物的去除效果，改 善污泥性能，加快系統(tǒng)啟動(dòng)，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、耐負(fù)荷沖擊能力等，操作簡(jiǎn)便，易于管理([2] 喻暉,王棟,郭建博.工程菌群在水處理中的研究和應(yīng)用[J].遼寧化工，2005，34(8):350-352)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的以偶氮染料為主的印染、染料廢水處理系統(tǒng)脫色率低、微 生物易流失的缺點(diǎn)，提供一種礦材填料高效脫色菌厭氧生物濾池。
本發(fā)明設(shè)有池體、火山碎石填料、承托板、布水裝置、出水與反沖洗裝置、密閉裝置。 承托板設(shè)于池體內(nèi)下部，承托板上設(shè)至少l個(gè)通孔，設(shè)于池體內(nèi)的承托板上填入火山碎石填 料；布水裝置設(shè)于承托板的下方，布水裝置設(shè)有布水管和布水室，布水管設(shè)于承托板下方的 布水室內(nèi)，布水管外接進(jìn)水管；出水與反沖洗裝置設(shè)有出水室和出水管，出水室設(shè)于池體上 部，出水室的底部與池體頂部相連接，出水室的頂部開口連接出水管，作為濾池的出水口。
本發(fā)明由于采用填料和高效脫色菌構(gòu)成生物濾池的核心部分，影響著濾池對(duì)染料廢水的 處理效果與運(yùn)行控制，因此選擇合適的填料和高效脫色菌對(duì)厭氧生物濾池工藝的推廣和應(yīng)用 具有重要意義。本發(fā)明采用火山碎石作為厭氧生物濾池的填料，接種高效脫色菌，并使其附 著生長(zhǎng)在填料表面，以達(dá)到較高的微生物濃度，可顯著提高對(duì)以偶氮染料為主的印染、染料 廢水的脫色效果。


圖l為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，1水槽，2蠕動(dòng)泵，3流量控制器，4布 水管，5布水室，6承托板，7火山碎石填料，8池體，9出水室，10出水管，11封閉悶 板。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的承托板和法蘭連接的示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例布水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖3中，A布水管截面，4布水管，5布 水室，6承托板。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例出水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖4中，B出水管截面圖，9出水室， 10出水管。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例不同進(jìn)水偶氮染料濃度時(shí)脫色效果比較圖。在圖5中，橫坐標(biāo)為進(jìn) 水周期/次，每周期為48h，左縱坐標(biāo)為脫色率/%，右縱坐標(biāo)為進(jìn)水染料濃度/mg L—1; A為 厭氧濾池脫色率，A為進(jìn)水染料濃度。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例不同進(jìn)水鹽度(以NaCl計(jì))時(shí)脫色效果比較圖。在圖6中，橫坐標(biāo)為 進(jìn)水周期/次，每周期為48h，左縱坐標(biāo)為脫色率/%，右縱坐標(biāo)為進(jìn)水NaCl濃度/g'L"; △ 為厭氧濾池脫色率，A為進(jìn)水NaCl濃度。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖l，本發(fā)明設(shè)有池體8、火山碎石填料7、承托板6、布水裝置、出水與反沖洗裝 置。承托板6設(shè)于池體8內(nèi)下部，承托板6上設(shè)數(shù)十個(gè)通孔，火山碎石填料7填入池體8內(nèi) 的承托板6上，布水裝置設(shè)于承托板6的下方，布水裝置設(shè)有布水管4、布水室5，布水管4 設(shè)于承托板6下方的布水室5內(nèi)，布水管4外接進(jìn)水管；池體8與布水室5采用法蘭連接， 用6個(gè)螺母固定，承托板6安裝在池體8與布水室5之間，用橡膠圈密封；出水和反沖洗裝 置設(shè)有出水室9和出水管10，出水室9位于池體8頂部，出水室9的頂部釆用悶板11封閉， 出水室9的底部與池體8的頂部相連接，出水管10接至出水室9外，作為濾池的出水口。
本發(fā)明以火山碎石作為生物膜的載體，由于火山碎石具有粗糙的表面，因此具有作為生 物膜載體的可行性，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明火山碎石粗糙的表面適合生物膜的生長(zhǎng)?；鹕剿槭?料厭氧生物濾池的工藝流程如圖1所示，含偶氮染料的廢水在蠕動(dòng)泵2的作用下，由水槽1 通過(guò)塑料軟管和布水管4進(jìn)入?yún)捬跎餅V池底部的布水室5內(nèi)，再經(jīng)不銹鋼承托板6均勻地 分配到池體8中，塑料軟管和布水管4通過(guò)承插連接。池體8中充填著100cm高的火山碎石 填料7(堆積密度2000kg，m—3)，火山碎石填料7表面生長(zhǎng)著生物膜，生物膜在厭氧條件下， 將廢水中的偶氮染料初步降解脫色，處理水由池體8頂部的出水室9經(jīng)出水管10排出。
池體8由長(zhǎng)1100mm，內(nèi)徑為70mm的有機(jī)玻璃管制作而成；承托板6采用不銹鋼板制 作而成，直徑為4)100mm，厚度為2mm，板上鉆多個(gè)直徑為2mm的小孔(參見(jiàn)圖2);布水室 由一內(nèi)徑為4)70mm，高為100mm的有機(jī)玻璃管制成。池體8底部設(shè)有底座，底座為一內(nèi)徑 為70mm、外徑為100mm的有機(jī)玻璃圓環(huán)；布水室5的頂部結(jié)構(gòu)與池體8底部相同。池體8的底座、承托板和布水室5頂部通過(guò)法蘭逐一連接，之間用橡膠圈密封。布水管4為一內(nèi)徑 8mm的聚乙烯短管，并在距布水室頂端4cm處，沿直徑方向從左邊鑲?cè)氩妓?0mm。沿布 水管截面，每隔10mm的長(zhǎng)度，45°向下左右各鉆4>2的布水孔，參見(jiàn)圖3中的A。布水管4 經(jīng)4) 10的塑料軟管與蠕動(dòng)泵2相連接。含偶氮染料廢水由蠕動(dòng)泵2輸送至布水管4在濾池池 體8內(nèi)進(jìn)行分布。
出水室9在厭氧生物濾池池體8的頂部，與濾池池體8為一整體，高為100mm，其頂部 封閉。在出水室9高50mm處，插入一長(zhǎng)為50mm，直徑為10mm的聚乙烯短管(出水管10)， 作為濾池出水口，見(jiàn)圖4中的B。
啟動(dòng)厭氧生物濾池時(shí)，將擴(kuò)大培養(yǎng)后的lOOmL菌液以及適量染料廢水注入缺氧濾池內(nèi)， 浸沒(méi)填料，進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，以使細(xì)菌生長(zhǎng)在填料孔隙內(nèi)。待脫色后，用染料廢水內(nèi)循環(huán)進(jìn)水 繼續(xù)培養(yǎng)。數(shù)天后，按正常運(yùn)行方式連續(xù)進(jìn)水，待缺氧濾池對(duì)染料廢水的脫色率穩(wěn)定達(dá)到80% 以上時(shí)，可進(jìn)行連續(xù)進(jìn)水脫色。
以下給出厭氧生物濾池反沖洗的方法。
氣水反沖洗裝置的目的是去除生物濾池運(yùn)行中截留的各種顆粒及膠體污染物以及老化脫 落的生物膜。厭氧生物濾池的反沖洗通過(guò)布水管4、承托板6來(lái)實(shí)現(xiàn)。反沖洗方法為蠕動(dòng) 泵2和流量控制器3對(duì)濾池8中的火山碎石填料7進(jìn)行水洗，反沖洗的水分別經(jīng)由池體底部 的布水管4、承托板6與火山碎石填料7，從厭氧濾池的頂部排出，反沖洗時(shí)應(yīng)同時(shí)控制好反 沖洗的強(qiáng)度與時(shí)間。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，高效脫色菌可在火山碎石的表面和間隙中附著生長(zhǎng)，并形成良好的生物膜， 生物脫色效果顯著，表明本發(fā)明所用火山碎石適合作為厭氧生物濾池的生物膜載體。
印染、染料廢水色度在100 400倍，有時(shí)可達(dá)1000倍以上。具有高染料濃度的廢水排 放到周圍受納水體中，不僅會(huì)影響水體的視覺(jué)感受，還會(huì)阻隔陽(yáng)光透過(guò)水體，影響水體中的 氣體溶解度，從而影響到水體中動(dòng)植物的生長(zhǎng)以及水體自凈過(guò)程。因此對(duì)含染料廢水的色度 去除被定位為主要的處理指標(biāo)。本發(fā)明具有較高的偶氮染料脫色率，經(jīng)實(shí)驗(yàn)考査，當(dāng)原水在 pH=5.2，進(jìn)水氨氮濃度分別50、 100、 150、 200、 300、 500mg/L時(shí)，火山碎石填料厭氧生物 濾池對(duì)偶氮染料C丄Reactive Red 180的脫色實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。
試驗(yàn)中通過(guò)逐漸提高進(jìn)水染料濃度，考察A/0生物濾池的染料負(fù)荷及抗沖擊能力，廢水 為自然pH (5.2±0.2)，葡萄糖濃度為8g七—1，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。進(jìn)水染料濃度在等于和 低于200mg七"時(shí)，濾池對(duì)染料的脫色效果很好，均能夠穩(wěn)定維持在98%以上；當(dāng)染料濃度 超過(guò)300mg丄"時(shí)，缺氧濾池脫色率開始有所降低，好氧生物濾池停留時(shí)間長(zhǎng)，廢水更新慢，變化不及缺氧生物濾池明顯；當(dāng)進(jìn)水染料濃度達(dá)到為500mg丄—1時(shí)，脫色率仍然很高，在95% 以上。
染色過(guò)程會(huì)用到無(wú)機(jī)鹽，導(dǎo)致含印染廢水的鹽度很高， 一般在15% 25%之間，主要是 氯化鈉、少量硫酸鈉、氯化鉀以及其他金屬鹽類[3]。鹽度超過(guò)3% 5%的廢水不適宜采用常 規(guī)生化方法處理[4]。本發(fā)明對(duì)高鹽度染料廢水也有很好的脫色效果，經(jīng)實(shí)驗(yàn)考察，當(dāng)原水的 鹽度(以NaCl計(jì))分別為0.5、 2、 5、 10、 20、 30g/L時(shí)，火山碎石填料厭氧生物濾池對(duì)偶氮染 料C.I. Reactive Red 180的脫色實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。
試驗(yàn)中通過(guò)逐漸提高進(jìn)水NaCl濃度，考察A/0生物濾池的鹽度負(fù)荷能力，廢水為自然 pH (5.2±0.2)，葡萄糖濃度為4g七—1,染料濃度為50mg七'1。試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。當(dāng)NaCl 濃度為5g七"時(shí)，缺氧、好氧生物濾池的脫色率菌能達(dá)到98%以上，NaCl濃度超過(guò)10g丄4 時(shí)，脫色率開始有所降低；當(dāng)NaCl濃度超過(guò)30g七"時(shí)，脫色率降低至93%，但總體效果仍 很好。CK-3柯氏檸檬酸桿菌能夠在如此高鹽度環(huán)境中生長(zhǎng)并表現(xiàn)脫色特性，說(shuō)明它是一種耐 鹽或嗜鹽細(xì)菌，將該菌接種于本發(fā)明的厭氧生物濾池中對(duì)偶氮染料的脫色具有很大的應(yīng)用潛 力。
權(quán)利要求
1. 礦材填料高效脫色菌厭氧生物濾池，其特征在于設(shè)有池體、火山碎石填料、承托板、布水裝置、出水與反沖洗裝置、密閉裝置，承托板設(shè)于池體內(nèi)下部，承托板上設(shè)至少1個(gè)通孔，設(shè)于池體內(nèi)的承托板上填入火山碎石填料；布水裝置設(shè)于承托板的下方，布水裝置設(shè)有布水管和布水室，布水管設(shè)于承托板下方的布水室內(nèi)，布水管外接進(jìn)水管；出水與反沖洗裝置設(shè)有出水室和出水管，出水室設(shè)于池體上部，出水室的底部與池體頂部相連接，出水室的頂部開口連接出水管，作為濾池的出水口。
全文摘要
礦材填料高效脫色菌厭氧生物濾池，涉及一種生物濾池，尤其是涉及一種用于偶氮染料廢水脫色，采用火山碎石填料，接種高效脫色菌的厭氧生物濾池。提供一種礦材填料高效脫色菌厭氧生物濾池。設(shè)有池體、火山碎石填料、承托板、布水裝置、出水與反沖洗裝置、密閉裝置。承托板設(shè)于池體內(nèi)下部，承托板上設(shè)至少1個(gè)通孔，設(shè)于池體內(nèi)的承托板上填入火山碎石填料；布水裝置設(shè)于承托板的下方，布水裝置設(shè)有布水管和布水室，布水管設(shè)于承托板下方的布水室內(nèi)，布水管外接進(jìn)水管；出水與反沖洗裝置設(shè)有出水室和出水管，出水室設(shè)于池體上部，出水室的底部與池體頂部相連接，出水室的頂部開口連接出水管，作為濾池的出水口。
文檔編號(hào)C02F3/28GK101508487SQ200910111410
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者博 李, 熊小京, 慧 王, 鄭天凌 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)