CN108585204B - 一种基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置及其使用方法，涉及一种污水处理装置及其使用方法。本发明是要解决现有的农业秸秆大量过剩，水处理生物膜法中生物载体材料生物相容性差、传质能力差、生物附着量小、耐腐蚀能力弱的技术问题。本发明的装置是由调节池、进水泵、生化***和二沉池组成；生化***为双池切换型生物膜***或单池切换型生物膜***；生物膜载体由秸秆模块组建。本发明的装置的使用方法如下：一、载体挂膜；二、运行控制。本发明对COD的去除效率达到85％～95％、脱氮效率达到70％～85％，该工艺同时具有不需要污泥回流、产生的剩余污泥量少的特点。

Description

一种基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种污水处理装置及其使用方法。

背景技术

我国是农业大国，农作物秸杆产生量巨大、分布广泛。秸秆即是农业副产物，又是农业资源，应合理利用。可根据秸秆种类、植物特性和生长收割时成熟程度等特点，对秸秆进行相应合理利用和处置。目前我国对秸秆的利用及处置方法主要包括作为农村家庭日常生活用燃料、作为锅炉燃料、部分畜禽饲料、气化裂解制燃气、造纸原料、部分成型复合板材原料、提取某些有益成分、农用肥料及直接还田等。这些利用及处置方法中，仍以燃料燃烧、直接还田和加工粗饲料等传统的处理方式为主，其它方法处理的秸秆量少且在实际生产生活中所占的比例比较低。

随着农村生活水平的提高和农村城镇化建设推进，农村能源消耗类型发生转变，农村传统的秸秆燃料能源模式向电、煤及液化天然气能源模式逐渐转换，造成农业秸秆大量过剩，过剩秸秆处置不当会产生严重环境问题。近年来，研发出了多种秸秆非燃料化的利用方法和技术，如气化裂解、造纸、复合板材、生物发酵等新方法和技术，但受技术成熟度、设备能力、秸秆材质、秸秆产品性能及应用领域等限制，秸秆利用规模和利用效率较低。秸秆直接还田技术虽可以大量解决秸秆剩余问题，但还田增加破碎成本，且有的秸秆不适合还田，秸秆还田实施困难。另外，还田将秸秆当作废弃物处置，实际造成资源浪费。

所以，如何根据秸秆种类及特性，从结构和功能方面研发秸秆的材料价值，拓宽秸秆资源化应用领域，提高秸秆经济附加值，是逐步实现农业秸秆综合利用的重要环节。

另一方面，在环境工程污水处理领域，生物处理方法是应用最广泛的污水处理方法，其中，生物处理方法中的生物膜法由于处理效率高、效果好、生物稳定性好、耐冲击负荷能力强等优点被大量应用，生物膜法是目前污水处理领域最主要的处理方法之一。

生物膜法是在反应器(或构筑物)中加入固体载体，使微生物附着生长于载体上。生物膜常用的载体可分为无机载体、有机载体以及天然可降解载体。无机载体如卵石、陶粒、沸石、活性炭等，大部分是颗粒状结构。有机载体有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚氨酯及各类树脂、塑料、软性或半软性纤维等。天然可降解载体如海藻酸盐、壳聚糖、纤维素等，通过天然原料提取加工而成。

无机载体多用于生物滤池，天然可降解载体成本高而应用范围很小，有机载体的应用量很大，现行污水处理厂的生物载体大多为有机载体。

有机载体的优势在于：有机载体重量轻、加工成型容易、耐腐蚀，有些可由废弃有机制品经再加工而得，节省一次原料。有机载体的不足之处在于：有机载体的亲水性能和生物亲和性较差，表面光滑，导致挂膜速度低、挂膜量小且膜与载体填料之间的结合度不够紧密；载体内部通透性(连通性)差，传质到内层微生物的能力差，生物膜厚度小，生物膜的生物多样性及生态稳定性差；原料合成工艺复杂，加工过程费时耗力，生产过程中会产生大量的有机污染物，载体废弃后无法回收利用，废弃的载体也难以被降解，需按固废处置；有机载体为高分子材料，原料成本较高，有机载体的价格较高，一般有机载体的价格为每立方米几百元至每立方米几千元，成本高是制约有机载体应用的最主要因素。

所以，在污水处理领域，寻找生物相容性好、结构多孔管传质能力强、生物附着量大、耐腐蚀能力较强、廉价易得、环境友好的生物载体材料是提高生物膜法效果、扩大生物膜法市场应用规模的重要环节。

在农业秸秆资源中，有的秸秆(或部位)坚硬、木质化程度高、粗纤维含量高，耐腐蚀能力较强，这类秸秆(或部位)支撑性能好，具备生物膜载体材料的基本条件。如何根据秸秆种类及特性，从材料结构和功能性方面选择出适用于生物载体的秸秆(或部位)并构建出合适的污水处理生物膜***装置，对于拓宽秸秆资源化应用领域、提高秸秆经济附加值、大幅度降低污水生物膜载体成本、提高污水处理生物膜***处理效率极其必要，是实现秸秆资源化有效利用的急需技术。

发明内容

本发明是要解决现有的农业秸秆大量过剩会产生严重的环境问题，水处理生物膜法中生物载体材料生物相容性差、传质能力差、生物附着量小、耐腐蚀能力弱的技术问题，而提供一种基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置及其使用方法。

本发明的基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置是由调节池2、进水泵3、生化***1和二沉池7组成；

调节池2的出水口与进水泵3的进水口相连，进水泵3的出水口与生化***1的进水口相连，生化***1的出水口与二沉池7的进水口相连；

所述的生化***1为双池切换型生物膜***或单池切换型生物膜***；

所述的双池切换型生物膜***由第一生化池4、第二生化池5、第三生化池6、第一回流水泵8、第二阀门10、第一阀门11、第一曝气风机14、第一气体流量调节阀15、第二气体流量调节阀16和第三气体流量调节阀17组成；

进水泵3的出水口与第一生化池4的第一进水管4-1相连，第一生化池4的出水口与第二生化池5的第二进水管5-1相连，第二生化池5的出水口与第三生化池6的进水口相连，第三生化池6的出水口分别与第一出水管6-1的进水口和第三回流管6-2的进水口连通，第一出水管6-1的出水口与二沉池7的进水口相连，第三回流管6-2的出水口分别与第二回流管5-2的进水口和第一回流管4-2的进水口相连，第二回流管5-2的出水口和第二生化池5的进水口相连，第一回流管4-2的出水口和第一生化池4的进水口相连，第三回流管6-2上设置第一回流泵8，第二回流管5-2上设置第二阀门10，第一回流管4-2上设置第一阀门11，第一曝气风机14的出风口分别与第一气体流量调节阀15的进气口、第二气体流量调节阀16的进气口和第三气体流量调节阀17的进气口连通，第一气体流量调节阀15的出气口与第一生化池4底部的进气口连通，第二气体流量调节阀16的出气口与第二生化池5底部的进气口连通，第三气体流量调节阀17的出气口与第三生化池6底部的进气口连通；

所述的第一生化池4由多个第一生物膜载体9，多个第一曝气器18和第一挡流板19组成；多个第一生物膜载体9均匀布置在池体中，每个第一生物膜载体9的正下方设置一个第一曝气器18，第一曝气器18设置在池底，第一曝气器18的进气口与第一气体流量调节阀15的出气口连通，第一挡流板19竖直设置在池体中靠近出水口的一端；紧邻池体侧壁的第一生物膜载体9的边缘距离池体侧壁30cm～50cm，第一生物膜载体9的下部边缘距离池底10cm～30cm，相邻的第一生物膜载体9之间距离20cm～100cm，全部第一生物膜载体9的体积占池体有效池容的30％～70％；第一生物膜载体9通过刚性支架固定在池底；

所述的第一生化池4、第二生化池5和第三生化池6的结构相同；

所述的第一生物膜载体9的制备方法如下：

一、材质选择：选择大豆成熟收割后的大豆秸秆，且只保留大豆秸秆地面以上20cm～40cm高的部分和地面以下10cm～20cm深的部分，然后除掉秸秆地上部分的细小侧枝和叶、除去秸秆地下部分的细小根须；

二、清洗秸秆：将步骤一处理完的大豆秸秆置于温度为15℃～50℃的水中浸泡12h～24h，通过水力冲涮去掉秸秆上的泥土，通过机械方式剥离秸秆表皮；

三、制备秸秆单体：将多个步骤二清洁完的大豆秸秆通过截短、编织和捆扎的方式组合成花束状、片状或圆柱状秸秆单体；

所述的片状秸秆单体是将多个大豆秸秆互相平行固定成一排组成的；

所述的圆柱状秸秆单体是将多个大豆秸秆互相平行固定成一个圆柱状组成的；

四、秸秆模块的组建：

将花束状、片状或圆柱状秸秆单体中的一种或几种均匀固定在筒状龙骨架结构上，得到筒状秸秆模块；所述的筒状龙骨架结构是多个同心的筒状龙骨架套在一起而成，所述的筒状龙骨架结构内部水平设置多个网格圆盘，所述的网格圆盘由步骤二清洁完的大豆秸秆编织而成，网格圆盘上均匀固定多个花束状、片状或圆柱状秸秆单体；

将多个大豆秸秆、多个花束状秸秆单体或多个圆柱状秸秆单体放置于一个笼球状的骨架结构中制备成笼状秸秆模块；

将片状秸秆单体通过编织的方式组合成长方体状模块；

所述的筒状秸秆模块、笼状秸秆模块或长方体状模块为第一生物膜载体9；

所述的单池切换型生物膜***由池体21、第二挡流板22、第四气体流量调节阀24、偶数个秸秆墙25、第二生物膜载体26、第二曝气器27、第二回流水泵28和第二曝气风机29组成；偶数个秸秆墙25平行固定在池体21的侧壁上将池体21平均分割成奇数个隔室，所有的秸秆墙25均处于同一水平面上，秸秆墙25的厚度为20cm～50cm，秸秆墙25的下边缘距离池底5cm～10cm；池体21内的每个隔室内均匀布置多个第二生物膜载体26，相邻的第二生物膜载体26之间距离20cm～100cm，全部第二生物膜载体26的体积占池体21有效池容的30％～70％，每个第二生物膜载体26的正下方均设置一个第二曝气器27，第二曝气器27固定在池体21的底部，每个隔室内的所有第二曝气器27的进气口均与同一个第四气体流量调节阀24的出气口连通，所有的第四气体流量调节阀24的进气口均与同一个第二曝气风机29的出气口连通；第二挡流板22竖直设置在池体21中靠近出水口的一端且在最靠近池体21出口的隔室内；池体21的出水口分别与第二出水管21-2的进水口和第四回流管21-3的进水口连通，第二出水管21-2的出水口与二沉池7的进水口相连，第四回流管21-3的出水口与池体21的进水口连通，第四回流管21-3上设置第二回流水泵28，第三进水管21-1的出水口与池体21的进水口连通，第三进水管21-1的进水口与进水泵3的出水口连通；所述的秸秆墙25为长方体状秸秆模块；

所述的第二生物膜载体26与第一生物膜载体9相同。

当生化***1为双池切换型生物膜***时，本发明的基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体的装置的使用方法如下：

一、载体挂膜：向第一生化池4、第二生化池5和第三生化池6中注入自来水，使得三个池子中的第一生物膜载体9的上边缘比池中的水面20低0～80cm，浸泡24h～72h，启动第一曝气风机14开始曝气，每小时的曝气体积与生化池中的水的体积比为(15～20):1，向三个池子中投加外运来的二沉池污泥进行接种，外运来的二沉池污泥接种量为单个生化池有效池容积的10％～15％，减少曝气量，控制池中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，当COD去除率达到70％～80％和脱氮率达到50％～60％时，载体挂膜完成；

二、运行控制：

①、建立好氧—缺氧—好氧的模式：通过曝气保持第一生化池4和第三生化池6中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，减少第二生化池5中的曝气量使得第二生化池5中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，运行24h～72h，第二生化池5中形成了稳定的缺氧为主的生物膜***，第一生化池4和第三生化池6中形成了好氧为主的生物膜***，第一生化池4和第三生化池6中的生物膜载体表面附着的生物膜较厚，秸秆内部中空结构也可附着微生物，所以，有些存在于生物膜内侧和秸秆内部的生物膜由于气体传质不畅而处于缺氧状态，这就造成第一生化池4和第三生化池6中生物膜载体内侧存在缺氧区域，能够部分实现缺氧功能，即第一生化池4和第三生化池6是好氧为主缺氧为辅的生物***；在第二生化池5中，由于水中仍含有少量溶解氧，生物膜载体表面处于好氧环境，表面微生物具有部分好氧功能，即缺氧单元实际上是缺氧为主好养为辅的生物***；

②、保持第一生化池4和第三生化池6中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，保持第二生化池5中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，开启进水泵3，拟处理的污水依次流入到第一生化池4、第二生化池5和第三生化池6中，开启第一回流泵8，打开第二阀门10，关闭第一阀门11，进行硝化液回流；在第一生化池4和第三生化池6中进行好氧为主缺氧为辅的生物反应过程，在第二生化池5中进行缺氧为主好氧为辅的生物反应过程；

③、双池切换：当第二生化池5对氮的去除率降低到50％～60％，减小第一生化池4的曝气量，使第一生化池4中溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，增加第二生化池5的曝气量，使第二生化池5中溶解氧含量为2mg/L～4mg/L，打开第一阀门11，关闭第二阀门10，进行硝化液回流，形成缺氧—好氧—好氧的模式，连续运行；

④、当缺氧池对氮的去除率降低到50％～60％，重复步骤二②或③的过程，在好氧—缺氧—好氧的模式和缺氧—好氧—好氧的模式之间进行切换。

当生化***1为单池切换型生物膜***时，本发明的基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体的装置的使用方法如下：

一、载体挂膜：向池体21中注入自来水，使得池子中的第二生物膜载体26的上边缘比池中的水面23低0～80cm，浸泡24h～72h，启动第二曝气风机29开始曝气，开启所有的第四气体流量调节阀24，每小时的曝气体积与生化池中的水的体积比为(15～20):1，向池子中投加外运来的二沉池污泥进行接种，外运来的二沉池污泥接种量为生化池有效池容积的10％～15％，减少曝气量，控制池中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，当COD去除率达到70％～80％和脱氮率达到50％～60％时，载体挂膜完成；

二、运行控制：

①、从池体21的进水口端对每个隔室排号，通过曝气保持奇数号隔室中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，减少偶数号隔室中的曝气量使得偶数号隔室中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，运行24h～72h，偶数号隔室形成了稳定的缺氧为主好养为辅的生物膜***，奇数号隔室中形成好氧为主缺氧为辅的生物***；

②、保持奇数号隔室中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，保持偶数号隔室中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，开启进水泵3，拟处理的污水依次流入到池体21中，开启第二回流水泵28，进行硝化液回流；在奇数号隔室中进行好氧为主缺氧为辅的生物反应过程，在偶数号隔室中进行缺氧为主好氧为辅的生物反应过程；

③、单池内模式切换：当偶数号隔室对氮的去除率降低到50％～60％，保持池体21中最靠近出水口的隔室中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，减少奇数号隔室中的曝气量使得奇数号隔室中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，增加偶数号隔室的曝气量，使偶数号隔室中溶解氧含量为2mg/L～4mg/L，连续运行；

④、运行至除最后一个奇数号隔室之外的奇数号隔室对氮的去除率降低到50％～60％，重复步骤二②或③的操作，始终保持最后一个隔室的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，其他隔室的溶解氧浓度进行切换。

本发明的有益效果:

本发明的秸秆载体生物膜***按照双池切换型或单池切换型构建并运行后，污水中的有机质被充分高效降解、氨氮被有效去除，该工艺对COD的去除效率达到85％～95％、脱氮效率达到70％～85％，该工艺同时具有不需要污泥回流、产生的剩余污泥量少的特点。

附图说明

图1为具体实施方式一的基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体的装置的示意图；

图2为具体实施方式一的双池切换型生物膜***的示意图；

图3为图2中第一生化池4的示意图；

图4为图3的俯视示意图；

图5为具体实施方式一的单池切换型生物膜***的示意图；

图6为图5的俯视示意图；

图7为具体实施方式一的花束状秸秆单体的示意图，30为大豆秸秆；

图8为具体实施方式一的筒状秸秆模块的示意图，31为筒状龙骨架，32为网格圆盘，33为秸秆单体；

图9为具体实施方式一的网格圆盘的示意图，32为网格圆盘，33为秸秆单体；

图10为具体实施方式一的筒状秸秆模块的截面示意图，31为筒状龙骨架。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式为一种基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体的装置，如图1-图10，具体是由调节池2、进水泵3、生化***1和二沉池7组成；

调节池2的出水口与进水泵3的进水口相连，进水泵3的出水口与生化***1的进水口相连，生化***1的出水口与二沉池7的进水口相连；

所述的生化***1为双池切换型生物膜***或单池切换型生物膜***；

所述的双池切换型生物膜***由第一生化池4、第二生化池5、第三生化池6、第一回流水泵8、第二阀门10、第一阀门11、第一曝气风机14、第一气体流量调节阀15、第二气体流量调节阀16和第三气体流量调节阀17组成；

进水泵3的出水口与第一生化池4的第一进水管4-1相连，第一生化池4的出水口与第二生化池5的第二进水管5-1相连，第二生化池5的出水口与第三生化池6的进水口相连，第三生化池6的出水口分别与第一出水管6-1的进水口和第三回流管6-2的进水口连通，第一出水管6-1的出水口与二沉池7的进水口相连，第三回流管6-2的出水口分别与第二回流管5-2的进水口和第一回流管4-2的进水口相连，第二回流管5-2的出水口和第二生化池5的进水口相连，第一回流管4-2的出水口和第一生化池4的进水口相连，第三回流管6-2上设置第一回流泵8，第二回流管5-2上设置第二阀门10，第一回流管4-2上设置第一阀门11，第一曝气风机14的出风口分别与第一气体流量调节阀15的进气口、第二气体流量调节阀16的进气口和第三气体流量调节阀17的进气口连通，第一气体流量调节阀15的出气口与第一生化池4底部的进气口连通，第二气体流量调节阀16的出气口与第二生化池5底部的进气口连通，第三气体流量调节阀17的出气口与第三生化池6底部的进气口连通；

所述的第一生化池4由多个第一生物膜载体9，多个第一曝气器18和第一挡流板19组成；多个第一生物膜载体9均匀布置在池体中，每个第一生物膜载体9的正下方设置一个第一曝气器18，第一曝气器18设置在池底，第一曝气器18的进气口与第一气体流量调节阀15的出气口连通，第一挡流板19竖直设置在池体中靠近出水口的一端；紧邻池体侧壁的第一生物膜载体9的边缘距离池体侧壁30cm～50cm，第一生物膜载体9的下部边缘距离池底10cm～30cm，相邻的第一生物膜载体9之间距离20cm～100cm，全部第一生物膜载体9的体积占池体有效池容的30％～70％；第一生物膜载体9通过刚性支架固定在池底；

所述的第一生化池4、第二生化池5和第三生化池6的结构相同；

所述的第一生物膜载体9的制备方法如下：

一、材质选择：选择大豆成熟收割后的大豆秸秆，且只保留大豆秸秆地面以上20cm～40cm高的部分和地面以下10cm～20cm深的部分，然后除掉秸秆地上部分的细小侧枝和叶、除去秸秆地下部分的细小根须；

二、清洗秸秆：将步骤一处理完的大豆秸秆置于温度为15℃～50℃的水中浸泡12h～24h，通过水力冲涮去掉秸秆上的泥土，通过机械方式剥离秸秆表皮；

三、制备秸秆单体：将多个步骤二清洁完的大豆秸秆通过截短、编织和捆扎的方式组合成花束状、片状或圆柱状秸秆单体；

所述的片状秸秆单体是将多个大豆秸秆互相平行固定成一排组成的；

所述的圆柱状秸秆单体是将多个大豆秸秆互相平行固定成一个圆柱状组成的；

四、秸秆模块的组建：

将花束状、片状或圆柱状秸秆单体中的一种或几种均匀固定在筒状龙骨架结构上，得到筒状秸秆模块；所述的筒状龙骨架结构是多个同心的筒状龙骨架套在一起而成，所述的筒状龙骨架结构内部水平设置多个网格圆盘，所述的网格圆盘由步骤二清洁完的大豆秸秆编织而成，网格圆盘上均匀固定多个花束状、片状或圆柱状秸秆单体；

将多个大豆秸秆、多个花束状秸秆单体或多个圆柱状秸秆单体放置于一个笼球状的骨架结构中制备成笼状秸秆模块；

将片状秸秆单体通过编织的方式组合成长方体状秸秆模块；

所述的筒状秸秆模块、笼状秸秆模块和长方体状模块中的一种或几种混合为第一生物膜载体9；

所述的单池切换型生物膜***由池体21、第二挡流板22、第四气体流量调节阀24、偶数个秸秆墙25、第二生物膜载体26、第二曝气器27、第二回流水泵28和第二曝气风机29组成；偶数个秸秆墙25平行固定在池体21的侧壁上将池体21平均分割成奇数个隔室，所有的秸秆墙25均处于同一水平面上，秸秆墙25的厚度为20cm～50cm，秸秆墙25的下边缘距离池底5cm～10cm；池体21内的每个隔室内均匀布置多个第二生物膜载体26，相邻的第二生物膜载体26之间距离20cm～100cm，全部第二生物膜载体26的体积占池体21有效池容的30％～70％，每个第二生物膜载体26的正下方均设置一个第二曝气器27，第二曝气器27固定在池体21的底部，每个隔室内的所有第二曝气器27的进气口均与同一个第四气体流量调节阀24的出气口连通，所有的第四气体流量调节阀24的进气口均与同一个第二曝气风机29的出气口连通；第二挡流板22竖直设置在池体21中靠近出水口的一端且在最靠近池体21出口的隔室内；池体21的出水口分别与第二出水管21-2的进水口和第四回流管21-3的进水口连通，第二出水管21-2的出水口与二沉池7的进水口相连，第四回流管21-3的出水口与池体21的进水口连通，第四回流管21-3上设置第二回流水泵28，第三进水管21-1的出水口与池体21的进水口连通，第三进水管21-1的进水口与进水泵3的出水口连通；所述的秸秆墙25为长方体状秸秆模块；

所述的第二生物膜载体26与第一生物膜载体9相同。

具体实施方式二：本实施方式为具体实施方式一的基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置的使用方法，当生化***1为双池切换型生物膜***时，具体步骤如下：

一、载体挂膜：向第一生化池4、第二生化池5和第三生化池6中注入自来水或清水，使得三个池子中的第一生物膜载体9的上边缘比池中的水面20低0～80cm，浸泡24h～72h，启动第一曝气风机14开始曝气，每小时的曝气体积与生化池中的水的体积比为(15～20):1，向三个池子中投加外运来的二沉池污泥进行接种，外运来的二沉池污泥接种量为单个生化池有效池容积的10％～15％，减少曝气量，控制池中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，当COD去除率达到70％～80％和脱氮率达到50％～60％时，载体挂膜完成；

二、运行控制：

①、建立好氧—缺氧—好氧的模式：通过曝气保持第一生化池4和第三生化池6中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，减少第二生化池5中的曝气量使得第二生化池5中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，运行24h～72h，第二生化池5中形成了稳定的缺氧为主的生物膜***，第一生化池4和第三生化池6中形成了好氧为主的生物膜***，第一生化池4和第三生化池6中的生物膜载体表面附着的生物膜较厚，秸秆内部中空结构也可附着微生物，所以，有些存在于生物膜内侧和秸秆内部的生物膜由于气体传质不畅而处于缺氧状态，这就造成第一生化池4和第三生化池6中生物膜载体内侧存在缺氧区域，能够部分实现缺氧功能，即第一生化池4和第三生化池6是好氧为主缺氧为辅的生物***；在第二生化池5中，由于水中仍含有少量溶解氧，生物膜载体表面处于好氧环境，表面微生物具有部分好氧功能，即缺氧单元实际上是缺氧为主好养为辅的生物***；

②、保持第一生化池4和第三生化池6中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，保持第二生化池5中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，开启进水泵3，拟处理的污水依次流入到第一生化池4、第二生化池5和第三生化池6中，开启第一回流泵8，打开第二阀门10，关闭第一阀门11，进行硝化液回流；在第一生化池4和第三生化池6中进行好氧为主缺氧为辅的生物反应过程，在第二生化池5中进行缺氧为主好氧为辅的生物反应过程；

③、双池切换：当第二生化池5对氮的去除率降低到50％～60％，减小第一生化池4的曝气量，使第一生化池4中溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，增加第二生化池5的曝气量，使第二生化池5中溶解氧含量为2mg/L～4mg/L，打开第一阀门11，关闭第二阀门10，进行硝化液回流，形成缺氧—好氧—好氧的模式，连续运行；

④、当缺氧池对氮的去除率降低到50％～60％，重复步骤二②或③的过程，在好氧—缺氧—好氧的模式和缺氧—好氧—好氧的模式之间进行切换。

具体实施方式三：本实施方式为具体实施方式一的基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置的使用方法，当生化***1为单池切换型生物膜***时，具体步骤如下：

一、载体挂膜：向池体21中注入自来水或清水，使得池子中的第二生物膜载体26的上边缘比池中的水面23低0～80cm，浸泡24h～72h，启动第二曝气风机29开始曝气，开启所有的第四气体流量调节阀24，每小时的曝气体积与生化池中的水的体积比为(15～20):1，向池子中投加外运来的二沉池污泥进行接种，外运来的二沉池污泥接种量为生化池有效池容积的10％～15％，减少曝气量，控制池中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，当COD去除率达到70％～80％和脱氮率达到50％～60％时，载体挂膜完成；

二、运行控制：

①、从池体21的进水口端对每个隔室排号，通过曝气保持奇数号隔室中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，减少偶数号隔室中的曝气量使得偶数号隔室中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，运行24h～72h，偶数号隔室形成了稳定的缺氧为主好养为辅的生物膜***，奇数号隔室中形成好氧为主缺氧为辅的生物***；

②、保持奇数号隔室中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，保持偶数号隔室中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，开启进水泵3，拟处理的污水依次流入到池体21中，开启第二回流水泵28，进行硝化液回流；在奇数号隔室中进行好氧为主缺氧为辅的生物反应过程，在偶数号隔室中进行缺氧为主好氧为辅的生物反应过程；

③、单池内模式切换：当偶数号隔室对氮的去除率降低到50％～60％，保持池体21中最靠近出水口的隔室中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，减少奇数号隔室中的曝气量使得奇数号隔室中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，增加偶数号隔室的曝气量，使偶数号隔室中溶解氧含量为2mg/L～4mg/L，连续运行；

④、运行至除最后一个奇数号隔室之外的奇数号隔室对氮的去除率降低到50％～60％，重复步骤二②或③的操作，始终保持最后一个隔室的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，其他隔室的溶解氧浓度进行切换。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的筒状龙骨架结构为PVC材质。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的笼球状的骨架结构为PVC材质。其他与具体实施方式一相同。

用以下试验对本发明进行验证：

试验一：本试验为大豆秸秆载体挂膜能力实验：取常用的挂膜量较大的聚酯海绵2种与本发明的秸秆模块在同一反应器中进行挂膜能力比较实验，反应器为好氧反应器，挂膜量采用重量法分析，在105℃条件下于烘箱中烘干秸秆模块和聚酯海绵，烘干后取质量相近的秸秆模块和聚酯海绵于同一反应器中挂膜运行，运行4周后取出，将挂膜后的秸秆模块和聚酯海绵放入烘箱中，在105℃条件下烘干，再称重，通过计算挂膜前后的质量变化，来对比不同填料上负载的生物量的大小，结果见表1。

表1不同填料挂膜前后的质量变化

由表1可得看出，近似相同质量的载体，在挂膜后，秸秆模块的生物膜量为27.7％(w/w)，而大孔隙海绵载体生物膜量为14％(w/w)、小空隙实心海绵载体的生物膜量为11.1％(w/w)。可见，秸秆相较于海绵载体，更适合于微生物挂膜富集。

试验二：本试验为一种基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体的装置，如图1-图10，具体是由调节池2、进水泵3、生化***1和二沉池7组成；

调节池2的出水口与进水泵3的进水口相连，进水泵3的出水口与生化***1的进水口相连，生化***1的出水口与二沉池7的进水口相连；

所述的生化***1为单池切换型生物膜***；

所述的单池切换型生物膜***由池体21、第二挡流板22、第四气体流量调节阀24、两个秸秆墙25、第二生物膜载体26、第二曝气器27、第二回流水泵28和第二曝气风机29组成；两个秸秆墙25平行固定在池体21的侧壁上将池体21平均分割成三个隔室，每个隔室的有效容积60L，两个秸秆墙25均处于同一水平面上，秸秆墙25的厚度为20cm，秸秆墙25的下边缘距离池底5cm；池体21内的每个隔室内均匀布置多个第二生物膜载体26，第二生物膜载体26采用金属丝以反应器侧壁为支撑点吊挂在池体21中，相邻的第二生物膜载体26之间距离10cm，全部第二生物膜载体26的体积占池体21有效池容的50％，每个第二生物膜载体26的正下方均设置一个第二曝气器27，第二曝气器27固定在池体21的底部，每个隔室内的所有第二曝气器27的进气口均与同一个第四气体流量调节阀24的出气口连通，所有的第四气体流量调节阀24的进气口均与同一个第二曝气风机29的出气口连通；第二挡流板22竖直设置在池体21中靠近出水口的一端且在最靠近池体21出口的隔室内；池体21的出水口分别与第二出水管21-2的进水口和第四回流管21-3的进水口连通，第二出水管21-2的出水口与二沉池7的进水口相连，第四回流管21-3的出水口与池体21的进水口连通，第四回流管21-3上设置第二回流水泵28，第三进水管21-1的出水口与池体21的进水口连通，第三进水管21-1的进水口与进水泵3的出水口连通；所述的秸秆墙25为长方体状秸秆模块；

所述的第二生物膜载体26的制备方法如下：

一、材质选择：选择大豆成熟收割后的大豆秸秆，且只保留大豆秸秆地面以上20cm～40cm高的部分和地面以下10cm～20cm深的部分，然后除掉秸秆地上部分的细小侧枝和叶、除去秸秆地下部分的细小根须；

二、清洗秸秆：将步骤一处理完的大豆秸秆置于温度为23℃的水中浸泡12h，通过水力冲涮去掉秸秆上的泥土，通过机械方式剥离秸秆表皮；

三、制备秸秆单体：将多个步骤二清洁完的大豆秸秆通过截短、编织和捆扎的方式组合成花束状、片状或圆柱状秸秆单体；

所述的片状秸秆单体是将多个大豆秸秆互相平行固定成一排组成的；

所述的圆柱状秸秆单体是将多个大豆秸秆互相平行固定成一个圆柱状组成的；

四、秸秆模块的组建：

将花束状、片状或圆柱状秸秆单体中的一种或几种均匀固定在筒状龙骨架结构上，得到筒状秸秆模块；所述的筒状龙骨架结构是多个同心的筒状龙骨架套在一起而成，所述的筒状龙骨架结构内部水平设置多个网格圆盘，所述的网格圆盘由步骤二清洁完的大豆秸秆编织而成，网格圆盘上均匀固定多个花束状、片状或圆柱状秸秆单体；

将多个大豆秸秆单体放置于一个笼球状的骨架结构中制备成笼状秸秆模块；

将片状秸秆单体通过编织的方式组合成长方体状秸秆模块；

所述的筒状秸秆模块和笼状秸秆模块混合为第二生物膜载体26；

本试验的基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体的装置的使用方法，具体步骤如下：

一、载体挂膜：向池体21中注入自来水，使得池子中的第二生物膜载体26的上边缘比池中的水面23低2.0cm，浸泡72h，浸出液COD的浓度为1530mg/L，启动第二曝气风机29开始曝气，开启所有的第四气体流量调节阀24，每隔隔室曝气流量0.3m³/h，向池子中投加外运来的二沉池污泥进行接种，每个隔室加入7L，减少曝气量，控制池中的溶解氧浓度为3mg/L，当COD去除率达到80％和脱氮率达到60％时，载体挂膜完成；

二、运行控制：

①、从池体21的进水口端对每个隔室排号，通过曝气保持奇数号隔室中的溶解氧浓度为3mg/L，减少偶数号(第二)隔室中的曝气量使得偶数号隔室中的溶解氧含量为0.3mg/L，运行72h，偶数号(第二)隔室形成了稳定的缺氧为主好养为辅的生物膜***，奇数号(第一和第三)隔室中形成可好氧为主缺氧为辅的生物***；

②、保持奇数号(第一和第三)隔室中的溶解氧浓度为3mg/L，保持偶数号(第二)隔室中的溶解氧含量为0.3mg/L，开启进水泵3，拟处理的污水依次流入到池体21中，进水COD平均浓度为360mg/L，氨氮平均浓度为34mg/L、磷6mg/L，总水力停留时间HRT＝12h，开启第二回流水泵28，进行硝化液回流；在奇数号(第一和第三)隔室中进行好氧为主缺氧为辅的生物反应过程，在偶数号(第二)隔室中进行缺氧为主好氧为辅的生物反应过程；

③、单池内模式切换：每隔72h切换单池内隔室曝气量。

反应器稳定运行后，连续取样15天分析进出水指标。分析结果表明，出水COD浓度平均值为42mg/L、氨氮浓度平均值为6.6mg/L、总氮浓度平均值为12.5mg/L，COD平均去除率在88.3％、氨氮平均去除率80.6％、总氮的平均去除率为63.2％，出水COD、氨氮和总氮指标均达到污水综合排放标准(GB18918-2002)一级A水平，且运行过程中不需要污泥回流。

Claims (5)

1.一种基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置，其特征在于基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置是由调节池(2)、进水泵(3)、生化***(1)和二沉池(7)组成；

调节池(2)的出水口与进水泵(3)的进水口相连，进水泵(3)的出水口与生化***(1)的进水口相连，生化***(1)的出水口与二沉池(7)的进水口相连；

所述的生化***(1)为双池切换型生物膜***或单池切换型生物膜***；

所述的双池切换型生物膜***由第一生化池(4)、第二生化池(5)、第三生化池(6)、第一回流水泵(8)、第二阀门(10)、第一阀门(11)、第一曝气风机(14)、第一气体流量调节阀(15)、第二气体流量调节阀(16)和第三气体流量调节阀(17)组成；

进水泵(3)的出水口与第一生化池(4)的第一进水管(4-1)相连，第一生化池(4)的出水口与第二生化池(5)的第二进水管(5-1)相连，第二生化池(5)的出水口与第三生化池(6)的进水口相连，第三生化池(6)的出水口分别与第一出水管(6-1)的进水口和第三回流管(6-2)的进水口连通，第一出水管(6-1)的出水口与二沉池(7)的进水口相连，第三回流管(6-2)的出水口分别与第二回流管(5-2)的进水口和第一回流管(4-2)的进水口相连，第二回流管(5-2)的出水口和第二生化池(5)的进水口相连，第一回流管(4-2)的出水口和第一生化池(4)的进水口相连，第三回流管(6-2)上设置第一回流泵(8)，第二回流管(5-2)上设置第二阀门(10)，第一回流管(4-2)上设置第一阀门(11)，第一曝气风机(14)的出风口分别与第一气体流量调节阀(15)的进气口、第二气体流量调节阀(16)的进气口和第三气体流量调节阀(17)的进气口连通，第一气体流量调节阀(15)的出气口与第一生化池(4)底部的进气口连通，第二气体流量调节阀(16)的出气口与第二生化池(5)底部的进气口连通，第三气体流量调节阀(17)的出气口与第三生化池(6)底部的进气口连通；

所述的第一生化池(4)由多个第一生物膜载体(9)，多个第一曝气器(18)和第一挡流板(19)组成；多个第一生物膜载体(9)均匀布置在池体中，每个第一生物膜载体(9)的正下方设置一个第一曝气器(18)，第一曝气器(18)设置在池底，第一曝气器(18)的进气口与第一气体流量调节阀(15)的出气口连通，第一挡流板(19)竖直设置在池体中靠近出水口的一端；紧邻池体侧壁的第一生物膜载体(9)的边缘距离池体侧壁30cm～50cm，第一生物膜载体(9)的下部边缘距离池底10cm～30cm，相邻的第一生物膜载体(9)之间距离20cm～100cm，全部第一生物膜载体(9)的体积占池体有效池容的30％～70％；

所述的第一生化池(4)、第二生化池(5)和第三生化池(6)的结构相同；

所述的第一生物膜载体(9)的制备方法如下：

一、材质选择：选择大豆成熟收割后的大豆秸秆，且只保留大豆秸秆地面以上20cm～40cm高的部分和地面以下10cm～20cm深的部分，然后除掉秸秆地上部分的细小侧枝和叶、除去秸秆地下部分的细小根须；

二、清洗秸秆：将步骤一处理完的大豆秸秆置于温度为15℃～50℃的水中浸泡12h～24h，通过水力冲涮去掉秸秆上的泥土，通过机械方式剥离秸秆表皮；

三、制备秸秆单体：将多个步骤二清洁完的大豆秸秆通过截短、编织和捆扎的方式组合成花束状、片状或圆柱状秸秆单体；

所述的片状秸秆单体是将多个大豆秸秆互相平行固定成一排组成的；

所述的圆柱状秸秆单体是将多个大豆秸秆互相平行固定成一个圆柱状组成的；

四、秸秆模块的组建：

将花束状、片状或圆柱状秸秆单体中的一种或几种均匀固定在筒状龙骨架结构上，得到筒状秸秆模块；所述的筒状龙骨架结构是多个同心的筒状龙骨架套在一起而成，所述的筒状龙骨架结构内部水平设置多个网格圆盘，所述的网格圆盘由步骤二清洁完的大豆秸秆编织而成，网格圆盘上均匀固定多个花束状、片状或圆柱状秸秆单体；

将多个大豆秸秆、多个花束状秸秆单体或多个圆柱状秸秆单体放置于一个笼球状的骨架结构中制备成笼状秸秆模块；

将片状秸秆单体通过编织的方式组合成长方体状秸秆模块；

所述的筒状秸秆模块、笼状秸秆模块和长方体状模块中的一种或几种混合为第一生物膜载体(9)；

所述的单池切换型生物膜***由池体(21)、第二挡流板(22)、第四气体流量调节阀(24)、偶数个秸秆墙(25)、第二生物膜载体(26)、第二曝气器(27)、第二回流水泵(28)和第二曝气风机(29)组成；偶数个秸秆墙(25)平行固定在池体(21)的侧壁上将池体(21)平均分割成奇数个隔室，所有的秸秆墙(25)均处于同一水平面上，秸秆墙(25)的厚度为20cm～50cm，秸秆墙(25)的下边缘距离池底5cm～10cm；池体(21)内的每个隔室内均匀布置多个第二生物膜载体(26)，相邻的第二生物膜载体(26)之间距离20cm～100cm，全部第二生物膜载体(26)的体积占池体(21)有效池容的30％～70％，每个第二生物膜载体(26)的正下方均设置一个第二曝气器(27)，第二曝气器(27)固定在池体(21)的底部，每个隔室内的所有第二曝气器(27)的进气口均与同一个第四气体流量调节阀(24)的出气口连通，所有的第四气体流量调节阀(24)的进气口均与同一个第二曝气风机(29)的出气口连通；第二挡流板(22)竖直设置在池体(21)中靠近出水口的一端且在最靠近池体(21)出水口的隔室内；池体(21)的出水口分别与第二出水管(21-2)的进水口和第四回流管(21-3)的进水口连通，第二出水管(21-2)的出水口与二沉池(7)的进水口相连，第四回流管(21-3)的出水口与池体(21)的进水口连通，第四回流管(21-3)上设置第二回流水泵(28)，第三进水管(21-1)的出水口与池体(21)的进水口连通，第三进水管(21-1)的进水口与进水泵(3)的出水口连通；所述的秸秆墙(25)为长方体状秸秆模块；

所述的第二生物膜载体(26)与第一生物膜载体(9)相同。

2.如权利要求1所述的一种基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置的使用方法，其特征在于当生化***(1)为双池切换型生物膜***时，基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置使用方法的具体步骤如下：

一、载体挂膜：向第一生化池(4)、第二生化池(5)和第三生化池(6)中注入自来水，使得三个池子中的第一生物膜载体(9)的上边缘比池中的水面低0～80cm，浸泡24h～72h，启动第一曝气风机(14)开始曝气，每小时的曝气体积与生化池中的水的体积比为(15～20):1，向三个池子中投加外运来的二沉池污泥进行接种，外运来的二沉池污泥接种量为单个生化池有效池容积的10％～15％，减少曝气量，控制池中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，当COD去除率达到70％～80％和脱氮率达到50％～60％时，载体挂膜完成；

二、运行控制：

①、建立好氧—缺氧—好氧的模式：通过曝气保持第一生化池(4)和第三生化池(6)中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，减少第二生化池(5)中的曝气量使得第二生化池(5)中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，运行24h～72h；

②、保持第一生化池(4)和第三生化池(6)中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，保持第二生化池(5)中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，开启进水泵(3)，拟处理的污水依次流入到第一生化池(4)、第二生化池(5)和第三生化池(6)中，开启第一回流泵(8)，打开第二阀门(10)，关闭第一阀门(11)，进行硝化液回流；在第一生化池(4)和第三生化池(6)中进行好氧为主缺氧为辅的生物反应过程，在第二生化池(5)中进行缺氧为主好氧为辅的生物反应过程；

③、双池切换：当第二生化池(5)对氮的去除率降低到50％～60％，减小第一生化池(4)的曝气量，使第一生化池(4)中溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，增加第二生化池(5)的曝气量，使第二生化池(5)中溶解氧含量为2mg/L～4mg/L，打开第一阀门(11)，关闭第二阀门(10)，进行硝化液回流，形成缺氧—好氧—好氧的模式，连续运行；

④、当缺氧池对氮的去除率降低到50％～60％，重复步骤②或③的过程，在好氧—缺氧—好氧的模式和缺氧—好氧—好氧的模式之间进行切换。

3.如权利要求1所述的一种基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置的使用方法，其特征在于当生化***( 1) 为单池切换型生物膜***时，基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置使用方法的具体步骤如下：

一、载体挂膜：向池体(21)中注入自来水，使得池子中的第二生物膜载体(26)的上边缘比池中的水面低0～80cm，浸泡24h～72h，启动第二曝气风机(29)开始曝气，开启所有的第四气体流量调节阀(24)，每小时的曝气体积与生化池中的水的体积比为(15～20):1，向池子中投加外运来的二沉池污泥进行接种，外运来的二沉池污泥接种量为生化池有效池容积的10％～15％，减少曝气量，控制池中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，当COD去除率达到70％～80％和脱氮率达到50％～60％时，载体挂膜完成；

二、运行控制：

①、从池体(21)的进水口端对每个隔室排号，通过曝气保持奇数号隔室中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，减少偶数号隔室中的曝气量使得偶数号隔室中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，运行24h～72h；

②、保持奇数号隔室中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，保持偶数号隔室中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，开启进水泵(3)，拟处理的污水依次流入到池体(21)中，开启第二回流水泵(28)，进行硝化液回流；在奇数号隔室中进行好氧为主缺氧为辅的生物反应过程，在偶数号隔室中进行缺氧为主好氧为辅的生物反应过程；

③、单池内模式切换：当偶数号隔室对氮的去除率降低到50％～60％，保持池体(21)中最靠近出水口的隔室中的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，减少奇数号隔室中的曝气量使得奇数号隔室中的溶解氧含量为0.2mg/L～0.5mg/L，增加偶数号隔室的曝气量，使偶数号隔室中溶解氧含量为2mg/L～4mg/L，连续运行；

④、运行至除最后一个奇数号隔室之外的奇数号隔室对氮的去除率降低到50％～60％，重复步骤②或③的操作，始终保持最后一个隔室的溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L，其他隔室的溶解氧浓度进行切换。

4.根据权利要求1所述的一种基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置，其特征在于所述的筒状龙骨架结构为PVC材质。

5.根据权利要求1所述的一种基于大豆秸秆的污水处理生物膜载体装置，其特征在于所述的笼球状的骨架结构为PVC材质。

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