一种基于改性玄武岩纤维填料和生物处理剂的食品废水处理方法

1.本发明涉及一种基于改性玄武岩纤维填料和生物处理剂的食品废水处理方法，属于废水生化处理技术领域。


背景技术：

2.食品行业原料成分复杂，制品种类繁多，排放废水含有大量的油脂、悬浮物、重金属离子、氮、磷化合物，且不同食品所产生的废水中成分水质差异很大，其中有机质、总氮、总磷等含量非常高，可生化性高(cod/bod可达到0.85左右)，有机负荷较高。传统的污废水处理多采用生物方法，主要为活性污泥法和生物膜法。其中活性污泥法可有效去除90％以上的有机物质，但脱氮效果有限。生物膜法是使污水连续流经固体填料，在填料上就能够形成污泥垢状的生物膜，生物膜上繁殖大量的微生物，吸附和降解水中的有机污染物，从而起到净化污水作用。
3.但由于受传质的限制，生物膜法中的活性生物膜的有效厚度一般不会超过4000μm。否则，生物膜内部的死细胞溶解将转化为挥发性脂肪酸和不溶性气体(如氮气)，引起局部ph降低，破坏生物膜的结构，迫使生物膜脱落。因此增加生物膜的生物量、改善传质、强化生物膜和载体界面的作用力成为提高生物膜法污废水处理效能的重要途径。其中生物填料是生物膜法的技术核心和关键。现有的生物填料主要分为固定式、悬挂式和悬浮式三种形式，最常用的包括颗粒活性炭、沸石、聚乙烯和碳纤维等，但是这些载体材料存在比表面积较小、传质和生物质附着能力差的特点，因而限制了do和营养物质的供应、代谢的去除。
4.另外，在处理食品废水的过程中，往往需要设置好氧、缺氧、厌氧等多个功能微区并用实现脱氮除碳，生化池需求量大，工艺流程较复杂，所以提出一种新型高效的食品废水处理方法显得十分必要。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种基于改性玄武岩纤维填料和生物处理剂的食品废水处理方法，该处理方法是在生物膜法的基础上，采用新型改性玄武岩纤维填料作为载体进行生化处理，并在曝气池中加入可以间接供氧的生物处理剂，从而从根本上改善常规曝气池中单纯好氧的状态，使其兼具厌氧、缺氧和好氧的功能，实现同步脱氮除碳的效果，从而可以将废水生化处理阶段的厌氧池和好氧池等并用的设计进行了简化，使食品废水出水水质可以达标排放，同时也可以实现简化工艺流程、节省投资、污泥减量等效果。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供了一种基于改性玄武岩纤维填料和生物处理剂的食品废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.食品废水依次经过混合池、调节池、曝气池、沉淀池、活性炭滤池和出水池，使食品废水得到处理，达到排放标准，其中，所述曝气池中加入有改性玄武岩纤维填料和生物处理
剂，经曝气池处理后的食品废水进入沉淀池实现泥水分离，分离后的部分污泥回流至曝气池，剩余污泥进入污泥池进行处理，上清液则进入活性炭滤池，经出水池排出。
9.进一步地，所述食品废水为生产不同食品(酱油、醋、糖等)所产生的废水。
10.进一步地，所述混合池中，食品废水进行充分搅拌混合，并进行隔油处理，隔油处理过程可并采用平流式，通过废水中的悬浮物和水的比重不同而达到油污分离的目的。
11.进一步地，所述调节池的入水口设有格栅，用来拦截进入该池的大颗粒和纤维状杂质，然后废水通过自流方式进入调节池，调节池中设有搅拌器和提升泵，从而调节水质水量，减轻曝气池负荷变化，保证生化段的正常运行，所述格栅的孔径规格为38.1mm*38.1mm，厚度为38mm，所述搅拌器和提升泵控制食品废水流量为10l/h或者10～20kg/m3.d。
12.进一步地，所述改性玄武岩纤维填料(mbf填料)的制备方法为：利用物理涂覆的方法对玄武岩纤维进行表面改性处理，制备得到改性玄武岩纤维，将单个所述改性玄武岩纤维通过不锈钢丝串联编制成伞状的改性玄武岩纤维填料。
13.进一步地，所述玄武岩纤维是一种无机微米级的绿色环保材料，直径为9～17μm，长度为10cm，纤维密度为1200tex。
14.进一步地，所述改性玄武岩纤维的表面呈正电荷，zeta电位为 10-30mv，生物亲和性显著提高，比表面积可达到2.5m2/g，且对活性污泥的固定率较玄武岩纤维填料可提高2.5倍以上。
15.进一步地，所述改性玄武岩纤维填料在曝气池的用量为200～250束/m3，具体长度根据曝气池的不同尺寸进行设计，用不锈钢链条进行悬挂，以保证在废水中的耐久性能。
16.进一步地，所述生物处理剂为氧化还原酶，可以通过不均化反应，催化有机物产生活性氧离子，缓慢反应产生氧气，从而增加曝气池中的动态含氧量，其活性阳离子可提高氧化效率，加速氧化反应，从而可以实现减少鼓风机数量的目的，该生物处理剂是采用小型计量泵通过间歇式的方式加入，投加量根据曝气池中的情况确定，加入量为50ml/m3。
17.进一步地，所述改性玄武岩纤维填料可在一个月左右可形成富含厌氧异养菌、好氧异养菌、好氧自养菌等多种微生物的多层“生物巢”结构(直径≥10cm)，该“生物巢”结构是由大量的生物质组成，内部充满各种空隙、穴和通道，有助于各层之间的养分转移和传质效果，且微生物活性较高，从而具备了好氧、缺氧和厌氧的功能，由于曝气池中的多重功能，整个曝气池处于低氧运行状态(1.5～2.0mg/l)。
18.除氮原理为：chon(有机物) o
2-→
ch
x
n2 no
x
–
n。曝气池中形成丰富的生物相和生物量，组成一个连续稳定的完整生物链，包括了细菌、原生动物和后生动物等，即为“生物巢”内部细菌发生自溶，因其独特的结构使“生物巢”表面不会发生解离，自溶的细菌释放的物质可继续用于微生物生长，另后生动物可以以细菌为食物，从而可以使污泥量减少。
19.进一步地，污泥回流至曝气池的回流比为50％～100％。
20.进一步地，所述活性炭滤池是利用高效活性炭对沉淀池出水进行深度处理，采用重力式双排布置，充分发挥了活性炭的高效吸附效果，从而使出水能够脱色、脱臭等，出水水质达到排放标准。其中，高效活性碳是常规水处理用的市售活性炭，其比表面积大于1000m2/g，吸附能力强，可以吸附未处理完全的微污染物、悬浮物、臭气等，最终实现深度处理。
21.本发明公开了以下技术效果：
22.本发明采用了能形成“生物巢”结构的改性玄武岩纤维填料，并在曝气池加入可以间接供氧的生物处理剂，从根本上改善常规曝气池中单纯好氧的状态，使其兼具厌氧、缺氧和好氧的功能，实现同步脱氮除碳的效果，不仅对冲击负荷具有很高的适应性，而且可以在同一个池子里实现了厌氧、缺氧和好氧，从而实现了同步脱氮除碳、污泥减量、减小占地面积和降低运行费用等：
23.(1)本发明的食品废水处理方法抗冲击负荷能力强：该工艺方法中的“生物巢”结构对废水水质冲击负荷的适应性较强(10～20kg/m3·
d)，可以很好地适应水质波动，出水水质较为稳定。其中cod、tn、tp的去除率均可达到95％以上，出水水质可以实现达标排放。
24.(2)曝气池内可实现同步脱氮除碳：该工艺方法中只采用1个曝气池，可以很好地完成厌氧、缺氧和好氧的生物过程，可以同时实现脱氮除碳，从而减少了生化池的数量，减小了占地面积。
25.(3)污泥减量效果显著：玄武岩纤维填料在曝气池中一个月可以完成挂膜，出水水质稳定，形成直径约10cm的“生物巢”结构体，运行稳定后“生物巢”表面不发生剥离，且“生物巢”中含有丰富的生物量和多样的生物相，可以形成完整的生物链，污泥量可降低50％以上。
26.(4)可低氧运行(1.5～2.0mg/l)，节能降耗：曝气池中的改性玄武岩纤维填料可扩散形成电子供体圏，在低氧条件下可以作为电子供体辅助供氧，且生物处理剂也能产生活性氧原子，提高氧化效率，因此，曝气池中的鼓风机数量有所减少，实现了节能降耗。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明的食品废水处理方法工艺流程图；
29.图2为本发明的改性玄武岩纤维填料及其“生物巢”结构示意图，其中(a)为改性玄武岩纤维填料单元，(b)为改性玄武岩纤维填料的“生物巢”结构。
具体实施方式
30.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
31.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
32.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所
有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
33.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
34.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
35.本发明实施例所用活性污泥法与生物膜法均为本领域常规技术手段，不作为发明点所以不做过多赘述。
36.本发明实施例中生化池占地面积、综合处理费用按照实际使用的生化池占地面积和实际发生的综合处理费用进行计算，由工厂提供的真实数据进行核算，不作为本发明的发明点，所以不再进行过多赘述。
37.以下通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
38.本发明实施例的基于改性玄武岩纤维填料和生物处理剂的食品废水处理方法包括以下步骤：
39.食品废水在混合池中充分搅拌混合，并采用平流式进行隔油处理，混合池处理后的食品废水通过设有孔径规格为38.1mm*38.1mm，厚度为38mm的格栅的进水口以自流的方式进入调节池，控制调节池中的搅拌器和提升泵使食品废水的流量为10～20kg/m3·
d，之后流入曝气池，在曝气池中改性玄武岩填料和生物处理剂的作用下，使整个曝气池处于低氧运行状态(1.5～2.0mg/l)，经曝气池处理后的食品废水进入沉淀池实现泥水分离，分离后的部分污泥回流至曝气池，回流比为50％～100％，剩余污泥进入污泥池进行处理，上清液则进入含有比表面积大于1000m2/g的活性炭的滤池，之后经出水池排出，排出的水可达到一级a的排放标准。
40.本发明实施例所用改性玄武岩纤维填料的制备方法为：利用物理涂覆的方法对玄武岩纤维进行表面改性处理，制备得到改性玄武岩纤维，该改性玄武岩纤维的表面呈正电荷，zeta电位为 10-30mv，将上述改性玄武岩纤维编制成伞状的改性玄武岩纤维填料，见图2中的(a)。改性玄武岩纤维填料可在一个月左右可形成富含厌氧异养菌、好氧异养菌、好氧自养菌等多种微生物的多层“生物巢”结构(直径≥10cm)，见图2中的(b)，该“生物巢”结构是由大量的生物质组成，内部充满各种空隙、穴和通道，有助于各层之间的养分转移和传质效果，且微生物活性较高，从而具备了好氧、缺氧和厌氧的功能。
41.本发明实施例所用玄武岩纤维通过市售购买得到，直径为9～17μm，长度为10cm，纤维密度为1200tex。
42.本发明实施例所用改性玄武岩纤维填料用量为200～250束/m3，所用生物处理剂为氧化还原酶，主要含有fe
2
/fe
3
成分，加入量为50ml/m3。
43.实施例1
44.模拟高浓度有机废水处理试验
45.高浓度有机废水的各成分含量见表1。
46.表1高浓度有机废水水质
[0047][0048]
采用本发明的基于改性玄武岩纤维填料(200～250束/m3)和生物处理剂(50ml/m3)的食品废水处理方法进行处理，设置曝气池中水力停留时(hrt)间保持8～12h，污泥回流比为40％～50％，溶解氧控制在1.5～2.0mg/l，处理结果见表2。其中，污泥减量好生化池占地面积与活性污泥法进行比较。
[0049]
表2处理效果
[0050][0051]
实施例2
[0052]
食品加工厂废水处理试验
[0053]
收集加工大豆、食醋、酱油等制造过程中的食品废水，废水排放量大概为500m3/日，食品废水成分含量见表3。
[0054]
表3食品加工厂废水水质
[0055][0056]
采用本发明的基于改性玄武岩纤维填料(200～250束/m3，)和生物处理剂(50ml/m3)的食品废水处理方法进行处理，设置曝气池中水力停留时(hrt)间保持8～12h，污泥回流比为50％～100％，溶解氧控制在1.5～2.0mg/l，处理结果见表4。其中污泥减量和综合处理费用节省是与生物膜法进行比较，其中曝气池中的鼓风机也减少1台。
[0057]
表4处理效果
[0058][0059]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。