一种生物膜载体及其反应系统和应用技术方案

本发明专利技术公开了一种生物膜载体及其反应系统和应用，所述生物膜载体包括塑料壳体和聚氨酯海绵，所述塑料壳体上设有若干贯通的交替孔，所述聚氨酯海绵固定在所述交替孔内。本发明专利技术提供的生物膜载体采用塑料和海绵结合的方式，使得载体和水的密度更加接近，避免了传统聚氨酯海绵富集微生物后在低曝气量下容易沉积于反应器底部的弊端，载体能够更充分的在反应器内移动，因此传质效果好，有利于微生物对污染物的吸附和降解。

A Biofilm Carrier and Its Reaction System and Application

The invention discloses a biofilm carrier and its reaction system and application. The biofilm carrier comprises a plastic shell and a polyurethane sponge. The plastic shell is provided with several through alternating holes, and the polyurethane sponge is fixed in the alternating holes. The biofilm carrier provided by the invention adopts the combination of plastic and sponge, which makes the density of the carrier and water closer, avoids the disadvantage that the traditional polyurethane sponge is easy to deposit at the bottom of the reactor after enriching microorganisms at low aeration rate, and the carrier can move more fully in the reactor, so the mass transfer effect is good. It is conducive to the adsorption and degradation of pollutants by microorganisms.

【技术实现步骤摘要】
一种生物膜载体及其反应系统和应用
本专利技术属于废水处理
，特别涉及生物处理废水(污水)
，尤其涉及一种生物膜载体及其反应系统和应用。
技术介绍
磺胺类药物(Sulfonamides,SAs)是指具有对氨基苯磺酰胺结构的一类药物；其中，磺胺类抗生素是人工合成的高效广谱抗菌药，广泛应用于农业、水产、畜牧养殖和人类疾病治疗中，是用于预防和治疗人的细菌性感染作全身用药的第一类化学治疗药。据世界卫生组织调查显示，目前我国住院患者抗生素药物使用率高达80％，远远高于30％的国际水平，而且我国在畜牧养殖业中也广泛使用磺胺类抗生素。使用抗生素后人体及动物不会全部吸收，会有30％-90％随排泄进入环境中。磺胺类抗生素，如磺胺嘧啶(SDZ)和磺胺甲恶唑(SMZ)，被认为是在水生环境中存在较高浓度的代表性抗生素，抗生素污染不仅会导致抗性基因的广泛传播造成生态污染，而且会危害人类健康。目前，污水处理厂通常采用传统的活性污泥系统，旨在去除有机碳和营养物质，而没有考虑在废水处理过程中不易去除的低浓度的磺胺类抗生素。在城市生态系统中，污水处理厂被认为是磺胺类抗生素进入水生环境的主要途径。抗生素的存在导致抗生素抗性基因的广泛传播，可能会危及人类和水生生态系统的健康。尽管活性炭吸附、膜过滤、臭氧氧化和高级氧化等先进处理能够显着地去除废水中的抗生素，但这些技术由于运行成本高和难以解决的问题而不适用于某些城市污水处理厂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生物膜载体及其反应系统和应用，采用塑料和海绵结合的方式，使得载体和水的密度更加接近，避免了传统聚氨酯海绵富集微生物后在低曝气量下容易沉积于反应器底部的弊端，载体能够更充分的在反应器内移动，因此传质效果好，有利于微生物对污染物的吸附和降解。为此，本专利技术技术方案如下：第一方面，本专利技术提供一种生物膜载体，包括塑料壳体和聚氨酯海绵，所述塑料壳体上设有若干贯通的交替孔，所述聚氨酯海绵固定在所述交替孔内。优选地，所述塑料壳体为圆柱形，沿轴向设有若干贯通的交替孔；所述聚氨酯海绵的形状与所述交替孔相对应，恰好塞入所述交替孔内且不脱落；优选地，所述交替孔为4个，且均为半径相同的圆心角为90°的扇形。优选地，所述聚氨酯海绵的密度为20-30kg/m3，例如可以是21kg/m3、22kg/m3、23kg/m3、24kg/m3、25kg/m3、26kg/m3、27kg/m3、28kg/m3及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再列举，优选为24-28kg/m3；生物处理工艺被认为是去除磺胺类抗生素的一种既环保而且经济有效的处理方法，这也是传统物理和化学处理技术的有效替代方法，就处理抗生素废水而言，膜生物反应器系统(MBR)被认为优于常规活性污泥法。因为其能省去二沉池，节省成本，对微生物和各种致病菌具有高效截留作用，能阻止抗性基因的传播。此外，较长的固体停留时间和较小的絮凝尺寸可以有效提高MBR中的生物降解潜力和吸附能力。同时，吸附和生物降解是生物处理过程中废水中抗生素最主要的两种去除机制。此外，以前的研究表明，生物载体附着生长技术可以促进慢生长细菌的富集，能够进一步增强了MBR生物降解抗生素的潜力。生物载体附着生长技术可以在生物膜内实现不同的氧化还原条件，这可以形成复杂的微生物结构并能够提高MBR的处理性能的稳定性。因此，在本专利技术中，生物膜载体的密度包括聚氨酯海绵的密度和塑料壳体的密度，二者综合得出生物膜载体的密度，本专利技术中生物膜载体的密度与水密度更加接近，避免了传统聚氨酯海绵富集微生物后在低曝气量下容易沉积于反应器底部的弊端，本专利技术的生物膜载体能够更充分的在反应器内移动，传质效果好，有利于微生物对污染物的吸附和降解。另外，在本专利技术的生物膜载体表面挂膜后在在生物膜载体的内部形成厌氧条件，外部仍为好氧条件，有利于硝化菌和反硝化菌的富集，使得载体外部接触到氧气发生氨化及硝化反应，而内部缺少氧气而发生反硝化反应，使得总氮(TN)的去除率相对CSMBR提高了约7％。优选地，所述聚氨酯海绵的平均比表面积为0.5-1.0m2/g，若比表面积过高，则载体传质效果较差，若比较面积过低，则载体表面挂膜效果较差，例如可以是0.5m2/g、0.6m2/g、0.7m2/g、0.8m2/g、0.9m2/g、1.0m2/g及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再列举，优选为0.7-0.9m2/g；优选地，在所述聚氨酯海绵中，每平方英寸含60-100孔，若孔密度过高，则载体传质效果较差，若孔密度过低，则载体表面挂膜效果较差，例如可以是65孔、70孔、75孔、80孔、85孔、90孔、95孔、100孔及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再列举，优选为70-80孔。优选地，所述塑料壳体的密度为800-1000kg/m3，若壳体密度过高，则载体沉积在水底，不易随水流动，若壳体密度过低，则载体漂浮在水面，不易随水流动，例如可以是810kg/m3、820kg/m3、830kg/m3、840kg/m3、850kg/m3、860kg/m3、870kg/m3、880kg/m3、890kg/m3、900kg/m3、910kg/m3、920kg/m3、930kg/m3、940kg/m3、950kg/m3、960kg/m3、970kg/m3、980kg/m3、990kg/m3及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再列举，优选为900-1000kg/m3；优选地，所述塑料壳体的平均比表面积为400-600m2/m3，若壳体的平均比表面积过高或过低，则会导致载体传质效果较差，例如可以是410m2/m3、420m2/m3、430m2/m3、440m2/m3、450m2/m3、460m2/m3、470m2/m3、480m2/m3、490m2/m3、500m2/m3、510m2/m3、520m2/m3、530m2/m3、540m2/m3、550m2/m3、560m2/m3、570m2/m3、580m2/m3、590m2/m3、600m2/m3及所述范围内的所有取值，由于篇幅的限制不再列举，优选为450-550m2/m3；优选地，所述塑料壳体的孔隙率高于90％，优选为高于95％。聚氨酯海绵填料属于有机高分子填料，其多孔通透结构大大提高了产品比表面积，有利于微生物大量繁殖及微生物附着挂膜；塑料载体是最常用的生物载体具有比重接近于水，轻微搅拌下易于随水自由运动的特性；传质效果好，有利于微生物对污染物的吸附和降解；在生物膜载体的表面和内部可以分别形成好氧和厌氧条件，可在反应器中同时存在不同的氧化还原条件，丰富了微生物的多样性，有利于形成稳定的生态结构，从而提高对抗生素的去除性能。因此，为避免引入其它化学物质，本专利技术将塑料与聚氨酯海绵通过物理结合，形成一种海绵塑料生物载体，以提高传统的一体式好氧膜生物反应器系统(CSMBR)对抗生素的处理性能。第二方面，本专利技术提供一种好氧膜生物反应系统，所述好氧膜生物反应系统的生物膜载体为本专利技术第一方面所述的生物膜载体。优选地，所述好氧膜生物反应系统的工作体积为2-5L，若体积过小，则去除抗生素效果不佳，若体积过大，则成本过高，不易控制。例如可以是2L、2.5L、3L、3.5L、4L、4.5L、5L及所述范围内的所有取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物膜载体，其特征在于，所述生物膜载体包括塑料壳体和聚氨酯海绵，所述塑料壳体上设有若干贯通的交替孔，所述聚氨酯海绵固定在所述交替孔内。

【技术特征摘要】
1.一种生物膜载体，其特征在于，所述生物膜载体包括塑料壳体和聚氨酯海绵，所述塑料壳体上设有若干贯通的交替孔，所述聚氨酯海绵固定在所述交替孔内。2.根据权利要求1所述的生物膜载体，其特征在于，所述塑料壳体为圆柱形，沿轴向设有若干贯通的交替孔；所述聚氨酯海绵的形状与所述交替孔相对应，恰好塞入所述交替孔内且不脱落；优选地，所述交替孔为4个，且均为半径相同的圆心角为90°的扇形。3.根据权利要求1或2所述的生物膜载体，其特征在于，所述聚氨酯海绵的密度为20-30kg/m3，优选为24-28kg/m3；优选地，所述聚氨酯海绵的平均比表面积为0.5-1.0m2/g，优选为0.7-0.9m2/g；优选地，在所述聚氨酯海绵中，每平方英寸含60-100孔，优选为70-80孔。4.根据权利要求1-3中任一项所述的生物膜载体，其特征在于，所述塑料壳体的密度为800-1000kg/m3，优选为900-1000kg/m3；优选地，所述塑料壳体的平均比表面积为400-600m2/m3，优选为450-550m2/m3；优选地，所述塑...

【专利技术属性】
技术研发人员：于志浩，吴有豪，张新波，温海涛，祁丽，张丹，李超灿，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津,12