一种切削液废液好氧处理的挂膜方法及好氧反应器

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种切削液废液好氧处理的挂膜方法及好氧反应器。

背景技术

切削液废液本身具有化学需氧量COD浓度高，含油量高，可生化性差的特点，，金属加工制作工厂通常没有专门的处理切削液废液的设备及方法，一般委托专门的废液处理公司处理，但处理费用较高，一吨切削液废液的委外处理费用在5000-8000元。

切削液废液目前的处理工艺为：切削液废液稀释—厌氧处理—好氧处理—膜过滤—清水回用；对于好氧处理阶段，普遍采用活性污泥作为接种微生物进行挂膜处理，存在污泥产率高，浮泥多、耐受性差，填料容易堵塞，对氨氮NH3-N等污染物去除能力较弱等问题，导致经好氧处理后的废液经过后续处理，仍达不到回用标准。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种切削液废液好氧处理的挂膜方法及好氧反应器，该挂膜方法简单易操作，可直接在工厂中处理切削液废液，减少委外处理成本，同时对氨氮NH3-N等污染物去除能力较高。

本发明的第一方面提供了一种切削液废液好氧处理的挂膜方法，包括以下步骤：

1)将除油菌菌液和填料加入好氧反应器中，进行闷曝；

2)将切削液废液用水稀释成不同浓度的模拟废液，将模拟废液按照浓度由低到高分别引入所述好氧反应器中，曝气运行直至挂膜完成；

在所述曝气运行过程中，还包括步骤2.1)：向所述好氧反应器中添加除油菌菌液和营养液，进行闷曝；

所述切削液废液的COD为100000mg/L-150000mg/L，NH3-N为4000mg/L-5000mg/L，TP为100mg/L-200mg/L。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤1)中，所述填料为聚氨酯海绵填料，所述填料占所述好氧反应器有效体积的30％-50％。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤1)中，所述除油菌菌液占所述好氧反应器有效体积的1％-10％，所述除油菌菌液为经过活化扩培后的除油菌菌液。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述活化扩培的具体过程为：将菌种活化剂、除油菌和水按照质量比为1:(10-20):(100-120)进行混合，搅拌均匀后曝气1小时-3小时。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤1)和步骤2.1)中，所述闷曝均控制时间在1天-3天，所述闷曝均控制溶解氧DO在1mg/L-4mg/L。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤1)中，所述闷曝控制溶解氧DO在1mg/L-2mg/L。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤1)中，在所述闷曝过程中，所述好氧反应器中生化需氧量BOD<100mg/L时，补充葡萄糖做碳源。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤2.1)中，所述营养液的成分包括：D-葡萄糖30mg/L-50mg/L、KH

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤2.1)中，向所述好氧反应器中还添加絮凝剂和消泡剂。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述絮凝剂包括聚丙烯酰胺(PAM)、淀粉、氯化铁、胶体泥中的至少一种。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述消泡剂包括指聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅油、石灰中的至少一种。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤2.1)中，所述除油菌菌液为除油菌与水的混合物，按照所述好氧反应器的有效体积，所述除油菌的投加量为200-300g/m

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤2.1)的具体过程为：

1)停止曝气运行，将除油菌菌液、营养液和消泡剂加入好氧反应器中，搅拌后静置10-30min；

2)再将絮凝剂加入所述好氧反应器中，静置10-30min，调节pH控制在7-8；

3)进行闷曝，运行第一天溶解氧(DO)的质量浓度在开始时控制在1-2mg/L，运行1天后提高至2-4mg/L；运行过程所述好氧反应器中的BOD<100mg/L时，补充葡萄糖做碳源；控制所述好氧反应器中有机物的浓度比值为C：N：P＝(100-90):(5-3):1。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤2)中，所述模拟废液包括模拟废液1、模拟废液2和模拟废液3；所述模拟废液1中，所述切削液废液与水的稀释比为1:(90-110)；所述模拟废液2中，所述切削液废液与水的稀释比为1:(20-40)；所述模拟废液3中，所述切削液废液与水的稀释比为1:(8-12)。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤2)中，将所述模拟废液1引入所述好氧反应器中，曝气运行时间为6天-8天，水力停留时间为15小时-17小时。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤2)中，将所述模拟废液3引入所述好氧反应器中，曝气运行时间为10天-15天，水力停留时间为8小时-9小时。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤2)中，将所述模拟废液1引入所述好氧反应器中，曝气运行6天-8天，停止曝气运行，向所述好氧反应器中添加除油菌菌液和营养液，进行闷曝1天-3天，再将所述模拟废液2引入所述好氧反应器中，曝气运行1天-3天，然后将所述模拟废液3引入所述好氧反应器中，曝气运行10天-15天。

根据本发明所述挂膜方法的一些实施方式，所述步骤2)中，曝气运行过程，控制满足以下条件：溶解氧(DO)的质量浓度控制在1-4mg/L；温度控制在28-35℃；pH控制在7-8；盐度控制≤30000mg/L。

本发明的第二方面提供了一种实施本发明第一方面所述的挂膜方法的好氧反应器，包括：

反应器主体，设有出水口和进水口；

曝气装置，包括依次连接的曝气泵、曝气管和曝气盘，所述曝气盘设置在所述反应器主体的内部底部；

填料，设置在所述反应器主体的内部；

隔板，设置在所述反应器主体的内部，所述隔板位于所述填料的上方以及所述出水口的下方之间。

根据本发明所述好氧反应器的一些实施方式，还包括挡板，所述挡板设置在所述反应器主体的内部，所述挡板位于所述隔板的上方以及所述出水口的下方之间。

根据本发明所述好氧反应器的一些实施方式，所述隔板包括两个半圆形隔板，两个所述半圆形隔板铰接，所述半圆形隔板的表面设有提手。

根据本发明所述好氧反应器的一些实施方式，还包括盖板，所述盖板设置在所述反应器主体的顶部，所述盖板包括两个半圆形盖板，两个所述半圆形盖板铰接，其中一个所述半圆形盖板固定在所述反应器主体上。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

1)本发明的挂膜方法，直接利用除油菌菌液进行挂膜，形成优势除油菌，相比采用活性污泥进行挂膜，避免污泥产率高，浮泥多等问题，而且本发明挂膜方法简单易操作，可直接在工厂中处理切削液废液，减少委外处理成本；同时挂膜完成后对稀释的切削液废液中的化学需氧量COD的去除率为60％-70％、氨氮N3H-N的去除率为60％-70％、总磷TP的去除率为55％-70％。

2)本发明好氧处理的对象为切削液废液，切削液废液难生化去除且废液含油量高，本发明通过大量实验研究，确定按照废液浓度由低到高分别引入以及序批式投菌方式，从而保证微生物的正常生长。

3)本发明的好氧反应器，通过隔板阻挡填料，能够避免因填料堵塞出水口，出现溢水现象。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

图1是本发明的挂膜方法的流程示意图；

图2是本发明的好氧反应器的剖视图；

图3是本发明的好氧反应器的右视图；

图4是本发明的好氧反应器的主俯视图；

图5是本发明实施例1的好氧反应器在不同时间段的出水COD浓度及去除率变化图；

图6是本发明实施例1的好氧反应器在不同时间段的出水N3H-N浓度及去除率变化图；

图7是本发明实施例1的好氧反应器在不同时间段的出水TP浓度及去除率变化图。

图中，100-反应器主体，110-出水口，120-进水口，200-曝气泵，300-曝气盘，400-填料，500-隔板，510-提手，600-盖板，700-挡板。

具体实施方式

为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举如下实施例进行说明。需要指出的是，如下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1，本发明的一个方面提供了一种切削液废液好氧处理的挂膜方法，包括以下步骤：

1)将菌种活化剂、除油菌和水按照质量比为1:(10-20):(100-120)进行混合，搅拌均匀后曝气1小时-3小时，得到活化扩培后的除油菌菌液；在好氧反应器中加入占好氧反应器有效体积的30％-50％的聚氨酯海绵填料，注清水至刚没过聚氨酯海绵填料后，再加入占好氧反应器有效体积的1％-10％的活化扩培后的除油菌菌液，进行闷曝1天-3天；在闷曝过程中，控制溶解氧DO在1mg/L-2mg/L，生化需氧量BOD<100mg/L时，补充葡萄糖做碳源；闷曝过程溶解氧(DO)的质量浓度过大会导致挂膜效果变差；

2)将切削液废液用水稀释成不同浓度的模拟废液，浓度由低到高分别为模拟废液1、模拟废液2和模拟废液3，其中模拟废液1中的切削液废液与水的稀释比为1:(90-110)，模拟废液2中的切削液废液与水的稀释比为1:(20-40)，模拟废液3中的切削液废液与水的稀释比为1:(8-12)；将模拟废液1引入好氧反应器中，启动运行，好氧反应器的水力停留时间(HRT)为15小时-17小时，曝气运行6天-8天后，进行步骤2.1)的操作，再将模拟废液2引入好氧反应器中，曝气运行1天-3天，然后将模拟废液3引入好氧反应器中，曝气运行10天-15天，聚氨酯海绵填料的表面及内部形成黑色生物膜，OD600的值≥1，显微镜检显示海绵填料内生物膜厚度增加，生物膜填满海绵填料的孔隙，即为挂膜完成。

其中，切削液废液的化学需氧量COD为100000mg/L-150000mg/L，氨氮NH3-N为4000mg/L-5000mg/L，总磷TP为100mg/L-200mg/L。

在曝气运行过程中，步骤2.1)的具体过程为：

1)停止曝气运行，将除油菌菌液、营养液和消泡剂加入好氧反应器中，搅拌后静置10-30min；营养液的成分包括：D-葡萄糖30mg/L-50mg/L、KH

2)再将絮凝剂加入好氧反应器中，静置10-30min，调节pH控制在7-8；

3)进行闷曝，运行第一天溶解氧(DO)的质量浓度在开始时控制在1-2mg/L，运行1天后提高至2-4mg/L；运行过程好氧反应器中的BOD<100mg/L时，补充葡萄糖做碳源；控制好氧反应器中有机物的浓度比值为C：N：P＝(100-90):(5-3):1。

在本发明挂膜方法的一些实施例中，絮凝剂包括聚丙烯酰胺(PAM)、淀粉、氯化铁、胶体泥中的至少一种。适当添加了一定量的絮凝剂，强化挂膜效果。

在本发明挂膜方法的一些实施例中，消泡剂包括指聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅油、石灰中的至少一种。添加消泡剂，消除挂膜过程中产生的泡沫，在不添加消泡剂的情况下泡沫会逐渐增多，甚至布满水面。

在本发明挂膜方法的一些实施例中，步骤2)中，曝气运行过程，控制满足以下条件：溶解氧(DO)的质量浓度控制在1-4mg/L；温度控制在28-35℃；pH控制在7-8；盐度控制≤30000mg/L。

参照图2-图4，本发明的另一个方面提供了一种实施前述实施例的挂膜方法的好氧反应器，包括反应器主体100、曝气装置、聚氨酯海绵填料400和隔板500；其中，反应器主体100设有出水口110和进水口120，曝气装置包括依次连接的曝气泵200、曝气管和曝气盘300，曝气盘300设置在反应器主体100的内部底部，聚氨酯海绵填料400设置在反应器主体100的内部，隔板500设置在反应器主体100的内部，隔板500位于填料400的上方以及出水口110的下方之间。

可以理解的是，隔板500设有多个通孔，隔板500的尺寸略小于反应器主体100的内部尺寸，隔板500在聚氨酯海绵填料400吸水膨胀后，起压住填料400的作用，而不影响水的流动。

在本发明好氧反应器的一些实施例中，还包括挡板700，挡板700设置在反应器主体100的内部，挡板700位于隔板500的上方以及出水口110的下方之间。在出水口110的下方约20mm处位置设置挡板700，能够对隔板500进行限位，防止隔板500上浮高于出水口110，导致聚氨酯海绵填料400堵塞出水口110。

在本发明好氧反应器的一些实施例中，隔板500包括两个半圆形隔板500，两个半圆形隔板500铰接，半圆形隔板500的表面设有提手510。两个半圆形隔板500之间的间隔距离为16-20mm，通过提手510向上或向下翻折隔板500，将隔板500取出，方便后续更换聚氨酯海绵填料400。

可以理解的是，反应器主体100内还可设置水位报警器，发生溢水时可及时处理。

在本发明好氧反应器的一些实施例中，还包括盖板600，盖板600设置在反应器主体100的顶部，盖板600包括两个半圆形盖板600，两个半圆形盖板600铰接，其中一个半圆形盖板600固定在反应器主体100上。如此设计，方便观察好氧反应器内部的挂膜情况，以及更换聚氨酯海绵填料400。两个半圆形盖板600之间的间隔距离为16-20mm。

可以理解的是，铰接可以采用铰链进行连接。

在本发明好氧反应器的一些实施例中，曝气泵200设置在固定于反应器主体100上的半圆形盖板600上，曝气泵200的出口与曝气管的一端连接，曝气管的另一端与曝气盘300连接。

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。以下所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。

以下实施例中采用的除油菌购买自武汉水之国环保科技有限公司的BioPower500PLUS除油菌；菌种活化剂购买自武汉水之国环保科技有限公司的BioNutrition H1菌种活化剂。

实施例1

采用上述好氧反应器进行切削液废液好氧处理的挂膜方法，包括以下步骤：

1)将菌种活化剂、除油菌和水按照质量比为1:10:100进行混合，搅拌均匀后曝气2小时，得到活化扩培后的除油菌菌液；打开盖板600，在反应器主体100中加入占好氧反应器有效体积的30％的若干聚氨酯海绵填料400，放置隔板500压住聚氨酯海绵填料400，注清水至刚没过聚氨酯海绵填料400后，再加入占好氧反应器有效体积的1％的活化扩培后的除油菌菌液，开启曝气泵200，进行闷曝3天；其中，反应器主体100为内直径55cm，高度70cm的圆筒体，单个聚氨酯海绵填料400的规格为2×2×2cm；在闷曝过程中，控制溶解氧DO在1mg/L-2mg/L，生化需氧量BOD<100mg/L时，补充葡萄糖做碳源；

2)闷曝完成后，将流量为3mL/min的切削液废液和流量为300mL/min的水一起通过进水泵引入反应器主体100中，作为模拟废液1(即切削液废液与水的稀释比为1:100)，设置水力停留时间为16小时，连续曝气运行7天后，进行步骤2.1)的操作，再将流量为3mL/min的切削液废液和流量为90mL/min的水一起通过进水泵引入反应器主体100中，作为模拟废液2，开启曝气泵200，运行2天，然后将流量为3mL/min的切削液废液和流量为30mL/min的水一起通过进水泵引入反应器主体100中，作为模拟废液3，设置水力停留时间为9小时，持续曝气运行10天，挂膜完成。

其中，切削液废液的物理化学性质如下：化学需氧量COD为124160mg/L，氨氮NH3-N为4261mg/L，总磷TP为175mg/L，pH为7.2，密度为7.1233g/m

步骤2.1)的具体过程为：

1)关闭进水泵和曝气泵200，将除油菌菌液、营养液和PDMS消泡剂(浓度为1mL/L)加入反应器主体100中，搅拌后静置30min；营养液的成分包括：D-葡萄糖30mg/L、KH

2)再将PAM絮凝剂(浓度为0.2g/L)加入反应器主体100中，静置10min，调节pH控制在7-8；

3)开启曝气泵200进行闷曝，运行第一天溶解氧(DO)的质量浓度在开始时控制在1-2mg/L，运行1天后提高至2-4mg/L；运行过程好氧反应器中的BOD<100mg/L时，补充葡萄糖做碳源；控制好氧反应器中有机物的浓度比值约为C：N：P＝100:5:1。

在整个曝气运行阶段，溶解氧(DO)的质量浓度控制在1-4mg/L；温度控制在28-35℃；pH控制在7-8；盐度控制≤30000mg/L。

对实施例1的挂膜过程分析如下：

1、表观形貌

通过显微镜观察启动过程中聚氨酯海绵填料的表观形貌变化，可见好氧反应器启动5天，聚氨酯海绵填料的表面及内部形成透明淡黄色生物膜；好氧反应器启动12天，聚氨酯海绵填料的表面及内部仍透明，但黄色加深；好氧反应器启动15天，聚氨酯海绵填料的表面及内部形成黄褐色不透明生物膜；好氧反应器启动19天，聚氨酯海绵填料的表面及内部形成黑色生物膜，即为挂膜完成。

2、生物量测定结果

取出1个聚氨酯海绵填料，浸泡在超纯水中，洗去可逆附着成分后，在103 -105℃条件下烘干4h至质量恒定。将聚氨酯海绵填料置于0.1mol/L NaOH碱液中超声30min，机械剥离处理，用超纯水洗净再次烘干4h至质量恒定。通过2次质量差除以填料体积即为单个填料上的生物膜量。生物量测定结果为：好氧反应器启动5D后；实际生物量为0.010g/cm

3、细菌总数测定

好氧反应器启动19D后，OD600的值约为1，说明此时细菌总个数约为2×10

4、挂膜絮体镜检

取海绵内絮体镜检：(1)絮体紧实，不宜松散，絮体可聚集油滴，增大油滴粒径；(2)絮体内有原生动物，同时出现藻类。

切削液废液主要污染物去除试验如下：

实施例1好氧反应器挂膜完成后连续进模拟废液3，持续曝气运行，检测各污染物不同时间段的浓度变化和去除率，结果如图5-图7所示，图中的左侧纵坐标“effluent CODconcentration”、“effluent NH3-N concentration”、“effluent TP concentration”分别表示“流出物COD浓度”、“流出物NH3-N浓度”、“流出物TP浓度”；右侧纵坐标“removal rate”表示“去除率”。

从图5可以看出，曝气2-48h，出水COD的去除率在64％-69％范围内波动；

从图6可以看出，曝气2-48h，出水NH3-N的去除率在63％-70％范围内波动；

从图7可以看出，曝气2-48h，出水TP的去除率在56％-68％范围内波动。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，未将模拟废液按照浓度由低到高分别引入好氧反应器中，而是只引入单一浓度的模拟废液1，其他步骤，工艺参数，好氧反应器均与实施例1相同。

对比例1的好氧反应器同样启动19天后，聚氨酯海绵填料的表面及内部未能形成黑色生物膜，OD600的值为0.4，挂膜效果不佳。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。