CN104176819B - 一种原水生物预处理工艺的强化挂膜方法 - Google Patents

一种原水生物预处理工艺的强化挂膜方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种原水生物预处理工艺的强化挂膜方法。本发明通过接种地表水源地底泥或污染地表水（河水、湖库水）底泥，以由原水或原水生物预处理工艺出水为驯化基质，采用机械曝气或水力扰动的方式供氧，并提供生物膜形成所需的合适剪切条件。本发明的优点在于底泥和驯化基质均取自目标处理水质的寡营养生境，有利于功能微生物的富集培养和定殖。通过营养定向强化手段弥补了寡营养生境营养不足、微生物生长缓慢的缺点，加快了功能微生物的富集和生物膜的形成。通过适度曝气或水力扰动复氧并提供生物膜形成的剪切力，进一步加速生物膜形成，大大缩短原水生物膜预处理工艺的启动时间，提高工艺的运行性能。

Description

一种原水生物预处理工艺的强化挂膜方法
技术领域
本发明涉及一种原水生物膜预处理工艺的强化挂膜启动方法，属于原水生物预处理技术领域。
背景技术
城市化进程的加快，导致大量工业废水、城镇污水、农业径流排入江河湖海，导致环境水体水质日益恶化，尤其在我国东部沿海发达地区，水质恶化现象尤为严重，由此引起的饮用水安全问题受到广泛关注。据调查，我国饮用水源污染以氮素和有机物（难降解有机物、溶解性有机物和微污染物等）为主。传统的原水处理工艺包括混凝、沉淀、过滤及消毒，可去除水中颗粒物、微生物等，但不能有效去除有机物和氮素，此外化学法预处理原水易产生有毒副产物，二次污染易影响饮用水水质。而在普遍应用的氯化消毒工艺中铵盐能与氯发生反应产生消毒副产物(DBP)，破坏人类神经系统；有机物，特别是溶解性有机污染物（DOM）则被认为是DBP前体，在氯化消毒工艺中形成大量消毒副产物，如三卤代甲烷(THMs)等，具有致癌作用。
近年来，生物预处理工艺逐渐应用于原水有机污染物及氮素预处理，既减轻常规处理工艺负荷，又提高出水生物稳定性，具有运行成本低、二次污染少的优点。然而，污染原水属于寡营养水质，处理过程微生物生长受限、生物膜富集难，且对环境条件敏感，极大程度限制了原水生物预处理工艺的快速启动及稳定运行。
发明内容
鉴于此，本发明将原水生物膜预处理工艺的启动及运行分成两个不同的阶段，将生物膜工艺的启动作为一个独立的运行阶段。在营养强化及菌源强化等措施基础上，通过改善原水生物预处理工艺启动条件，加快功能微生物的生长和生物膜的形成，大大缩短原水生物膜预处理工艺的启动时间。
本发明的目的在于提供一种原水生物预处理工艺的强化挂膜方法。
一种原水生物预处理工艺的强化挂膜方法，包括以下步骤：
1）接种底泥，接种底泥量占反应器有效体积的3%-15%，底泥干重与反应器有效体积的比例为20-120g/L,干底泥中含有0.5-8.0g/L的挥发性有机物；
2）载体为弹性填料载体或悬浮填料，温度控制在18-30℃，以原水或生物预处理工艺出水为基质，适当增加营养元素，确保进水碳氮摩尔比控制在1.5-3.0，反应器适度机械曝气或水力扰动复氧，控制反应体系溶解氧（DO）大于等于6mg/L；
所述的底泥包括地表水源地底泥、污染的非水源地的底泥，或水岸非常年覆水区域具饱和含水量的泥土。
所述的弹性填料载体或悬浮球填料，比表面积为3-36m2/m3，载体实体积填充率为1-2.5%，堆积填充率为60-90%。
所述的机械曝气或水力扰动复氧，机械曝气强度使得反应器内DO浓度大于6mg/L，水力扰动复氧的水流速度为50-300L/h。
所述基质中添加一定比例的铵盐和小分子有机物，控制进水氨氮浓度为7-30mg/L，碳氮比为1.5-3.0；添加KH2PO4和NaHCO3分别为80-180和100-325mg/L，确保体系具有一定的缓冲能力，并提供微生物所需的磷及无机碳源；添加微量元素，以EDTA二钠2.0-3.0mmol/L络合为溶液，组分包括FeSO4·7H2O1.0-2.0mmol/L,H3BO32.0-5.0mmol/L,ZnSO4·7H2O0.17-0.36mmol/L,MnCl2·4H2O0.07-0.16mmol/L,CoCl2·6H2O0.4-0.9mmol/L,NiCl2·6H2O0.04-0.10mmol/L,和CuCl2·2H2O0.03-0.06mmol/L。
本发明的有益效果：底泥和驯化基质均取自目标处理水质的寡营养生境，有利于功能微生物的富集培养和定殖。通过营养定向强化手段弥补了寡营养生境营养不足、微生物生长缓慢的缺点，加快了功能微生物的富集和生物膜的形成。通过适度曝气或水力扰动复氧并提供生物膜形成的剪切力，进一步加速生物膜形成，大大缩短原水生物膜预处理工艺的启动时间，提高工艺的运行性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此.
实施例1
采用有效体积为15.0L的柱状生物膜反应器。接种微污染河水底泥，接种底泥占反应器有效体积10%，底泥干重与反应器有效体积的比例为68.5g/L,对应的底泥挥发性有机物含量为1.73g/L。弹性填料载体实体积填充率为1.14%，比表面积为18m2/m3，控制温度为25℃，高曝气强度，反应器内部溶解氧浓度饱和（≧9mg/L）。
以微污染河水为进水基底，添加(NH4)2SO4（28mgN/L）和乙醇（42mgC/L），为确保体系具有一定的缓冲能力，并提供微生物所需的磷及无机碳源添加KH2PO4和NaHCO3，其浓度分别为150和325mg/L，。微量元素以EDTA二钠(2.5mmol/L)络合为溶液，组分包括FeSO4·7H2O(2.0mmol/L),H3BO3(4.8mmol/L),ZnSO4·7H2O(0.35mmol/L),MnCl2·4H2O(0.15mmol/L),CoCl2·6H2O(0.8mmol/L),NiCl2·6H2O(0.08mmol/L),andCuCl2·2H2O(0.06mmol/L)。
以批次进水方式运行，经过18天的运行，氨氮氧化速率由2.87mgL-1d-1提高到6.27mgL-1d-1。生物膜分析显示Shannon生物多样性指数为3.31，生物膜中以DOC表示的生物量为0.47mg/g载体。而对照反应器（未进行营养强化及底泥添加，其余条件相同），经过30天的运行其氨氮氧化速率仅为0.55mgL-1d-1，是强化反应器的8.2%，其生物多样性指数Shannon指数为2.59，生物膜量为0.09mgDOC/g载体。在后续实际原水处理过程中，对照反应器氨氮去除速率只有0.19mgL-1d-1，而使用专利所述强化方法获得的氨氮去除速率提高至对照组的4.3倍。
实施例2
采用有效体积为15.0L的柱状生物膜反应器。进水组成、载体填料同实施例1，以水力搅拌复氧供氧并提供生物膜形成所需的剪切力，水流速度为202L/h,反应器内部溶解氧浓度为6-8mg/L。经过18天的运行，氨氮氧化速率由0.74mgL-1d-1提高到4.69mgL-1d-1，是同期对照反应器（未进行营养强化及底泥添加，其余条件相同）氨氮氧化活性的8.5倍，其生物膜中以DOC表征的生物量含量增至0.36mg/g载体，是对照反应器的4倍。在后续实际原水处理过程中，试验反应器的氨氮去除速率是对照反应器的4.8倍。
实施例3
采用有效体积为15.0L的柱状生物膜反应器。载体填料、曝气方式同实施例1。进水基底采用成熟原水生物膜预处理工艺出水，其余组分同实施例1。经过18天的运行，氨氮氧化速率由1.21mgL-1d-1提高到5.97mgL-1d-1，是同期对照反应器（未进行营养强化及底泥添加，其余条件相同）氨氮氧化活性的10.9倍。生物膜中Shannon生物多样性指数为2.87，明显高于对照反应器，且生物膜中以DOC表征的生物量上升到了0.52mg/g载体，是对照反应器的5.8倍。在后续实际原水处理过程中，试验反应器的氨氮去除速率是对照反应器的5.3倍。

Claims (4)

1.一种原水生物预处理工艺的强化挂膜方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）接种底泥，接种底泥量占反应器有效体积的3%-15%，底泥干重与反应器有效体积的比例为20-120g/L,干底泥中含有0.5-8.0g/L的挥发性有机物；
2）载体为弹性填料载体或悬浮填料，温度控制在18-30℃，以原水或生物预处理工艺出水为基质，适当增加营养元素，确保进水碳氮摩尔比控制在1.5-3.0，反应器适度机械曝气或水力扰动复氧，控制反应体系溶解氧（DO）大于等于6mg/L；
所述的底泥包括地表水源地底泥、污染的非水源地的底泥，或水岸非常年覆水区域具饱和含水量的泥土。
2.如权利要求1所述的强化挂膜方法，其特征在于，所述的弹性填料载体或悬浮球填料，比表面积为3-36m2/m3，载体实体积填充率为1-2.5%，堆积填充率为60-90%。
3.如权利要求1所述的强化挂膜方法，其特征在于，所述的机械曝气或水力扰动复氧，机械曝气强度使得反应器内DO浓度大于6mg/L，水力扰动复氧的水流速度为50-300L/h。
4.如权利要求1所述的强化挂膜方法，其特征在于，所用基质中添加一定比例的铵盐和小分子有机物，控制进水氨氮浓度为7-30mg/L，碳氮比为1.5-3.0；添加KH2PO4和NaHCO3分别为80-180和100-325mg/L；添加微量元素，以EDTA二钠2.0-3.0mmol/L络合为溶液，组分包括FeSO4·7H2O1.0-2.0mmol/L,H3BO32.0-5.0mmol/L,ZnSO4·7H2O0.17-0.36mmol/L,MnCl2·4H2O0.07-0.16mmol/L,CoCl2·6H2O0.4-0.9mmol/L,NiCl2·6H2O0.04-0.10mmol/L,和CuCl2·2H2O0.03-0.06mmol/L。
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