CN104192988A - 一种同时去除水中硝酸盐和阿特拉津的反应器及方法 - Google Patents

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黄少斌
王新胜
张永清
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Abstract

本发明属于环境保护水处理技术领域，特别涉及一种同时去除水中硝酸盐和阿特拉津的反应器及方法，该反应器包括配水系统、曝气系统和生物过滤器，所述配水系统和曝气系统均与生物过滤器的底部连通，生物过滤器内填充水不溶解性的可降解淀粉基颗粒，淀粉基颗粒的粒径大小为0.2-0.5cm。本发明的方法以淀粉基颗粒同时作为好氧反硝化微生物的碳源和生物膜载体，在好氧反硝化脱氮的同时，依靠固体碳源的吸附作用以及生物膜中微生物的降解作用，实现对阿特拉津的去除，对上述两种污染物均保持较好的去除效果。

Description

一种同时去除水中硝酸盐和阿特拉津的反应器及方法
技术领域
本发明属于环境保护水处理技术领域，具体涉及一种利用固体碳源在好氧条件下同时去除水中硝酸盐与阿特拉津的反应器及方法。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展和人口数量的稳步增加，我国水资源环境形势日益严峻，面临着水质和水量的双重危机，其中水质危机更加严重，加剧了水资源的短缺。为了保持农作物产量，我国在农业生产中长期存在着过量使用化肥和农药的情况，由此导致的污染问题不可忽视，农业面源污染问题已经成为影响我国环境、经济和社会可持续发展的重大威胁。在以农业为主的地区，地下水和地表水面临着过量营养元素和有机物的双重威胁，硝酸盐和阿特拉津作为最具代表性的两种污染物，经常在饮用水体中被同时检出。
我国最新颁布施行的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)将硝酸盐的浓度限值由原来的20mg/L调整为10mg/L，同时毒理指标中的有机化合物由5项增至53项，其中就包括了阿特拉津、草甘膦、敌敌畏等农药指标，但是目前我国对污染地下水及地表水的农药品种、性质和范围的检测与调查工作刚刚起步，相应的污染控制及防治措施还没有完全建立起来。
目前针对水中硝酸盐的修复技术主要有物理化学、化学及生物处理技术。
生物处理技术是利用反硝化细菌将硝酸盐降解为氮气的生物过程，根据微生物所需碳源的不同，可以分为自养型生物脱氮和异养型生物脱氮；根据修复地点的不同，又可分为原位生物脱氮和异位生物脱氮。从彻底消除硝酸盐污染和治理成本两方面看，生物处理技术都是最具实用性的方法。碳源是异养好氧反硝化的核心基质，液体碳源在投加过程中存在着难于控制的问题，无法适应进水水质波动，易出现投加不足或者过量的情况，导致出水水质恶化。固体碳源因其相较于液体碳源的独特优势，近年来已有较多的应用。固体碳源不仅能为反硝化菌群的生长提供营养物质，同时又可充当反硝化细菌的生长载体，系统易于调控，运行稳定。而且固体碳源还表现出一定的吸附性，可通过吸附作用去除水中的有机物。
我国目前城市给水处理的常规工艺流程为混凝-沉淀-过滤-消毒。科学研究和实际生产表明，传统处理流程对水中有机物的去除效果较差，去除率仅为20％-30％，已不能满足饮用水的水质标准。针对目前水体中日益严重的阿特拉津残留，需要开发新的处理工艺。目前研究较多的方法主要有微生物降解、吸附、高级氧化、光催化和植物修复等。单纯的生物降价途径不仅效率低，而且速度较慢，而其他的物理化学方法成本偏高，易生成有毒副产物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时去除水体中硝酸盐和阿特拉津的反应器。
本发明的目的还在于提供一种利用固体碳源在好氧条件下同时去除水中硝酸盐和阿特拉津的方法。
一种同时去除水中硝酸盐和阿特拉津的反应器，其特征在于，该反应器由配水系统、曝气系统、生物过滤器，所述配水系统和曝气系统均与生物过滤器的底部连通，生物过滤器内填充水不溶解性的可生物降解的淀粉基颗粒，淀粉基颗粒的粒径大小为0.2-0.5cm，作为生物膜载体和微生物碳源。反应器在好氧条件下运行，通过曝气系统控制水水中溶解氧浓度。
所述淀粉基颗粒的填充高度为生物过滤器有效高度的1/3～2/3。
所述淀粉基颗粒的填充高度为生物过滤器有效高度的1/2。
所述生物过滤器内设有淀粉基颗粒承托层。
所述淀粉基颗粒是由交联淀粉、PCL(聚己内酸脂)和PBS(聚丁二酸丁二醇酯)组成的混合物。
按质量份计，淀粉基颗粒由交联淀粉50-60％，PBS20-30％和PCL20-30％组成。
一种利用上述反应器同时去除水中硝酸盐和阿特拉津的方法，包括以下步骤：
(1)开启配水系统，升流式进水，将好氧反硝化菌菌液加入到原水中，采取间歇进水焖曝和连续进水驯化富集微生物，驯化温度为30℃，溶解氧浓度为2-4mg/L，待出水中硝酸盐浓度趋于稳定状态时，驯化结束；
(2)开始反应器的连续运行，运行温度为30℃，溶解氧浓度为2-4mg/L，将含有硝酸盐和阿特拉津的原水从配水系统通过蠕动泵进入生物过滤器，通过蠕动泵调节进水流速，保证水力停留时间至少为2h。
所述水力停留时间为4-12h。
本发明的有益效果：鉴于硝酸盐和阿特拉津的危害性和污染普遍性，开发同步去除这两种污染物的技术具有十分积极的意义。目前同步去除硝酸盐和阿特拉津的技术多属于纯种分离培养的微生物，但在自然状态下难以保证成为优势菌种，阿特拉津的去除效率迅速下降。利用淀粉基颗粒为反硝化微生物提供碳源和生物膜载体，在反硝化的同时吸附水中的阿特拉津，对两种污染物均保持较好的去除效果。吸附至载体碳源表面的阿特拉津，在微生物的作用下，可通过微生物的共代谢作用去除，与单一的吸附或微生物降解相比，这种技术带来的双重作用可获得更高的阿特拉津去除效率。
附图说明
图1为本发明反应器的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例均采用如图1所示的反应器，该反应器由配水系统、曝气系统、生物滤池及动力系统组成，内填充可降解淀粉基颗粒，粒径大小为0.2-0.5cm，反应器在好氧条件下运行。
实施例1
一种同时去除水中硝酸盐和阿特拉津的反应器，由配水系统、曝气系统、生物过滤器1，所述配水系统和曝气系统均与生物过滤器的底部连通，生物过滤器内设有淀粉基颗粒承托层2。生物过滤器内填充可降解淀粉基颗粒，粒径大小为0.2-0.5cm，作为生物膜载体和微生物碳源，淀粉基颗粒由承托层2支撑，其填充高度为生物过滤器有效高度的1/2。反应器在好氧条件下运行，通过曝气系统控制水水中溶解氧浓度。
被处理原水为实验室配水，加入KNO3和NaH2PO4，使NO3--N和P的浓度分别为50mg/L和10mg/L，加入阿特拉津使其浓度为1mg/L。按照如下步骤进行脱氮和去除阿特拉津处理：
(1)反应器的启动
将淀粉基颗粒(购自广东上九生物降解塑料有限公司，产品型号为BOR-Q-805F.)填充于反应器生物过滤系统中，填充高度为反应器有效高度的二分之一，升流式进水，取好氧反硝化菌(来自于燃煤电厂生物滴虑脱硝系统的生物膜)菌液加入到原水中。采取间歇进水焖曝和连续进水驯化富集微生物。驯化温度为30℃，溶解氧浓度为2mg/L。待出水中硝酸盐浓度趋于稳定状态时，驯化结束。
(2)好氧反硝化脱氮同时去除阿特拉津
成功挂膜结束驯化后，开始反应器的连续运行，运行温度为30℃，溶解氧浓度为2mg/L，含有硝酸盐和阿特拉津的原水从配水系统通过蠕动泵进入反应器，通过蠕动泵调节进水流速，水力停留时间为6h，定期检测出水中的硝酸盐和阿特拉津浓度。处理前后水质如表1所示。
表1 实施例1处理前后的水质
实施例2
被处理原水为实验室配水，加入KNO3和NaH2PO4，使NO3--N和P的浓度分别为50mg/L和10mg/L，加入阿特拉津使其浓度为1mg/L。按照如下步骤进行脱氮和去除阿特拉津处理：
(1)反应器的启动
将淀粉基颗粒填充于反应器生物过滤系统中，填充高度为反应器有效高度的二分之一，升流式进水，取好氧反硝化菌菌液加入到原水中。采取间歇进水焖曝和连续进水驯化富集微生物。驯化温度为30℃，溶解氧浓度为2mg/L。待出水中硝酸盐浓度趋于稳定状态时，驯化结束。
(2)好氧反硝化脱氮同时去除阿特拉津
成功挂膜结束驯化后，开始反应器的连续运行，运行温度为30℃，溶解氧浓度为2mg/L，含有硝酸盐和阿特拉津的原水从配水系统通过蠕动泵进入反应器，通过蠕动泵调节进水流速，水力停留时间为12h，定期检测出水中的硝酸盐和阿特拉津浓度。处理前后水质如表2所示。
表2 实施例2处理前后的水质
实施例3
被处理原水为实验室配水，加入KNO3和NaH2PO4，使NO3--N和P的浓度分别为100mg/L和20mg/L，加入阿特拉津使其浓度为0.1mg/L。按照如下步骤进行脱氮和去除阿特拉津处理：
(1)反应器的启动
将淀粉基颗粒填充于反应器生物过滤系统中，填充高度为反应器有效高度的二分之一，升流式进水，取好氧反硝化菌菌液加入到原水中。采取间歇进水焖曝和连续进水驯化富集微生物。驯化温度为30℃，溶解氧浓度为2mg/L。待出水中硝酸盐浓度趋于稳定状态时，驯化结束。
(2)好氧反硝化脱氮同时去除阿特拉津
成功挂膜结束驯化后，开始反应器的连续运行，运行温度为30℃，溶解氧浓度为2mg/L，含有硝酸盐和阿特拉津的原水从配水系统通过蠕动泵进入反应器，通过蠕动泵调节进水流速，水力停留时间为4h，定期检测出水中的硝酸盐和阿特拉津浓度。处理前后水质如表3所示。
表3 实施例3处理前后的水质
实施例4
被处理原水为实验室配水，加入KNO3和NaH2PO4，使NO3--N和P的浓度分别为100mg/L和20mg/L，加入阿特拉津使其浓度为0.1mg/L。按照如下步骤进行脱氮和去除阿特拉津处理：
(1)反应器的启动
将淀粉基颗粒填充于反应器生物过滤系统中，填充高度为反应器有效高度的二分之一，升流式进水，取好氧反硝化菌菌液加入到原水中。采取间歇进水焖曝和连续进水驯化富集微生物。驯化温度为30℃，溶解氧浓度为2mg/L。待出水中硝酸盐浓度趋于稳定状态时，驯化结束。
(2)好氧反硝化脱氮同时去除阿特拉津
成功挂膜结束驯化后，开始反应器的连续运行，运行温度为30℃，溶解氧浓度为2mg/L，含有硝酸盐和阿特拉津的原水从配水系统通过蠕动泵进入反应器，通过蠕动泵调节进水流速，水力停留时间为10h，定期检测出水中的硝酸盐和阿特拉津浓度。处理前后水质如表4所示。
表4 实施例4处理前后的水质
实施例5
被处理原水为实验室配水，加入KNO3和NaH2PO4，使NO3--N和P的浓度分别为100mg/L和20mg/L，加入阿特拉津使其浓度为0.1mg/L。按照如下步骤进行脱氮和去除阿特拉津处理：
(1)反应器的启动
将淀粉基颗粒填充于反应器生物过滤系统中，填充高度为反应器有效高度的二分之一，升流式进水，取好氧反硝化菌菌液加入到原水中。采取间歇进水焖曝和连续进水驯化富集微生物。驯化温度为30℃，溶解氧浓度为4mg/L。待出水中硝酸盐浓度趋于稳定状态时，驯化结束。
(2)好氧反硝化脱氮同时去除阿特拉津
成功挂膜结束驯化后，开始反应器的连续运行，运行温度为30℃，溶解氧浓度为4mg/L，含有硝酸盐和阿特拉津的原水从配水系统通过蠕动泵进入反应器，通过蠕动泵调节进水流速，水力停留时间为10h，定期检测出水中的硝酸盐和阿特拉津浓度。处理前后水质如表5所示。
表5 实施例5处理前后的水质

Claims (8)

1.一种同时去除水中硝酸盐和阿特拉津的反应器，其特征在于，该反应器包括配水系统、曝气系统和生物过滤器，所述配水系统和曝气系统均与生物过滤器的底部连通，生物过滤器内填充水不溶解性的可生物降解的淀粉基颗粒，淀粉基颗粒的粒径大小为0.2-0.5cm。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述淀粉基颗粒的填充高度为生物过滤器有效高度的1/3～2/3。
3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述淀粉基颗粒的填充高度为生物过滤器有效高度的1/2。
4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述生物过滤器内设有淀粉基颗粒承托层。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的反应器，其特征在于，所述淀粉基颗粒是由交联淀粉、聚己内酸脂和聚丁二酸丁二醇酯组成的混合物。
6.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，按质量份计，所述淀粉基颗粒由交联淀粉50-60％，PBS20-30％和PCL20-30％组成。
7.一种利用权利要求1～6任意一项所述反应器同时去除水中硝酸盐和阿特拉津的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)开启配水系统，升流式进水，将好氧反硝化菌菌液加入到原水中，采取间歇进水焖曝和连续进水驯化富集微生物，驯化温度为30℃，溶解氧浓度为2-4mg/L，待出水中硝酸盐浓度趋于稳定状态时，驯化结束；
(2)开始反应器的连续运行，运行温度为30℃，溶解氧浓度为2-4mg/L，将含有硝酸盐和阿特拉津的原水从配水系统通过蠕动泵进入生物过滤器，通过蠕动泵调节进水流速，水力停留时间至少为2h。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水力停留时间为4-12h。
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