CN104556349A - 一种外源植物营养强化原水生物预处理工艺 - Google Patents

一种外源植物营养强化原水生物预处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种外源植物营养强化原水生物预处理工艺，1)原水生物预处理反应器池接种水源地水体底泥；2)悬挂或堆积反应器载体，常温运行并水力搅拌；3)制备并添加外源植物营养消化液以强化反应器的运行性能。本发明提供的外源植物营养强化原水生物预处理工艺，基于异养反硝化特征，在原水生物膜预处理工艺中进行菌源及微生物营养强化，通过改善原水生物预处理工艺运行条件，加快功能微生物的生长和生物膜的形成，强化工艺的脱氮性能。

Description

一种外源植物营养强化原水生物预处理工艺
技术领域
本发明涉及一种受污染原水生物预处理工艺。
背景技术
由于我国城镇工业废水、生活污水、农业化肥及畜禽污粪等污染加剧，导致城镇饮用水水源普遍受到氮素污染。氮素不仅易造成水体恶臭和富营养化，达到一定浓度亦会引起生物高铁血红蛋白血症及增加胃癌等风险。为此，近年来环境水体脱氮工艺研究备受关注。生物膜法因其具有生物群落丰富、水生生态友好、运行成本低、性能稳定等特点，在污(废)水处理与环境水体原位修复方面得到大量应用。
目前，针对环境水体生物膜脱氮方法主要包括自养反硝化和异养反硝化。其中，自养反硝化法以硫或氢气作为电子供体实现脱氮，此法多应用于地下水硝酸盐的原位去除，存在启动周期长、出水硫酸盐及氨氮超标等问题，此法不适于与原水的生物预处理。而自养反硝化需要大量的有机物作为电子供体。然而，对于微生物而言，污染原水属于寡营养水质，有机物缺乏，这极大限度的限制了微生物的生长、繁殖，不利于生物膜的形成和富集，更不利于原水生物预处理工艺的快速启动及稳定运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种可加快功能微生物的生长和生物膜的形成，强化工艺的脱氮性能的外源植物营养强化原水生物预处理工艺；
本发明的另一个目的是提供一种用于上述原水生物预处理的外源植物营养消化液的制备工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：
一种外源植物营养强化原水生物预处理工艺，包括以下步骤：
1)原水生物预处理反应器池接种水源地水体底泥；
2)悬挂或堆积反应器载体，常温运行并水力搅拌；
3)制备并添加外源植物营养消化液以强化反应器的运行性能。
优选的，所述步骤1)中，所述水源地底泥为地表水源地底泥且常年淹没于水体之下的底泥，接种底泥干重为0.1-0.4kg/L反应器载体填充体积。
优选的，所述步骤1)中，所述水源地底泥为地表水源地底泥且常年淹没于水体之下的底泥。进一步优选的，所述水源地底泥为距离水面深度为0.1-1.5m底泥。优选深度0.4m的底泥，效果更佳。
优选的，本发明申请中，所述的弹性填料载体采用纤维状弹性填料。进一步优选的，所述弹性填料载体的比表面积大于5m2/m3、实体积填充率为2-4％，优选实体积填充率为2.18％。
优选的，所述步骤2)中，所述的水力搅拌装置为潜水泵，置于反应器底部，水力扰动复氧的水流速度为5-300L/h，优选150L/h。
优选的，所述步骤3)中，所添加的外源植物营养消化液为干枯的芦苇、米糠、海草、树叶或麦秆的消化液。
进一步优选的，所添加的外源植物营养消化液按如下方法制得：
将干枯的芦苇、米糠、海草、树叶或麦秆洗净烘干后采用粉碎机制成粉末状，加水置于高压锅中，120℃下加热0.5-1h，过滤得有机碳TOC浓度为200-1000mg/L的营养液；添加于生物预处理反应器中，使得进水C/N比浓度为2.0-4.7:1。
作为独立的技术方案，本发明还提供了一种用于原水生物预处理的外源植物营养消化液的制备工艺：将干枯的芦苇、米糠、海草、树叶或麦秆洗净烘干后采用粉碎机制成粉末状，加水置于高压锅中，120℃下加热0.5-1h，过滤得有机碳TOC浓度为200-1000mg/L的营养液；添加于生物预处理反应器中，使得进水C/N比浓度为2.0-4.7:1。
本发明的有益效果：
本发明提供的外源植物营养强化原水生物预处理工艺，基于异养反硝化特征，在原水生物膜预处理工艺中进行菌源及微生物营养强化，通过改善原水生物预处理工艺运行条件，加快功能微生物的生长和生物膜的形成，强化工艺的脱氮性能。通过外源植物营养的添加弥补了异样反硝化电子供体的不足，加快微生物的生长，促进功能微生物的富集和生物膜的形成。消化液的制备能够有效控制添加的C/N比例，避免自然腐化有机物释放过程的不可控。通过适度水力搅动，提供生物膜形成的剪切力，并加快营养消化液混合的同时减少传质阻力。
本发明提供的用于原水生物预处理的外源植物营养消化液的制备工艺，给底泥提供寡营养条件下的菌源，有利于且适宜于寡营养条件的功能微生物富集；本工艺源料廉价易得，能够有效节约运行成本。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
采用12cm×12cm×30cm的序批式生物膜反应器，接种微污染河水底泥，接种底泥取自嘉兴地区水源地0.4m水深底泥，接种干重为0.1kg/L反应器载体填充体积，悬挂弹性填料载体，实体积填充率为2.18％，比表面积为18m2/m3。
在反应器底部潜水泵，水力扰动复氧的水流速度为150L/h。所添加的外源植物为干枯的芦苇消化液。消化液制备方法为：将洗净烘干后采用粉碎机制成粉末状，加水置于高压锅中120℃，加热提取1h，制得有机碳(TOC)浓度为315mg/L的的营养液；冷却添加与反应器中，使得进水C/N比为2.2。随着反应的运行，反应器总氮平均去除率分别为48.2％，而对照组只有18.7％，反应器脱氮效率提高了2.6倍，而生物多样性指数由对照组的1.87提高到了2.40。
实施例2：
运行条件同实施例1。水C/N比为3.2。随着反应的运行，反应器总氮平均去除率分别为58.7％，而对照组只有18.7％，反应器脱氮效率提高了3.14倍，而生物多样性指数由对照组的1.87提高到了2.86。
实施例3：
运行条件同实施例1。水C/N比为4.2。随着反应的运行，反应器总氮平均去除率分别为85.0％，而对照组只有18.7％，反应器脱氮效率提高到4.5倍，而生物多样性指数由对照组的1.87提高到了2.88。
实施例4：
采用12cm×12cm×30cm的序批式生物膜反应器，接种微污染河水底泥，接种底泥取自嘉兴地区水源地0.1m水深底泥，接种干重为0.4kg/L反应器载体填充体积，悬挂弹性填料载体，实体积填充率为2％，比表面积为7m2/m3。
在反应器底部潜水泵，水力扰动复氧的水流速度为5L/h。所添加的外源植物为干枯的海草消化液。消化液制备方法为：将洗净烘干后采用粉碎机制成粉末状，加水置于高压锅中120℃，加热提取1h，制得有机碳(TOC)浓度为200mg/L的的营养液；冷却添加与反应器中，使得进水C/N比为4.7。随着反应的运行，反应器总氮平均去除率分别为86.4％，而对照组只有18.7％，反应器脱氮效率提高了4.6倍，而生物多样性指数由对照组的1.87提高到了2.90。
实施例5：
采用12cm×12cm×30cm的序批式生物膜反应器，接种微污染河水底泥，接种底泥取自嘉兴地区水源地1.5m水深底泥，接种干重为0.1kg/L反应器载体填充体积，堆积弹性填料载体，实体积填充率为4％，比表面积为9m2/m3。
在反应器底部潜水泵，水力扰动复氧的水流速度为300L/h。所添加的外源植物为干枯的芦苇消化液。消化液制备方法为：将洗净烘干后采用粉碎机制成粉末状，加水置于高压锅中120℃，加热提取0.5h，制得有机碳(TOC)浓度为1000mg/L的的营养液；冷却添加与反应器中，使得进水C/N比为2.0。随着反应的运行，反应器总氮平均去除率分别为87.2％，而对照组只有18.7％，反应器脱氮效率提高了4.7倍，而生物多样性指数由对照组的1.87提高到了2.67。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种外源植物营养强化原水生物预处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1)原水生物预处理反应器池接种水源地水体底泥；
2)悬挂或堆积反应器载体，常温运行并水力搅拌；
3)制备并添加外源植物营养消化液以强化反应器的运行性能。
2.根据权利要求1所述的外源植物营养强化原水生物预处理工艺，其特征在于：所述步骤1)中，所述水源地底泥为地表水源地底泥且常年淹没于水体之下的底泥，接种底泥干重为0.1-0.4kg/L反应器载体填充体积。
3.根据权利要求2所述的外源植物营养强化原水生物预处理工艺，其特征在于：所述水源地底泥采用距离水面深度为0.1-1.5m的底泥，优选深度0.4m的底泥。
4.根据权利要求1所述的外源植物营养强化原水生物预处理工艺，其特征在于：所述的反应器载体采用纤维状弹性填料。
5.根据权利要求4所述的外源植物营养强化原水生物预处理工艺，其特征在于：所述弹性填料载体的比表面积大于5m2/m3、实体积填充率为2-4％，优选实体积填充率为2.18％。
6.根据权利要求1所述的外源植物营养强化原水生物预处理工艺，其特征在于：所述步骤2)中，所述的水力搅拌装置为潜水泵，置于反应器底部，水力扰动复氧的水流速度为5-300L/h，优选150L/h。
7.根据权利要求1所述的外源植物营养强化原水生物预处理工艺，其特征在于：所述步骤3)中，所添加的外源植物营养消化液为干枯的芦苇、米糠、海草、树叶或麦秆的消化液。
8.根据权利要求7所述的外源植物营养强化原水生物预处理工艺，其特征在于：所添加的外源植物营养消化液按如下方法制得：
将干枯的芦苇、米糠、海草、树叶或麦秆洗净烘干后采用粉碎机制成粉末状，加水置于高压锅中，120℃下加热0.5-1h，过滤得有机碳TOC浓度为200-1000mg/L的营养液；添加于生物预处理反应器中，使得进水C/N比浓度为2.0-4.7:1。
9.一种用于原水生物预处理的外源植物营养消化液的制备工艺，其特征在于：将干枯的芦苇、米糠、海草、树叶或麦秆洗净烘干后采用粉碎机制成粉末状，加水置于高压锅中，120℃下加热0.5-1h，过滤得有机碳TOC浓度为200-1000mg/L的营养液；添加于生物预处理反应器中，使得进水C/N比浓度为2.0-4.7:1。
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