CN105198169A

CN105198169A - 一种应用复合填料层自养脱氮微生物系统同时去除总氮与抗炎药的方法

Info

Publication number: CN105198169A
Application number: CN201510701542.6A
Authority: CN
Inventors: 钟玉鸣; 杜娟; 许玫英; 孙国萍; 郭俊
Original assignee: Guangdong Institute of Microbiology
Current assignee: Institute of Microbiology of Guangdong Academy of Sciences
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2035-10-22
Also published as: CN105198169B

Abstract

本发明公开了一种应用复合填料层自养脱氮微生物系统同时去除总氮与抗炎药的方法。本发明提供了一种直接适用于小区或农村污水预处理，既能去除醋氨酚又能同步脱除总氮、氨氮的新型节能环保的应用复合填料层自养脱氮微生物系统同时去除总氮与抗炎药的方法，不仅有利于缓解改善无法截污的城镇水污染现状，也有助于提高水环境的安全，对未来3-5年分散式水处理技术的发展具有重要的意义。

Description

一种应用复合填料层自养脱氮微生物系统同时去除总氮与抗炎药的方法

技术领域：

本发明属于水处理与环保技术领域，具体涉及一种应用复合填料层自养脱氮微生物系统同时去除总氮与抗炎药的方法。

背景技术：

目前、我国的水环境污染问题日益严重，氨氮、总氮，有机物与新型毒害性污染物层出不穷。新型毒害性污染物、氨氮乃至总氮污染共存所带来的污染的问题开始显现。在国家新的“水十条”中对沿海地级及以上城市实施总氮排放总量控制要求，使得对水处理的要求提升了一个更高的格次。氨氮污染的危害一直以来备受关注。对于占水体水体总氮60％以上的污染物-氨氮而言，来源于各类含氮污染物的降解过程。一般而言，氨氮仅在氨氧化微生物的作用下发生转化，其转化时间与溶解氧浓度相关，其累积往往在污染水体造成进一步的缺氧，缺氧有进一步导致氨氮的累积。此外，氨氮是水体中的营养素，可导致水体富营养化，同时对鱼类及许多水生生物均有毒害性。因此，人们针对氨氮污染的治理进行了广泛的研究。

而另一大类新型毒害性污染物如非甾体类消炎镇痛药(以下简称抗炎药，NSAIDs)开始大量应用于日常生活中，非甾体类消炎镇痛药避免了传统抗炎药的多种弊端，用以减轻各种病症所带来的疼痛与感染。目前已有百余个品种，是全球发展最快的药物品种之一。据KaloramaInformation发布的最新调查数据显示，2006年全球疼痛治疗药物和仪器的市场规模已达到了260亿美元，预计到2010年将上升到330多亿美元。其中以醋氨酚为代表的药品已占据了NSAIDs市场90％以上的份额。

醋氨酚的功能是促进或抑制人体或动物的某些生理功能。该药物经过人体代谢的产物或未经代谢的残留物进入环境后干扰环境生物的正常生理功能，由于其水体溶性，随污水迁移性强。欧盟等西方国家已经发现其潜在生态风险与生物体蓄积性毒害、干扰性毒害。虽然以醋氨酚为代表的一系列抗炎药具有一定降解性能，然而大量进入水体与所需降解时间长的特点，导致该类型污染物在大型污水处理设施中的去除率低下，从而在水体环境中不断的累积。成为新的毒害性污染源。由于其稳定性与抗菌特性，降解时间较长，导致在水环境中逐渐积累。与氨氮形成的复合污染将从多方面严重威胁我国的水环境安全。

水体脱氮与微量污染物去除主要通过微生物的代谢活动完成。传统微生物总氮的去除过程需要经过氨氧化、硝化再进行反硝化的过程。此过程需要大量曝气将氨氮转化为硝酸盐，然后在有机条件下利用反硝化去除硝酸盐。完全去除需要消耗大量电能与碳源(甲醇)。处理日益严重的氨氮污染，已经让不堪重负的水处理系统能耗剧增，而新型污染物的出现，将进一步加重处理的压力。目前，新型的脱氮技术一直是环境工程研究的前沿。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能够同时去除总氮与抗炎药的应用复合填料层自养脱氮微生物系统同时去除总氮与抗炎药的方法。

本发明的应用复合填料层自养脱氮微生物系统同时去除总氮与抗炎药的方法，其特征在于，包括以下步骤：

反应器为复合填料层自养脱氮微生物系统，该系统由上至下包括预处理层、同步脱氮去除抗炎药层和深度净化层，所述的预处理层为火山岩填充层，所述的同步脱氮去除抗炎药层为沸石层，所述的深度净化层为无烟煤和/或河砂组成的填料层，从预处理层入水，流经同步脱氮去除抗炎药层，再从深度净化层出水，所述的预处理层用于预氧化，去除水体悬浮物并截留大分子污染物，所述的同步脱氮去除抗炎药层是促进氨氮的吸附与抗炎药的降解，提供微生物的生长与代谢的立体空间，所述的深度净化层为硝酸盐的去除提供厌氧条件；

反应器的准备：

预处理层的准备：所述的火山岩装入袋式预处理格中形成预处理层，将含有火山岩的袋式预处理格洗净后泡入经过隔除和沉淀后的待处理水体中或者人工培养液中，溶解氧为2～3mg/L，进行预处理层的准备，然后将浸泡准备好的预处理层填入反应器中，所述的人工培养液，其碳氮比为2～3：1；

同步脱氮去除抗炎药层的准备：取河流表层水体，经过隔除和沉淀后，将河水与人工培养液混合进行预培养，溶解氧2～3mg/L，连续曝气2～3天，富集菌株，然后再浸泡沸石5～7天，再将沸石装入反应器中；

深度净化层的准备：取活性污泥和河流表层水体混合，经过隔除和沉淀后，将无烟煤或河砂组成的填料层浸泡在其中，再加入预培养的人工培养液进行预培养7-10天，无需曝气，然后再将填料层装入反应器中；

反应器的启动与运行：

采用连续流方式启动运行，启动分为三个阶段：

第一阶段为去除氨氮与抗炎药阶段，培养过程是预处理层进水，进水要求SS(悬浮物浓度)不超过100mg/L，氨氮、COD浓度均不超过50mg/L，抗炎药浓度为不超过5mg/L，常温，辅助曝气使出水溶解氧浓度控制为2-3mg/L，当出水氨氮去除率稳定到60～70％时，提升进水氨氮到不超过100mg/L，当出水氨氮去除率稳定到60％以上，出水检测抗炎药去除率不低于50％，进入第二阶段；

第二阶段为总氮与抗炎药、氨氮同步去除阶段：培养过程是进水要求SS不超过100mg/L，氨氮、COD浓度分别为不超过100mg/L、不超过200mg/L，抗炎药浓度不超过10mg/L，常温，辅助曝气使出水溶解氧浓度控制为1-3mg/L，出水检测氨氮去除率、亚硝酸盐累积率与总氮去除率，当氨氮去除率、总氮去除率都为60％以上，亚硝酸盐累积率为50％以上，抗炎药去除率70％以上时，直接进入第三阶段，或者提高进水的氨氮浓度至不超过200mg/L，抗炎药浓度提高至不超过20mg/L，出水检测氨氮去除率、亚硝酸盐累积率与总氮去除率，当氨氮去除率、总氮去除率都为60％以上，亚硝酸盐累积率为50％以上，抗炎药去除率70％以上，再进入第三阶段；

第三阶段为进水要求SS不超过100mg/L，氨氮、COD浓度分别不超过300mg/L、200mg/L，抗炎药不超过50mg/L，常温，辅助曝气使出水溶解氧浓度控制为0.5mg/L，出水检测氨氮去除率、亚硝酸盐累积率与总氮去除率，当氨氮去除率、总氮去除率均为60％以上，亚硝酸盐累积率降为0％，抗炎药去除率90％以上，反应器启动完成进入稳定运行期。

优选，所述的预处理层的准备中，所述的人工培养液中的碳源为乙酸或碳酸氢钠。

优选，所述的同步脱氮去除抗炎药层的准备中的人工培养液为每升含有：NH₄Cl0.1g和NaHCO₃0.2g，余量为水，pH7。

优选，所述深度净化层的准备中的预培养的人工培养液为，每升含有NH₄Cl0.1g，NaNO₂0.2g，NaHCO₃1g，余量为水，pH7.6-8。

优选，当反应器进入稳定运行期处理待处理水体的时候，当处理待处理水体的SS(悬浮物)浓度为10-50mg/L条件下，预处理层每半年需要更换清洗或根据经验更换清洗的。

本发明提供了一种直接适用于小区或农村污水预处理，既能去除醋氨酚又能同步脱除总氮、氨氮的新型节能环保的应用复合填料层自养脱氮微生物系统同时去除总氮与抗炎药的方法，不仅有利于缓解改善无法截污的城镇水污染现状，也有助于提高水环境的安全，对未来3-5年分散式水处理技术的发展具有重要的意义。

附图说明：

图1是本发明的复合填料层自养脱氮微生物系统的结构示意图；其中1、预处理层；2、同步脱氮去除抗炎药层；3、深度净化层。

图2是总氮和醋氨酚同步去除效率图，图2A为实施例1醋氨酚去除效率，图2B为实施例1系统脱氮效能。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

本实施例的应用复合填料层自养脱氮微生物系统同时去除总氮与抗炎药的方法，包括以下步骤：

如图1所示，反应器为复合填料层自养脱氮微生物系统，该系统由上至下包括预处理层1、同步脱氮去除抗炎药层2和深度净化层3，各层直径为30cm，所述的预处理层为火山岩填充层，其是在袋式预处理格中装入粒径0.5-1cm的火山岩组成，预处理层可与主体分离替换，并根据进水悬浮物浓度和原水情况，每隔1-3个月更换清洗，重复使用，预处理层层高30cm；所述的同步脱氮去除抗炎药层为沸石层，由0.3～0.5cm直径的沸石组成，填充率为60％以上，同步脱氮去除抗炎药层层高50cm；所述的深度净化层为无烟煤填料层，由粒径0.5～1cm的无烟煤组成，兼作承托层，深度净化层层高20cm。从预处理层入水，流经同步脱氮去除抗炎药层，再从深度净化层出水，所述的预处理层用于预氧化，去除水体悬浮物并截留大分子污染物，所述的同步脱氮去除抗炎药层是促进氨氮的吸附与抗炎药的降解，提供微生物的生长与代谢的立体空间，所述的深度净化层为硝酸盐的去除提供厌氧条件，水流方向从上往下；

反应器的准备：

预处理层的准备：所述的火山岩装入袋式预处理格中形成预处理层，将含有火山岩的袋式预处理格洗净后泡入人工培养液中，溶解氧为2～3mg/L，曝气24小时后等待备用，然后将浸泡准备好的预处理层填入反应器中；所述的人工培养液，其碳氮比为2～3：1，碳源为乙酸或碳酸氢钠。

同步脱氮去除抗炎药层的准备：同步脱氮去除抗炎药层是去除氨氮与抗炎药的过滤层，主要富集氨氧化微生物。该层主要通过沸石对氨氮的吸附，引导氨氧化微生物定植后形成沸石-氨氧化微生物活性层，从而达到氮元素转化，启动总氮与抗炎药降解的过程。取河流表层水体(20～30cm)，经过常规的隔除和沉淀后，将河水放入容器内，添加人工培养液进行预培养，溶解氧2～3mg/L，连续曝气2～3天，富集菌株，然后再将沸石浸泡于其(预培养后的溶液)中5～7天，再将沸石装入反应器中，所述的人工培养液为每升含有：NH₄Cl0.1g和NaHCO₃0.2g，余量为水，pH7，配制方法为：将NH₄Cl0.1g和NaHCO₃0.2g溶于1L水中，然后用NaHCO₃调节pH到7。

深度净化层的准备，主要富集厌氧氨氧化微生物与其他厌氧微生物：取活性污泥和河流表层水体(20～30cm)混合，污泥浓度为2-3mg/L，经过常规的隔除和沉淀后，将无烟煤浸泡在其中，再加入预培养的人工培养液进行预培养7-10天，无需曝气，然后再将无烟煤装入反应器中，所述预培养的人工培养液为，每升含有NH₄Cl0.1g，NaNO₂0.2g，NaHCO₃1g，余量为水，pH7.6-8，配制方法为：NH₄Cl0.1g，NaNO₂0.2g，NaHCO₃1g溶于1L水中，用NaHCO₃调节pH到7.6-8；

反应器的启动与运行：

采用连续流方式启动运行，启动分为三个阶段：

第一阶段为去除氨氮与抗炎药阶段，运行50天，培养过程是预处理层进水，进水是在模拟污水中按每升添加1g碳酸氢钠作为缓冲剂，所述的模拟污水，每升含有NH₄Cl0.2g，NaHCO₃0.2g，5mg醋氨酚，具体配制方法为：将NH₄Cl0.2g，NaHCO₃0.2g，5mg醋氨酚加入到1L水中混合均匀而得到，进水SS(悬浮物浓度)为50mg/L，氨氮、COD浓度均为50mg/L，目标污染物醋氨酚浓度为5mg/L，挂膜和驯化期间pH值保持7.5～8.0，常温，辅助曝气使出水溶解氧浓度控制为2-3mg/L，水力停留时间为5天，当出水氨氮去除率稳定达到60％时，提升进水氨氮浓度从50mg/L到100mg/L，水力停留时间为3天，出水氨氮去除率达70％-80％以上，总氮去除率为40％-60％以上，出水检测醋氨酚去除率80％-90％以上，进入第二阶段；

第二阶段为总氮与抗炎药、氨氮同步去除阶段，运行60天，培养过程是：进水为模拟污水和实际污水按照体积比1：1混合的混合物，所述的模拟污水每升含有NH₄Cl0.2g，NaHCO₃0.2g，20mg醋氨酚，具体配制方法为：将NH₄Cl0.2g，NaHCO₃1.2g，20mg醋氨酚加入到1L水中混合均匀而得到，在进水中按照2g/L的比例添加碳酸氢钠作为缓冲剂。进水的SS为50-100mg/L，氨氮、COD浓度分别为不超过100mg/L、不超过200mg/L，抗炎药浓度为2-10mg/L，常温，辅助曝气使出水溶解氧浓度控制为1-2mg/L，出水检测氨氮去除率、亚硝酸盐累积率与总氮去除率，当氨氮去除率、总氮去除率都为80％以上，亚硝酸盐累积率为80％以上，抗炎药醋氨酚去除率100％，进水氨氮从100mg/L提高到200mg/L，醋氨酚浓度从10mg/L提升到20mg/L，常温，辅助曝气使出水溶解氧浓度控制为1-2mg/L，水力停留时间3天，反应体系稳定运行60天后，氨氮去除率、总氮去除率都为70％以上，亚硝酸盐累积率为80％以上，抗炎药去除率100％，进入第三阶段；

第三阶段运行50天：进水为实际的待处理水体，投加NaHCO₃，按每升2g比例添加混合，使其pH为7-8，作为入水。入水的处理后的待处理水体的SS不超过100mg/L，氨氮、COD浓度分别不超过300mg/L、200mg/L，抗炎药不超过50mg/L，常温，辅助曝气使出水溶解氧浓度控制为0.5mg/L，出水检测氨氮去除率、亚硝酸盐累积率与总氮去除率，氨氮去除率、总氮去除率均为60～70％，亚硝酸盐累积率降为0％，无亚硝酸盐积累，抗炎药醋氨酚去除率100％，反应器启动完成进入稳定运行期，可以处理待处理水体。

当反应器进入稳定运行期处理待处理水体的时候，当处理待处理水体的SS(悬浮物)浓度为10-50mg/L条件下，预处理层每半年需要更换清洗或根据经验更换清洗的。

图2A为运行过程的醋氨酚去除效率，从图可知进水初期反应器就维持较高的醋氨酚去除效率，进水醋氨酚浓度约6-8mg/L时醋氨酚去除率达到90％以上，第二阶段与第三阶段醋氨酚进水浓度逐步提高至8-14mg/L，反应器仍然维持较高的醋氨酚去除效率，达到99％以上，显示系统对抗炎药醋氨酚去除稳定且高效；同时图2B展示该反应系统氮去除能力，第一阶段氨氮去除效率比较反复最终于40天稳定至75％-90％，此阶段总氮去除效能不稳定，在20-50％的范围变化，而亚硝酸盐累积率(NAR)则逐步上升达到70-90％以上，当反应器运行至第二阶段时亚硝酸盐累积率与氨氮去除效能有所下降，总氮去除效率则逐步上升最终氨氮去除率与总氮去除率维持在60-75％之间，亚硝酸盐累积率则下降至0％，反应器至100天后达到抗炎药醋氨酚与总氮共同去除的效果，并维持稳定运行150天以上。

实施例2：

如图1所示，反应器为复合填料层自养脱氮微生物系统，该系统由上至下包括预处理层1、同步脱氮去除抗炎药层2和深度净化层3，各层直径为20cm，所述的预处理层为火山岩填充层，其是在袋式预处理格中装入粒径0.5-1cm的火山岩组成，预处理层可与主体分离替换，并根据进水悬浮物浓度和原水情况，每隔1-3个月更换清洗，重复使用，预处理层层高30cm；所述的同步脱氮去除抗炎药层为沸石层，由0.3～0.5cm直径的沸石组成，填充率为60％以上，同步脱氮去除抗炎药层层高40cm；所述的深度净化层为无烟煤填料层，由粒径0.5～1cm的无烟煤组成，兼作承托层，深度净化层层高15cm。从预处理层入水，流经同步脱氮去除抗炎药层，再从深度净化层出水，所述的预处理层用于预氧化，去除水体悬浮物并截留大分子污染物，所述的同步脱氮去除抗炎药层是促进氨氮的吸附与抗炎药的降解，提供微生物的生长与代谢的立体空间，所述的深度净化层为硝酸盐的去除提供厌氧条件，水流方向从上往下；

反应器的准备：

预处理层的准备：所述的火山岩装入袋式预处理格中形成预处理层，将含有火山岩的袋式预处理格洗净后泡入经过常规隔除和沉淀后的待处理水体中，溶解氧为2～3mg/L，曝气24小时后等待备用，然后将浸泡准备好的预处理层填入反应器中；

同步脱氮去除抗炎药层的准备：同步脱氮去除抗炎药层是去除氨氮与抗炎药的过滤层，主要富集氨氧化微生物。该层主要通过沸石对氨氮的吸附，引导氨氧化微生物定植后形成沸石-氨氧化微生物活性层，从而达到氮元素转化，启动总氮与抗炎药降解的过程。取河流表层水体(20～30cm)，经过常规的隔除和沉淀后，将河水放入容器内，添加人工培养液进行预培养，溶解氧2～3mg/L，连续曝气2～3天，富集菌株，然后再将沸石浸泡于其(预培养的溶液)中5～7天，再将沸石装入反应器中，所述的人工培养液为每升含有：NH₄Cl0.1g和NaHCO₃0.2g，余量为水，pH7，配制方法为：将NH₄Cl0.1g和NaHCO₃0.2g溶于1L水中，然后用NaHCO₃调节pH到7。

深度净化层的准备，主要富集厌氧氨氧化微生物与其他厌氧微生物：取活性污泥和河流表层水体(20～30cm)混合，污泥浓度为2-3mg/L，经过常规的隔除和沉淀后，将无烟煤浸泡在其中，再加入预培养的人工培养液进行预培养7-10天，无需曝气，然后再将填料层装入反应器中，所述预培养的人工培养液为，每升含有NH₄Cl0.1g，NaNO₂0.2g，NaHCO₃1g，余量为水，pH7.6-8，配制方法为：NH₄Cl0.1g，NaNO₂0.2g，NaHCO₃1g溶于1L水中，用NaHCO₃调节pH到7.6-8；

反应器的启动与运行：

采用连续流方式启动运行，启动分为三个阶段：

第一阶段为去除氨氮与抗炎药阶段，运行50天，培养过程是预处理层进水，进水是在模拟污水中按每升添加1g碳酸氢钠作为缓冲剂，所述的模拟污水，每升含有NH₄Cl0.2g，NaHCO₃0.2g，5mg双氯酚酸，具体配制方法为：将NH₄Cl0.2g，NaHCO₃0.2g，5mg双氯酚酸加入到1L水中混合均匀而得到，进水SS(悬浮物浓度)为60-100mg/L，氨氮、COD浓度均为50mg/L，目标污染物双氯酚酸浓度为5mg/L，挂膜和驯化期间pH值保持7.5～8.0，常温，辅助曝气使出水溶解氧浓度控制为2-3mg/L，水力停留时间为5天，当出水氨氮去除率稳定达到60％时，提升进水氨氮浓度从50mg/L到100mg/L，水力停留时间为3天，出水氨氮去除率达80％以上，总氮去除率为40％以上，出水检测双氯酚酸去除率为85％，进入第二阶段；

第二阶段为总氮与抗炎药、氨氮同步去除阶段，培养过程是：进水的SS不超过100mg/L，氨氮、COD浓度分别为70mg/L、50mg/L，抗炎药双氯酚酸浓度为5mg/L，水力停留时间为5天，驯化期间pH值为7.5～8.0，常温，辅助曝气使出水溶解氧浓度控制为2-3mg/L，出水检测氨氮去除率、亚硝酸盐累积率与总氮去除率，当氨氮去除率为60％以上，停留时间缩短至3天，反应体系稳定运行50天，氨氮去除率70％以上，总氮去除率为60％以上，亚硝酸盐累积率为80％以上，抗炎药双氯酚酸去除率达100％，悬浮物去除率90％，进入第三阶段；

第三阶段运行50天：进水的SS为30-100mg/L，氨氮、COD浓度分别为70mg/L、50mg/L，抗炎药双氯酚酸浓度为10mg/L，常温，辅助曝气使出水溶解氧浓度控制为0.5mg/L，运行50天，出水检测氨氮去除率、亚硝酸盐累积率与总氮去除率，氨氮去除率、总氮去除率均为60～70％，亚硝酸盐累积率降为0％，无亚硝酸盐积累，抗炎药双氯酚酸去除率100％，反应器启动完成进入稳定运行期，可以处理待处理水体。

Claims

1.一种应用复合填料层自养脱氮微生物系统同时去除总氮与抗炎药的方法，其特征在于，

包括以下步骤：

反应器的准备：

反应器的启动与运行：

采用连续流方式启动运行，启动分为三个阶段：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的预处理层的准备中，所述的人工培养液中的碳源为乙酸或碳酸氢钠。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的同步脱氮去除抗炎药层的准备中的人工培养液为每升含有：NH₄Cl0.1g和NaHCO₃0.2g，余量为水，pH7。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述深度净化层的准备中的预培养的人工培养液为，每升含有NH₄Cl0.1g，NaNO₂0.2g，NaHCO₃1g，余量为水，pH7.6-8。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当反应器进入稳定运行期处理待处理水体的时候，当处理待处理水体的SS浓度为10-50mg/L条件下，预处理层每半年更换清洗或根据经验更换清洗的。