CN106242053A - 一种微污染原水的生物预处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种微污染原水的生物预处理工艺，属于污水处理技术领域，包括以下步骤：步骤一：将填料和吸附营养物的微球CW‑101设置于曝气生物流化床内，并在曝气生物流化床内投放功能微生物；功能微生物经训化过程后稳定持续生长；步骤二：微污染原水流经曝气生物流化床，曝气生物流化床连续进出水，去除微污染原水中的氮以及难降解有机物。本工艺在前期将大量的功能微生物生长在填料上，在污水处理过程中不会随着污水流动而流失，同时耐冲击性比较强，缩短了污水处理系统的启动时间，处理效果好。

Description

一种微污染原水的生物预处理工艺
技术领域
本发明属于饮用水处理技术领域，具体涉及为一种微污染原水的生物预处理工艺。
背景技术
水是人类赖以生存的重要资源，据统计，地球上只有不到1%的淡水或约0.007%的水才有直接的经济效益。地球上水的总量虽然在一定时期内是保持平衡的，但在一定的时间和空间范围内也是非常有限的，目前世界上约2/3的国家都在不同程度上反映出水的危机。我国是一个水资源极其短缺的国家，人均水资源仅居世界第121位，被列为世界上12个贫水国之一。
地表水是指存在于地壳表面，暴露于大气中的水，是河流、冰川、湖泊、沼泽四种水体的总称，也称陆地水。它既是人类生活用水的重要来源之一，也是各国水资源的主要组成部分。地表水环境质量的好坏直接影响着人们的生产、生活质量和身体健康。我国水质性缺水现象非常严重，许多城市虽然水资源丰富，但是水源水受到了严重的污染，主要表现为氨氮浓度高，溶解氧低，微量有机污染物严重，原水水质呈下降趋势。
预处理技术是指在常规处理工艺前，对水中污染物进行初级去除，可以使常规处理更好地发挥作用，改善和提高饮用水水质。预处理方法对微污染原水的去除根据不同途径可分为化学氧化法、吸附法和生物氧化法。化学氧化法利用强氧化剂的强氧化能力，分解、破坏水中污染物的结构，达到转化或分解污染物。此方法可加强常规水处理效果，同时可减轻后续处理的负荷，但是也都有其一定的局限性，氧化副产物对水质的影响，同时药剂的费用也相对较高，要进行大面积的推广使用也是存在诸多困难。吸附法是利用吸附剂，例如活性炭、活性氧化铝和粘土等的强大吸附性，改善混凝沉淀效果以达到去除污染物目的的。不过由于吸附剂使用后难以回收再生利用，虽然有较好的去除效果，运行成本太高而使得推广和应用上受限制。
在微污染原水的预处理技术中，生物氧化法被认为是最有效的技术之一，它借助于微生物群体的新陈代谢活动，对水中的氨氮、有机污染物、亚硝酸盐及铁、锰等无机污染物进行初步去除，一方面改善了水的混凝沉淀性能，减轻常规处理和后续深度处理工艺单元的负荷，另一方面延长过滤或活性炭吸附等物化处理工艺的使用周期和使用容量，优化水处理局部工艺，最大可能发挥工艺整体作用，降低水处理费用，提高水处理效益。但是生物氧化法也存在挂膜时间长、生物附着不牢固、生物活性难保持、处理效果不稳定等问题。
曝气生物流化床工艺(Aerated Biological FluidizingTank)，它优化组合功能菌强化、微生物固定化以及流动床等多项技术，是一种实用高效废水处理新技术。该工艺运行过程中高比表面积的生物填料为功能微生物提供了良好的载体，提高了反应器内功能微生物的生物量。同时单个载体内部形成完整的缺氧-兼氧-好氧微环境，在同一个反应器内对难降解有机物进行厌氧水解酸化以及好氧生物降解，提高反应器对难降解有机物的去除效率。流化床生物填料具有受保护的可供微生物生长的有效表内表面积大，适合微生物吸附生长，比重与水相近的特点。在挂膜完成后，填料能稳定悬浮于废水中。在厌氧及兼氧条件下，在搅拌作用下水流和填料充分流动起来，使生物膜和废水中的污染物充分接触，达到被膜内微生物吸附分解的目的。在好氧曝气时，空气泡的上升浮力推动填料和周围的水体流动起来，在这样的过程中，填料被充分地搅拌并与水流混合，而空气流又被充分地分割成细小的气泡，增加了生物膜与氧气以及废水中污染物的传质效率。与传统的固定床式反应器相比，功能微生物加载在固体颗粒上，反应器内固体颗粒始终处于悬浮状态并剧烈运动，强化物质传热传质过程，使得反应速度大幅提高，净化能力也得到了提升。
公开号为 CN 102674619 A 的中国专利文献公开了一种微污染高氨氮原水组合强化处理工艺，针对原水氨氮超过 3mg/L，利用絮凝沉淀、生物接触氧化、砂滤池过滤、臭氧氧化等组合工艺，该工艺的优点在于充分利用环境地形和地热资源，但是对其效果并未报道，很难确定其实际脱氮能力。
公开号为 CN 103708602 B的中国专利文献公开了一种基于MBBR的微污染水氨氮去除的预处理方法，通过采用MBBR工艺解决生化工艺中的启动速度慢、处理效果不稳定、低温处理效果差等问题。出水氨氮膜面负荷为0.45-2.25gN/m2/d，出水氨氮稳定≤ 0.5mg/L，满足饮用水卫生标准对氨氮的要求。虽然该工艺占地小，操作简单，运行可靠，氧利用率高，但是并未涉及微污染水中其他指标的降解，难以判断其出水是否满足饮用水卫生标准。
发明内容
本发明的目的在于克服上述提到的缺陷和不足，而提供一种微污染原水的生物预处理工艺。
本发明实现其目的采用的技术方案如下。
一种微污染原水的生物预处理工艺，包括以下步骤：
步骤一：将填料和吸附营养物的微球CW-101设置于曝气生物流化床内，并在曝气生物流化床内投放功能微生物；功能微生物经训化过程后稳定持续生长；
步骤二：微污染原水流经曝气生物流化床，曝气生物流化床连续进出水，去除微污染原水中的氮以及难降解有机物。
进一步，步骤一中，将吸附营养物的微球CW-101用纱网包裹，置于曝气生物流化床内，并在曝气生物流化床内装载的填料。
进一步，所述营养物是由酵母膏，葡萄糖、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、七水硫酸镁按照质量比为2︰1︰0.5︰0.5︰0.3配置而成的液体。
进一步，所述微球CW-101主要成分是聚乙烯醇，微球CW-101的体积投加量为5-10％；微球CW-101采用包埋法，具体制备步骤如下：
步骤1、包埋剂的制备：将50~100g的聚乙烯醇和5~20g的海藻酸钠加入0.2L的水中混合，然后置于95℃的热水中水浴溶解后制得包埋剂；
步骤2、混合液的制备：在包埋剂中加入5~20g粒径为0.03~0.05mm的磁铁粉及5~20g粒径小于0.075mm的粉末活性炭，混合均匀后得到混合液；
步骤3、菌泥的加入：功能微生物经离心收集后制得菌泥，将60g菌泥用20ml0.9wt％氯化钠去离子水悬浮后加入到冷却至室温的混合液中，混合均匀后过滤；
步骤4、硼酸-氯化钙交联剂的制备：配制饱和硼酸溶液，每升饱和的硼酸溶液中加入氯化钙10-30g，充分溶解后，用碳酸钠将溶液的pH调至6-7，将配制好的溶液放置在4-8℃下预冷；
步骤5、将步骤3得到的混合液滴入步骤4配制的交联剂中制备成粒径在2-5mm的微球，4-8℃下静置12-36小时；
步骤6、将所得的微球用0.9Wt％NaCl去离子水洗涤2-3次，得到微生物微球。
进一步，所述填料为聚氨酯海绵，填料体积投加量为10-30%；所述功能微生物为脱氮菌、气单胞菌、红球菌、酵母菌、好氧降COD菌、芽孢杆菌和光合菌中的至少一种。
更进一步，所述脱氮菌为嗜麦芽寡养单胞菌CM-NRD3和亚硝化单胞菌 CM-NRO14；气单胞菌为气单胞菌CM-T1；红球菌为红球菌CM-HZX1。
进一步，步骤一中，所述驯化过程如下：驯化一周，初始进水为微污染水源水用河水稀释至20％，进水中微污染水源水的浓度逐步提高至100％；然后闷曝72h，观察填料上微生物挂膜情况；待挂膜完成后，改进微污染水源水。
进一步，本处理工艺的CODMn去除率大于60％，氨氮去除率大于96％，进总氮去除率大于95％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、污水处理启动时间短。
本工艺在前期将大量的功能微生物生长在填料上，在污水处理过程中不会随着污水流动而流失，同时耐冲击性比较强，这样就大大缩短了污水处理系统的启动时间，在足够的微生物保有量的情况下，较其他启动方式，处理效果好。
2、微生物生长繁殖快，处理效率好。
吸附营养物的微球CW-101置于曝气生物流化床内，能持续提供微生物需要的生长因子，使得系统中功能微生物的增殖速率超过功能微生物的代谢速率和流失速率。功能微生物生长繁殖快，能稳定发挥处理作用，采用生物亲和度高的填料，形成生物膜，集生物絮凝和生物降解于一体，避免了高效菌的流失，大幅度提高了系统内活性微生物的数量，从而表现出较高的处理效率。
3、特定功能微生物发挥功能性作用，处理效率好。
投放的特定功能微生物能发挥功能性作用，脱氮菌为嗜麦芽寡养单胞菌和亚硝化单胞菌，脱色菌为气单胞菌CM-T1，降解大分子有机物的红球菌CM-HZX1和好氧降COD菌。在微污染原水处理中，这些功能微生物能协同作用，降解氨氮，脱除原水中物化方法难处理的、有毒有害有机物等。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明。
一种微污染原水的生物预处理工艺，包括以下步骤：
步骤一：将吸附营养物的微球CW-101用纱网包裹，置于曝气生物流化床内，并在曝气生物流化床内装载的填料，然后在曝气生物流化床内投放功能微生物；功能微生物经训化过程后稳定持续生长；
步骤二：微污染水源水流经曝气生物流化床，曝气生物流化床连续进出水，去除水中氮以及大部分难降解有机物。
所述营养物是以酵母膏，葡萄糖等为主要成分配置而成液体。营养物成分的质量比分别为：酵母膏︰葡萄糖︰磷酸二氢钾︰磷酸二氢钠：七水硫酸镁=2︰1︰0.5︰0.5︰0.3。营养物的成分均在国药试剂网站购买，除酵母膏、葡萄糖为生化试剂外，其他无机盐均为分析纯。
吸附营养物的微球CW-101作为功能微生物营养补给体。所述微球CW-101主要成分是聚乙烯醇，具有良好的吸水性，能吸收自身3倍重量的营养物，使曝气生物流化床内功能微生物稳定持续生长。所述填料为聚氨酯海绵，固定功能微生物。
微球CW-101可以采用包埋法，具体制备步骤如下：
步骤1、包埋剂的制备：将50~100g的聚乙烯醇和5~20g的海藻酸钠加入0.2L的水中混合，然后置于95℃的热水中水浴溶解后制得包埋剂；
步骤2、混合液的制备：在包埋剂中加入5~20g粒径为0.03~0.05mm的磁铁粉及5~20g粒径小于0.075mm的粉末活性炭，混合均匀后得到混合液；
步骤3、菌泥的加入：功能微生物经离心收集后制得菌泥，将60g菌泥用20ml0.9wt％氯化钠去离子水悬浮后加入到冷却至室温的混合液中，混合均匀后过滤；
步骤4、硼酸-氯化钙交联剂的制备：配制饱和硼酸溶液，每升饱和的硼酸溶液中加入氯化钙10-30g，充分溶解后，用碳酸钠将溶液的pH调至6-7，将配制好的溶液放置在4-8℃下预冷；
步骤5、将步骤3得到的混合液滴入步骤4配制的交联剂中制备成粒径在2-5mm的微球，4-8℃下静置12-36小时；
步骤6、将所得的微球用0.9Wt％NaCl去离子水洗涤2-3次，得到微生物微球。
根据实际情况选择恰当的微球CW-101投加量和填料投加量，投入过少，处理效率不够，投入过多不利于微球的充分流动，影响污水之间的充分接触。作为优选，微球CW-101的投加量为5-10％；填料投加量为10-30%，量比为体积比。
所述功能微生物为脱氮菌、气单胞菌、红球菌、酵母菌、好氧降COD菌、芽孢杆菌、光合菌等。功能微生物均为本实验室分离。投加总量为5-10%。
作为优选，脱氮菌为嗜麦芽寡养单胞菌CM-NRD3和亚硝化单胞菌 CM-NRO14；气单胞菌为气单胞菌CM-T1；红球菌为红球菌CM-HZX1。
嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)CM-NRD3，该菌株已于2012年11 月12日保藏在位于中国武汉武汉大学的中国典型培养物保藏中心 (简称CCTCC)，保藏编号为 CCTCC NO ：M 2012455，详见中国ZL201210585869.8的公开内容。
亚硝化单胞菌 (Nitrosomonas eutropha)CM-NRO14，该菌株已于 2012年11月12日保藏在位于中国武汉武汉大学的中国典型培养物保藏中心(简称 CCTCC)，保藏编号为CCTCCNO：M2012456，详见中国ZL201210586159.7的公开内容。
所述驯化过程为驯化一周，初始进水为微污染水源水用河水稀释至20％，进水中微污染水源水的浓度逐步提高至100％；闷曝72h，观察填料上微生物挂膜情况；待挂膜完成后，改进微污染水源水。
本处理工艺的CODMn去除率大于60％，氨氮去除率大于96％，进总氮去除率大于95％。
实验检测方法
氨氮(NH4 +-N)的检测方法：水杨酸-次氯酸盐光度法；
总氮的检测方法：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；
CODMn的检测方法：酸性高锰酸钾滴定法。
实施例1
1 吸收微生物激活剂微球CW-101的制备
微球CW-101可购自中国石化川维厂，质量指标：外观Φ3～5mm球形，比重>1.01，水含量75～95％,游离水含量55～80％，破碎强度，凝胶置入水中，1500RPM电机高速搅拌48小时完整保留率100％。
微生物营养物主要是营养复合剂，主要成分为酵母膏，葡萄糖等。其作用机制是能有效提供自然水体中好氧微生物族群消化分解有机物所必需的养分，这些制剂能够迅速地刺激水体中的和加入的功能微生物生长，加速分解污染物，当微生物营养物与微生物进入微污染原水时可在短时间内达到更好的水质改善效果。
将微球CW-101置于微生物营养物溶液中，按照1︰3的比例（质量g/体积L），3h后取出微球CW-101，即可。
2 本发明微污染原水预处理工艺的应用方式为：
将吸收营养物的微球CW-101与填料置于曝气生物流化床内，微球CW-101中营养物与外部水环境进行交换，营养物缓慢扩散至曝气生物流化床内水体中，供功能微生物的生长。将脱氮菌、气单胞菌、红球菌、酵母菌、芽孢杆菌、光合菌复配后投加至曝气生物流化床内。
所述驯化过程为驯化一周，初始进水为微污染原水用河水稀释至20％，原水浓度逐步提高至100％。闷曝72h，观察填料上微生物挂膜情况。待挂膜完成后，改进微污染原水。
本发明微污染原水预处理工艺对污染河流处理效果：颗粒投粒比10%，聚氨酯填料体积投加量为20%。当污水中氨氮初始浓度为10mg/L时， 8h后氨氮去除率为99.6%。总氮初始浓度为16mg/L时，8h后去除率为95%。CODMn初始浓度为30mg/L时，8h后去除率为60%。
实施例2 氨氮污染水体的应用以及效果。
将养殖废水以一定比例投入河道水体用于实验，将脱氮菌、气单胞菌、红球菌、酵母菌、芽孢杆菌、光合菌复配后投加至反应器内。
本发明微污染原水预处理工艺对污染河流处理效果：颗粒投粒比10%，聚氨酯填料体积投加量为30%。当污水中氨氮初始浓度为12.5mg/L时， 8h后氨氮去除率为96.4%。总氮初始浓度为19.2mg/L时，8h后去除率为96.9%。CODMn初始浓度为40.5mg/L时，8h后去除率为60.5%。
实施例3 染料污染水体的应用以及效果。
将结晶紫（三苯甲烷结构）以一定量投入河道水体，按一定体积比稀释用于实验，将脱氮菌、气单胞菌、红球菌、酵母菌、芽孢杆菌、光合菌复配后投加至反应器内。
本发明微污染原水预处理工艺对污染河流处理效果：颗粒投粒比10%，聚氨酯填料体积投加量为30%。当水体中染料初始浓度为10mg/L时，10h后，脱色率为90%。氨氮初始浓度为18mg/L时， 10h后氨氮去除率为96.7%。总氮初始浓度为26mg/L时，10h后去除率为97%。CODMn初始浓度为68mg/L时，10h后去除率为73.5%。
本发明按照实施例进行了说明，在不脱离本原理的前提下，本装置还可以作出若干变形和改进。应当指出，凡采用等同替换或等效变换等方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种微污染原水的生物预处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将填料和吸附营养物的微球CW-101设置于曝气生物流化床内，并在曝气生物流化床内投放功能微生物；功能微生物经训化过程后稳定持续生长；
步骤二：微污染原水流经曝气生物流化床，曝气生物流化床连续进出水，去除微污染原水中的氮以及难降解有机物。
2.如权利要求1所述的一种微污染原水的生物预处理工艺，其特征在于，步骤一中，将吸附营养物的微球CW-101用纱网包裹，置于曝气生物流化床内，并在曝气生物流化床内装载的填料。
3.如权利要求1所述的一种微污染原水的生物预处理工艺，其特征在于，所述营养物是由酵母膏，葡萄糖、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、七水硫酸镁按照质量比为2︰1︰0.5︰0.5︰0.3配置而成的液体。
4.如权利要求1所述的一种微污染原水的生物预处理工艺，其特征在于，所述微球CW-101主要成分是聚乙烯醇，微球CW-101的体积投加量为5-10％；微球CW-101采用包埋法，具体制备步骤如下：
步骤1、包埋剂的制备：将50~100g的聚乙烯醇和5~20g的海藻酸钠加入0.2L的水中混合，然后置于95℃的热水中水浴溶解后制得包埋剂；
步骤2、混合液的制备：在包埋剂中加入5~20g粒径为0.03~0.05mm的磁铁粉及5~20g粒径小于0.075mm的粉末活性炭，混合均匀后得到混合液；
步骤3、菌泥的加入：功能微生物经离心收集后制得菌泥，将60g菌泥用20ml0.9wt％氯化钠去离子水悬浮后加入到冷却至室温的混合液中，混合均匀后过滤；
步骤4、硼酸-氯化钙交联剂的制备：配制饱和硼酸溶液，每升饱和的硼酸溶液中加入氯化钙10-30g，充分溶解后，用碳酸钠将溶液的pH调至6-7，将配制好的溶液放置在4-8℃下预冷；
步骤5、将步骤3得到的混合液滴入步骤4配制的交联剂中制备成粒径在2-5mm的微球，4-8℃下静置12-36小时；
步骤6、将所得的微球用0.9Wt％NaCl去离子水洗涤2-3次，得到微生物微球。
5.如权利要求1所述的一种微污染原水的生物预处理工艺，其特征在于，所述填料为聚氨酯海绵，填料体积投加量为10-30%；所述功能微生物为脱氮菌、气单胞菌、红球菌、酵母菌、好氧降COD菌、芽孢杆菌和光合菌中的至少一种。
6.如权利要求5所述的一种微污染原水的生物预处理工艺，其特征在于，所述脱氮菌为嗜麦芽寡养单胞菌CM-NRD3和亚硝化单胞菌 CM-NRO14；气单胞菌为气单胞菌CM-T1；红球菌为红球菌CM-HZX1。
7.如权利要求1所述的一种微污染原水的生物预处理工艺，其特征在于，步骤一中，所述驯化过程如下：驯化一周，初始进水为微污染水源水用河水稀释至20％，进水中微污染水源水的浓度逐步提高至100％；然后闷曝72h，观察填料上微生物挂膜情况；待挂膜完成后，改进微污染水源水。
8.如权利要求1所述的一种微污染原水的生物预处理工艺，其特征在于，本处理工艺的CODMn去除率大于60％，氨氮去除率大于96％，进总氮去除率大于95％。
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