CN107129120A - 一种微生物接种装置及利用该装置处理微污染水体的方法 - Google Patents
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Abstract
一种微生物接种装置及利用该装置处理微污染水体的方法，本发明涉及微生物接种技术领域。一种微生物接种装置，包括臭氧曝气塔、工业臭氧发生器、多孔陶瓷催化单元、紫外催化单元、接种菌罐、培养液罐，接种生物滤柱、气瓶和生物滤池；臭氧曝气塔内底部设置曝气盘，工业臭氧发生器与臭氧曝气塔内曝气盘连通，臭氧曝气塔底部出口与多孔陶瓷催化单元入口连通，多孔陶瓷催化单元出口与紫外催化单元入口连通，紫外催化单元出口连通水泵Ⅰ。方法：一、臭氧紫外催化；二、细菌接种，进行生物降解处理。本发明技术方案，解决了微污染水体中营养物质不足，接种细菌易受到本土细菌影响的问题。本发明用于处理微污染水体。
Description
技术领域
本发明涉及微生物接种技术领域。
背景技术
随着人口的急剧增加，工农业生产的不断发展，造成了水资源供需矛盾的日益加剧。水环境问题已经成为严重的社会问题之一。水资源危机会直接影响生态系统的平衡，破坏生物多样性，从而将会对人类的生存产生极大的威胁。随着生产技术的不断发展，水源和饮用水中能测得的微量污染物质的种类也不断增加。针对源水中出现的新污染问题，人们开始着手对水质净化的新技术进行了研究。
针对污染水体的处理手段主要有物理，化学和生物法。物理法主要包括吹脱和吸附法，对大部分腐殖酸，有机化合物都具有一定的去除作用，但是因其再生或洗脱困难，费用较高而使其应用受到一定限制。化学法主要为投加一定量的化学药剂对水体中的污染物进行氧化去除，该方法主要的优点是见效快，针对性强，但由于化学法会产生一些对人体有害的副产物，其在水处理上的应用也受到了一定的限制。生物法是现代水厂中应用最广，最经济，最稳定的水处理方法。
微污染水体由于其水质较污水而言，污染物的总量低，碳氮含量少，细菌生长代谢所需底物浓度低，其低营养浓度特点会导致生物量偏低，传统生物法无法很好的对微污染水体进行去除。并且，传统的接种挂膜法在处理实际水体中，会受到本土细菌的冲击，由于本土细菌对水体的适应性更强，往往导致接种后的生物滤池的效能随着时间逐渐减弱。采用传统生物滤池对微污染水体(原水氨氮浓度为5mg/L以下)进行处理，两个月内处理的水体内氨氮浓度多处于1mg/L以上，并且波动幅度大。因此，研究一种能够针对微污染水体的，接种后生物滤池效能更长久的高效接种方法是十分具有实际应用价值的。
发明内容
本发明要解决微污染水体中营养物质不足，接种细菌易受到本土细菌影响的技术问题，而提供一种微生物接种装置及利用该装置处理微污染水体的方法。
一种微生物接种装置，包括臭氧曝气塔、工业臭氧发生器、多孔陶瓷催化单元、紫外催化单元、接种菌罐、培养液罐，接种生物滤柱、气瓶和生物滤池；
臭氧曝气塔上端设置入口，臭氧曝气塔内底部设置曝气盘，工业臭氧发生器与臭氧曝气塔内曝气盘连通，臭氧曝气塔底部出口与多孔陶瓷催化单元入口连通，多孔陶瓷催化单元出口与紫外催化单元入口连通，紫外催化单元出口连通水泵Ⅰ入口；
接种生物滤柱上端出口连通水泵Ⅱ入口，水泵Ⅰ与水泵Ⅱ之间设置开关a；
生物滤池通入水泵Ⅰ与开关a之间的管道；
接种菌罐入口设置开关b，通入开关a与水泵Ⅱ之间的管道；
接种生物滤柱底端第一入口与接种菌罐出口连通，接种菌罐出口设置水泵Ⅲ和开关d；
接种生物滤柱底端第二入口与培养液罐连通，接种生物滤柱与培养液罐之间设置水泵Ⅳ和开关c；
接种生物滤柱底端第三入口连通尾管，尾管设置开关f；
气瓶出口设置开关e，通入接种生物滤柱与开关f之间的尾管。
利用所述的一种微生物接种装置处理微污染水体的方法，具体按照以下步骤进行：
一、将原水通入臭氧曝气塔，同时工业臭氧发生器产生臭氧通入臭氧曝气塔内底部曝气盘，控制曝气量达到原水中臭氧浓度为1.5～2mg/L；然后将原水通入多孔陶瓷催化单元，进行初步臭氧催化和灭菌处理；然后将原水通入紫外催化单元，进一步对臭氧进行催化以及对原水进行灭菌处理；
二、关闭开关a、c、e和f，打开开关b和d，将接种菌罐内接种菌液接入接种生物滤柱中进行菌株挂膜，挂膜厚度达到1～2mm，关闭开关b和d，打开开关a和c，运行培养液罐，将培养液通入接种生物滤柱中，保证生物滤柱中菌株持续生长，并通入生物滤池中，同时将步骤一处理的原水通入生物滤池中接种，进行生物降解反应，其中，初始接种水量与原水量的体积比为0.1％，系统稳定后持续接种水量与原水量的体积比为0.01％，完成处理微污染水体的方法。
其中接种水量为水泵Ⅱ的进水量，原水量为水泵Ⅰ的进水量。
多孔陶瓷催化单元内多孔陶瓷砖的设计体积需使得原水在该单元的水力停留时间达到30s以上，以对原水中的臭氧进行初步的催化。经陶瓷催化后的原水进入紫外催化单元，紫外灯管外壁为石英玻璃，防水结构，灯管数量和波长强度需根据实际水力条件设计，需达到充分催化剩余臭氧和杀菌的实际效果。多孔陶瓷催化单元和紫外催化单元下端均设有排污口，对这两个单元需定期进行反冲洗和排污。
臭氧紫外催化系统管路和接头需要使用不锈钢材，防止臭氧对橡胶制品的氧化作用。接种菌罐和培养液罐需定期灭菌处理，接种生物滤柱中所使用的活性炭颗粒和卵石支撑层使用前均需灭菌处理。生物滤池和接种生物滤柱中的细菌群落结构以及接种菌的菌种丰度需要定期检测，以调节接种液浓度和臭氧紫外催化单元的臭氧浓度和紫外强度。根据生物滤池的处理效果接种单元可采用连续性接种和周期性接种。
接种生物滤柱需定期利用气瓶进行气液反冲洗，并打开开关f进行排泥。接种菌罐、培养液罐和接种生物滤柱装置需定期进行消毒处理。
本发明的有益效果是：本发明技术方案在水体混凝沉淀后，进入生物滤池前应用该方法及装置。通过臭氧紫外预处理，杀灭水体中的本土细菌，并提高待处理水体的可生化性，使得接种后的生物滤池中所接种细菌成为优势菌种，并加快接种细菌的生长和代谢作用，增大生物滤池的生物量，提高生物滤池的生物反应效率。本发明技术方案，巧妙地解决了微污染水体中营养物质不足，接种细菌易受到本土细菌影响的问题。采用本发明装置对微污染水体(原水氨氮浓度为5mg/L以下)进行处理，两个月内水体内氨氮浓度始终处于1mg/L以下，并逐渐降低，而采用传统生物滤池处理的水体内氨氮浓度多处于1mg/L以上，并且波动幅度大。
本发明用于处理微污染水体。
附图说明
图1为具体实施方式一所述一种微生物接种装置结构示意图；
图2为采用臭氧、紫外以及臭氧紫外耦合的方式对原水灭菌后细菌数量的变化分析图；
图3为采用实施例一所述的微生物接种装置与传统生物池处理微污染水体得到的数据分析图，其中“●”代表传统生物滤池，“■”代表本实施例装置。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种微生物接种装置，包括臭氧曝气塔1、工业臭氧发生器2、多孔陶瓷催化单元3、紫外催化单元4、接种菌罐5、培养液罐6，接种生物滤柱7、气瓶8和生物滤池9；
臭氧曝气塔1上端设置入口，臭氧曝气塔1内底部设置曝气盘，工业臭氧发生器2与臭氧曝气塔1内曝气盘连通，臭氧曝气塔1底部出口与多孔陶瓷催化单元3入口连通，多孔陶瓷催化单元3出口与紫外催化单元4入口连通，紫外催化单元4出口连通水泵Ⅰ入口；
接种生物滤柱7上端出口连通水泵Ⅱ入口，水泵Ⅰ与水泵Ⅱ之间设置开关a；
生物滤池9通入水泵Ⅰ与开关a之间的管道；
接种菌罐5入口设置开关b，通入开关a与水泵Ⅱ之间的管道；
接种生物滤柱7底端第一入口与接种菌罐5出口连通，接种菌罐5出口设置水泵Ⅲ和开关d；
接种生物滤柱7底端第二入口与培养液罐6连通，接种生物滤柱7与培养液罐6之间设置水泵Ⅳ和开关c；
接种生物滤柱7底端第三入口连通尾管10，尾管10设置开关f；
气瓶8出口设置开关e，通入接种生物滤柱7与开关f之间的尾管10。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：多孔陶瓷催化单元3底部设置排污口。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：紫外催化单元4底部设置排污口。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：紫外催化单元4内部为紫外灯管，紫外灯管外壁为石英玻璃。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：多孔陶瓷催化单元3内部为多孔陶瓷砖。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：接种生物滤柱7上部为活性炭颗粒，下部为卵石支撑层。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：利用具体实施方式一所述的一种微生物接种装置处理微污染水体的方法，具体按照以下步骤进行：
一、将原水通入臭氧曝气塔1，同时工业臭氧发生器2产生臭氧通入臭氧曝气塔1内底部曝气盘，控制曝气量达到原水中臭氧浓度为1.5～2mg/L；然后将原水通入多孔陶瓷催化单元3，进行初步臭氧催化和灭菌处理；然后将原水通入紫外催化单元4，进一步对臭氧进行催化以及对原水进行灭菌处理；
二、关闭开关a、c、e和f，打开开关b和d，将接种菌罐5内接种菌液接入接种生物滤柱7中进行菌株挂膜，挂膜厚度达到1～2mm，关闭开关b和d，打开开关a和c，运行培养液罐6，将培养液通入接种生物滤柱7中，保证生物滤柱7中菌株持续生长，并通入生物滤池9中，同时将步骤一处理的原水通入生物滤池9中接种，进行生物降解反应，其中，初始接种水量与原水量的体积比为0.1％，系统稳定后持续接种水量与原水量的体积比为0.01％，完成处理微污染水体的方法。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：步骤一中控制原水在多孔陶瓷催化单元3内的时间为≥30s。其它与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是：步骤一中控制紫外催化单元4紫外灯波长为250～270nm。其它与具体实施方式七或八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七至九之一不同的是：步骤二中接种菌罐5、培养液罐6和接种生物滤柱7使用前进行灭菌处理。其它与具体实施方式七至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种微生物接种装置，包括臭氧曝气塔1、工业臭氧发生器2、多孔陶瓷催化单元3、紫外催化单元4、接种菌罐5、培养液罐6，接种生物滤柱7、气瓶8和生物滤池9；
臭氧曝气塔1上端设置入口，臭氧曝气塔1内底部设置曝气盘，工业臭氧发生器2与臭氧曝气塔1内曝气盘连通，臭氧曝气塔1底部出口与多孔陶瓷催化单元3入口连通，多孔陶瓷催化单元3出口与紫外催化单元4入口连通，紫外催化单元4出口连通水泵Ⅰ入口；
接种生物滤柱7上端出口连通水泵Ⅱ入口，水泵Ⅰ与水泵Ⅱ之间设置开关a；
生物滤池9通入水泵Ⅰ与开关a之间的管道；
接种菌罐5入口设置开关b，通入开关a与水泵Ⅱ之间的管道；
接种生物滤柱7底端第一入口与接种菌罐5出口连通，接种菌罐5出口设置水泵Ⅲ和开关d；
接种生物滤柱7底端第二入口与培养液罐6连通，接种生物滤柱7与培养液罐6之间设置水泵Ⅳ和开关c；
接种生物滤柱7底端第三入口连通尾管10，尾管10设置开关f；
气瓶8出口设置开关e，通入接种生物滤柱7与开关f之间的尾管10。
利用所述的一种微生物接种装置处理微污染水体的方法，具体按照以下步骤进行：
一、将原水通入臭氧曝气塔1，同时工业臭氧发生器2产生臭氧通入臭氧曝气塔1内底部曝气盘，控制曝气量达到原水中臭氧浓度为1.5mg/L；然后将原水通入多孔陶瓷催化单元3，进行初步臭氧催化和灭菌处理；然后将原水通入紫外催化单元4，进一步对臭氧进行催化以及对原水进行灭菌处理；
二、关闭开关a、c、e和f，打开开关b和d，将接种菌罐5内接种菌液接入接种生物滤柱7中进行菌株挂膜，挂膜厚度达到1～2mm，关闭开关b和d，打开开关a和c，运行培养液罐6，将培养液通入接种生物滤柱7中，保证生物滤柱7中菌株持续生长，并通入生物滤池9中，同时将步骤一处理的原水通入生物滤池9中接种，进行生物降解反应，其中，初始接种水量与原水量的体积比为0.1％，系统稳定后持续接种水量与原水量的体积比为0.01％，完成处理微污染水体的方法。
图2是采用臭氧、紫外以及臭氧紫外耦合的方式对原水灭菌后细菌数量的变化分析图，实验采用ATP试剂染色测试方法对水体中活菌数进行测量。以原水中细菌数量为100％，按存活比例来对灭菌性能做测试对比。
实验数据显示，经过臭氧，紫外，及臭氧紫外耦合的方式处理后的原水，活菌数量均有了极大的下降，特别是臭氧加紫外耦合的方法，活菌数量下降了98％以上，对后续新菌种的接入创造了良好的生存环境条件。
图3是采用本实施例所述的微生物接种装置与传统生物池处理微污染水体得到的数据分析图，其中“●”代表传统生物滤池，“■”代表本实施例装置。试验周期为两个月，原水氨氮浓度为5mg/L以下，属于微污染水体。实验结果显示，采用本实施例所述的微生物接种装置处理微污染水体，氨氮处理效率更高，性能更加稳定，而传统生物滤池由于营养物质太少，导致滤池性能较差，而且波动较大。该数据同时说明本微生物接种装抗冲击性能较传统生物滤池更为优越。
本发明技术方案在水体混凝沉淀后，进入生物滤池前应用该方法及装置。通过臭氧紫外预处理，杀灭水体中的本土细菌，并提高待处理水体的可生化性，使得接种后的生物滤池中所接种细菌成为优势菌种，并加快接种细菌的生长和代谢作用，增大生物滤池的生物量，提高生物滤池的生物反应效率。本发明技术方案，巧妙地解决了微污染水体中营养物质不足，接种细菌易受到本土细菌影响的问题。
Claims (10)
1.一种微生物接种装置，其特征在于该装置包括臭氧曝气塔(1)、工业臭氧发生器(2)、多孔陶瓷催化单元(3)、紫外催化单元(4)、接种菌罐(5)、培养液罐(6)，接种生物滤柱(7)、气瓶(8)和生物滤池(9)；
臭氧曝气塔(1)上端设置入口，臭氧曝气塔(1)内底部设置曝气盘，工业臭氧发生器(2)与臭氧曝气塔(1)内曝气盘连通，臭氧曝气塔(1)底部出口与多孔陶瓷催化单元(3)入口连通，多孔陶瓷催化单元(3)出口与紫外催化单元(4)入口连通，紫外催化单元(4)出口连通水泵Ⅰ入口；
接种生物滤柱(7)上端出口连通水泵Ⅱ入口，水泵Ⅰ与水泵Ⅱ之间设置开关a；
生物滤池(9)通入水泵Ⅰ与开关a之间的管道；
接种菌罐(5)入口设置开关b，通入开关a与水泵Ⅱ之间的管道；
接种生物滤柱(7)底端第一入口与接种菌罐(5)出口连通，接种菌罐(5)出口设置水泵Ⅲ和开关d；
接种生物滤柱(7)底端第二入口与培养液罐(6)连通，接种生物滤柱(7)与培养液罐(6)之间设置水泵Ⅳ和开关c；
接种生物滤柱(7)底端第三入口连通尾管(10)，尾管(10)设置开关f；
气瓶(8)出口设置开关e，通入接种生物滤柱(7)与开关f之间的尾管(10)。
2.根据权利要求1所述的一种微生物接种装置，其特征在于多孔陶瓷催化单元(3)底部设置排污口。
3.根据权利要求1所述的一种微生物接种装置，其特征在于紫外催化单元(4)底部设置排污口。
4.根据权利要求1所述的一种微生物接种装置，其特征在于紫外催化单元(4)内部为紫外灯管，紫外灯管外壁为石英玻璃。
5.根据权利要求1所述的一种微生物接种装置，其特征在于多孔陶瓷催化单元(3)内部为多孔陶瓷砖。
6.根据权利要求1所述的一种微生物接种装置，其特征在于接种生物滤柱(7)上部为活性炭颗粒，下部为卵石支撑层。
7.利用权利要求1所述的一种微生物接种装置处理微污染水体的方法，其特征在于该方法具体按照以下步骤进行：
一、将原水通入臭氧曝气塔(1)，同时工业臭氧发生器(2)产生臭氧通入臭氧曝气塔(1)内底部曝气盘，控制曝气量达到原水中臭氧浓度为1.5～2mg/L；然后将原水通入多孔陶瓷催化单元(3)，进行初步臭氧催化和灭菌处理；然后将原水通入紫外催化单元(4)，进一步对臭氧进行催化以及对原水进行灭菌处理；
二、关闭开关a、c、e和f，打开开关b和d，将接种菌罐(5)内接种菌液接入接种生物滤柱(7)中进行菌株挂膜，挂膜厚度达到1～2mm，关闭开关b和d，打开开关a和c，运行培养液罐(6)，将培养液通入接种生物滤柱(7)中，保证生物滤柱(7)中菌株持续生长，并通入生物滤池(9)中，同时将步骤一处理的原水通入生物滤池(9)中接种，进行生物降解反应，其中，初始接种水量与原水量的体积比为0.1％，系统稳定后持续接种水量与原水量的体积比为0.01％，完成处理微污染水体的方法。
8.根据权利要求7所述的利用一种微生物接种装置处理微污染水体的方法，其特征在于步骤一中控制原水在多孔陶瓷催化单元(3)内的时间为≥30s。
9.根据权利要求7所述的利用一种微生物接种装置处理微污染水体的方法，其特征在于步骤一中控制紫外催化单元(4)紫外灯波长为250～270nm。
10.根据权利要求7所述的利用一种微生物接种装置处理微污染水体的方法，其特征在于步骤二中接种菌罐(5)、培养液罐(6)和接种生物滤柱(7)使用前进行灭菌处理。
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