CN109052624A - 一种移动式净化污水和黑臭水体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式净化污水和黑臭水体的方法及装置，通过从市政污水处理厂的活性污泥或黑臭水体的底泥中筛选纯化得到的菌胶团形成菌配制成菌剂，在曝气条件下，使适应黑臭河道等受污染水体环境的菌胶团形成菌迅速生长繁殖，并通过菌胶团菌的吸附絮凝作用原位富集高效降解和转化污染物质的微生物，最后以微生物生物质（类似于剩余活性污泥）的形式将污染物中的碳氮磷硫等元素移出水体，标本兼治，既提高水体透明度（治标），也彻底消除造成水体黑臭的有机质和高氮磷营养因子（治本）、有效控制和延缓水体再度黑臭，所述的移动式净化污水的装置结构简单、移动方便，可高效处理各种高污染负荷水体。

Description

一种移动式净化污水和黑臭水体的方法及装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种净化污水和黑臭水体的方法，以及可移动式曝气反应污水和黑臭水体的净化装置，可高效处理黑臭水体等各种高污染负荷水体。

背景技术

在环境治理的过程中，河道沟渠污水处理的任务量很大，尤其是部分黑臭水体，无论在排放量上，还是在处理的技术上都是目前较难解决的问题。大量污染物沉积在水体中，不仅破坏城市环境、影响工农业生产，严重的可能污染饮用水源，因此在环境治理的工作中常把黑臭水体作为整治重点。

黑臭水体因污染涉及面广，且多分布在城市角落，很多场合无法补充足够清水，使得治理异常困难，常规做法一般通过添加菌剂快速分解水体中有机物或者大面积种植水生植物修复治理，但前者往往治标不治本、氮和磷等营养物质依然在水体中循环、效果反复；后者见效缓慢。此外，动土清淤工程巨大、耗费资金巨大，不适合推广普及。基于上述情况，近年来便携式净水一体机备受关注，但大多仅通过简单的曝气装置增加水体溶解氧，提高好氧微生物的代谢活动，以达到去除部分碳、氮和硫，降低水体异味物质浓度的作用，却无法高效彻底的去除水体污染物，特别是磷。

活性污泥法是一种污水的好氧生物处理法，是城镇污水处理最广泛使用的方法，该方法主要通过微生物将水体中污染物质吸附、转化、降解而达到净水的目的。其中，起关键作用的活性污泥是一种绒絮状小泥粒，主要由能分泌胞外多糖的菌胶团形成菌和少量丝状菌组成，菌胶团形成菌的主导优势使活性污泥能凝聚成较大的絮团而沉降，并具有很强的吸附及分解有机物的能力，而丝状菌的过量生长会导致污泥膨胀。

相关研究表明菌胶团形成菌是活性污泥微生物菌群中的优势细菌，在曝气条件下，菌胶团形成菌能吸附絮凝各种微生物强化污染物的降解和转化。本发明旨在通过模拟传统序批式活性污泥法，以原位筛选出的高效菌胶团形成菌组成的菌剂为核心，通过添加胶团形成菌的菌剂和原位曝气的方式使移动式净化装置内快速形成适应黑臭河道等受污染水体环境的微生物胶团，以此富集能高效降解污染物的微生物群落净化污水，并通过自然沉降收集微生物絮团，从而将污染物移出水体，达到快速消除黑臭、彻底净化水体的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种净化污水和黑臭水体的方法，通过筛选出高效的菌胶团形成菌，在曝气的条件下，菌胶团微生物迅速生长繁殖，原位富集能高效吸收、降解和转化污染物质和营养元素的微生物，最后以微生物生物质(类似于剩余活性污泥)的形式将污染物中的碳、氮、磷和硫等元素移出水体，彻底消除造成水体黑臭的因素。

本发明的另一个目的在于提供一种可移动式曝气反应处理黑臭水体和污水的净化装置，该装置整合了移动污水处理装置的简单轻便和序批式活性污泥法处理污水的实用高效的特点，结构简单、移动方便、体积小重量轻，可高效处理各种高污染负荷水体。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种移动式净化污水和黑臭水体的方法，包括以下步骤：

(1)菌种样品采集：采集市政污水处理厂的活性污泥或黑臭水体的底泥和上覆水；

(2)菌种的筛选与纯化：将采集的新鲜泥样梯度稀释后涂布在R2A或ZM固体培养基上，置于25～30℃培养48～72小时后，挑取平板上的单菌落接种至R2A或ZM液体培养基中，在25～30℃，150～250rpm摇床中培养24～48小时，筛选出该培养条件下能保持菌胶团(絮体)稳定的菌株，在R2A或ZM固体培养基上平板划线获得纯培养的菌株；

(3)菌种的鉴定：采用PCR扩增纯化后菌株的16S rRNA基因序列，通过NCBI blast搜索比对确定其分类种属，筛选出如下种类的菌胶团形成菌Zoogloea sp.、Thauera sp.、Pelomonas sp.、Duganella sp.,Mitsuararia sp.，Aquincola sp.、Shinella sp.、Dechloromonas sp.、Acidovorax sp.、Ideonella sp.、Inhella sp.、Undibacterium sp.、Microbacterium sp.；

(4)菌剂制备：将所筛选的菌胶团形成菌株分别在R2A或ZM液体培养基中扩大培养至稳定期，静置沉淀菌体，弃去上清后按体积比等比例混合配制成菌剂；也可以采取混合培养法；

(5)菌剂的使用：取上述制备的菌剂按1％～5％的体积比接种投加到污水或黑臭水体中，在曝气池内曝气培养即可。

一种移动式净化污水和黑臭水体的装置，包括船体、智能控制模块、第一曝气泵、第二曝气泵、管道系统，船体的中部设有中腔，通过中腔将船体分隔成对称的第一曝气池、第二曝气池，第一、第二曝气池的底部分别设有曝气泵支架，第一曝气泵、第二曝气泵分别固定于曝气泵支架；管道系统包括一号管道、二号管道、三号管道、四号管道、五号管道，所述5个管道的一端分别连接在五通管接头上，一号管道的另一端与双向水泵连接，并通过第一智能阀门与进出水口相连，二号管道的另一端通过第二智能阀门与第一曝气池相连，三号管道的另一端通过第三智能阀门与第二曝气池相连，四号管道的另一端通过单向水泵与第四智能阀门相连，并通向排泥管，五号管道的另一端与位于船体底部的三通智能阀门连接，所述三通智能阀门的另外两个接口分别与第一曝气池、第二曝气池的底部相连；智能控制模块与所述的第一、第二、第三、第四、三通智能阀门及单向水泵、双向水泵电连接，用于控制阀门的开关和水泵的运行。

进一步地，所述的智能控制模块、智能阀门、单向泵及双向泵均置于中腔。

进一步地，第一、第二曝气池的底部设有坡度，便于菌胶团菌沉淀收集。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：

首先，本发明在市政污水处理厂的活性污泥和黑臭水体底泥里筛选出有优势的土著菌胶团形成菌，再通过可移动的曝气装置将所筛选到的菌胶团形成菌在受污染水体中原位曝气培养，使该净化系统能快速适应受污染水体，并富集高效脱氮除磷微生物。本发明所采用的菌剂不仅能高效处理黑臭水体，避免了使用化学净水剂的二次污染，也无需担心菌种的生物安全性，而且相比常规大量消耗菌剂短暂治理污染的手段，本发明具有低菌剂消耗和持续稳定并能永久性去除污染物的优点。

其次，现有的移动污水处理装置主要是通过过滤、吸附等物理方法和简单的开放式曝气增氧对污水进行处理，效果缓慢且难以达到预期需求。本装置采用序批式活性污泥曝气法，接种菌剂后可用于净化各种高浓度污染水体，不仅能按需求调整出水水质达到深度处理的效果，而且能富集污染物便于处理，在应对局部污染修复方面效果明显。该装置设计整合了移动污水处理装置的简单轻便和序批式活性污泥法处理污水的实用高效的特点，使其操作便捷，能做到“召之即来，来之能战”，像一座可移动的活性污泥法污水处理厂，能理想地完成污水处净化水体的目的。

附图说明

图1为移动式净化污水和黑臭水体的装置的垂直截面结构示意图

图2为移动式净化污水和黑臭水体的装置的横截面结构示意图

图3为移动式净化污水和黑臭水体的装置的管路系统结构示意图

1-船体，2-中腔，3-智能控制模块，4-双向水泵，5-单向水泵，6-第一曝气池，7-第二曝气池，8-第一曝气泵，9-第二曝气泵，10-曝气泵支架，11-排泥管，12-第一智能阀门，13-第二智能阀门，14-第三智能阀门，15-第四智能阀门，16-三通智能阀门，17-一号管道，18-二号管道，19-三号管道，20-四号管道，21-五号管道，22-五通管接头。

实施例1 菌胶团形成菌的筛选、菌剂制备及降解效果

1、筛选菌胶团形成菌及制备菌剂：

(1)样品采集与菌种的筛选：采集市政污水处理厂好氧段的活性污泥或黑臭水体的底泥，用无菌水梯度稀释样品后，取10^-3～10^-6浓度的稀释液100微升涂布在R2A或ZM固体平板培养基上；将培养基置于25～30℃培养48～72小时，挑取培养后的平板上的单菌落接种至装有R2A或ZM液体培养基的好氧培养管中，于25～30℃、150～250rpm摇床中培养24～48小时，选取该条件下产絮状态良好的菌株，在R2A或ZM固体培养基上采用平板划线法获得纯化后菌种；

所述的R2A液体培养基(g/L)：酵母提取物0.5、可溶性淀粉0.5、蛋白胨0.5、丙酮酸钠0.3、酸水解酪素0.5、磷酸氢二钾0.3、葡萄糖0.5、无水硫酸镁0.024；pH 7.0±0.2，高温高压灭菌；所述R2A固体培养基是在液体培养基的基础上添加1.5％的琼脂粉配制而成。(Reasoner,D.J.,and Geldreich,E.E.(1985)A new medium for the enumeration andsubculture of bacteria from potable water.Appl Environ Microbiol 49:1–7.)

所述的ZM液体培养基(g/L)：酵母提取物5、酸水解酪素5、磷酸氢二钾2、磷酸二氢钾1；pH 7.0±0.2，高温高压灭菌；所述ZM固体培养基是在液体培养基的基础上添加1.5％的琼脂粉配制而成。(Fukui T,Yoshimoto A,Matsumoto M,et al.Enzymatic synthesisof poly-β-hydroxybutyrate in Zoogloea ramigera[J].Archives of microbiology,1976,110(2-3):149-156.)

(2)菌种的鉴定：测定纯化后菌株的16S rRNA基因序列，经NCBI Blast比对确定其分类种属，筛选得到的菌胶团形成菌株包含Zoogloea sp.、Thauera sp.、Pelomonas sp.、Duganella sp.,Mitsuararia sp.，Aquincola sp.、Shinella sp.、Dechloromonas sp.、Acidovorax sp.、Ideonella sp.、Inhella sp.、Undibacterium sp.、Microbacteriumsp.；

(3)菌剂制备：将上述筛选的菌胶团形成菌株分别在R2A或ZM培养基中扩大培养至稳定期，将菌液静置半小时，待其自然沉降后弃去上清，将各菌株的浓缩菌液以等体积比混合，即得到所述菌剂。

2、菌胶团形成菌对污水的净化效果

为检测各菌株对污染河道的污水实际降解效果，实验中选取Zoogloea sp.、Thauera sp.、Shinella sp.、Dechloromonas sp.、Acidovorax sp.为代表，以10倍稀释后的市政污水模拟污染河道污水，灭菌后分别按1％体积比例接种各菌株的稳定期菌液，在28℃，180rpm的培养条件下，培养24h后检测总磷、总氮、氨氮、COD的去除率，结果如表1所示。

表1不同菌胶团形成菌对污水的净化效果

菌胶团形成菌	TN	NH4+	TP	COD
					Zoogloea sp.	69％	52％	26％	77％
Thauera sp.	85％	68％	17％	88％
					Shinella sp.	66％	46％	21％	94％
Dechloromonas sp.	57％	41％	11％	91％
					Acidovorax sp.	83％	74％	14％	87％

其中Zoogloea sp.是市政活性污泥中的主要菌胶团形成菌，Thauera sp.、Shinella sp.、Dechloromonas sp.在常规工业废水处理工艺中占比较高，对难降解有机物有较强的去除效果，Acidovorax sp.菌体形态较多，大多能脱氮除磷，且对众多水体异味物质和重金属有较好的去除效果。根据以上数据可知，各菌株对水体中主要污染物都有较好的去除效果，可以应对不同污染状况的污水。

3、菌胶团形成菌对黑臭水体异味物质的降解作用

为检测菌剂对黑臭水体异味物质的降解作用，实验中以黑臭水体中主要异味物质土腥素、2-甲基异茨醇、β-紫罗兰酮、β-环柠檬醛为唯一碳源配制无机盐培养基M9，以Zoogloea sp.、Shinella sp.、Acidovorax sp.为试验菌株，分别按1％体积比例接种于含有5mg/L土腥素、5mg/L 2-甲基异茨醇、20mg/Lβ-紫罗兰酮、20mg/Lβ-环柠檬醛的M9培养基中，在28℃，180rpm的培养条件下培养24h后，取上清检测培养液中各异味物质的浓度，降解效果如表2。

M9培养基组成为：0.1％NH4Cl、0.05％NaCl、0.3％KH2NPO4、1.28％Na2PO4·7H2O、0.05％MgSO4·7H2O、0.0015％CaCl2·2H2O(代志刚,蒋永光,谷依露,等.异味物质β-环柠檬醛降解菌的分离和鉴定[J].水生生物学报,2014,38(2):222-226.)

表2不同菌胶团形成菌对黑臭水体异味物质的降解作用

以上三种菌株对常见水体异味物质都有较好的降解作用，相比常用的向黑臭水体中投加化学药剂，采用微生物降解吸附的作用较温和，更符合当今生态环保的需求。

实施例2 一种可移动式净化污水和黑臭水体的装置

如图1及图2所示，一种移动式净化污水和黑臭水体的装置包括船体1、第一曝气泵8、第二曝气泵9、智能控制模块3及管道系统。船体1中部设有中腔2，通过中腔2将船体分隔成对称的第一曝气池6、第二曝气池7，第一、第二曝气池的底部分别设有曝气泵支架10，第一曝气泵8、第二曝气泵9分别固定于曝气泵支架10；管道系统包括一号管道17、二号管道18、三号管道19、四号管道20、五号管道21，所述的一至五号管道的一端分别连接在五通管接头22，一号管道17的另一端与双向水泵4连接，并通过第一智能阀门12与进出水口相连，二号管道18的另一端通过第二智能阀门13与第一曝气池6相连，三号管道19的另一端通过第三智能阀门14与第二曝气池7相连，四号管道20的另一端通过单向水泵5与第四智能阀门15相连，并通向排泥管11，五号管道21的另一端与位于船体底部的三通智能阀门16连接，所述三通智能阀门16的另外两个接口分别与第一曝气池6、第二曝气池7的底部相连；智能控制模块3与所述的第一、第二、第三、第四、三通智能阀门及单向水泵、双向水泵电连接，用于控制阀门的开关和水泵的运行。

在本实施例中，第一、第二曝气池的底部设有坡度，一方面用于收集沉降的活性污泥，一方面便于拖拽运输；所述的智能控制模块、智能阀门、单向泵及双向泵均置于中腔。

一般状况下，第一、第二曝气池分别独立运行，关闭三通智能阀门，通过一号管道将待处理的污水分别泵至两个曝气池中，经过一段时间的曝气，通过菌剂中所含的菌胶团形成菌的吸附、降解作用将污水中的氮、磷、硫、异味物质等污染物质降解、富集以达到净化水体的目的。曝气池中净化后的上层清水通过二号或三号管道、一号管道排出；当曝气池底部的活性污泥积累到一定程度时，打开第四智能阀门、三通智能阀门，曝气池底部经沉淀收集的活性污泥通过单向泵从排泥管排出，以此将污染物从水体中完全去除。当需要连通两个曝气池同步运行时，打开三通智能阀门，同时可以用于排水和排泥时平衡水位。

实施例3 一种移动式净化污水和黑臭水体的方法

将实施例1中筛选得到的13种菌胶团形成菌株分别在R2A培养基中扩大培养至稳定期，将菌液静置半小时，待其自然沉降后弃去上清，将各菌株的浓缩菌液以等体积比混合配制成菌剂。

在现场使用过程中，根据实际情况，按体积比1％～5％的比例向实施例2所述的可移动污水净化装置中投加菌剂。首次使用菌剂时，先通过双向水泵将第一曝气池和第二曝气池进水至曝气池容积二分之一，并投加所配制的菌剂，持续曝气一段时间(5h～10h)进行菌剂复苏，待菌体量达到一定浓度后，将曝气池内装满水，即可开始正式工作运行。

在效果检测实验中，按1％接种实例1所述菌剂于某黑臭河道的水样，正常运行状态下持续曝气10h后，出水水质中的总磷、总氮、氨氮、COD的去除率最高分别可达65.2％、83.5％、92.1％、80.6％；持续曝气运行24h后，各项理化指标均已经达到城镇污水出水一级B标准。随着该污水处理系统的持续运行，污染水体中能高效降解污染物的微生物在装置内被原位富集，系统逐步稳定且维持较高的净化效率。

上述实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种移动式净化污水和黑臭水体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)菌种样品采集：采集市政污水处理厂的活性污泥或黑臭水体的底泥；

(2)菌种的筛选与纯化：将采集的新鲜泥样梯度稀释后涂布在R2A或者ZM固体培养基上，置于25～30℃培养48～72小时后，挑取平板上的单菌落接种至R2A或者ZM液体培养基中，在25～30℃，150～250rpm摇床中培养24～48小时，筛选出该培养条件下能保持菌胶团稳定的菌株，在R2A或者ZM固体培养基上平板划线获得纯培养的菌株；

(3)菌种的鉴定：采用PCR扩增纯化后菌株的16S rRNA基因序列，通过NCBI blast比对确定其分类种属，筛选出如下种类的菌胶团形成菌Zoogloea sp.、Thauera sp.、Pelomonassp.、Duganella sp.,Mitsuararia sp.，Aquincola sp.、Shinella sp.、Dechloromonassp.、Acidovorax sp.、Ideonella sp.、Inhella sp.、Undibacterium sp.、Microbacteriumsp.；

(4)菌剂制备：将所筛选的菌胶团形成菌株分别在R2A或ZM液体培养基中扩大培养至稳定期，静置沉淀菌胶团，弃去上清后按体积比等比例混合配制成菌剂；或者将所筛选的菌胶团形成菌株在R2A或ZM液体培养基中混合培养，静置沉淀菌胶团，弃去上清后配制成菌剂；

(5)菌剂的使用：取上述制备的菌剂按1％～5％的体积比接种投加到污水或黑臭水体中，在曝气池内曝气培养即可。

2.一种应用于权利要求1所述方法的移动式净化污水和黑臭水体的装置，其特征在于，包括船体(1)、智能控制模块(3)、第一曝气泵(8)、第二曝气泵(9)、管道系统，船体(1)的中部设有中腔(2)，通过中腔(2)将船体分隔成对称的第一曝气池(6)、第二曝气池(7)，第一、第二曝气池的底部分别设有曝气泵支架(10)，第一曝气泵(8)、第二曝气泵(9)分别固定于曝气泵支架(10)；管道系统包括一号管道(17)、二号管道(18)、三号管道(19)、四号管道(20)、五号管道(21)，所述5个管道的一端分别连接在五通管接头(22)上，一号管道(17)的另一端与双向水泵(4)连接，并通过第一智能阀门(12)与进出水口相连，二号管道(18)的另一端通过第二智能阀门(13)与第一曝气池(6)相连，三号管道(19)的另一端通过第三智能阀门(14)与第二曝气池(7)相连，四号管道(20)的另一端通过单向水泵(5)与第四智能阀门(15)相连，并通向排泥管，五号管道(21)的另一端与位于船体底部的三通智能阀门(16)连接，所述三通智能阀门(16)的另外两个接口分别与第一曝气池、第二曝气池的底部相连；智能控制模块(3)与所述的第一、第二、第三、第四、三通智能阀门及单向水泵、双向水泵电连接，用于控制阀门的开关和水泵的运行。

3.根据权利要求2所述的移动式净化污水和黑臭水体的装置，其特征在于，所述的智能控制模块、智能阀门、单向泵及双向泵均置于中腔。

4.根据权利要求2所述的移动式净化污水和黑臭水体的装置，其特征在于，第一、第二曝气池的底部设有坡度。