CN109665672B - 一种强化去除低温地下水中总氮的装置及地下水处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种强化去除低温地下水中总氮的装置及地下水处理方法，涉及一种去除地下水中总氮的装置及地下水处理方法。是要解决现有的水处理装置和方法对于低温地下水的总氮去除效果差、运行成本高的问题。装置包括流化床反应器、光催化反应装置、进水水箱、微生物接种池和泵，在流化床反应器的两侧分别设置有光催化反应装置。方法：一、首先将载体放入流化床反应器中，通入H2O2和清水；二、向微生物接种池中放入微生物复合菌剂，然后关闭进水水箱阀门，开启接种池阀门和泵，即在载体上固定有微生物；三、关闭接种池阀门，水箱中加入清水，开启进水水箱阀门和泵，至出水澄清为止；四、开启紫外灯，向进水水箱中加入待处理地下水。本发明用于处理地下水。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种去除地下水中总氮的装置及地下水处理方法。
背景技术
近年来我国出台了一系列举措，地表水源水质得到明显改善，但由于农业面源污染范围广、难控制，地下水质状况不容乐观。很多地区的地下水呈氨氮和硝酸盐浓度均超标的现象。水源水中总氮超标会带来以下危害：(1)在给水处理工艺中，常用折点氯化的方法去除水源水中多余的氨氮，这即提高了水处理成本，也增加了消毒副产物的形成风险；(2)供水管网中残余的氨氮会刺激自养型硝化细菌滋生，形成具有致癌风险的亚硝酸盐，并腐蚀管道、恶化水质；(3)饮用水中过量的氨对中枢神经系统，特别是处于发育期的大脑存在毒性，产生不可逆的损害，导致认知障碍、癫痫、脑瘫等表现症状；(4)饮用水中的硝酸盐含量过高容易引起高铁血红蛋白症，甚至会诱发癌症，对人体造成危害。我国在2006年颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中规定，生活饮用水中氨氮限值为0.5mg/L、硝酸盐限值为10mg/L。
目前，去除氨氮的方法主要有折点加氯法、选择性离子交换法、氨吹脱法、化学沉淀法以及生物法。生物处理方法不需要额外添加化学药剂，运行维护简单，成本低，因此得到广泛关注。但由于地下水温通常低于15℃，尤其是我国北方地区的地下水温常年6～10℃，微生物活性严重受到影响，对水中总氮的去除难以达到理想的效果。
目前常用的地下水脱氮技术主要分两类：
(1)利用好氧硝化-厌氧反硝化原理：此类技术或者需要至少两个构筑物(即好氧硝化和厌氧反硝化两个构筑物)，或者通过一个构筑物在好氧-厌氧条件下交替运行来完成；而且由于厌氧反硝化工艺需要大量的可生物降解有机物(BOD5/N大于5)，而地下水中有机物主要是难生物降解的腐殖酸，因此目前常用的方法是向构筑物中投入碳源，提高了运行维护费用。
(2)利用厌氧自养反硝化原理：此类技术需要严格控制厌氧环境，并需向构筑物中添加H2或投加Fe/Fe复合体，为自养反硝化细菌提供电子供体。此类技术应用过程中，厌氧环境较难控制、且供氢装置耗电量高、投加Fe或Fe复合体的成本高。
发明内容
本发明是要解决现有的水处理装置和方法对于低温地下水的总氮去除效果差、运行成本高的问题，提供一种强化去除低温地下水中总氮的装置及地下水处理方法。
本发明强化去除低温地下水中总氮的装置包括流化床反应器、光催化反应装置、进水水箱、微生物接种池和泵，流化床反应器的外壁上部设有出水口，在流化床反应器的两侧分别设置有光催化反应装置，光催化反应装置的顶部通过下向流导流管与流化床反应器的上部相连通，光催化反应装置的底部通过光催化导流管与流化床反应器的下部相连通；
所述光催化反应装置包括壳体和紫外灯，所述紫外灯设置于壳体内部；
所述进水水箱通过泵与流化床反应器底部的进水口连接，所述微生物接种池与进水水箱和泵之间的管道连接；
所述进水水箱的出水口处设有进水水箱阀门，所述微生物接种池的出水口处设有接种池阀门。
所述流化床反应器为常规流化床反应器，其内部由进水区、上向流的导流筒、三相分离器和沉淀区组成。进水区位于流化床反应器下部，三相分离器和沉淀区位于流化床反应器上部。
进一步的，流化床反应器底部的进水口处设有流量计。
进一步的，流化床反应器的导流筒与生物流化床反应器的直径比为0.85。
进一步的，流化床反应器的高径比为4。
利用上述装置进行地下水处理的方法，包括以下步骤：
一、首先将载体放入流化床反应器中，向装有载体的流化床反应器中通入体积浓度为30％～50％的H2O2，对载体进行消毒6～8h，之后通入清水，对载体进行清洗；
二、向微生物接种池中放入微生物复合菌剂，然后关闭进水水箱阀门，开启接种池阀门和泵，并关闭紫外灯，微生物复合菌剂从微生物接种池流入流化床反应器中，通过泵提升作用，微生物复合菌剂在流化床反应器内形成升流，开启泵6～8h后，将泵关闭2～4h，使微生物复合菌剂静置，如此重复开启、关闭3～4次，即在载体上固定有微生物；
三、然后关闭接种池阀门，向进水水箱中加入清水，开启进水水箱阀门和泵，清水通入流化床反应器中，对载体进行再次清洗，清洗掉固定效果差的菌体，清洗至出水澄清为止；
四、然后开启紫外灯，向进水水箱中加入待处理地下水，通过泵的提升作用，地下水进入流化床反应器的进水区，通过导流筒形成升流，流出导流筒后，由于重力作用通过下向导流管流入光催化反应装置，之后受进水区的水力提升作用，水回流至流化床反应器中，最后经处理后的地下水在流化床反应器的三相分离器中进行分离，在流化床反应器沉淀区内，密度较大的载体通过重力作用回流至流化床反应器，而密度较低的水则从出水口流出。
进一步的，步骤一所述载体为颗粒活性炭、无烟煤、沸石或石榴石。
进一步的，控制装置中水力停留时间为0.5～2.5h。
进一步的，步骤二所述微生物复合菌剂的制备方法具体为：
一、分别对哈尔滨不动细菌(Acinetobacter harbinensis)HITLi 7T、酯香微杆菌(Microbacteriumesteraromaticum)SFA 13、保藏编号为CGMCC No.16652的(Pseudomonasextremaustralis)Y39-6、保藏编号为CGMCC No.16655的(Pseudomonas arsenicoxydans)Y24-2、保藏编号为CGMCC No.16654的(Pseudomonas poae)Y5-5、保藏编号为16651的(Pseudomonas koreensis)Y5-11和保藏编号为CGMCC No.16653的(Psychrobactercryohalolentis)F5-6进行活化；
二、挑取活化好的单菌落分别接种于液体培养基上，在温度为8℃、振荡速度为180r/min的好氧条件下进行富集培养32～40h；
三、然后将哈尔滨不动细菌HITLi 7T、酯香微杆菌SFA 13、Pseudomonasextremaustralis Y39-6、Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2、Pseudomonas poae Y5-5、Pseudomonas koreensis Y5-11和Psychrobacter cryohalolentis F5-6分别接种于液体培养基中培养至菌液中细菌数均为109个/mL；
四、哈尔滨不动细菌HITLi 7T菌液、酯香微杆菌SFA 13菌液、Pseudomonasextremaustralis Y39-6菌液、Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2菌液、Pseudomonaspoae Y5-5菌液、Pseudomonas koreensis Y5-11菌液和Psychrobacter cryohalolentisF5-6菌液按体积比2：2：1：1：1：3：4混合，即得微生物复合菌剂。
进一步的，步骤一所述活化是将7株菌分别接种于固体培养基中，在6～10℃培养24～72h。
进一步的，用于培养Pseudomonas extremaustralis Y39-6和Pseudomonaskoreensis Y5-11的固体培养基配方为：NaNO3 0.1～0.5g/L，MnSO4 0.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，琼脂1.8g/L，pH值7.0～7.4。用于培养Pseudomonas extremaustralis Y39-6和Pseudomonas koreensis Y5-11的液体培养基配方即去除琼脂。
进一步的，用于培养哈尔滨不动细菌HITLi 7T和酯香微杆菌SFA 13的固体培养基配方为：NaNO3 0.1～0.5g/L，MnSO4 0.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，1～2g CH3COONa，琼脂1.8g/L，pH值7.0～7.4。用于培养哈尔滨不动细菌HITLi 7T和酯香微杆菌SFA 13的液体培养基配方即去除琼脂。
进一步的，用于培养Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2和Psychrobactercryohalolentis F5-6的固体培养基配方为：NaNO3 0.1～0.5g/L，MnSO4 0.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，C2H5OH 0.1～2.0mL/L，琼脂1.8g/L，pH值7.0～7.4。用于培养Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2和Psychrobactercryohalolentis F5-6的液体培养基配方即去除琼脂。
进一步的，用于培养Pseudomonas poae Y5-5的固体培养基配方为：NaNO3 0.1～0.5g/L，MnSO4 0.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，琼脂1.8g/L，腐殖酸0.10～10.0mg/L，pH值7.0～7.4。用于培养Pseudomonas poae Y5-5的液体培养基配方即去除琼脂。
哈尔滨不动细菌(Acinetobacter harbinensis)HITLi 7T已经于2014年在学位论文《异养硝化菌Acinetobacter harbinensis HITLi 7T的发现及去除低温水中氨氮效能研究》中公开。酯香微杆菌(Microbacteriumesteraromaticum)SFA 13已经于2013年在文章《Removal of ammonium in surface water at low temperature by a newly isolatedMicrobacterium sp.strain SFA13》中公开。
所述Pseudomonas extremaustralis Y39-6保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2018年10月29日，保藏编号为CGMCC No.16652。Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号为CGMCC No.16655，保藏日期为2018年10月29日。Pseudomonas poae Y5-5保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2018年10月29日，保藏编号为CGMCC No.16654。Pseudomonaskoreensis Y5-11保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2018年10月29日，保藏编号为16651。Psychrobacter cryohalolentis F5-6保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2018年10月29日，保藏编号为CGMCC No.16653。
本发明装置的工作原理：
首先在流化床反应器中放入填料，并通入微生物复合菌剂，在载体上固定微生物。附着微生物的载体均匀分布在流化床反应器和光催化反应装置内。然后待处理的受污染低温地下水通过泵的提升，进入到流化床反应器的进水区，通过导流筒形成升流，流出导流筒后，由于重力作用通过下向导流管流入光催化反应装置；载体上的微生物向细胞外分泌胞外聚合物，与紫外灯发出的波长形成光催化-生物反应耦合体系，促进水中难降解有机物的分解和氨氮的氧化。
带有微生物的载体与紫外光通过光催化-微生物协同反应的作用，在无需投加光催化剂的情况下即可发生高级氧化反应，产生O·、HO·等自由，使水中难生物降解的腐殖酸类物质发生不完全氧化形成小分子易生物降解有机物，提高了水中的C/N比；光催化-微生物协同反应同时促进了低温水中的氨氮氧化作用，促进氨氮氧化生产硝酸盐；在光催化反应装置中完成反应后，受进水区的水力提升作用，水回流至生物流化床反应器中，进行充分的生物反硝化作用。处理后的水在三相分离器中进行分离，在沉淀区内密度较大的微生物载体通过重力作用回流至生物流化床反应器，而密度较低的水则从出水口流出。经过光催化-微生物协同反应后，水中的NO3 --N、可生物降解有机碳、铁离子和锰离子等为附着在载体上的微生物提供了丰富的营养物质，生物流化床装置为微生物复合菌剂提供了良好的水力环境和生存条件，促进微生物进行生长和反硝化作用；光催化-微生物协同反应也进一步消除了处理过程中形成亚硝酸盐的风险；本发明装置不需要额外投加碳源、光催化剂，具有结构简单，运行方便的优点。
本发明的有益效果：
本发明通过使用微生物复合菌剂构建生物增强流化床工艺，结合光催化反应，分解水中腐殖酸，提高水中可生物降解有机物含量，强化低温水中的氨氮氧化，提高低温地下水中总氮的去除效果，使工艺运行操作简便，降低运行成本。
本发明使用的微生物复合菌剂是由低温异养型硝化菌、反硝化细菌和低温兼性自养反硝化细菌组成。低温异养型硝化菌HITLi 7T和SFA13可在2～10℃的条件下，有效的氧化水中氨氮；低温反硝化细菌Y24-2、Y5-5和F5-6可以利用有机物进行反硝化去除硝酸盐(最佳C/N比为0.5)；Y5-11和Y39-6可以在无有机碳源的条件下进行反硝化去除硝酸盐。将上述菌株进行配比组合，有利于强化菌株对硝酸盐的去除效果和对环境的适应能力，在进水环境相对较为复杂，同时含有较高浓度的有机物、氨氮和硝酸盐的条件下，可以在低温下保证良好的有机物和硝酸盐去除效果。
本发明的方法用于在6～10℃的条件下运行30d，出水TOC低于3mg/L，BOD5低于1mg/L，对NH4 +-N的去除率达90％，对NO3 --N的去除率在85％以上，出水未见有NO2 --N的积累。
附图说明
图1为本发明强化去除低温地下水中总氮的装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式强化去除低温地下水中总氮的装置包括流化床反应器8、光催化反应装置2、进水水箱13、微生物接种池14和泵10，流化床反应器8的外壁上部设有出水口15，在流化床反应器8的两侧分别设置有光催化反应装置2，光催化反应装置2的顶部通过下向流导流管7与流化床反应器8的上部相连通，光催化反应装置2的底部通过光催化导流管9与流化床反应器8的下部相连通；
所述光催化反应装置2包括壳体和紫外灯3，所述紫外灯设置于壳体内部；
所述进水水箱13通过泵10与流化床反应器8底部的进水口连接，所述微生物接种池14与进水水箱13和泵10之间的管道连接；
所述进水水箱13的出水口处设有进水水箱阀门12，所述微生物接种池14的出水口处设有接种池阀门17。
所述流化床反应器8为常规流化床反应器，其内部由进水区4、上向流的导流筒5、三相分离器1和沉淀区6组成。进水区4位于流化床反应器8下部，三相分离器1和沉淀区6位于流化床反应器8上部。
进一步的，流化床反应器8底部的进水口处设有流量计16。便于对装置中的进水流量进行监测。
进一步的，流化床反应器8的导流筒与生物流化床反应器的直径比为0.85。流化床反应器的高径比为4。如此设置可以形成良好升流条件，促进生物流化床与光催化反应装置间形成水力循环，改善微生物复合菌群的水力接触条件，强化生物反应作用。
具体实施方式二：利用具体实施方式一所述的装置进行地下水处理的方法，包括以下步骤：
一、首先将载体放入流化床反应器8中，向装有载体的流化床反应器8中通入体积浓度为30％～50％的H2O2，对载体进行消毒6～8h，之后通入清水，对载体进行清洗；
二、向微生物接种池14中放入微生物复合菌剂，然后关闭进水水箱阀门12，开启接种池阀门17和泵10，并关闭紫外灯3，微生物复合菌剂从微生物接种池14流入流化床反应器8中，通过泵10提升作用，微生物复合菌剂在流化床反应器8内形成升流，开启泵10 6～8h后，将泵10关闭2～4h，使微生物复合菌剂静置，之后再开启泵10 6～8h，关闭泵10 2～4h，如此重复开启、关闭3～4次，即在载体上固定有微生物；
三、然后关闭接种池阀门17，向进水水箱13中加入清水，开启进水水箱阀门12和泵10，清水通入流化床反应器8中，对载体进行再次清洗，清洗掉固定效果差的菌体，清洗至出水澄清为止；
四、然后开启紫外灯3，向进水水箱13中加入待处理地下水，通过泵10的提升作用，地下水进入流化床反应器8的进水区，通过导流筒5形成升流，流出导流筒5后，由于重力作用通过下向导流管7流入光催化反应装置2，之后受进水区4的水力提升作用，水回流至流化床反应器8中，最后经处理后的地下水在流化床反应器8的三相分离器中进行分离1，在流化床反应器沉淀区6内，密度较大的载体通过重力作用回流至流化床反应器8，而密度较低的水则从出水口15流出。
进一步的，步骤一所述载体为颗粒活性炭、无烟煤、沸石或石榴石。优选颗粒活性炭。
进一步的，控制装置中水力停留时间为0.5～2.5h。
进一步的，步骤二所述微生物复合菌剂的制备方法具体为：
一、分别对哈尔滨不动细菌(Acinetobacter harbinensis)HITLi 7T、酯香微杆菌(Microbacteriumesteraromaticum)SFA 13、Pseudomonas extremaustralis Y39-6、Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2、Pseudomonas poae Y5-5、Pseudomonas koreensisY5-11和Psychrobacter cryohalolentis F5-6进行活化；
二、挑取活化好的单菌落分别接种于液体培养基上，在温度为8℃、振荡速度为180r/min的好氧条件下进行富集培养32～40h；
三、然后将哈尔滨不动细菌HITLi 7T、酯香微杆菌SFA 13、Pseudomonasextremaustralis Y39-6、Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2、Pseudomonas poae Y5-5、Pseudomonas koreensis Y5-11和Psychrobacter cryohalolentis F5-6分别接种于液体培养基中培养至菌液中细菌数均为109个/mL；
四、哈尔滨不动细菌HITLi 7T菌液、酯香微杆菌SFA 13菌液、Pseudomonasextremaustralis Y39-6菌液、Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2菌液、Pseudomonaspoae Y5-5菌液、Pseudomonas koreensis Y5-11菌液和Psychrobacter cryohalolentisF5-6菌液按体积比2：2：1：1：1：3：4混合，即得微生物复合菌剂。
进一步的，步骤一所述活化是将7株菌分别接种于固体培养基中，在6～10℃培养24～72h。
进一步的，用于培养Pseudomonas extremaustralis Y39-6和Pseudomonaskoreensis Y5-11的固体培养基配方为：NaNO3 0.1～0.5g/L，MnSO4 0.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，琼脂1.8g/L，pH值7.0～7.4。用于培养Pseudomonas extremaustralis Y39-6和Pseudomonas koreensis Y5-11的液体培养基配方即去除琼脂。
进一步的，用于培养哈尔滨不动细菌HITLi 7T和酯香微杆菌SFA 13的固体培养基配方为：NaNO3 0.1～0.5g/L，MnSO4 0.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，1～2g CH3COONa，琼脂1.8g/L，pH值7.0～7.4。用于培养哈尔滨不动细菌HITLi 7T和酯香微杆菌SFA 13的液体培养基配方即去除琼脂。
进一步的，用于培养Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2和Psychrobactercryohalolentis F5-6的固体培养基配方为：NaNO3 0.1～0.5g/L，MnSO4 0.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，C2H5OH 0.1～2.0mL/L，琼脂1.8g/L，pH值7.0～7.4。用于培养Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2和Psychrobactercryohalolentis F5-6的液体培养基配方即去除琼脂。
进一步的，用于培养Pseudomonas poae Y5-5的固体培养基配方为：NaNO3 0.1～0.5g/L，MnSO4 0.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，琼脂1.8g/L，腐殖酸0.10～10.0mg/L，pH值7.0～7.4。用于培养Pseudomonas poae Y5-5的液体培养基配方即去除琼脂。
哈尔滨不动细菌(Acinetobacter harbinensis)HITLi 7T已经于2014年在学位论文《异养硝化菌Acinetobacter harbinensis HITLi 7T的发现及去除低温水中氨氮效能研究》中公开。酯香微杆菌(Microbacteriumesteraromaticum)SFA 13已经于2013年在文章《Removal of ammonium in surface water at low temperature by a newly isolatedMicrobacterium sp.strain SFA13》中公开。
所述Pseudomonas extremaustralis Y39-6保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2018年10月29日，保藏编号为CGMCC No.16652。Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号为CGMCC No.16655，保藏日期为2018年10月29日。Pseudomonas poae Y5-5保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2018年10月29日，保藏编号为CGMCC No.16654。Pseudomonaskoreensis Y5-11保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2018年10月29日，保藏编号为16651。Psychrobacter cryohalolentis F5-6保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏日期为2018年10月29日，保藏编号为CGMCC No.16653。
本实施方式的工作原理：
首先在流化床反应器8中放入填料，并通入微生物复合菌剂，在载体上固定微生物。附着微生物的载体均匀分布在流化床反应器8和光催化反应装置2内。然后待处理的受污染低温地下水通过泵10的提升，进入到流化床反应器8的进水区，通过导流筒5形成升流，流出导流筒5后，由于重力作用通过下向导流管7流入光催化反应装置2；载体上的微生物向细胞外分泌胞外聚合物，与紫外灯3发出的波长形成光催化-生物反应耦合体系，促进水中难降解有机物的分解和氨氮的氧化。
带有微生物的载体与紫外光通过光催化-微生物协同反应的作用，在无需投加光催化剂的情况下即可发生高级氧化反应，产生O·、HO·等自由，使水中难生物降解的腐殖酸类物质发生不完全氧化形成小分子易生物降解有机物，提高了水中的C/N比；光催化-微生物协同反应同时促进了低温水中的氨氮氧化作用，促进氨氮氧化生产硝酸盐；在光催化反应装置中完成反应后，受进水区4的水力提升作用，水回流至生物流化床反应器8中，进行充分的生物反硝化作用。处理后的水在三相分离器1中进行分离，在沉淀区6内密度较大的微生物载体通过重力作用回流至生物流化床反应器，而密度较低的水则从出水口15流出。经过光催化-微生物协同反应后，水中的NO3 --N、可生物降解有机碳、铁离子和锰离子等为附着在载体上的微生物提供了丰富的营养物质，生物流化床装置为微生物复合菌剂提供了良好的水力环境和生存条件，促进微生物进行生长和反硝化作用；光催化-微生物协同反应也进一步消除了处理过程中形成亚硝酸盐的风险；不需要额外投加碳源、光催化剂，具有结构简单，运行方便的优点。
本实施方式的地下水进水水质如下：总有机碳(TOC)为8～10mg/L，BOD5为0～0.5mg/L，NH4 +-N为3～5mg/L，NO3 --N为80～100mg/L，NO2 --N为0.2～0.5mg/L，Fe2+为0.5～0.7mg/L，Mn2+为0.6～0.9mg/L，pH为6.5～7.2。
经过本实施方式的方法在6℃的条件下运行30d，出水TOC低于3mg/L，BOD5低于1mg/L，对NH4 +-N的去除率达90％，对NO3 --N的去除率在85％以上，出水未见有NO2 --N的积累。
Claims (8)
1.一种强化去除低温地下水中总氮的装置，其特征在于该装置包括流化床反应器(8)、光催化反应装置(2)、进水水箱(13)、微生物接种池(14)和泵(10)，流化床反应器(8)的外壁上部设有出水口(15)，在流化床反应器(8)的两侧分别设置有光催化反应装置(2)，光催化反应装置(2)的顶部通过下向流导流管(7)与流化床反应器(8)的上部相连通，光催化反应装置(2)的底部通过光催化导流管(9)与流化床反应器(8)的下部相连通；
所述光催化反应装置(2)包括壳体和紫外灯(3)，所述紫外灯设置于壳体内部；
所述进水水箱(13)通过泵(10)与流化床反应器(8)底部的进水口连接，所述微生物接种池(14)与进水水箱(13)和泵(10)之间的管道连接；
所述进水水箱(13)的出水口处设有进水水箱阀门(12)，所述微生物接种池(14)的出水口处设有接种池阀门(17)；
流化床反应器(8)的导流筒与生物流化床反应器的直径比为0.85，流化床反应器(8)的高径比为4；
向微生物接种池(14)中放入微生物复合菌剂，所述微生物复合菌剂是由哈尔滨不动细菌(Acinetobacter harbinensis)HITLi 7T菌液、酯香微杆菌(Microbacteriumesteraromaticum)SFA 13菌液、保藏编号为CGMCC No.16652的(Pseudomonas extremaustralis)Y39-6菌液、保藏编号为CGMCC No.16655的(Pseudomonas arsenicoxydans)Y24-2菌液、保藏编号为CGMCC No.16654的(Pseudomonas poae)Y5-5菌液、保藏编号为16651的(Pseudomonas koreensis)Y5-11菌液和保藏编号为CGMCCNo.16653的(Psychrobacter cryohalolentis)F5-6菌液按体积比2：2：1：1：1：3：4混合制成的。
2.根据权利要求1所述的一种强化去除低温地下水中总氮的装置，其特征在于流化床反应器(8)底部的进水口处设有流量计(16)。
3.利用权利要求1所述的装置进行地下水处理的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
一、首先将载体放入流化床反应器(8)中，向装有载体的流化床反应器(8)中通入体积浓度为30％～50％的H2O2，对载体进行消毒6～8h，之后通入清水，对载体进行清洗；
二、向微生物接种池(14)中放入微生物复合菌剂，然后关闭进水水箱阀门(12)，开启接种池阀门(17)和泵(10)，并关闭紫外灯(3)，微生物复合菌剂从微生物接种池(14)流入流化床反应器(8)中，通过泵(10)提升作用，微生物复合菌剂在流化床反应器(8)内形成升流，开启泵(10)6～8h后，将泵(10)关闭2～4h，使微生物复合菌剂静置，如此重复开启、关闭3～4次，即在载体上固定有微生物；
三、然后关闭接种池阀门(17)，向进水水箱(13)中加入清水，开启进水水箱阀门(12)和泵(10)，清水通入流化床反应器(8)中，对载体进行再次清洗，清洗至出水澄清为止；
四、然后开启紫外灯(3)，向进水水箱(13)中加入待处理地下水，通过泵(10)的提升作用，地下水进入流化床反应器(8)的进水区，通过导流筒(5)形成升流，流出导流筒(5)后，由于重力作用通过下向流导流管(7)流入光催化反应装置(2)，之后受进水区(4)的水力提升作用，水回流至流化床反应器(8)中，最后经处理后的地下水在流化床反应器(8)的三相分离器中进行分离，在流化床反应器沉淀区(6)内，密度较大的载体通过重力作用回流至流化床反应器(8)，而密度较低的水则从出水口(15)流出。
4.根据权利要求3所述的地下水处理的方法，其特征在于步骤一所述载体为颗粒活性炭、无烟煤、沸石或石榴石。
5.根据权利要求3所述的地下水处理的方法，其特征在于控制装置中水力停留时间为0.5～2.5h。
6.根据权利要求3所述的地下水处理的方法，其特征在于步骤二所述微生物复合菌剂的制备方法具体为：
一、分别对哈尔滨不动细菌(Acinetobacter harbinensis)HITLi 7T、酯香微杆菌(Microbacteriumesteraromaticum)SFA 13、Pseudomonas extremaustralis Y39-6、Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2、Pseudomonas poae Y5-5、Pseudomonas koreensisY5-11和Psychrobacter cryohalolentis F5-6进行活化；
二、挑取活化好的单菌落分别接种于液体培养基上，在温度为8℃、振荡速度为180r/min的好氧条件下进行富集培养32～40h；
三、然后将哈尔滨不动细菌HITLi 7T、酯香微杆菌SFA 13、Pseudomonasextremaustralis Y39-6、Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2、Pseudomonas poae Y5-5、Pseudomonas koreensis Y5-11和Psychrobacter cryohalolentis F5-6分别接种于液体培养基中培养至菌液中细菌数均为109个/mL；
四、哈尔滨不动细菌HITLi 7T菌液、酯香微杆菌SFA 13菌液、Pseudomonasextremaustralis Y39-6菌液、Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2菌液、Pseudomonaspoae Y5-5菌液、Pseudomonas koreensis Y5-11菌液和Psychrobacter cryohalolentisF5-6菌液按体积比2：2：1：1：1：3：4混合，即得微生物复合菌剂。
7.根据权利要求6所述的地下水处理的方法，其特征在于步骤一所述活化是将7株菌分别接种于固体培养基中，在6～10℃培养24～72h。
8.根据权利要求7所述的地下水处理的方法，其特征在于用于培养Pseudomonasextremaustralis Y39-6和Pseudomonas koreensis Y5-11的固体培养基配方为：NaNO30.1～0.5g/L，MnSO4 0.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，琼脂1.8g/L，pH值7.0～7.4；
用于培养哈尔滨不动细菌HITLi 7T和酯香微杆菌SFA 13的固体培养基配方为：NaNO30.1～0.5g/L，MnSO4 0.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，1～2gCH3COONa，琼脂1.8g/L，pH值7.0～7.4；
用于培养Pseudomonas arsenicoxydans Y24-2和Psychrobacter cryohalolentisF5-6的固体培养基配方为：NaNO3 0.1～0.5g/L，MnSO4 0.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，C2H5OH 0.1～2.0mL/L，琼脂1.8g/L，pH值7.0～7.4；
用于培养Pseudomonas poae Y5-5的固体培养基配方为：NaNO3 0.1～0.5g/L，MnSO40.01～0.05g/L，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.01～0.10g/L，CaCl2 0.01～0.05g/L，Na2HPO4 0.3～0.9g/L，MgSO4·7H2O 0.01～0.05g/L，NaCl 0.3～0.9g/L，琼脂1.8g/L，腐殖酸0.10～10.0mg/L，pH值7.0～7.4。
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