CN115321755A - 一种锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统及方法，为曝气生物滤池匹配了锰氧化菌富集器，通过在富集器内投加锰氧化菌促进剂及使用紫外灯灭杀其它微生物的办法，高效富集锰氧化菌，为曝气生物滤池提供稳定的锰氧化菌来源，强化其去除污染物的效率及稳定性。本发明测试了锰氧化菌富集器对曝气生物滤池工艺去除氧氟沙星的影响。测试发现，安装锰氧化菌富集器时，曝气生物滤池去除氧氟沙星的效率明显更为稳定；无锰氧化菌富集器时，曝气生物滤池对氧氟沙星的去除效率会逐渐降低。
Description
技术领域
本发明属于废水处理和饮用水技术领域，具体涉及一种锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统及方法。
背景技术
曝气生物滤池主要通过滤料表面形成的不同优势种群的生物膜去除水中的污染物，广泛应用于污水深度处理以及饮用水处理领域。作为一种典型的生物膜法污水处理工艺，它充分结合了快滤池和生物接触氧化两者的设计思路，将吸附过滤和生物降解两个处理过程合并在一个单元内进行。
锰氧化微生物是指能将Mn(II)氧化成锰氧化物的微生物，包括细菌、真菌、藻类和部分真核细胞，在海洋、河流、湖泊、土壤、矿场结核和各种沉积物中广泛存在，其中以锰氧化菌的数量最多。锰氧化菌可以通过氧化酶介导氧化Mn(II)，形成生物氧化锰（Bio-MnOx）。近年研究发现，Bio-MnOx能够吸附氧化金属离子，还可以氧化许多有机污染物，比如腐殖质、酚类、激素类、药物与抗生素等。然而，曝气生物滤池中含有多种杂菌，曝气生物滤池内投放的锰氧化菌容易随着污水的流入逐渐被杂菌替代，难以长期维持锰氧化菌作为优势菌种，如何保证锰氧化菌在曝气生物滤池内部的优势菌群地位，是该技术工程应用的关键难题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
作为本发明其中一个方面，本发明提供一种锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统，其包括，
污水处理单元，包括曝气生物滤池，所述曝气生物滤池设有与第一进水管道连通的第一入水口、与第一出水管道连通的第一出水口，以及通过空气泵与进气管道相连通的空气入口；
锰氧化菌富集单元，包括锰氧化菌富集器，所述锰氧化菌富集器设有通过第二进水管道与曝气生物滤池相连通的第二入水口、通过第二出水管道与曝气生物滤池相连通的第二出水口，所述第二进水管道上设有锰氧化菌促进剂投料泵和循环泵，锰氧化菌富集器内通过分隔板将锰氧化菌富集器内部空间分隔靠近第二入水口一侧的紫外照射区和靠近第二出水口一侧的锰氧化菌富集区，锰氧化菌富集器内的紫外照射区靠近第二入水口处设有紫外灯；
控制单元，与曝气生物滤池连接，包括控制系统和水质分析仪。
作为本发明所述的锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统的一种优选方案：曝气生物滤池和锰氧化菌富集器内均放置有填料。
作为本发明所述的锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统的一种优选方案：所述填料为锰砂和沸石，锰砂和沸石的质量比为0.1~10:1，其平均粒径为2~50 mm。
作为本发明的另一个方免，本发明提供一种采用所述污水处理系统的锰氧化菌强化生物滤池的污水处理方法：在所述曝气生物滤池和所述锰氧化菌富集器内投放锰氧化菌，污水通过第一进水管道从曝气生物滤池的第一入水口流入曝气生物滤池内，之后一部分污水在循环泵的作用下从曝气生物滤池泵流入到锰氧化菌富集器内，通过锰氧化菌促进剂投料泵将锰氧化菌促进剂经第二进水管道和第二入水口添加到锰氧化菌富集器中，水流通过第二出水口排入曝气生物滤池内，最后处理过的污水从第一出水口排出曝气生物滤池。
作为本发明所述的污水处理方法的一种优选方案：所述锰氧化菌富集器的容积与所述曝气生物滤池的容积比为1：50~150。
作为本发明所述的污水处理方法的一种优选方案：所述锰氧化菌促进剂是二氯化铁、二氯化锰和醋酸水溶液的混合物，锰氧化菌促进剂中，二氯化铁和二氯化锰的摩尔比为0.5~5:10，所述锰氧化菌促进剂的pH值为3~6。
作为本发明所述的污水处理方法的一种优选方案：所述锰氧化菌富集器内的二氯化铁的浓度为10~100mM、二氯化锰的浓度为100~1000mM、醋酸溶液浓度为5~50mM。
作为本发明所述的污水处理方法的一种优选方案：所述曝气生物滤池内，溶解氧保持在0.5~5 mg/L。
作为本发明所述的污水处理方法的一种优选方案：锰氧化菌富集器内的水力停留时间为6~60小时。
本发明的有益效果：本发明为曝气生物滤池匹配了锰氧化菌富集器，通过在富集器内投加锰氧化菌促进剂及使用紫外灯灭杀其它微生物的办法，高效富集锰氧化菌，为曝气生物滤池提供稳定的锰氧化菌来源，强化其去除污染物的效率及稳定性。本发明测试了锰氧化菌富集器对曝气生物滤池工艺去除氧氟沙星的影响。测试发现，安装锰氧化菌富集器时，曝气生物滤池去除氧氟沙星的效率明显更为稳定；无锰氧化菌富集器时，曝气生物滤池对氧氟沙星的去除效率会逐渐降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为实施例1锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统。其中，1， 曝气生物滤池；2，第一进水管道；3，第一入水口；4，第一出水管道；5，第一出水口；6，空气泵；7，进气管道；8，空气入口；9，锰氧化菌富集器；10，第二进水管道；11，第二入水口；12，第二出水管道，13，第二出水口；14，锰氧化菌促进剂投料泵；15，循环泵；16，紫外灯；17，控制系统；18，水质分析仪。
图2为实施例1污水处理系统和去掉锰氧化菌富集器后氧氟沙星去除率的对比图。
图3为实施例2锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统。其中，1， 曝气生物滤池；2，第一进水管道；3，第一入水口；4，第一出水管道；5，第一出水口；6，空气泵；7，进气管道；8，空气入口；9，锰氧化菌富集器；10，第二进水管道；11，第二入水口；12，第二出水管道，13，第二出水口；14，锰氧化菌促进剂投料泵；15，循环泵；16，紫外灯；17，控制系统；18，水质分析仪。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1：
本发明锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统，其包括，
污水处理单元，包括曝气生物滤池，所述曝气生物滤池顶部设有与第一进水管道连通的第一入水口，曝气生物滤池底部设有与第一出水管道连通的第一出水口，以及通过空气泵与进气管道相连通的空气入口；
锰氧化菌富集单元，包括用于富集锰氧化菌的锰氧化菌富集器，所述锰氧化菌富集器顶部设有通过第二进水管道与曝气生物滤池底部相连通的第二入水口，锰氧化菌富集器底部设有通过第二出水管道与曝气生物滤池顶部相连通的第二出水口。锰氧化菌富集器顶部一侧为紫外照射区，锰氧化菌富集器底部一侧为锰氧化菌富集区。锰氧化菌富集器内的紫外照射区靠近第二入水口处设有紫外灯；所述第二进水管道上设有锰氧化菌促进剂投料泵和循环泵，锰氧化菌促进剂投料泵用于将锰氧化菌促进剂通过第二进水管道和第二入水口添加到锰氧化菌富集器中，循环泵用于将污水从曝气生物滤池泵入锰氧化菌富集器中；
控制单元，与曝气生物滤池连接，包括控制系统和水质分析仪，用于监测曝气生物滤池内液体的pH值和溶解氧数值。
具体的，污水通过第一进水管道从曝气生物滤池顶部的第一入水口流入曝气生物滤池内，曝气生物滤池内放置有填料锰砂和沸石，锰砂和沸石的质量比为1：1，平均粒径为2~4 mm，曝气生物滤池内预先投放有锰氧化菌，污水流入曝气生物滤池后，一部分污水在循环泵的作用下，从曝气生物滤池泵流入到锰氧化菌富集器内，通过循环泵调节污水流入锰氧化菌富集器的速度，使得污水在锰氧化菌富集器内的紫外照射区先经紫外灯照射杀灭污水中的细菌，然后经分隔板上的通孔流入锰氧化菌富集区，通过锰氧化菌促进剂投料泵将锰氧化菌促进剂经第二进水管道和第二入水口添加到锰氧化菌富集器中，随水流通过分隔板上的通孔流入锰氧化菌富集区；锰氧化菌富集区内放置有填料锰砂和沸石，锰砂和沸石的质量比为1：1，粒径为2~4 mm；锰氧化菌富集区内预先投放有锰氧化菌，锰氧化菌在锰氧化菌促进剂的作用下在锰氧化菌富集区生长繁殖并富集，随着水流通过第二出水口排入曝气生物滤池内；锰氧化菌富集器的设置使得锰氧化菌被富集后不断的被排入曝气生物滤池内，从而使得曝气生物滤池内的锰氧化菌持续成为优势菌种。
作为本发明其中一种实施方式，曝气生物滤池内径长宽均为1.2 m，内部高度3 m；曝气生物滤池内填料的填充高度2.5 m；锰氧化菌富集器内径长宽均为0.2 m；有效高度1m；锰氧化菌富集器内填料的填充高度0.7 m。
本发明锰氧化菌强化生物滤池的污水处理方法：采用所述污水处理系统，其中，所述锰氧化菌促进剂是二氯化铁、二氯化锰和醋酸水溶液的混合物，锰氧化菌促进剂中，二氯化铁的浓度为10 mM、二氯化锰的浓度为100 mM、醋酸溶液浓度为5 mM，溶剂为无菌水（也即二氯化铁和二氯化锰的摩尔比1：10），pH值为6.0；通过锰氧化菌促进剂投料泵控制锰氧化菌富集器内二氯化铁的浓度为1 mM、二氯化锰的浓度为10 mM、醋酸溶液浓度为0.5 mM。
本发明采用的锰氧化菌，是锰氧化菌Pseudomonas sp.F2，（参考文献：Degradation of ofloxacin by a manganese-oxidizing bacterium Pseudomonas sp.F2 and its biogenic manganese oxides，Kangjie Li等）。初始状态时，在曝气生物滤池和锰氧化菌富集器内均投放其有效体积1/10的锰氧化菌菌液（OD600）。所述菌液的制备方法为：采用锰氧化菌通用液体培养基，培养5天后的混合液。
通过空气泵控制曝气生物滤池中溶解氧浓度为2 mg/L；控制曝气生物滤池pH值为6.8~7.5之间。
控制锰氧化菌富集器内的水力停留时间（HRT）为12h。
采用本发明所述污水处理方法测试本发明的污水处理能力：
测试方法：控制曝气生物滤池内流入的污水的进水COD浓度为42 mg/L，其中含有10 mg/L的氧氟沙星，开启本发明污水处理系统，测试曝气生物滤池第一出水管道流出的处理后污水的氧氟沙星的去除率，氧氟沙星去除率的测试方法为：采用高效液相色谱法（Agilent 1260，安捷伦）测定其初始峰面积C0以及降解后的峰面积Ct，具体方法如下：C18柱（4.6 × 100 mm, 2.7 μm, Agilent），柱温为30 ℃，流动相为乙腈：0.1%甲酸=16:84（v：v），流速为0.5 mL/min，进样体积为20 μL，检测波长为288 nm。最终计算其去除率为η=1-（Ct/C0）*100%
测试结果发现，本发明上述锰氧化菌强化生物滤池工艺在控制水力停留时间（HRT）为5 h时，对氧氟沙星的去除率约为95%；当水力停留时间（HRT）为4小时，去除率约为85%；当水力停留时间（HRT）为3小时时，去除率约为81%。本发明上述污水处理方法表现出了较高的去除效率及稳定性。
对比测试：见图2，在同样的污水进水条件下，去掉锰氧化菌富集单元，仅采用添加有相同浓度锰氧化菌的曝气生物滤池进行污水处理，在同样的测试条件下，水力停留时间（HRT）为3h时，对氧氟沙星的去除率为40%。可见，本发明锰氧化菌富集器的设置，显著提高了曝气生物滤池的污水处理稳定性。
本发明为曝气生物滤池匹配了锰氧化菌富集器，通过在富集器内投加锰氧化菌促进剂及使用紫外灯灭杀其它微生物的办法，高效富集锰氧化菌，为曝气生物滤池提供稳定的锰氧化菌来源，强化其去除污染物的效率及稳定性。
本发明测试了锰氧化菌富集器对曝气生物滤池工艺去除氧氟沙星的影响。测试发现，安装锰氧化菌富集器时，曝气生物滤池去除氧氟沙星的效率明显更为稳定；无锰氧化菌富集器时，曝气生物滤池对氧氟沙星的去除效率会逐渐降低。
对照例1：
相比于实施例1，在锰氧化菌促进剂总摩尔浓度和其他条件均相同的条件下，分别将锰氧化菌促进剂中的二氯化铁和二氯化锰的摩尔比调整为0.01：10， 0.1:10，1:1，在同等测试条件下，测试对氧氟沙星的去除率，实验结果：在水力停留时间为3小时下，氧氟沙星的去除率分别为46%，53%，36%。
实施例2：
本发明锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统，其包括，
污水处理单元，包括曝气生物滤池，所述曝气生物滤池底部设有与第一进水管道连通的第一入水口，曝气生物滤池顶部设有与第一出水管道连通的第一出水口，以及通过空气泵与进气管道相连通的空气入口；所述第一进水管道上设有用于将污水排入曝气生物滤池的第一进水泵；
锰氧化菌富集单元，包括用于富集锰氧化菌的锰氧化菌富集器，所述锰氧化菌富集器底部设有通过第二进水管道与曝气生物滤池顶部相连通的第二入水口，第二进水管道上设有第二进水泵，用于将污水从曝气生物滤池中排入锰氧化菌富集器内，锰氧化菌富集器顶部设有通过第二出水管道与曝气生物滤池底部相连通的第二出水口，
锰氧化菌富集器内通过分隔板将锰氧化菌富集器内部空间分隔为锰氧化菌富集器底部一侧的紫外照射区和锰氧化菌富集器顶部一侧的锰氧化菌富集区，锰氧化菌富集器内的紫外照射区靠近第二入水口处设有紫外灯，所述分隔板上开设通孔；所述第二进水管道上设有锰氧化菌促进剂投料泵和循环泵，锰氧化菌促进剂投料泵用于将锰氧化菌促进剂通过第二进水管道和第二入水口添加到锰氧化菌富集器中，循环泵用于将污水从曝气生物滤池泵入锰氧化菌富集器中；
控制单元，与曝气生物滤池连接，包括控制系统和水质分析仪，用于监测曝气生物滤池内液体的pH值和溶解氧数值。
具体的，污水通过第一进水管道从曝气生物滤池底部的第一入水口流入曝气生物滤池内，曝气生物滤池内放置有填料锰砂和沸石，锰砂和沸石的质量比为1：1，粒径为2~4mm，曝气生物滤池内预先投放有锰氧化菌，污水流入曝气生物滤池后，一部分污水在循环泵的作用下，从曝气生物滤池泵入到锰氧化菌富集器内，通过循环泵调节污水流入锰氧化菌富集器的速度，使得污水在锰氧化菌富集器内的紫外照射区先经紫外灯照射杀灭污水中的细菌，然后经分隔板上的通孔流入锰氧化菌富集区，通过锰氧化菌促进剂投料泵将锰氧化菌促进剂经第二进水管道和第二入水口添加到锰氧化菌富集器中，随水流通过分隔板上的通孔流入锰氧化菌富集区；锰氧化菌富集区内放置有填料锰砂和沸石，锰砂和沸石的质量比为1：1，粒径为2~4 mm；锰氧化菌富集区内预先投放有锰氧化菌，锰氧化菌在锰氧化菌促进剂的作用下在锰氧化菌富集区生长繁殖并富集，随着水流通过第二出水口排入曝气生物滤池内；锰氧化菌富集器的设置使得锰氧化菌被富集后不断的被排入曝气生物滤池内，从而使得曝气生物滤池内的锰氧化菌持续成为优势菌种。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统，其特征在于：包括，
污水处理单元，包括曝气生物滤池（1），所述曝气生物滤池（1）设有与第一进水管道（2）连通的第一入水口（3）、与第一出水管道（4）连通的第一出水口（5），以及通过空气泵（6）与进气管道（7）相连通的空气入口（8）；
锰氧化菌富集单元，包括锰氧化菌富集器（9），所述锰氧化菌富集器（9）设有通过第二进水管道（10）与曝气生物滤池（1）相连通的第二入水口（11）、通过第二出水管道（12）与曝气生物滤池（1）相连通的第二出水口（13），所述第二进水管道（10）上设有锰氧化菌促进剂投料泵（14）和循环泵（15），锰氧化菌富集器（9）内通过分隔板将锰氧化菌富集器（9）内部空间分隔靠近第二入水口（11）一侧的紫外照射区和靠近第二出水口（13）一侧的锰氧化菌富集区，锰氧化菌富集器内的紫外照射区靠近第二入水口（11）处设有紫外灯（16）；
控制单元，与曝气生物滤池（1）连接，包括控制系统（17）和水质分析仪（18）。
2.根据权利要求1所述的锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统，其特征在于：曝气生物滤池和锰氧化菌富集器内均放置有填料。
3.根据权利要求2所述的锰氧化菌强化生物滤池的污水处理系统，其特征在于：所述填料为锰砂和沸石，锰砂和沸石的质量比为0.1~10:1，其平均粒径为2~50 mm。
4.一种采用权利要求1所述污水处理系统的锰氧化菌强化生物滤池的污水处理方法，其特征在于：在所述曝气生物滤池（1）和所述锰氧化菌富集器（9）内投放锰氧化菌，污水通过第一进水管道（2）从曝气生物滤池（1）的第一入水口（3）流入曝气生物滤池（1）内，之后一部分污水在循环泵（15）的作用下从曝气生物滤池（1）泵入到锰氧化菌富集器（9）内，通过锰氧化菌促进剂投料泵（14）将锰氧化菌促进剂经第二进水管道（10）和第二入水口（11）添加到锰氧化菌富集器（9）中，水流通过第二出水口（13）排入曝气生物滤池（1）内，最后处理过的污水从第一出水口（5）排出曝气生物滤池（1）。
5.根据权利要求4所述的污水处理方法，其特征在于：所述锰氧化菌富集器的容积与所述曝气生物滤池的容积比为1：50~150。
6.根据权利要求4或5所述的污水处理方法，其特征在于：所述锰氧化菌促进剂是二氯化铁、二氯化锰和醋酸水溶液的混合物，锰氧化菌促进剂中，二氯化铁和二氯化锰的摩尔比为0.5~5:10，所述锰氧化菌促进剂的pH值为3~6。
7.根据权利要求4或5所述的污水处理方法，其特征在于：所述锰氧化菌富集器内的二氯化铁的浓度为10~100mM、二氯化锰的浓度为100~1000mM、醋酸溶液浓度为5~50mM。
8. 根据权利要求4或5所述的污水处理方法，其特征在于：所述曝气生物滤池内，溶解氧保持在0.5~5 mg/L。
9.根据权利要求4或5所述的污水处理方法，其特征在于：锰氧化菌富集器内的水力停留时间为6~60小时。
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