CN1597578A - 固定化生物活性炭技术实现饮用水深度净化的水处理方法 - Google Patents

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韩健
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Abstract

固定化生物活性炭技术实现饮用水深度净化的水处理方法，它涉及一种饮用水处理方法。传统的生物活性炭技术由于BAC是在运行中自然形成的，因而使其在理论研究和实际应用中存在诸多问题。本发明待处理的水经过如下几个过程：A.混凝—沉淀、过滤的常规处理工艺，B.进入臭氧接触塔，C.进入固定化生物活性炭反应器，D.UV消毒，其中C步骤的“固定化生物活性炭反应器”为，在反应器内装有活性炭柱，所述活性炭柱上固定有工程菌。使用本发明方法处理后的水质可以达到生活饮用水水之规范(2001)要求，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益，应用前景十分广阔。

Description

固定化生物活性炭技术实现饮用水深度净化的水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种饮用水处理方法。
背景技术：
近些年来，水源污染问题在我国已经普遍存在。据国家环境保护总局发布的《2002年中国环境状况》中的数据“2002年，七大水系741个重点监测断面中，29.1％的断面满足I～III类水质要求，30.0％的断面属IV、V类水质，40.9％的断面属劣V类水质。若考虑到通常难以检测的水中微量有机物以及环境激素类物质，则目前的饮用水水源水质污染状况更加严重。因此，提高饮用水净水技术的研究和应用水平，实施水资源的可持续发展是至关重要的。
在水源受污染情况下，由于常规净化工艺的局限性，处理后的生活饮用水水质安全性难以保证。主要表现在以下几个方面：(1)难以有效去除水源水中的微量有机污染物；(2)在加氯消毒过程中生成有毒有害消毒副产物；(3)臭氧氧化不彻底，产生臭氧化副产物。
在常规处理的基础上，采用臭氧化-生物活性炭进行深度净化的技术，已被公认为是饮用水深度净化技术的主导技术。但是，由于生物活性炭(即BAC)是在运行中自然形成的，因而使其在理论研究和实际应用中存在诸多问题，影响和限制了该技术的推广和应用。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种运用固定化生物活性炭技术实现饮用水深度净化的水处理方法，它包括待处理的水经过如下几个过程：A.混凝-沉淀、过滤的常规处理工艺，B.进入臭氧接触塔，C.进入固定化生物活性炭反应器，D.UV消毒，其中C步骤的“固定化生物活性炭反应器”为，在反应器内装有活性炭柱，所述活性炭柱上固定有工程菌。本发明方法是一种新型的生物固定化技术，它采用生物工程技术，人工固化形成生物活性炭，对比传统的生物活性碳技术，具有绝对优势。由生产运行和实验结果可知，通过物理吸附形成的固定化生物活性炭反应器(IBAC)的净化效果优于自然形成的BAC，系统运行稳定，去除效率高，出水各项指标均达到了世界卫生组织的发达国家的饮用水标准。运用固定化生物活性炭技术实现饮用水深度净化的水处理方法是可行的。由于活性炭使用周期的延长、反冲洗次数的减少、劳动强度的降低的诸多优点的存在，使得IBAC技术具有显著的经济效益、社会效益和环境效益，应用前景十分广阔。
附图说明：
图1是在筛选过程中的菌种分离过程示意图，图2是培养和驯化装置示意图，图3是具体实施方式二中对比试验所用装置示意图，图4是具体实施方式三所述水处理过程工艺流程图。
具体实施方式：
具体实施方式一：本实施方式它包括待处理的水经过如下几个过程：A.混凝-沉淀、过滤的常规处理工艺，B.进入臭氧接触塔，C.进入固定化生物活性炭反应器，D.UV消毒，其中C步骤的“固定化生物活性炭反应器”为，在反应器内装有活性炭柱，所述活性炭柱上固定有工程菌，为了保证IBAC柱内工程菌的高活性，就需要在自然状态下使其吸附于颗粒活性炭(GAC)上。因此，我们根据情况，选择了在循环流动过程中，使工程菌固定于GAC上的固定化技术。工程菌固定在活性炭柱上的方法为：首先，将活性炭用自来水浸泡、冲洗，至出水清澈透明为止；倾去水分，装入柱中；然后在炭柱中注入工程菌菌液，浸没炭层后，按4h循环一次的流速放出，24h后用自来水冲洗15min，即完成工程菌在活性炭上的固定化。
所述的工程菌的制备过程如下：
a.筛选：高效工程菌的筛选在整个工程菌组建中占有重要地位，能否筛选出高效工程菌是决定IBAC净化效能的关键，同时也占据了过程中很大的工作量。工程菌的筛选是通过工程菌的分离和纯化来实现的。首先用酒精灯灼烧水笼头，然后拧开放水10min，然后取10ml待处理水，放入事先已灭菌，内装玻璃珠和90ml无菌水的三角瓶中，振荡30min，倍比稀释至10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7倍后分别装入不同的试管内，每个稀释度的水样各取10ml放入培养皿中，再加入牛肉膏蛋白胨培养基20～25ml，混合后，置于恒温培养箱中，37℃培养24h；选择可见到清晰菌落的平皿，本实施方式所选水样具有最清晰菌落的平皿为10-3管，挑取单菌落接种于试管斜面上，37℃培养24h，然后采用平板划线法获得单菌落，重复纯化3～5次，最终得到纯菌株15株；
菌种分离过程参照图1，其中1过程为稀释倒平皿，2过程为挑取典型菌落转管，3过程为平皿划线分离，4过程为挑取典型菌落转管，5过程为平皿划线分离，6过程为挑取典型菌转管。
b.培养和驯化：培养和驯化的目的就是通过富营养到贫营养、贫营养到富营养的变化过程，最终使筛选出的菌株能够在含微量有机物的水中生长。
培养和驯化所用培养基共有5种：
I、牛肉膏3g、蛋白胨10g、NaCl5g、琼脂15-20g、水1000mL，112.3℃灭菌20min；
II、蛋白胨10g、NaCl5g、葡萄糖10g、水1000mL，112.3℃灭菌20min；
III、NaCl5g、葡萄糖10g、水1000mL，112.3℃灭菌20min；
IV、NaCl5g、水1000mL，112.3℃灭菌20min；
V、水1000mL，112.3℃灭菌20min；
将a步骤所得菌株的斜面用10mL无菌水洗脱，然后将2mL菌液接种于装有已灭菌的100mL培养基I中，再置于摇床上，30℃培养24小时；
吸取培养基I中的培养液10mL，加入盛有100mL培养基II的三角瓶中，30℃培养24小时；
再吸取培养基II中的培养液10mL，加入盛有100mL培养基III的三角瓶中，30℃培养24小时；
再吸取培养基III中的培养液10mL，加入盛有100mL培养基IV的三角瓶中，30℃培养24小时；
吸取培养基IV中的培养液10mL，加入盛有100mL培养基V的三角瓶中，30℃培养24小时即得所述菌种。
上述过程所用装置如图2所示，其中7为加氧泵，8为进样口，9为曝气头，10为出水口。
为了保存菌种，将菌株分别接种于琼脂水培养基中，结果全部生长，然后再转接于牛肉膏蛋白胨上，置于冰箱中3-5℃保存。
对工程菌的培养驯化，目的是改变工程菌的生态位，使其适应生境。进行工程菌的人工驯化时，维持菌种处于贫营养状态，最终保证它可利用的底物仅有难降解物质，此时菌种的生态位向更大化利用难降解物质方向泛化。由于多种菌株是采用相同条件驯化的，原来生态位相似的种群出现生态位的分离。驯化完成后，工程菌对难降解污染物利用的深度和广度都会增加。
c.为了获得可以工业应用数量的菌液，需要进行对所述工程菌进行扩大培养。扩大培养过程如下：将b步骤中剩余的8mL菌液倒入装有1000mL培养基I的装置中，室温培养48小时，然后从出水口放出900mL；再加入1000mL培养基II，室温培养48小时，然后从出水口放出900mL；再加入1000mL培养基III，室温培养48小时，然后从出水口放出900mL；再加入1000mL培养基IV，室温培养48小时，然后从出水口放出900mL；再加入1000mL培养基V，室温培养48小时，然后从出水口放出900mL；最后，每天加入200mL蒸馏水，直至达到所需要的菌液量。
具体实施方式二：本实施方式为针对本发明的有益效果进行的对比试验。
图3所示即为对比实验装置示意图，其中11为滤后水水管，12为配水箱，13为臭氧发生器，14为原水箱，15为臭氧柱，16为臭氧尾气排出管，17为BAC柱，18为IBAC柱，19为取样口，20为出水管。
实验采用的原水为南方地区某市地面水厂滤后水，活性炭柱(共两根，并连)采用有机玻璃材质，采用下向流进水。炭柱高1750mm，内径80mm，砂垫层高度200mm，碳层高度1000mm，空床接触时间可控制在5～30min范围内。
通过本发明IBAC技术与BAC两种处理工艺的对比试验，IBAC的高锰酸盐指数平均去除率在20％～45％之间，而BAC的高锰酸盐指数平均去除率相对较低，在10％～20％之间。对TOC以及浊度的去除方面，IBAC均优于BAC。在相同试验条件下IBAC的脱氢酶活性高于BAC的脱氢酶活性，证明了IBAC对原水的净化效果优于BAC。通过对AOC、细菌总数以及大肠菌群数的测定，证明IBAC能够保证饮用水的生物稳定性和安全性。用IBAC工艺对微污染水源水深度处理是安全、有效、可行的。
具体实施方式三：本实施方式为针对本发明进行的生产性试验。
将本发明应用于某高层建筑直饮水实际工程中，图4所示即为生产性实验工艺流程图。实验采用的原水为市政管网末端水。
通过对高锰酸盐指数的测定，证明IBAC对微污染物具有较好的去除效果，出水高锰酸盐指数平均值小于2.0mg/L，达到饮用水深度净化的目的。同时，还具有较强的抗冲击性和较高的稳定性。
通过对浊度的的测定，证明IBAC对浊度有较高的去除效果，平均浊度去除率达到65％，从而使出水水质在感官方面完全达到了优良的标准。
通过对细菌总数及大肠菌群数的测定，出水中细菌未超标，未检出大肠杆菌。表明IBAC具有可靠的安全性，不会影响饮用水的细菌学指标。
由生产运行和实验结果可知，通过物理吸附形成的IBAC的净化效果优于自然形成的BAC，系统运行稳定，去除效率高，出水各项指标均达到了世界卫生组织的发达国家的饮用水标准。运用固定化生物活性炭技术实现饮用水深度净化的水处理方法是可行的。由于活性炭使用周期的延长、反冲洗次数的减少、劳动强度的降低的诸多优点的存在，使得IBAC技术具有显著的经济效益、社会效益和环境效益，应用前景十分广阔。
本发明权利要求所提到的具体参数，如时间、温度等，在实际使用过程中，各具体参数的控制不可能绝对与本发明所述参数一致，所以只要按照本发明的方法实现了本发明的目的，就应在本发明的保护范围之内；另外，如所取水样的量以及使用培养基的量，并不一定是在实际使用过程中的绝对数值，所以，只要是它们之间的比例，即应在本发明的保护范围，而不限于本发明所述的具体数值。

Claims (4)

1.一种固定化生物活性炭技术实现饮用水深度净化的水处理方法，它包括待处理的水经过如下几个过程：A.混凝—沉淀、过滤的常规处理工艺，B.进入臭氧接触塔，C.进入固定化生物活性炭反应器，D.UV消毒，其特征在于C步骤的“固定化生物活性炭反应器”为，在反应器内装有活性炭柱，所述活性炭柱上固定有工程菌。
2.根据权利要求1所述的固定化生物活性炭技术实现饮用水深度净化的水处理方法，其特征在于所述的工程菌的制备过程如下：
a.筛选：取10ml待处理水，放入事先已灭菌，内装玻璃珠和90ml无菌水的三角瓶中，振荡30min，倍比稀释至10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7倍后分别装入不同的试管内，每个稀释度的水样各取10ml放入培养皿中，再加入牛肉膏蛋白胨培养基20～25ml，混合后，置于恒温培养箱中，37℃培养24h；选择可见到清晰菌落的平皿，挑取单菌落接种于试管斜面上，37℃培养24h，然后采用平板划线法获得单菌落，重复纯化3～5次，即得到纯菌株；
b.培养和驯化：培养和驯化所用培养基共有5种：
I、牛肉膏3g、蛋白胨10g、NaCl 5g、琼脂15-20g、水1000mL，112.3℃灭菌20min；
II、蛋白胨10g、NaCl 5g、葡萄糖10g、水1000mL，112.3℃灭菌20min；
III、NaCl 5g、葡萄糖10g、水1000mL，112.3℃灭菌20min；
IV、NaCl 5g、水1000mL，112.3℃灭菌20min；
V、水1000mL，112.3℃灭菌20min；
将a步骤所得菌株的斜面用10mL无菌水洗脱，然后将2mL菌液接种于装有已灭菌的100mL培养基I中，再置于摇床上，30℃培养24小时；
吸取培养基I中的培养液10mL，加入盛有100mL培养基II的三角瓶中，30℃培养24小时；
再吸取培养基II中的培养液10mL，加入盛有100mL培养基III的三角瓶中，30℃培养24小时；
再吸取培养基III中的培养液10mL，加入盛有100mL培养基IV的三角瓶中，30℃培养24小时；
吸取培养基IV中的培养液10mL，加入盛有100mL培养基V的三角瓶中，30℃培养24小时即得所述菌种。
3.根据权利要求2所述的固定化生物活性炭技术实现饮用水深度净化的水处理方法，其特征在于增加工程菌的扩大培养过程，所述工程菌的扩大培养过程如下：将b步骤中剩余的8mL菌液倒入装有1000mL培养基I的装置中，室温培养48小时，然后从出水口放出900mL；再加入1000mL培养基II，室温培养48小时，然后从出水口放出900mL；再加入1000mL培养基III，室温培养48小时，然后从出水口放出900mL；再加入1000mL培养基IV，室温培养48小时，然后从出水口放出900mL；再加入1000mL培养基V，室温培养48小时，然后从出水口放出900mL；最后，每天加入200mL蒸馏水，直至达到所需要的菌液量。
4.根据权利要求1、2或3所述的固定化生物活性炭技术实现饮用水深度净化的水处理方法，其特征在于所述工程菌固定在活性炭柱上的方法为：首先，将活性炭用自来水浸泡、冲洗，至出水清澈透明为止；倾去水分，装入柱中；然后在炭柱中注入工程菌菌液，浸没炭层后，按4h循环一次的流速放出，24h后用自来水冲洗15min，即完成工程菌在活性炭上的固定化。
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