申请日2016.03.17
公开(公告)日2016.06.22
IPC分类号C02F3/28; C02F3/34
摘要
本发明属于水处理技术领域，具体公开了一种基于硫酸盐还原菌去除新兴有机物微污染物的水处理方法。本发明通过SRB活性污泥对新兴有机微污染物的吸附及生物降解，实现对有机物的有效去除。SRB作为反应器中的功能菌，可利用硫酸盐及其他氧化态硫化合物作为其代谢活动中的电子受体，以包括烷烃、长链脂肪酸及芳香族化合物在内的多种有机物为电子供体，完成硫酸盐还原反应，从而达到去除有机污染物的目的。本发明采用SRB活性污泥法，实现了污水中典型微量新兴有机微污染物(磺胺甲噁唑)的去除，该方法物耗能耗低，污泥产量低，无需后续剩余污泥处理工艺，是一种推广应用前景较好的去除污水中微量新兴有机微污染物的技术方法。
权利要求书
1.一种基于SRB去除新兴有机微污染物的水处理方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)反应装置的启动：
启动第一阶段：向反应器中加入SRB活性污泥，调节反应体系pH，控制体系在厌氧环境，含有碳源、硫源、磷源、氮源和微量元素的人工合成废水进入反应器进行污泥驯化，时间为1.5～2个月;
启动第二阶段：当SO42-的去除率达到85%，对COD的去除率达到90%时，添加新兴有机微污染物到进水中，使进水中的新兴有机微污染物浓度为100μg/L，进一步驯化污泥，时间为1.0～2个月;
启动第一阶段和启动第二阶段的工艺操作条件为：进出水通过蠕动泵来控制，进水流量Q为2.6L/d，同时通过内循环来使泥水混合均匀，内循环设置为5个Q，反应温度20～35℃，进水pH为6.9～7.1，水力停留时间10h，进水中碳、氮、磷的质量浓度比值为100:10:1;
(2)基于SRB活性污泥去除新兴有机微污染物的微生物强化：
①启动完成后，进水保持碳、氮、硫、磷的质量浓度比值为100:10:1，同时添加新兴有机微污染物到进水中，使进水中新兴有机微污染物按设置的浓度梯度由500μg/L逐渐增加至2000μg/L;步骤①工艺操作条件为：进出水通过蠕动泵来控制，进水流量Q为2.6L/d，同时通过内循环来使泥水混合均匀，内循环设置为5个Q，反应温度20～35℃，进水pH为6.9～7.1，水力停留时间10h;新兴有机微污染物增加的浓度梯度为：500μg/L，1000μg/L，1500μg/L，2000μg/L，每个浓度条件下维持两周;
②进水保持碳、氮、硫、磷的质量浓度比值为100:10:1，同时添加新兴有机微污染物使进水中有机污染物的浓度为1000μg/L，逐渐缩短水力停留时间，当SO42-的去除率为85%、COD的去除率为90%、对新兴有机微污染物的去除效果稳定时，建立起基于SRB活性污泥去除水中新兴有机微污染物的稳定工艺环境;步骤②工艺操作条件为：进出水通过蠕动泵来控制，进水流量Q从2.6L/d逐渐提高到6.48L/d，同时通过内循环来使泥水混合均匀，内循环设置为5个Q，反应温度20～35℃，进水pH为6.9～7.1，水力停留时间由10h逐渐缩短至4h;
(3)废水处理系统的稳定运行：
将待处理废水作为进水通入稳定运行的废水处理系统，去除待处理废水中碳源、硫源以及新兴有机微污染物;
步骤(3)工艺操作条件为：进出水通过蠕动泵来控制，进水流量Q为4.32L/d，同时通过内循环来使泥水混合均匀，内循环设置为6个Q，反应温度20～35℃，进水pH为6.9～7.1，水力停留时间6h，进水中碳、氮、磷的质量浓度比值为100:10:1。
2.根据权利要求1所述的基于SRB去除新兴有机微污染物的水处理方法，其特征在于，步骤(1)所述的反应器为上流式硫酸盐还原厌氧污泥床反应器。
3.根据权利要求1所述的基于SRB去除新兴有机微污染物的水处理方法，其特征在于，步骤(1)所述人工合成废水中碳源由醋酸钠提供，硫源由无水硫酸钠提供，磷源由K2HPO4和KH2PO4提供，氮源由NH4Cl提供，微量元素包括Fe、Cu、Mn、Zn、Co、K和I;所述人工合成废水中COD为500mg/L，SO42--S浓度约为275mg/L，P-HPO42-、H2PO4-的初始浓度均为5mg/L，N-NH4+的初始浓度为50mg/L;所述人工合成废水pH为7.0。
4.根据权利要求1所述的基于SRB去除新兴有机微污染物的水处理方法，其特征在于，步骤(1)、(2)、(3)所述的新兴有机微污染物为磺胺甲噁唑。
5.根据权利要求1所述的基于SRB去除新兴有机微污染物的水处理方法，其特征在于，步骤(1)所述的反应体系中SRB活性污泥浓度为17.59gMLSS/L，SRB活性污泥的MLVSS/MLSS=0.81，COD:S=1.8;所述的反应体系pH用盐酸和氢氧化钠溶液调节，反应体系pH调节为6.5～8.0。
6.根据权利要求1所述的基于SRB去除新兴有机微污染物的水处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述厌氧环境用N2曝气清除反应体系内的空气，以控制体系在厌氧环境。
7.根据权利要求1所述的基于SRB去除新兴有机微污染物的水处理方法，其特征在于，步骤(2)中所述的逐渐缩短水力停留时间是指通过以10h、8h、6h、4h的梯度来逐渐缩短水力停留时间，将水力停留时间由10h逐渐缩短至4h，每调节一次水力停留时间维持两周再进行变量调整。
8.根据权利要求1所述的基于SRB去除新兴有机微污染物的水处理方法，其特征在于，步骤(3)中所述待处理废水中新兴有机微污染物浓度为100μg/L。
9.权利要求1至8任一项所述的基于SRB去除新兴有机微污染物的水处理方法在处理含新兴有机微污染物废水中的应用。
说明书
一种基于硫酸盐还原菌去除新兴有机物微污染物的水处理方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种基于硫酸盐还原菌去除新兴有机物微污染物的水处理方法。
背景技术
随着经济的增长及医药业的发展，药品与个人护理品作为一类新兴有机微污染物(PharmaceuticalsandPersonalCareProducts,PPCP)被广泛的应用到人类，以满足健康和护理需求，和应用到农牧企业为促进禽畜生长和维护禽畜健康。PPCP种类多种多样，包括各种药用化合物，例如抗生素、消炎镇痛药、中枢兴奋药、抗癫痫药、避孕药等，以及日常护理用品，如个人护肤用品及化妆品、洗漆剂、芳香剂、遮光剂、发型定型剂等一系列化合物。
PPCP种类繁多、用途广泛，日常生活中PPCP的大量使用并随着人们的日常生活和活动直接或间接地进入到了水环境中，其中污水处理厂是其进入环境的重要途径，由于这类污染物在水环境中持久性普遍存在，已对水生生态系统及人类健康造成危害。
目前去除PPCP比较成熟的处理方法主要是物理化学处理方法，如：活性炭吸附、氯消毒、膜过滤及高级氧化法等，但这些处理方法普遍存在经济成本高和二次污染等问题，从长远发展角度看并不是最佳的处理方法。传统的污水处理厂工艺也并不能将这类有机污染物有效的去除，因此，应积极寻求新的有效去除水体中PPCP的方法。
而微生物法通过生物吸附及生物降解，能有效的去除PPCP，是目前相对而言较为环境友好和成本低廉的方法。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于硫酸盐还原菌(简称SRB)去除新兴有机物微污染物(即新兴有机微污染物)的水处理方法。
本发明的另一目的在于提供上述水处理方法的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种基于SRB去除新兴有机微污染物的水处理方法，包含如下步骤：
(1)反应装置的启动：
①启动第一阶段：向反应器中加入SRB活性污泥(即硫酸盐还原菌活性污泥)，调节反应体系pH，控制体系在厌氧环境，含有碳源、氮源、硫源、磷源、含有微量元素的人工合成废水进入反应器进行污泥驯化(即驯化微生物适应硫源存在的情况);反应器启动初期，整个过程中无新兴有机微污染物的投加，主要目的在提高硫的转化效果，特别是硫酸盐还原效果，时间为1.5～2个月，进水中碳、氮、磷的质量浓度比值为100:10:1;
②启动第二阶段：当SO42-的去除率达到85%，对COD的去除率达到90%时，添加新兴有机微污染物到进水中，进入启动第二阶段，启动第二阶段对厌氧硫酸盐还原活性污泥进行进一步的驯化培养，时间为1.0～2个月;其中，含有碳源、硫源、磷源、氮源、微量元素和新兴有机微污染物进水进入反应器即开始厌氧硫酸盐还原去除有机污染物阶段，在该阶段进水中的新兴有机微污染物浓度比较低(为100μg/L)，进水中碳、氮、磷的质量浓度比值为100:10:1，以达到微生物驯化的目的，从而完成反应装置的启动;
启动第一阶段和启动第二阶段的工艺操作条件为：进出水通过蠕动泵控制，进水流量Q为2.6L/d，同时通过内循环来使泥水混合均匀，内循环设置为5个Q，反应温度20～35℃，进水pH为6.9～7.1，水力停留时间10h;
(2)基于SRB活性污泥去除新兴有机微污染物的微生物强化：
①启动完成后，进水保持碳、氮、硫、磷的质量浓度比值为100:10:1，同时添加新兴有机微污染物到进水中，在该阶段进水中新兴有机微污染物的浓度由低浓度逐渐增加(由500μg/L逐渐增加至2000μg/L)，以强化SRB活性污泥对新兴有机微污染物的去除，通过直接降解或共代谢作用利用加入的有机污染物来进行硫酸盐还原;步骤①工艺操作条件为：进出水通过蠕动泵来控制，进水流量Q为2.6L/d，同时通过内循环来使泥水混合均匀，内循环设置为5个Q，反应温度20～35℃，进水pH为6.9～7.1，水力停留时间10h;新兴有机微污染物增加的浓度梯度为：500μg/L，1000μg/L，1500μg/L，2000μg/L，每个浓度条件下维持两周;
②进水保持碳、氮、硫、磷的质量浓度比值为100:10:1，同时添加新兴有机微污染物到进水中，在该阶段维持进水中有机污染物的浓度为1000μg/L，逐渐缩短水力停留时间，以强化以硫酸盐还原活性污泥来降解有机污染物的硫酸盐还原菌成为主要功能微生物;当SO42-的去除率为85%，COD的去除率为90%，对有机污染物的去除效果稳定时，完成以SRB活性污泥去除有机污染物的微生物的强化过程，进而建立起基于SRB活性污泥去除水中新兴有机微污染物的稳定工艺环境;
步骤②工艺操作条件为：进出水通过蠕动泵来控制，进水流量Q从2.6L/d逐渐提高到6.48L/d，同时通过内循环来使泥水混合均匀，内循环设置为5个Q，反应温度20～35℃，进水pH为6.9～7.1，水力停留时间由10h逐渐缩短至4h，每调节一次水力停留时间维持两周再进行变量调整;
(3)废水处理系统的稳定运行：
以待处理废水为进水通入稳定运行的废水处理系统，去除待处理废水中碳源、硫源以及新兴有机微污染物;
步骤(3)工艺操作条件为：进出水通过蠕动泵来控制，进水流量Q为4.32L/d，同时通过内循环来使泥水混合均匀，内循环设置为6个Q，反应温度20～35℃，进水pH为6.9～7.1，水力停留时间6h，进水中碳、氮、磷的质量浓度比值为100:10:1。
步骤(1)所述的反应器为上流式硫酸盐还原厌氧污泥床反应器(Sulfatereductionup-flowsludgebed简称SRUSB)，材质为有机玻璃，由进、出水系统、反应区和内循环系统组成，本装置采用溢流出水，底部进水。由取样阀、取样管、进水桶、出水桶、进水泵、出水泵、内循环泵、进水管、出水管、内循环管、进水阀、ORP探头、pH探头、ORP主机、pH主机和反应器主体组成。
步骤(1)所述的反应器反应体积优选为1.08L，人工合成废水进水优选为5L，进水通过蠕动泵以一定的流速经反应器底部进入，出水以溢流的方式由出水管经蠕动泵排除;SRB活性污泥加入方式为泥水混合，投加量为300mL。
步骤(1)所述人工合成废水中碳源由醋酸钠提供，硫源由无水硫酸钠提供，磷源由K2HPO4和KH2PO4提供，氮源由NH4Cl提供，微量元素包括Fe、Cu、Mn、Zn、Co、K、I等微量元素;所述人工合成废水中COD约为500mg/L，SO42--S浓度约为275mg/L左右，P-HPO42-、H2PO4-的初始浓度均为5mg/L，N-NH4+的初始浓度为50mg/L;所述人工合成废水pH优选为7.0。
步骤(1)、(2)、(3)所述的新兴有机微污染物为磺胺甲噁唑(SMX)。
步骤(1)所述的反应体系中SRB活性污泥浓度为17.59gMLSS/L，SRB活性污泥的MLVSS/MLSS=0.81，COD:S=1.8;所述的反应体系pH用盐酸和氢氧化钠溶液调节，反应体系pH调节为6.5～8.0。
步骤(1)中所述厌氧环境用N2曝气清除反应体系内的空气，以控制体系在厌氧环境，N2曝气的时间以清除反应体系内的空气为准，优选为1～30min。
步骤(2)中所述的逐渐缩短水力停留时间是指通过以10h、8h、6h、4h的梯度来逐渐缩短水力停留时间，将水力停留时间由10h逐渐缩短至4h，每调节一次水力停留时间维持两周再进行变量调整;步骤②具体操作为：进水保持碳、氮、硫、磷的质量浓度比值为100:10:1，同时添加新兴有机微污染物到进水中，在该阶段维持进水中有机污染物的浓度为1000μg/L，通过以10h、8h、6h、4h的梯度来逐渐缩短水力停留时间，每个变量下维持一个周期两周。
步骤(3)中所述待处理废水中新兴有机微污染物浓度为100μg/L。
上述基于SRB去除新兴有机微污染物的水处理方法在处理含新兴有机微污染物废水中的应用。
本发明的原理：系统中硫酸盐还原菌(Sulfate-ReducingBacteria，SRB)作为反应器中的功能菌，可利用硫酸盐及其他氧化态硫化合物作为其代谢活动中的电子受体，以包括烷烃、长链脂肪酸及芳香族化合物在内的多种有机物为电子供体，完成硫酸盐还原反应，从而达到去除有机污染物的目的。本发明通过SRB活性污泥对新兴有机微污染物的吸附及生物降解，实现对有机物的有效去除。
硫酸盐还原反应：
100gCOD+150.2gSO42‐+47.3gH2O→53.2gH2S+1.9gslugde+190.9gHCO3‐
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)采用上流式硫酸盐还原厌氧污泥床反应器(SRUSB)，反应过程为厌氧，工艺运行简单且便于操作。
(2)在启动反应器时，分阶段先进行硫酸盐还原菌还原硫酸盐的驯化，然后在硫还原的基础上对硫酸盐还原菌去除新兴有机微污染物的驯化，这样的驯化过程保证了后期以硫还原去除新兴有机微污染物作用的稳定性。
(3)对利用SRB活性污泥去除新兴有机微污染物的微生物进行强化加强了对有机污染物的去除的稳定工艺环境。
(4)本发明中SRB活性污泥对新兴有机微污染物(磺胺甲噁唑)有较好的降解能力，对1mg/L的磺胺甲噁唑，短时间内(48h)，去除率达到33.2%，比去除率为3.0μg-SMX/g-MLSS/h，并在6天内实现完全去除。
(5)本发明采用SRB活性污泥法，实现了污水中典型微量新兴有机微污染物(磺胺甲噁唑)的去除，该方法物耗能耗低，污泥产量低，无需后续剩余污泥处理工艺，是一种推广应用前景较好的去除污水中微量新兴有机微污染物的技术方法。