申请日2015.07.14
公开(公告)日2015.12.09
IPC分类号C02F3/30; C02F103/06; C02F101/30; C02F3/34
摘要
本发明涉及一种基于生物膜反应器的微污染地表水处理方法，采用陶瓷载体水泵驱动折流式内循环生物膜反应器，对微污染地表水进行脱氮、除磷和/或去除有机物，生物膜反应器的内部设置有隔离板，隔离板将反应器内部分成上方的溶氧区与下方的生物降解区，且溶氧区与生物降解区一端直接相通，另一端通过循环泵与循环管相连通，使待处理的废水循环不断地流经溶氧区和生物降解区，生物降解区内竖向间隔设置若干块导流板，导流板依次高低交错排列，形成可以使溶液在反应器内上下折流的通道，导流板作为生物膜的载体。与现有技术相比，本发明能够很好地去除受污染河道水中氨氮和总氮，并且对水中总磷、有机物也有一定的去除效果。
权利要求书
1.一种基于生物膜反应器的微污染地表水处理方法，其特征在于，采用陶瓷 载体水泵驱动折流式内循环生物膜反应器，对微污染地表水进行脱氮、除磷和/或 去除有机物。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物膜反应器的微污染地表水处理方法， 其特征在于，所述的陶瓷载体水泵驱动折流式内循环生物膜反应器包括反应器壳 体，反应器壳体上设置有进水口与出水口，反应器壳体内部设置有隔离板，所述的 隔离板将反应器内部分成上方的溶氧区与下方的生物降解区，且所述的溶氧区与生 物降解区一端直接相通，另一端通过循环泵与循环管相连通，使待处理的废水循环 不断地流经溶氧区和生物降解区，所述的生物降解区内置若干块导流板，导流板依 次高低交错排列，形成可以使溶液在反应器内上下折流的通道，所述的导流板作为 生物膜的载体。
3.根据权利要求2所述的一种基于生物膜反应器的微污染地表水处理方法， 其特征在于，所述的导流板一侧表面为光滑表面，另一侧表面有条形纹路或小块状 花纹纹路。
4.根据权利要求2所述的一种基于生物膜反应器的微污染地表水处理方法， 其特征在于，所述的导流板为多孔轻质陶瓷材料，所述的导流板设置5～50块。
5.根据权利要求2所述的一种基于生物膜反应器的微污染地表水处理方法， 其特征在于，所述的导流板上附着有生物膜，在生物降解区内形成好氧区与厌氧区， 其中，好氧区内优势菌包括AlkaliphilusmetalliredigensQYMF、Geobactersp.M21、 DesulfitobacteriumhafnienseDCB-2、Acinetobacterbrisouii、Clostridium phytofermentansISDg、PedobacterheparinusDSM2366六种;
厌氧区内优势菌包括AlkaliphilusmetalliredigensQYMF、Clostridium phytofermentansISDg、PedobacterheparinusDSM2366、AcinetobacterbrisouiiCIP 110357、Geobactersp.M21、NitrosococcusoceaniATCC19707、Desulfitobacterium hafnienseDCB-2七种。
6.根据权利要求1所述的一种基于生物膜反应器的微污染地表水处理方法， 其特征在于，对微污染地表水进行脱氮处理，工艺条件如下：控制微污染地表水碳 氮比为18～20，反应器内水力停留时间为14～16h。
7.根据权利要求1所述的一种基于生物膜反应器的微污染地表水处理方法， 其特征在于，对微污染地表水进行除磷处理，工艺条件如下：调节微污染地表水 C:N:P为100:5:1。
8.根据权利要求1所述的一种基于生物膜反应器的微污染地表水处理方法， 其特征在于，对微污染地表水去除有机物处理，工艺条件如下：反应器内水力停留 时间为6～16h。
说明书
一种基于生物膜反应器的微污染地表水处理方法
技术领域
本发明涉及一种水处理方法，尤其是涉及一种基于生物膜反应器的微污染地 表水处理方法。
背景技术
微污染地表水一般是指所含有的污染物种类较多、性质较复杂，但浓度比较低 微的水体。其微污染物主要包括石油烃、挥发酚、氨氮、磷、农药、COD、重金 属、砷、氰化物、铁、锰等，这些污染物都会对人体健康造成很大的毒害，尤其是 那些难降解、易生物积累和具有三致(致癌，致畸，致突变)作用的有毒有机污染 物。这些年，我国七大水系和三大湖泊都受到了不同程度的污染。据环保部门检测， 我国90%以上的城市水域受到严重污染，约有50%的重点城市水源不符合饮用水 水源标准，全国地表水近60%以上的水质降为Ⅳ类以下水质，已完全失去作为饮 用水水源的功能，有97%的大中城市地下水也受到污染。由于水中有机物的存在， 其对胶体的保护作用和稳定性的提高，使水处理增加了一定的难度，同时水中有 毒有机物难以降解，经常规氯消毒后所产生的有机卤化物，其中有许多已被确认 为是直接致癌物或诱发物，对人体健康有极大的潜在危害。
国内外对于微污染水体的治理、修复技术总体上可以归纳为五种：物理处理技 术、化学处理技术、物理化学处理技术、生态修复技术、生物修复技术，它们各有 其优缺点。
微污染地表水体的特殊性质增加了物理法、化学法修复的困难性。近年来，随 着各种新型生物载体(填料)的研发，生物膜技术得到了发展，并被用于污染地表水 的修复。
生物膜(Biofilm)是通过附着而固定于特定载体上的结构复杂的微生物共生 体。生物膜由固定在附着生长载体上的并经常镶嵌在有机多聚物结构中的细胞所组 成。生物膜具有孔状结构，并具有很强的吸附性能。构成生物膜的微生物主要有： 细菌、真菌、藻类(在有光条件下)、原生动物和后生动物，此外还有病毒。
生物膜技术是指用天然材料(如卵石)、合成材料(如纤维)为载体，在其表 面形成一种特殊的生物膜，生物膜表面积大，可为微生物提供较大的附着表面，有 利于加强对污染物的降解作用。其反应过程是：①基质向生物膜表面扩散，②在生 物膜内部扩散，③微生物分泌的酵素与催化剂发生化学反应，④代谢生成物排出生 物膜。
生物膜法是通过附着在载体或介质表面上的细菌等微生物生长繁殖，形成膜状 活性生物污泥生物膜，利用生物膜降解污水中的有机物的生物处理方法。生物膜中 的微生物以污水中的有机污染物为营养物质，在新陈代谢过程中将有机物降解，同 时微生物自身也得到增殖。随着微生物的不断繁殖增长，以及废水中悬浮物和微生 物的不断沉积，使生物膜的厚度不断增加，其结果是使生物膜的结构发生变化。
生物膜比活性污泥具有更强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的 各种污染物，具有速度快、效率高的特点。在使用生物膜法处理污水时，要求在处 理系统的构筑物中装填一定数量的填料，这些填料一方面可以扩大处理系统的比表 面积，另一方面为微生物提供附着固定的载体。生物膜处理系统的性能、效率取决 于其中微生物活性的高低和所装填料的多少及其比表面积。
生物膜附着在载体的表面，是高度亲水的物质，在污水不断流动的条件下，其 外侧总是存在着一层附着水层。生物膜又是微生物高度密集的物质，在膜的表面上 和其深度的内部生长繁殖着大量的微生物及微型动物，形成由有机污染物→细菌→ 原生动物(后生动物)组成的食物链。生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、 后生动物和其他一些肉眼可见的生物群落组成。其中细菌一般有：假单苞菌属、芽 苞菌属、产碱杆菌属和动胶菌属以及球衣菌属，原生动物多为钟虫、等枝虫、盖纤 虫等。后生动物只有在溶解氧非常充足的条件下才出现，且主要为线虫。污水在流 过载体表面时，污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附，并通过氧向生物膜 内部扩散，在膜中发生生物氧化等作用，从而完成对有机物的降解。生物膜表层生 长的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的内层微生物则往往处于厌氧状态，当生物 膜逐渐增厚，厌氧层的厚度大于好氧层时，会导致生物膜的脱落，而新的生物膜又 会在载体表面重新生成，通过生物膜的周期更新，以维持生物膜反应器的正常运行。
通过人工强化作用将生物膜引入到污水处理反应器中，便形成了生物膜反应 器。近年来，生物膜反应器发展迅速，由单一到复合，有好氧也有厌氧，逐步形成 了一套较完整的生物处理系统。常用的生物膜反应器有以下五种：生物接触氧化法 反应器、生物转盘反应器、生物滤池反应器、生物流化床反应器(FluidizedBed Reactor，FBR)、微孔膜生物反应器。目前常用的生物膜反应器处理微污染地表水 存在各自的缺点，因此，研发一种适用于微污染地表水的生物膜反应器具有重要的 理论和现实意义。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于生物膜 反应器的微污染地表水处理方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于生物膜反应器的微污染地表水处理方法，采用陶瓷载体水泵驱动折流 式内循环生物膜反应器，对微污染地表水进行脱氮、除磷和/或去除有机物。
所述的陶瓷载体水泵驱动折流式内循环生物膜反应器包括反应器壳体，反应器 壳体上设置有进水口与出水口，反应器壳体内部设置有隔离板，所述的隔离板将反 应器内部分成上方的溶氧区与下方的生物降解区，且所述的溶氧区与生物降解区一 端直接相通，另一端通过循环泵与循环管相连通，使待处理的废水循环不断地流经 溶氧区和生物降解区，所述的生物降解区内置若干块导流板，导流板依次高低交错 排列，形成可以使溶液在反应器内上下折流的通道，所述的导流板作为生物膜的载 体。
所述的导流板一侧表面为光滑表面，另一侧表面有条形纹路或小块状花纹纹 路。
所述的导流板为多孔轻质陶瓷材料。多孔陶瓷由于具有均匀分布的微孔或孔 洞，孔隙率较高、体积密度小，具有发达的比表面及其独特的物理表面特性，对液 体和气体介质有选择的透过性，能量吸收或阻尼特性，加之陶瓷材料特有的耐高温、 耐腐蚀、高的化学稳定性和尺寸稳定性，使多孔陶瓷这一绿色材料可以在气体液体 过滤、净化分离，化工催化载体、吸声减震、高级保温材料、生物植入材料，特种 墙体材料和传感器材料等多方面得到广泛的应用。
本发明以多孔陶瓷板为固定化载体设计生物反应器，固定苔藓及其菌根菌处理 微污染水。本发明的多孔轻质陶瓷材料以轻质粘土、硅藻土、蛭石等为主要原料， 按重量比为轻质粘土︰硅藻土︰蛭石=5～7︰4～6︰10的比例混合均匀，于1150℃ 烧制多孔陶瓷板，开口孔隙率在20～35%。
所述的导流板根据需要可以自由设置5～50块，或者设置更多块，优选设置9 块～30块。
所述的导流板上附着有生物膜，在生物降解区内形成好氧区与厌氧区，其中， 好氧区内优势菌包括AlkaliphilusmetalliredigensQYMF、Geobactersp.M21、 DesulfitobacteriumhafnienseDCB-2、Acinetobacterbrisouii、Clostridium phytofermentansISDg、PedobacterheparinusDSM2366六种;
厌氧区内优势菌包括AlkaliphilusmetalliredigensQYMF、Clostridium phytofermentansISDg、PedobacterheparinusDSM2366、AcinetobacterbrisouiiCIP 110357、Geobactersp.M21、NitrosococcusoceaniATCC19707、Desulfitobacterium hafnienseDCB-2七种。
对微污染地表水进行脱氮处理，工艺条件如下：控制微污染地表水碳氮比为 18～20，反应器内水力停留时间为14～16h。
对微污染地表水进行除磷处理，工艺条件如下：调节微污染地表水C:N:P为 100:5:1。
对微污染地表水去除有机物处理，工艺条件如下：反应器内水力停留时间为 6～16h，优选为14～16h。
生物膜反应器的基本原理是：微生物附着载体上生长繁殖而形成生物膜，空气 中的氧和受污染水中的有机污染物被生物膜吸附、扩散，然后生物膜中微生物的酶 对所吸附的污染物进行分解从而使污废水得以净化。
本反应器中，世代时间较长的硝化菌在反应器前段具有良好的生长条件，在好 氧条件下进行硝化反应从而消耗水体中的碳源和溶解氧，使反应器后半段形成缺氧 区，于是为反硝化反应提供环境，这样，使反应器内硝化、反硝化反应同时进行， 有利于高效、快速地以去除城市地表水中富含的氨氮、总氮、总磷及有机物。
本发明所采用的反应器经隔离板分成上、下两部分，上部为溶氧区，下部为生 物降解区。下部的生物降解区内置数块竖向导流板，将反应器分隔成串联的几个反 应室，每个反应室都是一个相对独立的生物膜反应系统。在水泵的驱动下，废水在 反应器内折流循环，当废水流经上部时，由于废水溶液在不停的流动，所以空气中 的氧就不断地溶解到了水中，废水因扰动进行溶氧后在流经下部的由多孔陶瓷板组 成的折流通道时与生物膜接触从而实现生物降解，生物降解区的溶解氧(DO)浓度 沿着流动方向逐渐降低，在同一反应器内形成好氧区和缺氧区。经实验监测，反应 器的上部DO浓度较高，为3.0～4.0mg/L，下部沿着流动方向，DO浓度从3.0→0.1 mg/L逐步降低。待处理水经进水泵由位于箱体下部的进水口进入反应器箱体，在 循环水泵驱动下，反应器内水依序经过好氧区和厌氧区循环流动。好氧区内DO浓 度为2.0～3.0mg/L，受污染地表水在好氧区进行硝化反应，逐渐消耗完溶解氧后流 入厌氧区，在厌氧区内沿折流板上下流动，并且同时进行反硝化反应。这样，实现 同一个反应器中同时硝化、反硝化反应和消耗碳源，从而有效去除氨氮、亚硝酸盐 氮、硝酸盐氮、总氮以及有机物。
与现有技术相比，本发明所用的反应器是一种新型的陶瓷载体水泵驱动折流 式内循环生物膜反应器，属于新型生物膜法，并用来处理城市微污染地表水，而非 传统的工业废水;验证了该反应器具有同步硝化反硝化的作用;以一种新颖的生物 处理技术实现水体中氮、磷元素和难降解有机污染物的同步去除和降解，能使地表 水水质提高一个等级。
与传统生物脱氮工艺相比，本发明具有如下优势：
①将硝化、反硝化反应控制在同一个反应器内，可省去一个反应池，减小反 应器容积,和占地面积，缩短反应时间;
②硝化过程中消耗的碱度与反硝化过程中产生的碱度相抵消，能有效保持反 应器中的pH稳定;
③具有结构简单，投资少，耐负荷冲击能力强等优点;
④该反应器操作灵活，可根据进水水质浓度、流量等的变化来选择不同的运 行周期，使反应器在最佳工况下运行;
⑤陶瓷材料的导流板能很好地为微生物提供附着载体，并且能增加受污染水 与微生物的接触时间，有利于提高处理效果。