申请日2013.09.27
公开(公告)日2013.12.25
IPC分类号C02F3/02; C05F11/08; C02F3/34
摘要
本发明涉及一种低成本去除污水中有机磷的方法，其特征在于，首先选取价格低廉的人工弹性填料为光合生物膜富集材料，然后对光合生物膜富集材料进行设计和修饰，使其能够快速稳定富集微生物形成生物膜，同时根据实际工程所需，设计相应规模的尺度和面积的处理系统，在受污水体中进行布置，从而对污水中有机磷产生有效的去除效果。本发明制备的光合生物膜处理有机磷系统的优势在于：对有机磷的转化和去除有较好的效果;更适合于大面积、大尺度的面源污水处理，具有成本低廉，充分利用太阳能，耗能低，不额外占用昂贵的土地资源等优势;充分利用光合生物膜将面源污水中磷捕获，在进行加工，实现磷资源的回收利用。
权利要求书
1.一种低成本去除污水中有机磷的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)光合生物膜富集材料的选择与预处理：选用弹性填料或塑料枝条作为富集材料，用0.1M HCl酸浸泡1-3天,晾干备用;
(2)光合生物膜富集装置的配置：将步骤(1)中的弹性填料或塑料枝条固定在PVC管上，弹性填料末端固定石子;在PVC管内，设置曝气装置，通过开关控制曝气强度和时间，PVC管内装入塑料泡沫;
(3)光合生物膜的富集培养与水质进化：将步骤(2)的装置放置于富营养化水体中，在光照强度6000-12000 Lux、温度为25-35℃条件下富集、培养光合生物膜，在富集初期进行曝气，单次曝气12h，每周3次，水力停留时间为48-168h，光合生物膜在富集的同时进行污水有机磷的转换、吸收、去除;
(4)完成有机磷去除后，取出光合生物膜。
2.根据权利要求1所述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，其特征在于：在步骤(3)中，无需经过48h，当弹性填料或塑料枝条上富集一层光合生物膜后将光合生物膜取出称湿重和干重;将经称重而定量的光合生物膜在富营养化水体进行污水有机磷去除。
3.根据权利要求2所述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，其特征在于，
当富营养化水体的初始有机磷含量Co为20mgP/L时，光合生物膜的干重为1.6-2.4g/L。
4.根据权利要求1或2所述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，其特征在于，步骤(3)中的光照强度为12000Lux。
5.根据权利要求1所述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，其特征在于，步骤(3)中，富营养化水体的初始有机磷含量Co为1-30mgP/L。
6.根据权利要求1所述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，其特征在于，若干富集装置拼合成一个任意形状的有机磷处理系统，根据污水面积配置若干独立的有机磷处理系统，一个处理系统需要PVC管长1-10 m，直径0.2 m。
7.根据权利要求1所述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，其特征在于，所述的弹性填料长度为50cm、直径为10com，一个富集装置需要7-70根弹性填料。
8.根据权利要求1所述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，其特征在于，处理过有机磷污水的光合生物膜经过处理转变为生物磷肥。
说明书
一种低成本去除污水中有机磷的方法
技术领域
本发明涉及一种低成本去除污水中有机磷的方法，尤其是涉及一种低成本、低耗能以及环境友好的专门针对污水有机磷去除的光合生物膜处理系统的构建方法，将有机磷废水经过光合生物膜系统处理后，通过光合生物膜对有机磷的转化、吸附以及沉淀，从而有效去除废水中的有机磷。
背景技术
水体富营养化导致的蓝藻暴发，水体浑浊、黑、臭、缺氧以及透明度低等一系列问题，严重影响了水生态系统的生物多样性，并造成了水资源危机和巨大的经济损失。目前，在我国发生水体富营养化现象的湖泊、河流和水库等水体的数量和面积都逐年增加，七大水系和内陆河中，如长江、黄河、淮河、海河、辽河、松花江、第二松花江、黄浦江、沱江、巢湖、滇池和太湖等均已受到严重的污染，富营养化程度日趋严重。另有研究报道我国80%的水域、90%以上的城市水源已受到富营养化的严重威胁。大量研究表明水体中过量的磷是导致水体富营养化的主要污染物，而随着对点源磷排放力度的监控，研究发现农业生产过程中过量施肥、超量施肥的现象普遍存在，进而导致的面源污染已经取代点源成为水环境磷污染的最重要来源，约占全国排放总量的57.19%。近年来，研究者们发现即使污水中无机磷得到有效控制，蓝藻水华仍然可以爆发，严重影响水质安全，原因是因为污水中(如养殖业污水)存在有机磷等潜在磷源，微生物可以直接或间接利用以满足自身生长所需。因此，如何有效的去除或者控制面源污水中有机磷的浓度已迫在眉睫。
鉴于严峻的水体富营养污染现状，大量的去除技术得到广泛和深入的研究。目前研究最多的是生物方面的除磷措施，尤其是生物膜反应器，应用于污水处理的实用生物膜反应器工艺型式各异，主要分为典型生物膜反应器工艺(例如生物膜滤池和生物膜转盘等)和实用新型生物膜反应器工艺(生物膜流化床、移动床生物膜反应器(MBBRs)以及序批式生物膜反应器(SBBRs)等)。然而，上述生物膜反应器绝大数是针对污水中无机磷进行设计和去除，而专门针对污水(如养殖业废水)中有机磷的去除技术和方法研究相对较少，传统针对无机磷的处理技术已经不再适应污水中有机磷的去除，难以达到有效的净化效果。其次，目前对有机磷污水一般采用化学试剂法，先采用化学试剂将污水中有机磷转化无机磷后，再进行去除，操作繁琐，费用昂贵，且容易造成二次污染。与此同时，面源污水亟需治理，针对面源污水一般分布面积大、污染量广以及难以集中控制等特点，传统的点源生物膜除磷反应器工艺已不适合，且难以达到满意的去除效果，再加上上述生物膜反应器一般造价昂贵，运行维护繁琐，占地耗时，难以实际应用到面源污水中有机磷的治理。
光合生物膜是在一定的水体环境条件下产生的微生物聚集体，主要由光合自养型生物主导，一般呈现绿色，普遍存在于河流、湖泊、湿地环境中的岩石、表层沉积物表面上，并由地球上不同种类的微生物组成。由光合生物膜的定义不难得出，光合生物膜对水-沉积物界面磷生物地球化学循环起着不可忽略的作用。我们研究发现光合生物膜对磷有一种较强的亲合力，且通过释放碱性磷酸酶转化水体中有机磷，进而达到有效的有机磷去除效果。
相比于传统的生物膜技术，光合生物膜系统更适合于大面积、大尺度的处理面源污水，同时成本低廉，充分利用太阳能，耗能低，不额外占用昂贵的土地资源。其次，光合生物膜可以人工较易固定和收获，从而使的氮磷资源的重新利用成为可能，达到节约资源、减少污染、增加经济效益的目的。例如对达标排放的农村生活污水尾水，可回灌农田尤其是稻田，通过植物的吸收以及土壤等的吸附固持，实现低污染水中氮磷养分的再利用，不仅能控制污染，又能减少化肥投入，实现生产和环境的双赢。此外，我们研究发现光合生物膜可以将磷等营养元素吸附在其表面和内部微结构中，其含磷量高达1-10 mg g/L(DW，干重)，是其他水生植物含磷量的几千倍，在磷元素价格逐年飘升和稀缺的时代，可以充分利用光合生物膜将面源污水中磷捕获，在进行加工，实现磷资源的回收利用，既可以实现经济创收，又能治理环境污染，为我国农业可持续发展做出重要贡献。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点，一方面为国内大规模专门针对面源污水中有机磷去除技术和措施提供技术支持和参考，设计一种高效、廉价、易实现、环境友好的光合生物膜反应装置的制作方法;另一方面合理资源化利用光合生物膜资源，从而即有效降低面源污水中有机磷浓度，减少有机磷对水环境的不利影响，又实现经济利益的增加。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种低成本去除污水中有机磷的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 光合生物膜富集材料的选择与预处理：选用弹性填料或塑料枝条作为富集材料，用0.1M HCl酸浸泡1-3天,晾干备用;
(2) 光合生物膜富集装置的配置：将步骤(1)中的弹性填料或塑料枝条固定在PVC管上，弹性填料末端固定石子;在PVC管内，设置曝气装置，通过开关控制曝气强度和时间，PVC管内装入塑料泡沫;
(3) 光合生物膜的富集培养与水质进化：将步骤(2)的装置放置于富营养化水体中，在光照强度6000-12000 Lux、温度为25-35℃条件下富集、培养光合生物膜，在富集初期进行曝气，单次曝气12h，每周3次，水力停留时间为48-168h，光合生物膜在富集的同时进行污水有机磷的转化、吸收、去除;
(4) 完成有机磷去除后，取出光合生物膜。
前述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，在步骤(3)中，无需经过48h，当弹性填料或塑料枝条上富集一层光合生物膜后将光合生物膜取出称湿重和干重;将经称重而定量的光合生物膜在富营养化水体进行污水有机磷去除。
前述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，
当富营养化水体的初始有机磷含量Co为20mg P/L时，光合生物膜的干重含量为1.6-2.4g/L。
前述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，步骤(3)中的光照强度为12000Lux。
前述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，步骤(3)中，富营养化水体的初始有机磷含量Co为1-30mg P/L，在此浓度范围内具有较好去除效果，去除率达55%以上。
前述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，若干富集装置拼合成一个任意形状的有机磷处理系统，根据污水面积配置若干独立的有机磷处理系统，一个处理系统需要PVC管长1-10 m，直径0.2 m。
前述的一种低成本去除污水中有机磷的方法，所述的弹性填料长度为50 cm、直径为10 cm，一个富集装置需要7-70根弹性填料。
处理过有机磷污水后光合生物膜可以经过适当制作(烘干磨碎)，转变为一种价格低廉，含磷量高的生物磷肥，充分实现资源的最大化利用。
本发明的有益效果
(1)本方法所述的方法具有明显的去除效果，一方面光合生物膜具有很强的有机磷去除能力，当有机磷浓度为20 mg P L-1时，光合生物膜含量超过1.6 g/L时，48小时之内可以水体中有机磷浓度被降至0 mg P L-1;另一方面，本方法为资源化自然生物资源，为充分合理利用微生物复合体提供了新的路径，同时减少有机磷对环境带来的不利影响，即实现了污水中有机磷的净化，又获得了一定的经济效益，为我国科学可持续发展提供有力的技术基础。
(2)本方法采用的生物处理方法，有效地降低了其因不当利用造成的环境风险的可能，解决了传统化学处理使用的化学用剂费用较高、操作不便、具有环境风险等缺陷，该操作工艺简单易行，成本低廉，环境友好，去除效果突出。
(3)本处理系统具有充分的灵活性，处理系统可大可小，完全依据实际需求，不但适合大尺度面源污水处理，同样适合小规模的家庭生活污水处理。可用于实验室研究、生活污水及部分小型工业、农业废水处理工程。