申请日2012.05.08
公开(公告)日2012.08.22
IPC分类号C02F3/34
摘要
一种生物锰氧化物膜生物反应器及含PPCPs污水处理方法，包括：制备生物锰氧化物菌悬液、生物锰氧化物复合膜形成以及反应器的运行。其中，膜生物反应器采用上向流，使用中空纤维膜或板式膜截留锰氧化菌并复合生物锰氧化物，反应器采用设于底部的曝气盘进行曝气，顶部设有温控装置、pH探头及溶解氧探头，反应器还设有回流装置，通过回流控制加强运行效能。本发明PPCPs污水处理方法利用生物锰氧化物氧化PPCPs等难生物降解污染物，直接将污染物完全氧化矿化或生成能够被微生物作为碳源进一步降解的中间产物，对污染物的去处具有广谱性;锰氧化菌的存在实现了生物锰氧化物的原位再生利用，防止了Mn2+积累对氧化去除的阻碍，具有去处效率高、经济实用等优点。
权利要求书
1.一种生物锰氧化物膜生物反应器，包括反应器，反应器底部的进水管、顶部的出水管、回流管，反应器内部的超滤膜，超滤膜的下方置有曝气盘，其特征在于超滤膜为锰氧化菌及锰氧化物截留在中空纤维膜或板式纤维膜上的复合膜。
2.根据权利要求1所述的一种生物锰氧化物膜生物反应器，其特征在于反应器顶部另设置有温控装置、pH探头以及溶解氧探头。
3.根据权利要求1所述的一种生物锰氧化物膜生物反应器，其特征在于反应器底部另设有排泥管。
4.根据权利要求1-3之一所述反应器的处理含PPCPs污水的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备生物锰氧化物菌悬液：采用细菌纯培养方式培养锰氧化菌，利用锰氧化菌氧化Mn2+产生生物锰氧化物，其中生物锰氧化物中Mn4+达到 50-60mg/L;
(2)生物锰氧化物复合膜形成：将步骤(1)中制备好的生物锰氧化物菌悬液连续通入反应器中，饱和曝气，反应14h，使锰氧化菌及锰氧化物紧密结合在反应器中的中空纤维膜或板式膜上;
(3)反应器的运行：反应器采用连续式运行，上向流，反应器中液体pH控制在6.5-6.8，剩余溶解氧浓度控制在2-3mg/L，温度控制为26-28℃，水力停留时间控制在8-12小时。
5.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于步骤(1)中锰氧化菌选用公知的对Mn2+具有氧化效果的、能够产生锰氧化物的细菌、真菌微生物。
6.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于步骤(1)中生物锰氧化物的含量是通过定量控制培养液中投加的MnCl2量实现。
7.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于步骤(2)中空纤维膜或板式膜的材质为市售的聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚醚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺的一种，膜采用周边进水中心出水。
8.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于步骤(2)中曝气量控制在1.3-1.5L/h。
9.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于步骤(3)中pH使用NaH2PO4或Na2HPO4缓冲溶液进行调节。
说明书
一种生物锰氧化物膜生物反应器及用其处理含PPCPs污水的方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种含药品及个人护理品(PPCPs)等难降解有机痕量污染物的水处理反应器及处理方法。
背景技术
近十余年针对水体中药品及个人护理品(PPCPs)的报道和研究越来越广泛，饮用水及污水中PPCPs的去除已成为国内外研究的热点。PPCPs具体是指用于医药兽药、农业生产、个人护理等用途的一大类化学药品的总称，其中包括：抗生素、镇定剂、抗癫痫类药物，天然的或人工合成的激素，X射线造影剂，香料，杀虫剂，护肤品、防晒霜以及各种化妆品。PPCPs在水中含量很低，仅为ng/L~μg/L水平，但即便是如此痕量的PPCPs也会对水生动植物及人类造成严重伤害。研究表明，水中微量的雌激素类物质会造成鱼类性别错乱，氟西汀、双氯芬酸、二甲苯氧庚酸等物质能够在鱼类肌肉、肝脏、大脑等处富集，造成生物累积效应。
目前，常规的饮用水及污水处理工艺难以高效去除水中的PPCPs，传统活性污泥法和膜生物反应器在水处理时主要通过吸附和生物降解去除水中PPCPs，但去除能力十分有限，而且吸附在活性污泥上的PPCPs很难进一步讲解，会随着污泥的后续处理进入土壤等环境介质中，造成二次污染。另外一些被广泛研究的PPCPs去除方法主要包括氯化、臭氧氧化以及紫外/双氧水(UV/H2O2)、芬顿(Fenton)氧化等高级氧化技术(AOPs)。这些方法虽然能够有效矿化PPCPs类物质，但是它们均有一个突出的缺点，即高能耗、高处理费用，这也使得这些氧化方法不能够大规模使用在水处理系统中。
发明内容
为了克服上述技术上的不足，本发明提供一种能够经济高效去除水中PPCPs及其他痕量有机污染物的生物锰氧化物膜生物反应器。
一种生物锰氧化物膜生物反应器，包括反应器，反应器底部的进水管、顶部的出水管、回流管，反应器内部的超滤膜，超滤膜的下方置有曝气盘，其特征在于超滤膜为锰氧化菌及锰氧化物截留在中空纤维膜或板式纤维膜上的复合膜。处理污水从反应器底部进入，自下向上流经反应器，从反应器顶部的排出。
反应器顶部另设置有温控装置、pH探头以及溶解氧探头，溶解氧探头监测反应器中剩余溶解氧;反应器底部另设有排泥管。
上述反应器可以利用锰氧化菌产生的生物锰氧化物氧化去除污水中PPCPs，其氧化中间产物可被锰氧化菌作为碳源利用以得到进一步降解。
用这种反应器处理含PPCPs污水的方法，包括以下步骤：
(1)制备生物锰氧化物菌悬液：采用细菌纯培养方式培养锰氧化菌，利用锰氧化菌氧化Mn2+产生生物锰氧化物，其中生物锰氧化物中Mn4+达到 50-60mg/L。锰氧化菌可选用公知的对Mn2+具有氧化效果的、能够产生锰氧化物的细菌、真菌等微生物，生物锰氧化物的含量是通过定量控制培养液中投加的MnCl2量实现;
(2)生物锰氧化物复合膜形成：将步骤(1)中制备好的生物锰氧化物菌悬液连续通入反应器中，饱和曝气，反应14h，使锰氧化菌及锰氧化物紧密结合在反应器中的中空纤维膜或板式膜上。中空纤维膜或板式膜的材质可为市售的聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、纤维素酯、聚醚醚酮、聚亚酰胺、聚醚酰胺等，采用周边进水中心出水;曝气量控制在1.3-1.5L/h;
(3)反应器的运行：反应器采用连续式运行，上向流，反应器中液体pH控制在6.5-6.8( pH使用NaH2PO4或Na2HPO4缓冲溶液进行调节)，剩余溶解氧浓度控制在2-3mg/L，温度控制为26-28℃，水力停留时间控制在8-12小时。
含PPCPs污水连续通入反应器中，上向流出水，在反应过程中，生物锰氧化物中的Mn4+被还原为Mn2+，锰氧化菌可将Mn2+氧化为Mn4+，保证了PPCPs氧化反应的顺利进行。原本不能被锰氧化菌利用的PPCPs物质经锰氧化物氧化降解后，生成可被微生物作为碳源利用的中间产物，从而被微生物进一步降解。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点和效果：
本发明生物锰氧化物氧化法对PPCPs污染物的去除具有广谱性，PPCPs氧化降解的中间产物往往能够作为锰氧化菌生长所用的碳源，从而得到进一步降解，能够有效防止PPCPs降解中间产物排入水体造成的污染;锰氧化物氧化PPCPs产生的Mn2+积累会阻碍氧化反应的进一步进行，而锰氧化菌的存在可将Mn2+氧化为Mn4+，不断补充反应中的锰氧化物浓度，保证反应的顺利进行，这较于传统MnO2氧化PPCPs更具高效性且不用持续添加MnO2，更为经济;较于臭氧氧化及高级氧化技术等高能耗的PPCPs去除方法，本发明利用微生物使得Mn4+原位再生，利用污水中有机物作为锰氧化菌生长所需的碳源及能源，更为经济实用。