申請(qǐng)日2015.07.14

　　公開(kāi)(公告)日2015.12.09

　　IPC分類(lèi)號(hào)C02F3/30; C02F103/06; C02F101/30; C02F3/34

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地表水處理方法，采用陶瓷載體水泵驅(qū)動(dòng)折流式內(nèi)循環(huán)生物膜反應(yīng)器，對(duì)微污染地表水進(jìn)行脫氮、除磷和/或去除有機(jī)物，生物膜反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)置有隔離板，隔離板將反應(yīng)器內(nèi)部分成上方的溶氧區(qū)與下方的生物降解區(qū)，且溶氧區(qū)與生物降解區(qū)一端直接相通，另一端通過(guò)循環(huán)泵與循環(huán)管相連通，使待處理的廢水循環(huán)不斷地流經(jīng)溶氧區(qū)和生物降解區(qū)，生物降解區(qū)內(nèi)豎向間隔設(shè)置若干塊導(dǎo)流板，導(dǎo)流板依次高低交錯(cuò)排列，形成可以使溶液在反應(yīng)器內(nèi)上下折流的通道，導(dǎo)流板作為生物膜的載體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠很好地去除受污染河道水中氨氮和總氮，并且對(duì)水中總磷、有機(jī)物也有一定的去除效果。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地表水處理方法，其特征在于，采用陶瓷 載體水泵驅(qū)動(dòng)折流式內(nèi)循環(huán)生物膜反應(yīng)器，對(duì)微污染地表水進(jìn)行脫氮、除磷和/或 去除有機(jī)物。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地表水處理方法， 其特征在于，所述的陶瓷載體水泵驅(qū)動(dòng)折流式內(nèi)循環(huán)生物膜反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼 體，反應(yīng)器殼體上設(shè)置有進(jìn)水口與出水口，反應(yīng)器殼體內(nèi)部設(shè)置有隔離板，所述的 隔離板將反應(yīng)器內(nèi)部分成上方的溶氧區(qū)與下方的生物降解區(qū)，且所述的溶氧區(qū)與生 物降解區(qū)一端直接相通，另一端通過(guò)循環(huán)泵與循環(huán)管相連通，使待處理的廢水循環(huán) 不斷地流經(jīng)溶氧區(qū)和生物降解區(qū)，所述的生物降解區(qū)內(nèi)置若干塊導(dǎo)流板，導(dǎo)流板依 次高低交錯(cuò)排列，形成可以使溶液在反應(yīng)器內(nèi)上下折流的通道，所述的導(dǎo)流板作為 生物膜的載體。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地表水處理方法， 其特征在于，所述的導(dǎo)流板一側(cè)表面為光滑表面，另一側(cè)表面有條形紋路或小塊狀 花紋紋路。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地表水處理方法， 其特征在于，所述的導(dǎo)流板為多孔輕質(zhì)陶瓷材料，所述的導(dǎo)流板設(shè)置5～50塊。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地表水處理方法， 其特征在于，所述的導(dǎo)流板上附著有生物膜，在生物降解區(qū)內(nèi)形成好氧區(qū)與厭氧區(qū)， 其中，好氧區(qū)內(nèi)優(yōu)勢(shì)菌包括AlkaliphilusmetalliredigensQYMF、Geobactersp.M21、 DesulfitobacteriumhafnienseDCB-2、Acinetobacterbrisouii、Clostridium phytofermentansISDg、PedobacterheparinusDSM2366六種;

　　厭氧區(qū)內(nèi)優(yōu)勢(shì)菌包括AlkaliphilusmetalliredigensQYMF、Clostridium phytofermentansISDg、PedobacterheparinusDSM2366、AcinetobacterbrisouiiCIP 110357、Geobactersp.M21、NitrosococcusoceaniATCC19707、Desulfitobacterium hafnienseDCB-2七種。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地表水處理方法， 其特征在于，對(duì)微污染地表水進(jìn)行脫氮處理，工藝條件如下：控制微污染地表水碳 氮比為18～20，反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為14～16h。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地表水處理方法， 其特征在于，對(duì)微污染地表水進(jìn)行除磷處理，工藝條件如下：調(diào)節(jié)微污染地表水 C:N:P為100:5:1。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地表水處理方法， 其特征在于，對(duì)微污染地表水去除有機(jī)物處理，工藝條件如下：反應(yīng)器內(nèi)水力停留 時(shí)間為6～16h。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地表水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種水處理方法，尤其是涉及一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地 表水處理方法。

　　背景技術(shù)

　　微污染地表水一般是指所含有的污染物種類(lèi)較多、性質(zhì)較復(fù)雜，但濃度比較低 微的水體。其微污染物主要包括石油烴、揮發(fā)酚、氨氮、磷、農(nóng)藥、COD、重金 屬、砷、氰化物、鐵、錳等，這些污染物都會(huì)對(duì)人體健康造成很大的毒害，尤其是 那些難降解、易生物積累和具有三致(致癌，致畸，致突變)作用的有毒有機(jī)污染 物。這些年，我國(guó)七大水系和三大湖泊都受到了不同程度的污染。據(jù)環(huán)保部門(mén)檢測(cè)， 我國(guó)90%以上的城市水域受到嚴(yán)重污染，約有50%的重點(diǎn)城市水源不符合飲用水 水源標(biāo)準(zhǔn)，全國(guó)地表水近60%以上的水質(zhì)降為Ⅳ類(lèi)以下水質(zhì)，已完全失去作為飲 用水水源的功能，有97%的大中城市地下水也受到污染。由于水中有機(jī)物的存在， 其對(duì)膠體的保護(hù)作用和穩(wěn)定性的提高，使水處理增加了一定的難度，同時(shí)水中有 毒有機(jī)物難以降解，經(jīng)常規(guī)氯消毒后所產(chǎn)生的有機(jī)鹵化物，其中有許多已被確認(rèn) 為是直接致癌物或誘發(fā)物，對(duì)人體健康有極大的潛在危害。

　　國(guó)內(nèi)外對(duì)于微污染水體的治理、修復(fù)技術(shù)總體上可以歸納為五種：物理處理技 術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)、物理化學(xué)處理技術(shù)、生態(tài)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)，它們各有 其優(yōu)缺點(diǎn)。

　　微污染地表水體的特殊性質(zhì)增加了物理法、化學(xué)法修復(fù)的困難性。近年來(lái)，隨 著各種新型生物載體(填料)的研發(fā)，生物膜技術(shù)得到了發(fā)展，并被用于污染地表水 的修復(fù)。

　　生物膜(Biofilm)是通過(guò)附著而固定于特定載體上的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微生物共生 體。生物膜由固定在附著生長(zhǎng)載體上的并經(jīng)常鑲嵌在有機(jī)多聚物結(jié)構(gòu)中的細(xì)胞所組 成。生物膜具有孔狀結(jié)構(gòu)，并具有很強(qiáng)的吸附性能。構(gòu)成生物膜的微生物主要有： 細(xì)菌、真菌、藻類(lèi)(在有光條件下)、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，此外還有病毒。

　　生物膜技術(shù)是指用天然材料(如卵石)、合成材料(如纖維)為載體，在其表 面形成一種特殊的生物膜，生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著表面，有 利于加強(qiáng)對(duì)污染物的降解作用。其反應(yīng)過(guò)程是：①基質(zhì)向生物膜表面擴(kuò)散，②在生 物膜內(nèi)部擴(kuò)散，③微生物分泌的酵素與催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，④代謝生成物排出生 物膜。

　　生物膜法是通過(guò)附著在載體或介質(zhì)表面上的細(xì)菌等微生物生長(zhǎng)繁殖，形成膜狀 活性生物污泥生物膜，利用生物膜降解污水中的有機(jī)物的生物處理方法。生物膜中 的微生物以污水中的有機(jī)污染物為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在新陳代謝過(guò)程中將有機(jī)物降解，同 時(shí)微生物自身也得到增殖。隨著微生物的不斷繁殖增長(zhǎng)，以及廢水中懸浮物和微生 物的不斷沉積，使生物膜的厚度不斷增加，其結(jié)果是使生物膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

　　生物膜比活性污泥具有更強(qiáng)的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解污水中的 各種污染物，具有速度快、效率高的特點(diǎn)。在使用生物膜法處理污水時(shí)，要求在處 理系統(tǒng)的構(gòu)筑物中裝填一定數(shù)量的填料，這些填料一方面可以擴(kuò)大處理系統(tǒng)的比表 面積，另一方面為微生物提供附著固定的載體。生物膜處理系統(tǒng)的性能、效率取決 于其中微生物活性的高低和所裝填料的多少及其比表面積。

　　生物膜附著在載體的表面，是高度親水的物質(zhì)，在污水不斷流動(dòng)的條件下，其 外側(cè)總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質(zhì)，在膜的表面上 和其深度的內(nèi)部生長(zhǎng)繁殖著大量的微生物及微型動(dòng)物，形成由有機(jī)污染物→細(xì)菌→ 原生動(dòng)物(后生動(dòng)物)組成的食物鏈。生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類(lèi)、原生動(dòng)物、 后生動(dòng)物和其他一些肉眼可見(jiàn)的生物群落組成。其中細(xì)菌一般有：假單苞菌屬、芽 苞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬和動(dòng)膠菌屬以及球衣菌屬，原生動(dòng)物多為鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)、蓋纖 蟲(chóng)等。后生動(dòng)物只有在溶解氧非常充足的條件下才出現(xiàn)，且主要為線蟲(chóng)。污水在流 過(guò)載體表面時(shí)，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附，并通過(guò)氧向生物膜 內(nèi)部擴(kuò)散，在膜中發(fā)生生物氧化等作用，從而完成對(duì)有機(jī)物的降解。生物膜表層生 長(zhǎng)的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的內(nèi)層微生物則往往處于厭氧狀態(tài)，當(dāng)生物 膜逐漸增厚，厭氧層的厚度大于好氧層時(shí)，會(huì)導(dǎo)致生物膜的脫落，而新的生物膜又 會(huì)在載體表面重新生成，通過(guò)生物膜的周期更新，以維持生物膜反應(yīng)器的正常運(yùn)行。

　　通過(guò)人工強(qiáng)化作用將生物膜引入到污水處理反應(yīng)器中，便形成了生物膜反應(yīng) 器。近年來(lái)，生物膜反應(yīng)器發(fā)展迅速，由單一到復(fù)合，有好氧也有厭氧，逐步形成 了一套較完整的生物處理系統(tǒng)。常用的生物膜反應(yīng)器有以下五種：生物接觸氧化法 反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤(pán)反應(yīng)器、生物濾池反應(yīng)器、生物流化床反應(yīng)器(FluidizedBed Reactor，F(xiàn)BR)、微孔膜生物反應(yīng)器。目前常用的生物膜反應(yīng)器處理微污染地表水 存在各自的缺點(diǎn)，因此，研發(fā)一種適用于微污染地表水的生物膜反應(yīng)器具有重要的 理論和現(xiàn)實(shí)意義。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于生物膜 反應(yīng)器的微污染地表水處理方法。

　　本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

　　一種基于生物膜反應(yīng)器的微污染地表水處理方法，采用陶瓷載體水泵驅(qū)動(dòng)折流 式內(nèi)循環(huán)生物膜反應(yīng)器，對(duì)微污染地表水進(jìn)行脫氮、除磷和/或去除有機(jī)物。

　　所述的陶瓷載體水泵驅(qū)動(dòng)折流式內(nèi)循環(huán)生物膜反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體，反應(yīng)器 殼體上設(shè)置有進(jìn)水口與出水口，反應(yīng)器殼體內(nèi)部設(shè)置有隔離板，所述的隔離板將反 應(yīng)器內(nèi)部分成上方的溶氧區(qū)與下方的生物降解區(qū)，且所述的溶氧區(qū)與生物降解區(qū)一 端直接相通，另一端通過(guò)循環(huán)泵與循環(huán)管相連通，使待處理的廢水循環(huán)不斷地流經(jīng) 溶氧區(qū)和生物降解區(qū)，所述的生物降解區(qū)內(nèi)置若干塊導(dǎo)流板，導(dǎo)流板依次高低交錯(cuò) 排列，形成可以使溶液在反應(yīng)器內(nèi)上下折流的通道，所述的導(dǎo)流板作為生物膜的載 體。

　　所述的導(dǎo)流板一側(cè)表面為光滑表面，另一側(cè)表面有條形紋路或小塊狀花紋紋 路。

　　所述的導(dǎo)流板為多孔輕質(zhì)陶瓷材料。多孔陶瓷由于具有均勻分布的微孔或孔 洞，孔隙率較高、體積密度小，具有發(fā)達(dá)的比表面及其獨(dú)特的物理表面特性，對(duì)液 體和氣體介質(zhì)有選擇的透過(guò)性，能量吸收或阻尼特性，加之陶瓷材料特有的耐高溫、 耐腐蝕、高的化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性，使多孔陶瓷這一綠色材料可以在氣體液體 過(guò)濾、凈化分離，化工催化載體、吸聲減震、高級(jí)保溫材料、生物植入材料，特種 墻體材料和傳感器材料等多方面得到廣泛的應(yīng)用。

　　本發(fā)明以多孔陶瓷板為固定化載體設(shè)計(jì)生物反應(yīng)器，固定苔蘚及其菌根菌處理 微污染水。本發(fā)明的多孔輕質(zhì)陶瓷材料以輕質(zhì)粘土、硅藻土、蛭石等為主要原料， 按重量比為輕質(zhì)粘土︰硅藻土︰蛭石=5～7︰4～6︰10的比例混合均勻，于1150℃ 燒制多孔陶瓷板，開(kāi)口孔隙率在20～35%。

　　所述的導(dǎo)流板根據(jù)需要可以自由設(shè)置5～50塊，或者設(shè)置更多塊，優(yōu)選設(shè)置9 塊～30塊。

　　所述的導(dǎo)流板上附著有生物膜，在生物降解區(qū)內(nèi)形成好氧區(qū)與厭氧區(qū)，其中， 好氧區(qū)內(nèi)優(yōu)勢(shì)菌包括AlkaliphilusmetalliredigensQYMF、Geobactersp.M21、 DesulfitobacteriumhafnienseDCB-2、Acinetobacterbrisouii、Clostridium phytofermentansISDg、PedobacterheparinusDSM2366六種;

　　厭氧區(qū)內(nèi)優(yōu)勢(shì)菌包括AlkaliphilusmetalliredigensQYMF、Clostridium phytofermentansISDg、PedobacterheparinusDSM2366、AcinetobacterbrisouiiCIP 110357、Geobactersp.M21、NitrosococcusoceaniATCC19707、Desulfitobacterium hafnienseDCB-2七種。

　　對(duì)微污染地表水進(jìn)行脫氮處理，工藝條件如下：控制微污染地表水碳氮比為 18～20，反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為14～16h。

　　對(duì)微污染地表水進(jìn)行除磷處理，工藝條件如下：調(diào)節(jié)微污染地表水C:N:P為 100:5:1。

　　對(duì)微污染地表水去除有機(jī)物處理，工藝條件如下：反應(yīng)器內(nèi)水力停留時(shí)間為 6～16h，優(yōu)選為14～16h。

　　生物膜反應(yīng)器的基本原理是：微生物附著載體上生長(zhǎng)繁殖而形成生物膜，空氣 中的氧和受污染水中的有機(jī)污染物被生物膜吸附、擴(kuò)散，然后生物膜中微生物的酶 對(duì)所吸附的污染物進(jìn)行分解從而使污廢水得以凈化。

　　本反應(yīng)器中，世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化菌在反應(yīng)器前段具有良好的生長(zhǎng)條件，在好 氧條件下進(jìn)行硝化反應(yīng)從而消耗水體中的碳源和溶解氧，使反應(yīng)器后半段形成缺氧 區(qū)，于是為反硝化反應(yīng)提供環(huán)境，這樣，使反應(yīng)器內(nèi)硝化、反硝化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行， 有利于高效、快速地以去除城市地表水中富含的氨氮、總氮、總磷及有機(jī)物。

　　本發(fā)明所采用的反應(yīng)器經(jīng)隔離板分成上、下兩部分，上部為溶氧區(qū)，下部為生 物降解區(qū)。下部的生物降解區(qū)內(nèi)置數(shù)塊豎向?qū)Я靼�，將反�?yīng)器分隔成串聯(lián)的幾個(gè)反 應(yīng)室，每個(gè)反應(yīng)室都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的生物膜反應(yīng)系統(tǒng)。在水泵的驅(qū)動(dòng)下，廢水在 反應(yīng)器內(nèi)折流循環(huán)，當(dāng)廢水流經(jīng)上部時(shí)，由于廢水溶液在不停的流動(dòng)，所以空氣中 的氧就不斷地溶解到了水中，廢水因擾動(dòng)進(jìn)行溶氧后在流經(jīng)下部的由多孔陶瓷板組 成的折流通道時(shí)與生物膜接觸從而實(shí)現(xiàn)生物降解，生物降解區(qū)的溶解氧(DO)濃度 沿著流動(dòng)方向逐漸降低，在同一反應(yīng)器內(nèi)形成好氧區(qū)和缺氧區(qū)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)，反應(yīng) 器的上部DO濃度較高，為3.0～4.0mg/L，下部沿著流動(dòng)方向，DO濃度從3.0→0.1 mg/L逐步降低。待處理水經(jīng)進(jìn)水泵由位于箱體下部的進(jìn)水口進(jìn)入反應(yīng)器箱體，在 循環(huán)水泵驅(qū)動(dòng)下，反應(yīng)器內(nèi)水依序經(jīng)過(guò)好氧區(qū)和厭氧區(qū)循環(huán)流動(dòng)。好氧區(qū)內(nèi)DO濃 度為2.0～3.0mg/L，受污染地表水在好氧區(qū)進(jìn)行硝化反應(yīng)，逐漸消耗完溶解氧后流 入?yún)捬鯀^(qū)，在厭氧區(qū)內(nèi)沿折流板上下流動(dòng)，并且同時(shí)進(jìn)行反硝化反應(yīng)。這樣，實(shí)現(xiàn) 同一個(gè)反應(yīng)器中同時(shí)硝化、反硝化反應(yīng)和消耗碳源，從而有效去除氨氮、亞硝酸鹽 氮、硝酸鹽氮、總氮以及有機(jī)物。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所用的反應(yīng)器是一種新型的陶瓷載體水泵驅(qū)動(dòng)折流 式內(nèi)循環(huán)生物膜反應(yīng)器，屬于新型生物膜法，并用來(lái)處理城市微污染地表水，而非 傳統(tǒng)的工業(yè)廢水;驗(yàn)證了該反應(yīng)器具有同步硝化反硝化的作用;以一種新穎的生物 處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)水體中氮、磷元素和難降解有機(jī)污染物的同步去除和降解，能使地表 水水質(zhì)提高一個(gè)等級(jí)。

　　與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)：

　�、賹⑾趸�、反硝化反應(yīng)控制在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，可省去一個(gè)反應(yīng)池，減小反 應(yīng)器容積,和占地面積，縮短反應(yīng)時(shí)間;

　　②硝化過(guò)程中消耗的堿度與反硝化過(guò)程中產(chǎn)生的堿度相抵消，能有效保持反 應(yīng)器中的pH穩(wěn)定;

　�、劬哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，耐負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn);

　�、茉摲磻�(yīng)器操作靈活，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)濃度、流量等的變化來(lái)選擇不同的運(yùn) 行周期，使反應(yīng)器在最佳工況下運(yùn)行;

　�、萏沾刹牧系膶�(dǎo)流板能很好地為微生物提供附著載體，并且能增加受污染水 與微生物的接觸時(shí)間，有利于提高處理效果。