申請日2013.09.27

　　公開(公告)日2013.12.25

　　IPC分類號C02F3/02; C05F11/08; C02F3/34

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，其特征在于，首先選取價(jià)格低廉的人工彈性填料為光合生物膜富集材料，然后對光合生物膜富集材料進(jìn)行設(shè)計(jì)和修飾，使其能夠快速穩(wěn)定富集微生物形成生物膜，同時(shí)根據(jù)實(shí)際工程所需，設(shè)計(jì)相應(yīng)規(guī)模的尺度和面積的處理系統(tǒng)，在受污水體中進(jìn)行布置，從而對污水中有機(jī)磷產(chǎn)生有效的去除效果。本發(fā)明制備的光合生物膜處理有機(jī)磷系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：對有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化和去除有較好的效果;更適合于大面積、大尺度的面源污水處理，具有成本低廉，充分利用太陽能，耗能低，不額外占用昂貴的土地資源等優(yōu)勢;充分利用光合生物膜將面源污水中磷捕獲，在進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)磷資源的回收利用。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，其特征在于，包括如下步驟：

　　(1)光合生物膜富集材料的選擇與預(yù)處理：選用彈性填料或塑料枝條作為富集材料，用0.1M HCl酸浸泡1-3天,晾干備用;

　　(2)光合生物膜富集裝置的配置：將步驟(1)中的彈性填料或塑料枝條固定在PVC管上，彈性填料末端固定石子;在PVC管內(nèi)，設(shè)置曝氣裝置，通過開關(guān)控制曝氣強(qiáng)度和時(shí)間，PVC管內(nèi)裝入塑料泡沫;

　　(3)光合生物膜的富集培養(yǎng)與水質(zhì)進(jìn)化：將步驟(2)的裝置放置于富營養(yǎng)化水體中，在光照強(qiáng)度6000-12000 Lux、溫度為25-35℃條件下富集、培養(yǎng)光合生物膜，在富集初期進(jìn)行曝氣，單次曝氣12h，每周3次，水力停留時(shí)間為48-168h，光合生物膜在富集的同時(shí)進(jìn)行污水有機(jī)磷的轉(zhuǎn)換、吸收、去除;

　　(4)完成有機(jī)磷去除后，取出光合生物膜。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，其特征在于：在步驟(3)中，無需經(jīng)過48h，當(dāng)彈性填料或塑料枝條上富集一層光合生物膜后將光合生物膜取出稱濕重和干重;將經(jīng)稱重而定量的光合生物膜在富營養(yǎng)化水體進(jìn)行污水有機(jī)磷去除。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，其特征在于，

　　當(dāng)富營養(yǎng)化水體的初始有機(jī)磷含量Co為20mgP/L時(shí)，光合生物膜的干重為1.6-2.4g/L。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，其特征在于，步驟(3)中的光照強(qiáng)度為12000Lux。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，其特征在于，步驟(3)中，富營養(yǎng)化水體的初始有機(jī)磷含量Co為1-30mgP/L。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，其特征在于，若干富集裝置拼合成一個(gè)任意形狀的有機(jī)磷處理系統(tǒng)，根據(jù)污水面積配置若干獨(dú)立的有機(jī)磷處理系統(tǒng)，一個(gè)處理系統(tǒng)需要PVC管長1-10 m，直徑0.2 m。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，其特征在于，所述的彈性填料長度為50cm、直徑為10com，一個(gè)富集裝置需要7-70根彈性填料。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，其特征在于，處理過有機(jī)磷污水的光合生物膜經(jīng)過處理轉(zhuǎn)變?yōu)樯�物磷肥�?/P>

　　說明書

　　一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，尤其是涉及一種低成本、低耗能以及環(huán)境友好的專門針對污水有機(jī)磷去除的光合生物膜處理系統(tǒng)的構(gòu)建方法，將有機(jī)磷廢水經(jīng)過光合生物膜系統(tǒng)處理后，通過光合生物膜對有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化、吸附以及沉淀，從而有效去除廢水中的有機(jī)磷。

　　背景技術(shù)

　　水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致的藍(lán)藻暴發(fā)，水體渾濁、黑、臭、缺氧以及透明度低等一系列問題，嚴(yán)重影響了水生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，并造成了水資源危機(jī)和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前，在我國發(fā)生水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象的湖泊、河流和水庫等水體的數(shù)量和面積都逐年增加，七大水系和內(nèi)陸河中，如長江、黃河、淮河、海河、遼河、松花江、第二松花江、黃浦江、沱江、巢湖、滇池和太湖等均已受到嚴(yán)重的污染，富營養(yǎng)化程度日趨嚴(yán)重。另有研究報(bào)道我國80%的水域、90%以上的城市水源已受到富營養(yǎng)化的嚴(yán)重威脅。大量研究表明水體中過量的磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要污染物，而隨著對點(diǎn)源磷排放力度的監(jiān)控，研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中過量施肥、超量施肥的現(xiàn)象普遍存在，進(jìn)而導(dǎo)致的面源污染已經(jīng)取代點(diǎn)源成為水環(huán)境磷污染的最重要來源，約占全國排放總量的57.19%。近年來，研究者們發(fā)現(xiàn)即使污水中無機(jī)磷得到有效控制，藍(lán)藻水華仍然可以爆發(fā)，嚴(yán)重影響水質(zhì)安全，原因是因?yàn)槲鬯��?如養(yǎng)殖業(yè)污水)存在有機(jī)磷等潛在磷源，微生物可以直接或間接利用以滿足自身生長所需。因此，如何有效的去除或者控制面源污水中有機(jī)磷的濃度已迫在眉睫。

　　鑒于嚴(yán)峻的水體富營養(yǎng)污染現(xiàn)狀，大量的去除技術(shù)得到廣泛和深入的研究。目前研究最多的是生物方面的除磷措施，尤其是生物膜反應(yīng)器，應(yīng)用于污水處理的實(shí)用生物膜反應(yīng)器工藝型式各異，主要分為典型生物膜反應(yīng)器工藝(例如生物膜濾池和生物膜轉(zhuǎn)盤等)和實(shí)用新型生物膜反應(yīng)器工藝(生物膜流化床、移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBRs)以及序批式生物膜反應(yīng)器(SBBRs)等)。然而，上述生物膜反應(yīng)器絕大數(shù)是針對污水中無機(jī)磷進(jìn)行設(shè)計(jì)和去除，而專門針對污水(如養(yǎng)殖業(yè)廢水)中有機(jī)磷的去除技術(shù)和方法研究相對較少，傳統(tǒng)針對無機(jī)磷的處理技術(shù)已經(jīng)不再適應(yīng)污水中有機(jī)磷的去除，難以達(dá)到有效的凈化效果。其次，目前對有機(jī)磷污水一般采用化學(xué)試劑法，先采用化學(xué)試劑將污水中有機(jī)磷轉(zhuǎn)化無機(jī)磷后，再進(jìn)行去除，操作繁瑣，費(fèi)用昂貴，且容易造成二次污染。與此同時(shí)，面源污水亟需治理，針對面源污水一般分布面積大、污染量廣以及難以集中控制等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的點(diǎn)源生物膜除磷反應(yīng)器工藝已不適合，且難以達(dá)到滿意的去除效果，再加上上述生物膜反應(yīng)器一般造價(jià)昂貴，運(yùn)行維護(hù)繁瑣，占地耗時(shí)，難以實(shí)際應(yīng)用到面源污水中有機(jī)磷的治理。

　　光合生物膜是在一定的水體環(huán)境條件下產(chǎn)生的微生物聚集體，主要由光合自養(yǎng)型生物主導(dǎo)，一般呈現(xiàn)綠色，普遍存在于河流、湖泊、濕地環(huán)境中的巖石、表層沉積物表面上，并由地球上不同種類的微生物組成。由光合生物膜的定義不難得出，光合生物膜對水-沉積物界面磷生物地球化學(xué)循環(huán)起著不可忽略的作用。我們研究發(fā)現(xiàn)光合生物膜對磷有一種較強(qiáng)的親合力，且通過釋放堿性磷酸酶轉(zhuǎn)化水體中有機(jī)磷，進(jìn)而達(dá)到有效的有機(jī)磷去除效果。

　　相比于傳統(tǒng)的生物膜技術(shù)，光合生物膜系統(tǒng)更適合于大面積、大尺度的處理面源污水，同時(shí)成本低廉，充分利用太陽能，耗能低，不額外占用昂貴的土地資源。其次，光合生物膜可以人工較易固定和收獲，從而使的氮磷資源的重新利用成為可能，達(dá)到節(jié)約資源、減少污染、增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。例如對達(dá)標(biāo)排放的農(nóng)村生活污水尾水，可回灌農(nóng)田尤其是稻田，通過植物的吸收以及土壤等的吸附固持，實(shí)現(xiàn)低污染水中氮磷養(yǎng)分的再利用，不僅能控制污染，又能減少化肥投入，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和環(huán)境的雙贏。此外，我們研究發(fā)現(xiàn)光合生物膜可以將磷等營養(yǎng)元素吸附在其表面和內(nèi)部微結(jié)構(gòu)中，其含磷量高達(dá)1-10 mg g/L(DW，干重)，是其他水生植物含磷量的幾千倍，在磷元素價(jià)格逐年飄升和稀缺的時(shí)代，可以充分利用光合生物膜將面源污水中磷捕獲，在進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)磷資源的回收利用，既可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)收，又能治理環(huán)境污染，為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)，一方面為國內(nèi)大規(guī)模專門針對面源污水中有機(jī)磷去除技術(shù)和措施提供技術(shù)支持和參考，設(shè)計(jì)一種高效、廉價(jià)、易實(shí)現(xiàn)、環(huán)境友好的光合生物膜反應(yīng)裝置的制作方法;另一方面合理資源化利用光合生物膜資源，從而即有效降低面源污水中有機(jī)磷濃度，減少有機(jī)磷對水環(huán)境的不利影響，又實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益的增加。

　　為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，其特征在于，包括如下步驟：

　　(1) 光合生物膜富集材料的選擇與預(yù)處理：選用彈性填料或塑料枝條作為富集材料，用0.1M HCl酸浸泡1-3天,晾干備用;

　　(2) 光合生物膜富集裝置的配置：將步驟(1)中的彈性填料或塑料枝條固定在PVC管上，彈性填料末端固定石子;在PVC管內(nèi)，設(shè)置曝氣裝置，通過開關(guān)控制曝氣強(qiáng)度和時(shí)間，PVC管內(nèi)裝入塑料泡沫;

　　(3) 光合生物膜的富集培養(yǎng)與水質(zhì)進(jìn)化：將步驟(2)的裝置放置于富營養(yǎng)化水體中，在光照強(qiáng)度6000-12000 Lux、溫度為25-35℃條件下富集、培養(yǎng)光合生物膜，在富集初期進(jìn)行曝氣，單次曝氣12h，每周3次，水力停留時(shí)間為48-168h，光合生物膜在富集的同時(shí)進(jìn)行污水有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化、吸收、去除;

　　(4) 完成有機(jī)磷去除后，取出光合生物膜。

　　前述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，在步驟(3)中，無需經(jīng)過48h，當(dāng)彈性填料或塑料枝條上富集一層光合生物膜后將光合生物膜取出稱濕重和干重;將經(jīng)稱重而定量的光合生物膜在富營養(yǎng)化水體進(jìn)行污水有機(jī)磷去除。

　　前述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，

　　當(dāng)富營養(yǎng)化水體的初始有機(jī)磷含量Co為20mg P/L時(shí)，光合生物膜的干重含量為1.6-2.4g/L。

　　前述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，步驟(3)中的光照強(qiáng)度為12000Lux。

　　前述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，步驟(3)中，富營養(yǎng)化水體的初始有機(jī)磷含量Co為1-30mg P/L，在此濃度范圍內(nèi)具有較好去除效果，去除率達(dá)55%以上。

　　前述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，若干富集裝置拼合成一個(gè)任意形狀的有機(jī)磷處理系統(tǒng)，根據(jù)污水面積配置若干獨(dú)立的有機(jī)磷處理系統(tǒng)，一個(gè)處理系統(tǒng)需要PVC管長1-10 m，直徑0.2 m。

　　前述的一種低成本去除污水中有機(jī)磷的方法，所述的彈性填料長度為50 cm、直徑為10 cm，一個(gè)富集裝置需要7-70根彈性填料。

　　處理過有機(jī)磷污水后光合生物膜可以經(jīng)過適當(dāng)制作(烘干磨碎)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N價(jià)格低廉，含磷量高的生物磷肥，充分實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用。

　　本發(fā)明的有益效果

　　(1)本方法所述的方法具有明顯的去除效果，一方面光合生物膜具有很強(qiáng)的有機(jī)磷去除能力，當(dāng)有機(jī)磷濃度為20 mg P L-1時(shí)，光合生物膜含量超過1.6 g/L時(shí)，48小時(shí)之內(nèi)可以水體中有機(jī)磷濃度被降至0 mg P L-1;另一方面，本方法為資源化自然生物資源，為充分合理利用微生物復(fù)合體提供了新的路徑，同時(shí)減少有機(jī)磷對環(huán)境帶來的不利影響，即實(shí)現(xiàn)了污水中有機(jī)磷的凈化，又獲得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，為我國科學(xué)可持續(xù)發(fā)展提供有力的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　(2)本方法采用的生物處理方法，有效地降低了其因不當(dāng)利用造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的可能，解決了傳統(tǒng)化學(xué)處理使用的化學(xué)用劑費(fèi)用較高、操作不便、具有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等缺陷，該操作工藝簡單易行，成本低廉，環(huán)境友好，去除效果突出。

　　(3)本處理系統(tǒng)具有充分的靈活性，處理系統(tǒng)可大可小，完全依據(jù)實(shí)際需求，不但適合大尺度面源污水處理，同樣適合小規(guī)模的家庭生活污水處理�？捎糜趯�(shí)驗(yàn)室研究、生活污水及部分小型工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水處理工程。