一种有效去除受污染水体中氨氮的方法

摘要

本发明提供的是一种有效去除受污染水体中氨氮的方法。受氮源污染的水源水首先经过常规饮用水工艺处理去除水中较大的悬浮颗粒物；然后进入改性的硝化菌固定化处理滤池，通过固定的硝化菌去除氨氮；硝化菌固定化处理滤池中所使用的活性炭要经过负载改性处理、固定硝化菌处理。本发明即可在常温条件下，也可在低温条件下有效去除微污染水源水中的氨氮，同时运行费用显著降低；活性炭负载的活性元素铁有利于提高活性炭对氨氮的吸附性能；硝化菌的附着稳定。本发明适用于不同污染程度的水体处理，效果良好，应用范围广。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水处理方法，主要是一种饮用水深度处理方法，具体地说是一 种对受氮源污染的水源水有效处理的方法。

背景技术

近年来我国地表水环境污染状况堪忧，水质呈逐年下降的趋势，在超标污染物中，氨氮 出现的频率非常高，已超过COD成为影响地表水水环境质量的首要指标，严重影响到人们生 产和生活用水的安全性，在“十二五”规划中将被纳入全国主要水污染物排放约束性控制指 标。针对氨氮的污染情况，我国新颁布的饮用水卫生标准(GB5749-2006)对氨氮的规定是等效 采用国外标准，规定氨氮(以NH₃计)的标准值为0.5mg/L。

研究人员利用硝化菌固定化技术(IBAC)在处理含氮的微污染水源水方面取得了一定进 展。曲艳明研究表明，在低氨氮条件下，IBAC对氨氮的平均去除率为47.1％，比自然挂膜生 物活性炭对氨氮去除率高8.5％。庞长泷采用O₃-IBAC进行了饮用水深度处理实验研究，发现 水厂低温运行期(4-11℃)时IBAC滤后水中的NO₂-N和NO₃-N值都很低，基本低于检出限。 公开号为CN1405099、名称为“固定化微生物处理污水工艺”的专利文件中，公开了一种的 固定化技术手段，将微生物固定在改性的泡沫塑料，使微生物的负载量达到18-56g/L，从而 提高了微生物对污水的处理速度和处理效果，对最大NH⁺₄-N容积负荷为3.6kg NH⁺₄-N/m³.d。 公开号为CN101638268、名称为“固定化活性污泥的制备方法及处理微污染水的方法”的专 利文件中，公开了一种固定化活性污泥的制备方法，将固定化活性污泥填充于反应器中，向 反应器中通入污水并进行曝气，可有效去除氨氮和有机物。

但在实际水处理应用中，IBAC技术仍存在一些不足。一方面，在实际应用过程中受到水 质、水量冲击以及环境因素等影响，活性炭表面优势硝化菌群的生长受到抑制，导致优势硝 化菌群的数量和活性降低，菌群的生物降解作用下降，系统对氨氮的去除性能降低，甚至出 现优势硝化菌群由于失活而在系统中被淘；另一方面，硝化菌粘附不够牢固，易被冲刷，影 响供水安全性。如何强化活性炭上生物膜的固定效果以及优势硝化菌的生物降解作用，以此 来延长活性炭的使用寿命、保证供水安全成为了关注焦点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效去除微污染水源水中的氨氮，运行费用低的有效去 除受污染水体中氨氮的方法。

本发明的目的是这样实现的：

受氮源污染的水源水首先经过常规饮用水工艺处理去除水中较大的悬浮颗粒物；然后进 入改性的硝化菌固定化处理滤池，通过固定的硝化菌去除氨氮；

硝化菌固定化处理滤池中所使用的活性炭是采用如下方法进行处理：

(1)负载改性处理：

1)预处理：活性炭用清水浸泡24小时后取出，在105℃下干燥2h；

2)负载：将预处理后的活性炭与0.15-0.25mol/L的硝酸铁溶液混合，在恒温振荡中震 荡24h；

3)后处理：用去离子水洗涤负载铁的活性炭直至中性，在105℃下干燥2h得到改性活 性炭。

(2)改性活性炭固定硝化菌

将驯化完成的硝化菌液进行扩大培养，达到所需的菌量要求，用清水稀释，改性活性炭 清洗干净，由循环泵进行循环固定化，当改性活性炭出水的菌量不再降低时，固定化过程完 成。

所述硝化菌液是采用如下方法得到的硝化菌：

1)取样：从运行稳定的生物活性炭柱上层取一定量的活性炭置于100ml灭菌的锥形瓶内， 瓶内装有22.5ml无菌水及玻璃珠，在25℃恒温振荡器上振荡30min；

2)硝化菌的富集：分别配制500ml亚硝酸菌和硝酸菌的液体培养基于1；三角烧瓶中，将 打散的菌胶团放入硝化细菌培养基中培养，在将三角烧瓶放入恒温箱中、在35℃下培养10～ 15天；

3)倍比稀释：将富集的硝化细菌溶液进行倍比稀释到10^-6；

4)菌种培养：吸取上述倍比稀释液0.1ml，注入到培养皿内，用涂布棒均匀涂布，将培 养皿倒置于恒温箱中，在35℃下培养15天；

5)菌种分离：用接种针挑取菌苔，在固体培养基平板表面上，按一定顺序由点到线分区 划线，使所接种菌株逐渐分散到培养基上，如此重复多次，直至获得单菌落；

6)硝化菌的鉴定：挑取分离的单菌落于亚硝酸菌和硝酸菌液体培养基中，在35℃下培 养15天；

7)硝化菌的筛选：将分离出来的亚硝酸细菌和硝酸菌接种到液体培养基，分别选取氨氮 和亚硝酸盐氮为目标物质，经过生物降解能力评价试验，筛选出菌种。

本发明还可以包括以下一些特征：

1、所述活性炭的颗粒直径为2～3mm。

2、在改性的硝化菌固定化处理滤池前增加曝气装置。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、采用活性炭负载活性元素固定化硝化菌技术即可在常温条件下，也可在低温条件下有 效去除微污染水源水中的氨氮，同时运行费用显著降低；

2、活性炭负载的活性元素铁有利于提高活性炭对氨氮的吸附性能。活性炭负载金属是利 用活性炭对金属离子的还原性和吸附性，使金属离子先在其表面上吸附，再还原成单质或低 价态的离子，并通过金属离子或金属对被吸附物的较强结合力。同时改性后表面更粗糙，带 有更多的孔隙，易于对氨氮的吸附。

3、活性炭经改性后，可使得硝化菌附着更加稳定。微生物所产生的胞外聚合物(EPS) 可与活性元素可以发生包括配位、吸附、吸收和凝絮等在内的生物、化学和物理的反应，使 得硝化菌不容易脱落。

4、以铁为主的微量元素是微生物的矿物营养，是微生物生长的必要物质，其适量存在有 利于微生物的生长，提高硝化菌的活性。

5、该技术适用于不同污染程度的水体处理，效果良好，应用范围广。在给水处理中应用 可不改变现有工艺流程，不增加大的设备，是一项适合我国国情、可经济低耗地提高饮用水 水质的强化常规除污染技术。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是改性IBAC运行工艺流程图。

具体实施方式

受氮源污染的水源水首先经过混凝和沉淀等常规的饮用水工艺处理，去除水中较大的悬 浮颗粒物；沉后水然后进入改性的IBAC滤池，通过固定的硝化菌去除氨氮。

1、改性IBAC滤池中所使用的活性炭需要进行负载改性处理。具体处理过程包括：(1) 活性炭的预处理：取一定量的活性炭，用清水浸泡24小时后取出，在105℃下干燥2h后取 出备用；(2)活性炭的负载：将预处理后的活性炭与0.15-0.25mol/L的硝酸铁溶液混合， 在恒温振荡中震荡24h，震荡转速为110r/min；(3)活性炭后处理：用去离子水洗涤负载铁 的活性炭直至中性，在105℃下干燥2h后备用。

2、负载活性炭所固定的高效硝化菌的分离与富集。高效硝化菌的分离与富集具体流程如 下：

(1)取样从运行稳定的生物活性炭柱上层取一定量的活性炭置于100mL灭菌的锥形瓶 内，瓶内装有22.5mL无菌水及玻璃珠，在恒温振荡器上(25℃，125转.min^-1)振荡30min，使 附着在炭上菌胶团充分打散。

(2)硝化菌的富集分别配制500mL亚硝酸菌和硝酸菌的液体培养基于1L三角烧瓶中。 将上述打散的菌胶团放入硝化细菌培养基中培养，在将三角烧瓶放入恒温箱中，在35℃下培 养10～15天，目的是淘汰异养菌。

(3)倍比稀释将上述富集的硝化细菌溶液进行倍比稀释到10^-6。

(4)菌种培养用无菌移液管吸取上述倍比稀释液0.1mL，注入到培养皿内，用涂布棒 均匀涂布，将培养皿倒置于恒温箱中，在35℃下培养15天。

(5)菌种分离用接种针挑取菌苔，在固体培养基平板表面上，按一定顺序由点到线分 区划线，使所接种菌株逐渐分散到培养基上，如此重复多次，直至获得单菌落，达到分离纯 化的目的。

(6)硝化菌的鉴定挑取分离的单菌落于亚硝酸菌和硝酸菌液体培养基中，在35℃下 培养15天，采用格利斯试剂和二苯胺试剂测定溶液中是否含有亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，以判 断该菌是否为硝化菌。然后对该菌进行染色、菌体形态等观察，最终确定该菌的种属。

(7)硝化菌的筛选：将分离出来的亚硝酸细菌和硝酸菌接种到液体培养基，分别选取氨 氮和亚硝酸盐氮为目标物质，经过生物降解能力评价试验，筛选出高效菌种。

3、改性活性炭固定优势硝化菌。具体固定化工艺如下：将驯化完成的高活性硝化菌液进 行扩大培养，达到所需的菌量要求。负载后的活性炭清洗干净，将纯菌液倒入水箱中，用清 水稀释，由循环泵进行循环固定化。当活性炭出水的菌量不再降低时，固定化过程完成。

本发明还可以包括：

1、活性炭采用机械强度高的柱状活性炭，颗粒直径为2～3mm；

2、在本发明中，需要根据原水污染程度，决定是否在改性IBAC前增加曝气装置，一般 认为生物活性炭出水中溶解氧浓度低于2.0mg/L时会影响生物活性炭工艺的去除氨氮的效 果，因此，可以依据改性IBAC滤池出水的溶解氧浓度作为监测指标，来衡量是否需要进行曝 气。曝气方式可采用顶端曝气和底部曝气两种方式。

3、改性IBAC工艺可根据设计需要采用下向流或上向流过滤。

下面举例对本发明作更进一步说明：

首先，受氮源污染的原水经过混凝沉淀工艺处理，混凝剂为硫酸铝，其投量为10-100mg/L， 其目的是去除原水中较大颗粒的悬浮物和部分有机物。

沉淀后水进入改性IBAC工艺进行过滤。改性IBAC工艺采用下向流运行，滤速为6-9m.h^-1， 活性炭采用粒径为2～3mm的颗粒活性炭，顶端曝气，提供足够的溶解氧。

改性IBAC工艺的反冲洗采用单独水冲，反冲洗膨胀率为25％～30％，反冲洗周期为48h。