以广谱性反硝化细菌包埋生物活性填料针对地表水源水总N去除的方法

摘要

以广谱性反硝化细菌包埋生物活性填料针对地表水源水总N去除的方法，属于水处理领域。采用的反硝化细菌是从城市污水处理厂硝化污泥中筛选分离出来的，广谱性保持方法采用污水处理厂剩余污泥水解液作为反硝化碳源供给；使得富集培养的反硝化细菌的脱氮能力：折算为反硝化细菌浓度在6000mg/L、25℃，COD

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，特别涉及一种以广谱性反硝化细菌包埋生物活性填料针对地表水源水总N去除的技术方法。

背景技术

地表水源水N污染按传统理论推测应该是以NH₄⁺-N为主要形式存在，但是更多调查研究文献显示，地表水源水(河、湖、水库)由于水体表面水跃复氧作用，低强度污染的N多以NO₃^--N形式存在。浑河流域地表水中NO₃^--N浓度变化范围为0.62-23.47mg/L，平均浓度为17.07mg/L，C/N＝9.52；黄河流域山东省东营段利三沟水系硝态氮浓度为9-11mg/L，C/N＝5.56-7.27；海河水系的天津地表水NO₃^--N检出范围为0.01-16.51mg/L，部分超过11.29mg/L。联合国卫生组织(WHO)规定饮用水NO₃^--N质量浓度的标准低于10mg/L。

常规的给水处理单元如混凝、沉淀、过滤等均不能有效降低原水中的硝态氮含量，原水预处理技术(化学、物理、生物等)则成为给水处理厂去除硝态氮的首选。相比较化学和物理方法，生物预处理方法因其修复时间短、环境影响小等优势日益受到青睐。在生物处理技术中，针对水源水中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮反硝化生化反应是对环境影响最小、无二次污染最好的技术途径，该方法的核心细菌是反硝化菌。但是，针对地表水广大的水体，采用何种方式保持反硝化菌在水源取水口区域保持较高浓度又不流失，一直是该技术方法实施的关键技术障碍。另一个更加严峻的事实是水源地表水尤其是在北方地区，冬季水温低至4℃左右，夏季水温高值可以达到20℃以上。这种温度变化更是生物处理技术难以很好实施的又一障碍。

发明内容：

针对上述问题，凭借对反硝化细菌的深入研究，本发明采用广谱性反硝化细菌为菌源，利用细菌包埋技术较有效地解决了上述问题，创造出了适合于地表水源水N脱除的技术方法。

该技术的核心是：

采用细菌包埋技术(该部分技术采用本申请人以前公开的发明专利(CN103951083B)的技术方法)，实现了细菌的保留，解决了细菌在大的、甚至是流动水体的细菌流失问题；

采用广谱性反硝化细菌，解决了地表水源水由于温度变化大而导致的细菌适应性问题。采用本发明培养的广谱性反硝化细菌，适应了20℃高温至4℃低温范围的不同细菌类群，这些不同类型的菌群细菌在水体环境温度逐渐变化过程中，会随着温度的变化逐渐形成适应水体温度的菌群优势，从而使一定的反硝化生化能力随着温度的变化能够得到保持，尽管有一定的波动但是对水源地表水30mg/L左右及以下的硝态氮(硝酸盐氮和亚硝酸盐氮)的去除具有稳定优异的性能。

本发明以广谱性反硝化细菌包埋生物活性填料对地表水源水总N进行去除的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)广谱性反硝化细菌的富集培养：在包埋反硝化细菌菌源培养过程中，首先要保持反硝化细菌的广谱性。本发明采用的反硝化细菌是从城市污水处理厂硝化污泥中筛选分离出来的，广谱性保持方法采用污水处理厂剩余污泥水解液作为反硝化碳源供给，以保持培养污泥中的广谱性菌群特性；使得富集培养的反硝化细菌的脱氮能力：折算为反硝化细菌浓度在6000mg/L浓度、25℃，COD_Cr/硝态氮＝4-7(优选6)条件下，反硝化混合液脱氮能力要达到300mg/L.h以上；

(2)对步骤(1)富集培养的广谱性反硝化细菌进行细菌包埋，细菌包埋采用硼酸二次交联技术，其中填料采用复合结构：以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS树脂等高分子材料为主，添加6wt％-9wt％聚乙烯醇(PVA)亲水材料，通过丝条热熔或者板材热压成孔方式制成长片形的立体网状结构载体；所述长片形的长为0.1-3m，宽为15-20mm；网状结构中的网孔可为圆形、菱形、正方形、矩形；网状结构的丝径为0.4-2mm；根据聚乙烯醇-硼酸二次交联方法，将步骤(1)富集培养的广谱性反硝化细菌的浓缩液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸钙制备成包埋液，包埋液中聚乙烯醇质量浓度为80-100g/L，碳酸钙质量浓度为10-40g/L，广谱性反硝化细菌的质量百分含量不低于5％；将上述包埋液均匀涂布在网状载体上，放入饱和硼酸溶液中1-3h后，调节硼酸溶液pH到8-10，交联3-24h；将其取出，洗净表面残留物质，得到长条状基于网状载体的广谱性反硝化细菌固定化生物活性填料。

广谱性反硝化细菌的包埋量要达到包埋液质量百分比在5％以上。该部分核心是保持各种反硝化菌的包埋基础量，也是实现稳定性和耐温性的基础。

(3)投加方式：利用沉水固体材料作为固定投加基座，将长条状基于网状载体的广谱性反硝化细菌固定化生物活性填料一端固定在基座上，另一端向上处于自由状态，使整条填料在水中处于固定漂浮状态，填料长度可以根据固定地点水深确定，保持上部自由端在水面以下淹没就可以；将基座和长条状基于网状载体的广谱性反硝化细菌固定化生物活性填料一起投入到地表水源水中；

(4)投加位置和密度：将地表水源水取水口区域周围作为投加区域，投加区域范围大于两日取水量对应的区域范围，长条状基于网状载体的广谱性反硝化细菌固定化生物活性填料投加量为投加区域水体体积的5‰为宜(每片长条状基于网状载体的广谱性反硝化细菌固定化生物活性填料的体积以长片形的长、宽和网状结构的乘积进行计算)。

(5)C/N比：反硝化生物反应需要有机物作为电子受体，为了实现好的脱氮效果，填料投加区要保持C/N比4以上为宜。

采用本发明的技术方案解决了地表水源水体积大、流水不稳导致的反硝化细菌不能稳定固定和无法控制投加的问题，同时也解决了地表水源水因季节不同导致温差大使得反硝化细菌不能很好地适应而导致生物降解性能低下的问题。采用本发明的技术方案使得地表水源水取水口区域的水质稳定，几年内不需更换也能得到很好地出水水质，也不受温度的影响。

附图说明：

图1填料固定示意图

(1)填料、(2)固定基座；

图2填料投加区域示意图

(3)取水口、(4)固定在基座上的填料、(5)取水岸边、(6)投加区域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

(1)反硝化细菌富集，采用城市污水处理厂硝化污泥，剩余污泥水解液作为碳源，筛选和富集反硝化细菌得到广谱性反硝化细菌菌源；实验室测试：反硝化细菌浓度在6000mg/L，25℃，COD_Cr/硝态氮≈6条件下，反硝化脱氮效率可达到300mg/(L·h)。

(2)填料制作：填料采用复合结构：以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS树脂等高分子材料为主，添加8wt％聚乙烯醇(PVA)亲水材料，通过丝条热熔或者板材热压成孔方式制成长片形的立体网状结构载体，将步骤(1)富集培养的广谱性反硝化细菌的浓缩液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸钙制备成包埋液，包埋液中聚乙烯醇质量浓度为80g/L，碳酸钙质量浓度为20g/L，广谱性反硝化细菌的质量百分含量不低于6％；将上述包埋液均匀涂布在网状载体上，放入饱和硼酸溶液中1-3h后，调节硼酸溶液pH到8-10，交联3-24h；将其取出，洗净表面残留物质，得到长条状基于网状载体的广谱性反硝化细菌固定化生物活性填料。填料长度3m，宽度15mm，厚度(丝径)2.5mm。

(4)地表水原水测试：

填料一端固定在基座上，另一端向上处于自由状态，将地表水源水取水口区域周围作为投加区域，投加区域范围为两日取水量对应的区域范围，填料投加量为投加区域水体体积的5‰；原水硝态氮30mg/L、COD_Cr/硝态氮≈4，在环境温度分别为4±1℃、15±2℃、29±1℃的条件下，脱氮效率分别为：4.8mg/(L·h)、4.3mg/(L·h)、8.7mg/(L·h)，该脱氮效率在水源水N污染强度下，能够实现地表水源水稳定的脱氮处理。相比国外的研究具有明显的优势(Robertson>