本發(fā)明涉及富營養(yǎng)化水體處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是一種基于載體生物膜系統(tǒng)的異位富營養(yǎng)化水體凈化方法。
背景技術(shù)：
：我國城鎮(zhèn)工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)化肥及畜禽污糞等污染加劇導(dǎo)致水體普遍受到有機(jī)物、氮磷營養(yǎng)物污染，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象十分普遍而嚴(yán)重。水體富營養(yǎng)化易使藻類大量繁殖，使水體產(chǎn)生異味，藻類生長過程或死亡時極易釋放藻毒素污染水體，對人體和其它生物構(gòu)成潛在威脅。研究表明氮素不僅易造成水體惡臭和富營養(yǎng)化，當(dāng)其達(dá)到一定濃度時亦會引起生物高鐵血紅蛋白血癥并增加胃癌等風(fēng)險。近年來，富營養(yǎng)化水體營養(yǎng)物去除工藝研究已備受關(guān)注。生物膜工藝因其具有生物群落豐富、水生生態(tài)友好、運(yùn)行成本低、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，在環(huán)境水體修復(fù)方面得到廣泛應(yīng)用。目前，環(huán)境水體生物膜的脫氮方法主要包括自養(yǎng)反硝化和異養(yǎng)反硝化。其中，自養(yǎng)反硝化法以硫或氫氣作為電子供體實(shí)現(xiàn)脫氮，此法多應(yīng)用于地下水硝酸鹽的原位去除，存在啟動周期長、出水硫酸鹽及氨氮超標(biāo)等問題，此法不適于富營養(yǎng)化地表水體的凈化處理。自養(yǎng)反硝化需要大量的有機(jī)物作為電子供體，然而，污染原水屬于寡營養(yǎng)水質(zhì)，有機(jī)物缺乏極大限度的限制了微生物的生長、繁殖，不利于生物膜的形成和富集，更不利于生物處理工藝的快速啟動及穩(wěn)定運(yùn)行。本領(lǐng)域技術(shù)人員有必要開發(fā)一種有利于生物膜的形成和富集，無需投加有機(jī)物或氫氣等外源物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)生物處理工藝的快速啟動及穩(wěn)定運(yùn)行的一種生物膜系統(tǒng)的異位富營養(yǎng)化水體凈化方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有富營養(yǎng)化水體凈化方法的不足，提供了一種基于載體生物膜系統(tǒng)的異位富營養(yǎng)化水體凈化方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法實(shí)現(xiàn)生物膜體系氮素和有機(jī)物的去除同步硝化反硝化作用、生物膜凈化系統(tǒng)運(yùn)行成本高的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：一種基于載體生物膜系統(tǒng)的異位富營養(yǎng)化水體凈化方法，包括步驟如下：1)生物膜系統(tǒng)中載體預(yù)處理：將植物纖維和懸掛型填料作為生物膜系統(tǒng)的載體，所述植物纖維進(jìn)行酸處理或堿處理，優(yōu)選堿處理。2)生物膜反應(yīng)裝置的填充：將生物膜反應(yīng)裝置分為前中后三個區(qū)域；所述植物纖維載體填充于生物膜反應(yīng)裝置的中間區(qū)域；所述懸掛型生物膜載體填充于生物膜反應(yīng)裝置的前后兩個區(qū)域。3)曝氣處理：將生物膜反應(yīng)裝置的中間區(qū)域進(jìn)行微曝氣，所述微曝氣反應(yīng)器運(yùn)行溫度為常溫。作為優(yōu)選，所述的植物纖維載體為農(nóng)業(yè)廢棄作物材料或濕地植物中任一種。進(jìn)一步的，所述農(nóng)業(yè)廢棄作物材料為稻桿、玉米芯中一種，優(yōu)選玉米芯；所述濕地植物為蘆葦、菖蒲中一種，優(yōu)選蘆葦。作為優(yōu)選，所述植物纖維載體酸處理溶液ph值為1～3；所述植物纖維載體堿處理溶液ph值為11～13。進(jìn)一步的，所述堿處理包括步驟如下：①將曬干的植物纖維載體剪成0.5～3.0cm長度，并放入到9cm×11cm的網(wǎng)袋中，每袋10.0g～15.0g；②將上述網(wǎng)袋放入ph值為11～13的堿液中浸泡24h后處理；所述堿液為氫氧化鈉和石灰的水溶液中任一種。作為優(yōu)選，所述的生物膜反應(yīng)裝置呈長方體形狀，長寬之比為1～3:1。作為優(yōu)選，所述生物膜反應(yīng)裝置的中間區(qū)域均勻放置植物纖維載體網(wǎng)袋；單位體積反應(yīng)器填充質(zhì)量為1.0g/l～3.0g/l，優(yōu)選2.4g/l。作為優(yōu)選，所述懸掛型塑料載體均勻放入生物膜反應(yīng)裝置的前后區(qū)域；所述懸掛型生物膜載體材料為輻射狀彈性填料。作為優(yōu)選，所述懸掛型塑料載體均勻放入生物膜反應(yīng)裝置的前后區(qū)域；所述懸掛型生物膜載體比表面積大于200m2/m3，裝置前后區(qū)域載體實(shí)填充率均為2.0～5.0％，懸掛體積填充率為80％以上。作為優(yōu)選，所述微曝氣的溶解氧濃度為1.0～2.0mg/l，優(yōu)選1.5mg/l。采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,帶來的意料不到的技術(shù)效果如下：本發(fā)明通過強(qiáng)化反硝化微生物營養(yǎng)，加快功能微生物的生長和生物膜的形成，并強(qiáng)化不同微生物富集，實(shí)現(xiàn)生物膜體系氮素和有機(jī)物的去除實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化作用。植物纖維載體來源廣泛、價格低廉，能夠發(fā)揮生物膜載體和提供碳源的雙重優(yōu)勢，結(jié)合微曝氣控制，大大降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實(shí)施例1一種基于載體生物膜系統(tǒng)的異位富營養(yǎng)化水體凈化方法，步驟如下：1)生物膜系統(tǒng)中載體預(yù)處理：將植物纖維和懸掛型生物膜作為生物膜系統(tǒng)的載體；優(yōu)選的，該植物纖維載體為玉米芯；該懸掛型塑料載體為輻射狀彈性填料。該植物纖維載體進(jìn)行堿處理；該植物纖維載體堿處理溶液的ph值為12；所述堿處理步驟如下：①將曬干的玉米芯載體剪成0.5～3.0cm長度，并放入到9cm×11cm的網(wǎng)袋中，每袋10g。②將上述網(wǎng)袋放入ph值為12的堿液中浸泡24h后處理；所述堿液為氫氧化鈉水溶液。2)生物膜反應(yīng)器的填充：本實(shí)施例采用長75cm、寬25cm，長寬之比為3:1的50l長方體生物膜反應(yīng)器，平均分為前中后三個區(qū)域，各區(qū)長度為25cm。網(wǎng)袋型玉米芯載體50g均勻填充于生物膜反應(yīng)器的中間區(qū)域；單位體積反應(yīng)器填充質(zhì)量為1.0g/l。輻射狀彈性填料均勻填充于生物膜反應(yīng)器的前后兩個區(qū)域。生物膜反應(yīng)器的前后兩個區(qū)域載體實(shí)填充率均為2％；懸掛體積填充率為90％；該懸掛型生物膜載體比表面積為239m2/m3。3)曝氣處理：將生物膜反應(yīng)裝置的中間區(qū)域進(jìn)行微曝氣，該微曝氣反應(yīng)器運(yùn)行溫度為20～25℃?？刂品磻?yīng)器水力停留時間為12h。溶解氧濃度為1.5mg/l。進(jìn)水為受污染水體，主要污染指標(biāo)高錳酸鹽指數(shù)(codmn)、氨氮(nh4+-n)、總氮(tn)平均濃度分別為8.2mg/l，2.6mg/l和5.2mg/l。實(shí)驗(yàn)過程定期測定進(jìn)出水的codmn、nh4+-n、tn濃度，計算去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。表1：各主要污染指標(biāo)去除性能時間nh4+-n去除率tn去除率codmn去除率10d75.2％56.2％75.3％20d80.3％57.8％65.6％30d90.1％67.8％74.5％40d95.4％70.1％69.1％50d94.8％69.3％73.8％實(shí)施例2與實(shí)施例1條件相似，其區(qū)別僅在于：步驟1)中植物纖維載體為蘆葦；每袋蘆葦為15g。該植物纖維載體堿處理溶液的ph值為13。步驟2)中網(wǎng)袋型蘆葦載體80g均勻填充于生物膜反應(yīng)器的中間區(qū)域；單位體積反應(yīng)器填充質(zhì)量為1.6g/l。計算去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。表2各主要污染指標(biāo)去除性能時間nh4+-n去除率tn去除率codmn去除率10d65.8％60.8％45.8％20d80.5％67.6％54.8％30d88.9％75.8％64.9％40d93.6％76.8％68.2％50d93.9％73.4％70.2％實(shí)施例3與實(shí)施例1條件相似，其區(qū)別僅在于：步驟1)中每袋稻桿為12g。該植物纖維載體堿處理溶液的ph值為12。步驟2)中網(wǎng)袋型稻桿載體120g均勻填充于生物膜反應(yīng)器的中間區(qū)域；單位體積反應(yīng)器填充質(zhì)量為2.4g/l。生物膜反應(yīng)器的前后兩個區(qū)域載體實(shí)填充率均為3.5％。計算去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。表3各主要污染指標(biāo)去除性能時間nh4+-n去除率tn去除率codmn去除率10d44.6％50.8％26.7％20d90.5％86.6％45.9％30d91.2％80.2％48.7％40d92.5％78.2％60.2％50d92.8％75.2％68.5％實(shí)施例4與實(shí)施例1條件相似，其區(qū)別僅在于：步驟1)中每袋玉米芯為15g。該植物纖維載體堿處理溶液的ph值為11；該堿液為石灰水溶液。步驟2)中網(wǎng)袋型玉米芯載體150g均勻填充于生物膜反應(yīng)器的中間區(qū)域；單位體積反應(yīng)器填充質(zhì)量為3.0g/l。生物膜反應(yīng)器的前后兩個區(qū)域載體實(shí)填充率均為3.2％。步驟3)中溶解氧濃度為1.5mg/l。計算去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。表4各主要污染指標(biāo)去除性能時間nh4+-n去除率tn去除率codmn去除率10d25.8％40.8％15.8％20d72.8％86.5％35.7％30d81.0％85.4％45.8％40d90.6％79.1％55.6％50d90.7％76.1％65.5％實(shí)施例5與實(shí)施例1條件相似，其區(qū)別僅在于：步驟1)中植物纖維載體為蘆葦纖維；每袋蘆葦纖維為10g。該植物纖維載體堿處理溶液的ph值為12。步驟2)中采用長50cm、寬50cm，長寬之比為1:1的50l生物膜反應(yīng)器。網(wǎng)袋型蘆葦纖維載體100g均勻填充于生物膜反應(yīng)器的中間區(qū)域；單位體積反應(yīng)器填充質(zhì)量為2.0g/l。生物膜反應(yīng)器的前后兩個區(qū)域載體實(shí)填充率均為5％。步驟3)中溶解氧濃度為2.0mg/l。表5各主要污染指標(biāo)去除性能時間nh4+-n去除率tn去除率codmn去除率10d65.8％60.8％45.8％20d80.5％67.6％54.8％30d88.9％75.8％64.9％40d93.6％76.8％68.2％50d93.9％73.4％70.2％實(shí)施例6與實(shí)施例1條件相似，其區(qū)別僅在于：步驟1)中植物纖維載體為菖蒲；每袋菖蒲為15g。該植物纖維載體酸處理溶液的ph值為2，ph值調(diào)節(jié)劑為硫酸。步驟2)中網(wǎng)袋型菖蒲載體150g均勻填充于生物膜反應(yīng)器的中間區(qū)域；單位體積反應(yīng)器填充質(zhì)量為3.0g/l。生物膜反應(yīng)器的前后兩個區(qū)域載體實(shí)填充率均為4％。步驟3)中溶解氧濃度為1.0mg/l。計算去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。表6各主要污染指標(biāo)去除性能時間nh4+-n去除率tn去除率codmn去除率10d68.9％50.8％48.7％20d82.7％56.1％58.0％30d89.9％66.3％68.9％40d93.9％67.9％69.6％50d94.1％62.5％72.5％對比實(shí)施例7本對比實(shí)施例僅用懸掛型填料作為生物膜系統(tǒng)的載體，其余條件同實(shí)施例1，試驗(yàn)結(jié)果表明其運(yùn)行效果明顯低于實(shí)施例1的結(jié)果，具體見表7。表7：各主要污染指標(biāo)去除性能從表7知，僅用懸掛型填料作為生物膜系統(tǒng)的載體時，各主要污染指標(biāo)去除性欠佳，無法滿足污水排放標(biāo)準(zhǔn)。在本發(fā)明實(shí)施例1至實(shí)施例6中，植物纖維載體來源廣泛、價格低廉，能夠發(fā)揮生物膜載體和提供碳源的雙重優(yōu)勢，結(jié)合微曝氣控制，對異位富營養(yǎng)化水體凈化效果好，大大降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，非常適合在異位富營養(yǎng)化水體處理領(lǐng)域推廣應(yīng)用。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12