專利名稱：一種水源水生物脫氮系統(tǒng)快速啟動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種飲用水源水生物脫氮系統(tǒng)快速啟動(dòng)方法，適用于湖泊水、水庫(kù)水和地下水類淡水飲用水源水的生物脫氮。
背景技術(shù)：
隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，人類賴以生存的環(huán)境資源受到多種污染的沖擊，氮就是其中之一。各種水環(huán)境中的氮污染問題是造成飲用水源地(湖泊、水庫(kù)等)水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因之一，已成為世界性的環(huán)境問題，并越來越引起人們的高度重視。地表水體和地下水中的氮主要是離子態(tài)氮，以硝酸鹽氮為主，其次是離子態(tài)氨氮和亞硝酸鹽氮，現(xiàn)有的飲用水源特別是地下水源基本上都受到了不同程度的硝酸鹽污染。有資料表明，這種硝酸鹽超標(biāo)的狀況還將隨著農(nóng)業(yè)上氮肥使用量的增加，城鄉(xiāng)污水排放量的加大在全世界范圍內(nèi)不斷加??；我國(guó)一些地區(qū)的水源地也出現(xiàn)了同樣的問題，甚至更加嚴(yán)重。目前，生物脫氮是公認(rèn)的去除水體氮污染物最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法，該方法通常通過硝化作用和反硝化作用的組合工藝來實(shí)現(xiàn)，其中前者在好氧條件下，將氨由氨氧化細(xì)菌氧化為亞硝酸鹽，然后進(jìn)一步由亞硝酸鹽氧化細(xì)菌將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽；后者則由 反硝化細(xì)菌在缺氧或厭氧條件下將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從系統(tǒng)中脫除。大多數(shù)反硝化細(xì)菌是兼性厭氧細(xì)菌，能夠利用氧或硝酸鹽作為最終電子受體，在氧分壓高時(shí)，進(jìn)行好氧呼吸獲得能量；當(dāng)含氧濃度很低或完全厭氧時(shí)，通過反硝化作用獲得能量；當(dāng)同時(shí)存在分子態(tài)氧和硝酸鹽時(shí)，反硝化細(xì)菌優(yōu)先進(jìn)行有氧呼吸。一般認(rèn)為，當(dāng)系統(tǒng)中氧濃度保持在O. 5mg/L以下時(shí)，反硝化作用可以進(jìn)行。Jorgensen等對(duì)海岸帶懸浮物進(jìn)行了研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶解氧為2. 2mg/L時(shí)，反硝化速率為O ;當(dāng)溶解氧降至O. 2mg/L時(shí)，有微弱的反硝化作用；當(dāng)溶解氧低于O. 125mg/L時(shí)，反硝化作用變得非常強(qiáng)烈。目前常用的生物脫氮系統(tǒng)啟動(dòng)方式有三種一是先間歇培養(yǎng)一段時(shí)間，然后逐步增加負(fù)荷連續(xù)進(jìn)水；二是連續(xù)培養(yǎng)，采用設(shè)定流速或者緩慢增加流速的方式進(jìn)水；三是先接種活性污泥，然后再間歇或連續(xù)培養(yǎng)。這三種啟動(dòng)方式掛膜周期和所形成的生物膜特性不同，但是啟動(dòng)后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)處理效果基本相同。飲用水源水通常具有較高的溶解氧含量和較低的有機(jī)碳含量，因此在正常情況下，其脫氮啟動(dòng)需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。如何在短時(shí)間內(nèi)將脫氮系統(tǒng)內(nèi)的溶解氧降低到反硝化作用適宜發(fā)生的濃度，是實(shí)現(xiàn)水源水生物脫氮系統(tǒng)快速啟動(dòng)的關(guān)鍵。已有報(bào)道的實(shí)現(xiàn)手段包括(1)通過吹送氮?dú)馊コ到y(tǒng)中的溶解氧；(2)接種反硝化假單胞菌，投加甲醇(碳源)，除去水體中溶解氧；(3)增加反硝化階段的水力停留時(shí)間。葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,E. C. I. I. 3. 4,GOD)在有氧條件下能專一性地催化β -D-葡糖生成葡萄糖酸和過氧化氫，由于葡萄糖氧化酶具有去除葡萄糖、脫氧、殺菌等特性，而且安全無副作用，因此廣泛應(yīng)用于食品、飼料、醫(yī)藥等行業(yè)中。葡萄糖氧化酶廣泛分布于動(dòng)植物和微生物體內(nèi)。由于微生物生長(zhǎng)繁殖快、來源廣，是生產(chǎn)葡萄糖氧化酶的主要來源，主要生產(chǎn)菌株為黑曲霉和青霉。葡萄糖氧化酶通常與過氧化氫酶組成一個(gè)氧化還原酶系統(tǒng)。葡萄糖氧化酶在分子氧存在下能氧化葡萄糖生成D-葡萄糖酸內(nèi)酯，同時(shí)消耗氧生成過氧化氫。過氧化氫酶能夠?qū)⑦^氧化氫分解生成水和1/2氧，而后水又與葡萄糖酸內(nèi)酯結(jié)合產(chǎn)生葡萄糖酸。在此過程中，葡萄糖氧化酶的特點(diǎn)是能夠消耗氧氣催化葡萄糖氧化。按反應(yīng)條件葡萄糖氧化酶催化反應(yīng)有3種形式(I)沒有過氧化氫酶存在時(shí)，每氧化I摩爾葡萄糖消耗I摩爾分子氧；(2)有過氧化氫酶存在時(shí)，每氧化I摩爾葡萄糖消耗1/2摩爾分子氧；(3)有乙醇及過氧化氫酶存在時(shí)，過氧化氫酶可用于乙醇的氧化，每氧化I摩爾葡萄糖消耗I摩爾分子氧。因此，根據(jù)葡萄糖氧化酶這一特性，可以通過在生物脫氮系統(tǒng)中加入適量葡萄糖氧化酶或葡萄糖氧化酶產(chǎn)生菌，達(dá)到有效去除氧氣，創(chuàng)造反硝化作用適宜發(fā)生的條件，快速啟動(dòng)生物脫氮系統(tǒng)的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求提供一種飲用水源水生物脫氮系統(tǒng)快速啟動(dòng)方法，可在I 3天的短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)脫氮系統(tǒng)，快速去除水體中的硝酸鹽和有效去除有機(jī)污染物。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下步驟(I)、先選擇一個(gè)生物膜反應(yīng)器，生物膜反應(yīng)器的類型包括普通生物濾池、淹沒式生物濾池、生物流化床、生物膜膨脹床和動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，將生物膜反應(yīng)器中填充沙子、 碎石、砂礫、纖維球、陶粒、沸石或人工合成有機(jī)填料中的一種或者兩種以上的組 合；(2)、將生物膜反應(yīng)器填充填料后，接種城市污水處理廠回流活性污泥作為反硝化細(xì)菌的種子，活性污泥投加量為生物脫氮系統(tǒng)有效體積的1% 3%(體積比)，然后用水泵補(bǔ)充待處理的水源水；(3)、生物膜反應(yīng)器在填充填料和補(bǔ)充水源水后，再向生物膜反應(yīng)器中添加葡萄糖和葡萄糖氧化酶，葡萄糖氧化酶添加量為200 400單位/L，葡萄糖的添加量根據(jù)水源水中硝酸鹽含量按照C/N摩爾比為6 8的比例添加；(4)、步驟(3)或通過以下方法實(shí)現(xiàn)，生物膜反應(yīng)器在填充填料和補(bǔ)充水源水后， 再向生物膜反應(yīng)器中添加葡萄糖和葡萄糖氧化酶產(chǎn)生菌，葡萄糖氧化酶產(chǎn)生菌添加量為 O. 05 O. 2%的體積比；葡萄糖的添加量根據(jù)水源水中硝酸鹽含量按照C/N摩爾比為6 8 的比例添加；(5)、調(diào)節(jié)并控制生物膜反應(yīng)器運(yùn)行溫度為15 35°C ;pH為7. O 8. 5 ;(6)、步驟(5)完成后，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)泵，進(jìn)行內(nèi)循環(huán)3 5個(gè)周期，具體方式是啟動(dòng)循環(huán)泵6小時(shí)，停6小時(shí)為一個(gè)周期，然后采用連續(xù)進(jìn)水進(jìn)行培養(yǎng)馴化；(7)、待生物膜反應(yīng)器內(nèi)溶解氧降至O. 5mg/L以下，即為生物脫氮系統(tǒng)啟動(dòng)完成， 接入待處理的水源水進(jìn)行正常運(yùn)行，運(yùn)行期間需控制進(jìn)出水流速，保持生物脫氮系統(tǒng)中溶解氧在O. 5mg/L以下，同時(shí)視水源水中有機(jī)碳源的含量決定是否需要額外補(bǔ)充有機(jī)碳源。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)在自制的生物脫氮系統(tǒng)中完成，生物脫氮系統(tǒng)主體包括加熱棒、造流泵、計(jì)量泵、循環(huán)泵、反應(yīng)器、補(bǔ)液池和循環(huán)管道；反應(yīng)器采用生物膜結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或生物膜反應(yīng)器，可選擇常用的生物濾池作為反應(yīng)器，由透明有機(jī)玻璃制成內(nèi)空式箱式結(jié)構(gòu)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理可靠，運(yùn)行成本低，脫氮效率高， 效果好，環(huán)境友好，節(jié)省資源，啟動(dòng)速度快。


圖I為本發(fā)明的生物脫氮系及流程結(jié)構(gòu)原理示意圖，包括加熱棒I、造流泵2、計(jì)量泵3、循環(huán)泵4、反應(yīng)器5、補(bǔ)液池6和循環(huán)管道7。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)組溶解氧和硝酸鹽含量變化曲線，其中，帶·的曲線為溶解氧含量變化曲線，帶▲的曲線為硝酸鹽含量變化曲線。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的對(duì)照組溶解氧和硝酸鹽含量變化曲線，其中，帶·的曲線為溶解氧含量變化曲線，帶▲的曲線為硝酸鹽含量變化曲線。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。實(shí)施例本實(shí)施例采用自制的生物膜結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器，生物膜反應(yīng)器或?yàn)樯餅V池，由有機(jī)玻璃制成，內(nèi)徑為380mm，高為2000mm，有效容積200L ;生物脫氮系統(tǒng)包括加熱棒I、造流泵 2、計(jì)量泵3、循環(huán)泵4、反應(yīng)器5、補(bǔ)液池6和循環(huán)管道7，見附圖I ;生物膜反應(yīng)器內(nèi)加入陶粒 作為反硝化細(xì)菌附著生長(zhǎng)載體，陶粒直徑為2 3cm，系統(tǒng)填充率80%，裝填高度為1600mm ； 從城市污水處理廠取5L性狀良好的回流活性污泥，將5L活性污泥投入生物脫氮系統(tǒng)中，然后加入葡萄糖氧化酶200單位/L，加入葡萄糖使其濃度為160mg/L (C/N比為6. 6:1)，注入待處理的水源水，水源水水質(zhì)情況見表I ;啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)泵，循環(huán)3個(gè)周期(啟動(dòng)循環(huán)泵6小時(shí)，停6小時(shí)為一個(gè)周期)，然后注滿水源水靜置一天，之后采用連續(xù)進(jìn)水進(jìn)行培養(yǎng)馴化，控制水溫為25 28°C，檢測(cè)溶解氧和硝酸鹽等指標(biāo)；同時(shí)設(shè)置采用活性污泥接種法進(jìn)行反硝化菌培養(yǎng)馴化的對(duì)照組，從城市污水處理廠取5L性狀良好的回流活性污泥，將5L活性污泥投入生物脫氮系統(tǒng)中，不投加葡萄糖氧化酶和葡萄糖，直接注入待處理的水源水，之后的處理方法和實(shí)驗(yàn)組相同。本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度、出水中硝酸鹽濃度變化情況見圖2、圖3 ;從圖中可以看出，實(shí)驗(yàn)組反應(yīng)器中溶解氧降低的很快，3天就降至 O. 5mg/L以下，出水中硝酸鹽含量也降低較快，3天后即降低為O. 5mg/L以下，說明脫氮系統(tǒng)已建立完成。而對(duì)照組溶解氧和硝酸鹽降低很慢，出水中硝酸鹽需要42天才能降低到
O.5mg/L以下,溶解氧需要45天才能夠降低到O. 5mg/L以下。表I試驗(yàn)用的水源水的水質(zhì)情況
權(quán)利要求
1.一種水源水生物脫氮系統(tǒng)快速啟動(dòng)方法，其特征在于包括如下步驟 (1)、先選擇一個(gè)生物膜反應(yīng)器，生物膜反應(yīng)器的類型包括普通生物濾池、淹沒式生物濾池、生物流化床、生物膜膨脹床和動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，將生物膜反應(yīng)器中填充沙子、碎石、砂礫、纖維球、陶粒、沸石或人工合成有機(jī)填料中的一種或者兩種以上的組合； (2)、將生物膜反應(yīng)器填充填料后，接種城市污水處理廠回流活性污泥作為反硝化細(xì)菌的種子，活性污泥投加量為生物脫氮系統(tǒng)有效體積的1% 3%，然后用水泵補(bǔ)充待處理的水源水； (3)、生物膜反應(yīng)器在填充填料和補(bǔ)充水源水后，再向生物膜反應(yīng)器中添加葡萄糖和葡萄糖氧化酶，葡萄糖氧化酶添加量為200 400單位/L，葡萄糖的添加量根據(jù)水源水中硝酸鹽含量按照C/N摩爾比為6 8的比例添加； (4 )、步驟(3 )或通過以下方法實(shí)現(xiàn)，生物膜反應(yīng)器在填充填料和補(bǔ)充水源水后，再向生物膜反應(yīng)器中添加葡萄糖和葡萄糖氧化酶產(chǎn)生菌，葡萄糖氧化酶產(chǎn)生菌添加量為0. 05 0.2%的體積比；葡萄糖的添加量根據(jù)水源水中硝酸鹽含量按照C/N摩爾比為6 8的比例添加； (5)、調(diào)節(jié)并控制生物膜反應(yīng)器運(yùn)行溫度為15 35°C;pH為7. 0 8. 5 ; (6)、步驟(5)完成后，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)泵，進(jìn)行內(nèi)循環(huán)3 5個(gè)周期，具體方式是啟動(dòng)循環(huán)泵6小時(shí)，停6小時(shí)為一個(gè)周期，然后采用連續(xù)進(jìn)水進(jìn)行培養(yǎng)馴化； (7)、待生物膜反應(yīng)器內(nèi)溶解氧降至0.5mg/L以下，即為生物脫氮系統(tǒng)啟動(dòng)完成，接入待處理的水源水進(jìn)行正常運(yùn)行，運(yùn)行期間需控制進(jìn)出水流速，保持生物脫氮系統(tǒng)中溶解氧在0. 5mg/L以下，同時(shí)視水源水中有機(jī)碳源的含量補(bǔ)充有機(jī)碳源。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)保水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種飲用水源水生物脫氮系統(tǒng)快速啟動(dòng)方法，先選擇生物膜反應(yīng)器將其中填充沙子等后，接種活性污泥作為反硝化菌種，然后補(bǔ)充待處理的水源水；向生物膜反應(yīng)器中添加葡萄糖和葡萄糖氧化酶后，再向反應(yīng)器中添加葡萄糖和葡萄糖氧化酶產(chǎn)生菌，調(diào)節(jié)并控制生物膜反應(yīng)器運(yùn)行溫度為15～35℃；pH為7.0～8.5；啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)泵循環(huán)3～5個(gè)周期，然后采用連續(xù)進(jìn)水進(jìn)行培養(yǎng)馴化；待生物膜反應(yīng)器內(nèi)溶解氧降至0.5mg/L以下為生物脫氮系統(tǒng)啟動(dòng)完成，接入待處理的水源水進(jìn)行正常運(yùn)行，視水源水中有機(jī)碳源的含量補(bǔ)充有機(jī)碳源；其反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理可靠，運(yùn)行成本低，脫氮效率高，效果好，環(huán)境友好，節(jié)省資源，啟動(dòng)速度快。
文檔編號(hào)C02F3/28GK102701442SQ20121016013
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者馮夢(mèng)雪, 劉伶俐, 宋志文, 錢生財(cái) 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)