專利名稱：快速啟動的生物活性炭增強技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飲用水的深度處理方法，特別是針對使用微污染地表水為水源，常規(guī)水處理工藝所不能有效去除的微量有機物的處理方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)飲用水處理，處理過程主要為混凝、沉淀或澄清、過濾，主要去除水中懸浮物、膠體雜質(zhì)，降低水的濁度和色度。
隨著水體污染的日益嚴重，水廠常規(guī)飲用水處理后出水，已不能滿足人們對水質(zhì)的要求。傳統(tǒng)上采用的“混凝-沉淀-過濾-消毒”等處理工藝，只能去除水中懸浮物、膠體顆粒，而相對于受污染水源中的溶解性有機物去除能力明顯不足，特別是水中的致誘、致畸、致癌“三致”有機物質(zhì)及其前驅(qū)物(THMFP)，更是常規(guī)處理方法所難以去除的。因此，在飲用水常規(guī)處理工藝基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了深度處理技術(shù)，以去除水中溶解性有機物和消毒副產(chǎn)物，有效提高和保證飲用水質(zhì)量。目前飲用水深度處理技術(shù)，國內(nèi)外常見的技術(shù)主要包括活性炭吸附技術(shù)、臭氧活性炭技術(shù)、生物活性炭技術(shù)和膜分離技術(shù)。這幾項技術(shù)對于控制飲用水污染和提高水質(zhì)都發(fā)揮了較好的作用，但這些技術(shù)都有它們的局限性活性炭價格較貴，受自身吸附特性和吸附容量的限制，不能保證對所有有機物穩(wěn)定和長久去除效果；臭氧盡管有較強氧化能力，可消除一些有機污染物的危害，但同時又產(chǎn)生了一些新的中間污染物；普通生物活性炭，與活性炭吸附相比，出水水質(zhì)得到提高，延長了活性炭的使用壽命，但炭上微生物是在運行過程中自然形成的，很難形成高活性的生物炭，其處理效果受到了限制；膜技術(shù)基建投資和運轉(zhuǎn)費用高，容易堵塞。可以看出，這些技術(shù)不能完全實現(xiàn)高效去除水中有機物，同時基建和運行費用降低的飲用水深度處理的技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過人工篩選馴化微生物技術(shù)、固定化細胞技術(shù)和水處理工藝技術(shù)相組合，經(jīng)濟高效地去除飲用水常規(guī)處理出水中的微量有機物，特別是“三致”物質(zhì)，使整個系統(tǒng)的出水能夠達到新飲用水標準的水質(zhì)要求，從而實現(xiàn)深度處理技術(shù)的高效性和經(jīng)濟性要求，保證人們的飲水安全的快速啟動的生物活性炭增強技術(shù)。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是水源水先用常規(guī)的飲用水處理進行處理，處理過程為混凝、沉淀或澄清、過濾；經(jīng)常規(guī)處理后的水引入臭氧接觸氧化塔，初步氧化分解水中的有機物及其他還原性物質(zhì)；臭氧接觸氧化塔的出水再送入采用由人工篩選、馴化的高效生物菌固定化后的快速啟動生物活性炭濾罐中，迅速地降解水中有機物、TOC值、COD值及三鹵甲烷、溴酸鹽等“三致”物質(zhì)；炭罐出水再進入消毒接觸池，滅活水的微生物。
其中快速啟動生物活性炭濾罐中的活性炭選擇符合下列性能指標的要求的活性炭強度≥90％，碘值≥90mg/g，糖蜜值≥150，單寧酸值≤50。
人工快速啟動生物活性炭采用的高效生物菌分別為假單胞菌、芽孢桿菌、微球菌、短桿菌、動膠菌及單胞菌6屬。用于固定化的菌液采用現(xiàn)代生物分離技術(shù)，提取純菌。具體方法為將馴化完成的微生物菌液，在室溫20℃、4200轉(zhuǎn)/min的條件下分離30min，取出菌種，棄掉培養(yǎng)液，對所得菌種再洗滌兩次，完成提純過程。洗滌方法為菌種加入無菌蒸餾水，在室溫20℃、4200轉(zhuǎn)/min的條件下分離30min，棄掉蒸餾水。
本發(fā)明所述的活性炭(φ1.5mm)高效生物菌的固定化，是菌液在活性炭中循環(huán)流動的過程中實現(xiàn)的。活性炭之所以能夠成為高效生物菌牢固的吸附體，是因為炭表面的裂縫和蜂窩狀小坑為細菌提供了躲避流體剪切力的居住區(qū)域，同時由于微生物菌體粘液性物質(zhì)(莢膜)的極強吸附性能，和炭表面存在的氧化物和微生物菌體形成化學鍵等的綜合作用，使細菌可以牢固地吸附于活性炭上。微生物在活性炭表面上的固定化，只占據(jù)極少量的活性炭表面積，而且這種分布又具有不均勻性，因而生物菌的存在也不會影響活性炭的物理吸附作用。
生物菌種的固定采用順序提速循環(huán)固定法，具體方法為活性炭經(jīng)裝罐后清洗干凈。將純菌液罐頂?shù)谷牖罨渲校们逅M行稀釋，由循環(huán)泵進行循環(huán)固定化。循環(huán)流量初始為30m3/h，循環(huán)4h，間歇2h，而后循環(huán)流量提高為40m3/h，循環(huán)4h，間歇2h。按此變化規(guī)律，最后循環(huán)流量為80m3/h，整個循環(huán)過程共需36h。完成后對炭罐用水反沖洗20min，完成活化投入使用。
人工快速啟動生物活性炭工藝控制條件為活性炭濾料底部增加石英砂墊層，石英砂濾料的參數(shù)為粒徑范圍0.8mm～1.2mm，K80＜1.5，厚度為300mm。炭濾罐內(nèi)的水力停留的時間采用30～40min，濾速為8～15m/h。
水源水先經(jīng)過常規(guī)飲用水處理，處理過程為混凝、沉淀或澄清、過濾，主要去除水中懸浮物、膠體雜質(zhì)，降低水的濁度和色度。經(jīng)過此過程，水源水濁度一般從幾個或十幾個NTU，降到零點幾個NTU，但有機物指標降低較少。將出水引入臭氧接觸氧化塔，初步氧化分解水中的有機物及其他還原性物質(zhì)，同時改善水的可生化性。經(jīng)過臭氧化作用，水的有機物總量指標明顯降低，但有機物種類數(shù)可有一定程度增加。臭氧化出水再送入采用由人工篩選、馴化的高效生物菌固定化后的快速啟動生物活性炭濾罐中，迅速有效地降解水中有機物、TOC值、COD值及三鹵甲烷、溴酸鹽等“三致”物質(zhì)，使出水的有機物指標顯著降低。炭罐出水再進入消毒接觸池，滅活水的微生物，從而保證飲用水的衛(wèi)生安全性。在整個工藝中，人工快速啟動生物活性炭過濾技術(shù)是關(guān)鍵部分。在人工快速啟動生物活性炭濾罐中，活性炭種的選擇標準，高效生物菌的篩選、馴化、固定化以及工藝控制技術(shù)，是整個工藝的創(chuàng)新點和技術(shù)核心。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)采用現(xiàn)代生物技術(shù)和水處理技術(shù)相結(jié)合的方法，可高效去除水中微量有機污染物，同時運行費用顯著降低；(2)從微生物技術(shù)要求的角度，對活性炭的性質(zhì)提出了新的標準要求，并采用最新生物菌種篩選和馴化技術(shù)，即保證了微生物菌種對水中微量有機物的高效降解性，又保證了生物菌種的生物安全性；(3)采用新型固定化方法，在最優(yōu)工藝條件下，可使高效生物活性炭形成并穩(wěn)定運行的時間，與普通生物活性炭相比提前2～3個月，同時由于生物活性炭穩(wěn)定運行時間提前，可使粒狀活性炭的使用壽命大大延長；
(4)采用經(jīng)濟有效的工藝控制方式，保證了炭池出水濁度降低和生物安全性、穩(wěn)定性的要求。經(jīng)過本工藝處理后的出水水質(zhì)，能夠滿足國家最新飲用水水質(zhì)標準的要求。


附圖是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述。
由圖1可知，水源水先經(jīng)過常規(guī)飲用水處理，降低水的濁度和色度后，將出水引入臭氧接觸氧化塔，經(jīng)過臭氧化作用，水的有機物降低后，再送入快速啟動生物活性炭濾罐中，迅速有效地降解水中微量有機物。炭罐出水再進入消毒接觸池，滅活水的微生物后送出。
水源水濁度一般為幾個或十幾個NTU，水廠常規(guī)飲用水處理主要去除水中懸浮物、膠體雜質(zhì)，降低水的濁度和色度。常規(guī)飲用水處理方法為混凝、沉淀或澄清、過濾?；炷窍蛟型都踊炷齽顾须y以自然沉淀分離的懸浮物和膠體顆粒聚合，形成大顆粒絮體。沉淀是將混凝后形成的大顆粒絮體通過重力分離除去。過濾是利用顆粒濾料的物理截留作用，去除水中殘留的顆粒物，進一步去除雜質(zhì)，降低濁度。經(jīng)過常規(guī)飲用水處理后，原水濁度已經(jīng)降到零點幾個NTU，但有機物指標降低較少。
常規(guī)飲用水出水進入臭氧接觸氧化塔，臭氧可初步氧化分解水中的有機物及其他還原性物質(zhì)，降低了生物濾池的有機負荷，同時臭氧氧化使水中難降解有機物斷鏈、開環(huán)，改善了可生物降解性。臭氧化還可以起到充氧作用，使生物濾池具有充足的溶解氧，利于生物氧化作用。經(jīng)過臭氧化作用，水的有機物總量指標明顯降低，但有機物種類數(shù)可有一定程度增加。
臭氧化出水進入人工快速啟動生物炭濾罐中。炭罐中裝有人工固定化微生物所形成的高效生物活性炭，它主要是利用活性炭較大的比表面積來吸附水中有機污染物；而吸附在活性炭上的高效微生物菌對有機污染物具有很強的氧化分解能力，可以迅速有效地降解水中有機物、TOC值、COD值及三鹵甲烷、溴酸鹽等“三致”物質(zhì)，使出水的有機物指標顯著降低，可滿足新飲用水標準的有機物指標要求。
炭罐出水進入消毒接觸池，消毒接觸池滅活水中的微生物，從而保證飲用水的衛(wèi)生安全性。消毒出水的感觀指標、有機物指標和衛(wèi)生學指標，均能滿足最新飲用水標準的要求。
在整個工藝中，人工快速啟動生物活性炭過濾技術(shù)是關(guān)鍵部分。在人工快速啟動生物活性炭濾罐中，活性炭種的選擇標準，高效生物菌的篩選、馴化、固定化以及工藝控制技術(shù)，是整個工藝的創(chuàng)新點和技術(shù)核心。
針對人工快速啟動生物活性炭工藝的需要，對活性炭主要性能指標的要求為強度≥90％，碘值≥90mg/g，糖蜜值≥150，單寧酸值≤50。
人工快速啟動生物活性炭采用的高效生物菌分別為假單胞菌、芽孢桿菌、微球菌、短桿菌、動膠菌及單胞菌6屬中的至少15株。
用于固定化的菌液采用現(xiàn)代生物分離技術(shù)，提取純菌。具體方法為將馴化完成的微生物菌液，在室溫20℃、4200轉(zhuǎn)/min的條件下分離30min，取出菌種，棄掉培養(yǎng)液，對所得菌種再洗滌兩次，完成提純過程。洗滌方法為菌種加入無菌蒸餾水，在室溫20℃、4200轉(zhuǎn)/min的條件下分離30min，棄掉蒸餾水。
本發(fā)明所述的活性炭(φ1.5mm)高效生物菌的固定化，是菌液在活性炭中循環(huán)流動的過程中實現(xiàn)的?；钚蕴恐阅軌虺蔀楦咝锞喂痰奈襟w，是因為炭表面的裂縫和蜂窩狀小坑為細菌提供了躲避流體剪切力的居住區(qū)域，同時由于微生物菌體粘液性物質(zhì)(莢膜)的極強吸附性能，和炭表面存在的氧化物和微生物菌體形成化學鍵等的綜合作用，使細菌可以牢固地吸附于活性炭上。微生物在活性炭表面上的固定化，只占據(jù)極少量的活性炭表面積，而且這種分布又具有不均勻性，因而生物菌的存在也不會影響活性炭的物理吸附作用。
生物菌種的固定采用順序提速循環(huán)固定法，具體方法為活性炭經(jīng)裝罐后清洗干凈。將純菌液罐頂?shù)谷牖罨渲?，用清水進行稀釋，由循環(huán)泵進行循環(huán)固定化。循環(huán)流量初始為30m3/h，循環(huán)4h，間歇2h，而后循環(huán)流量提高為40m3/h，循環(huán)4h，間歇2h。按此變化規(guī)律，最后循環(huán)流量為80m3/h，整個循環(huán)過程共需36h。完成后對炭罐用水反沖洗20min，完成活化投入使用。
人工快速啟動生物活性炭工藝控制條件為活性炭濾料底部增加石英砂墊層，石英砂濾料的參數(shù)為粒徑范圍0.8mm～1.2mm，K80＜1.5，厚度為300mm。炭濾罐內(nèi)的水力停留的時間采用30～40min，濾速為8～15m/h。
權(quán)利要求
1.一種快速啟動的生物活性炭增強技術(shù)，其特征在于水源水先用常規(guī)的飲用水處理進行處理，處理過程為混凝、沉淀或澄清、過濾；經(jīng)常規(guī)處理后的水引入臭氧接觸氧化塔，初步氧化分解水中的有機物及其他還原性物質(zhì)；臭氧接觸氧化塔的出水再送入采用由人工篩選、馴化的高效生物菌固定化后的快速啟動生物活性炭濾罐中，迅速地降解水中有機物、TOC值、COD值及三鹵甲烷、溴酸鹽等“三致”物質(zhì)；炭罐出水再進入消毒接觸池，滅活水的微生物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速啟動的生物活性炭增強技術(shù)，其特征在于對活性炭主要性能指標的要求為強度≥90％，碘值≥90mg/g，糖蜜值≥150，單寧酸值≤50。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速啟動的生物活性炭增強技術(shù)，其特征在于所述的生物工程菌分別為假單胞菌、芽孢桿菌、微球菌、短桿菌、動膠菌及單胞菌6屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的快速啟動的生物活性炭增強技術(shù)，其特征在于用于固定化的菌液采用現(xiàn)代生物分離技術(shù)，提取純菌，具體方法為將馴化完成的微生物菌液，在室溫20℃、4200轉(zhuǎn)/min的條件下分離30min，取出菌種，棄掉培養(yǎng)液，對所得菌種再洗滌兩次，完成提純過程。洗滌方法為菌種加入無菌蒸餾水，在室溫20℃、4200轉(zhuǎn)/min的條件下分離30min，棄掉蒸餾水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的快速啟動的生物活性炭增強技術(shù)，其特征在于高效生物菌的固定采用順序提速循環(huán)固定法，具體方法為活性炭經(jīng)裝罐后清洗干凈。將純菌液罐頂?shù)谷牖罨渲?，用清水進行稀釋，由循環(huán)泵進行循環(huán)固定化，循環(huán)流量初始為30m3/h，循環(huán)4h，間歇2h，而后循環(huán)流量提高為40m3/h，循環(huán)4h，間歇2h，按此變化規(guī)律，最后循環(huán)流量為80m3/h，整個循環(huán)過程共需36h，完成后對炭罐用水反沖洗20min，完成活化投入使用。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種快速啟動的生物活性炭增強技術(shù)。水源水先用常規(guī)的飲用水處理進行處理；經(jīng)常規(guī)處理后的水引入臭氧接觸氧化塔；臭氧接觸氧化塔的出水再送入采用由人工篩選、馴化的高效生物菌固定化后的快速啟動生物活性炭濾罐中；炭罐出水再進入消毒接觸池，滅活水的微生物。本發(fā)明通過人工篩選馴化微生物技術(shù)、固定化細胞技術(shù)和水處理工藝技術(shù)相組合，經(jīng)濟高效地去除飲用水常規(guī)處理出水中的微量有機物，特別是“三致”物質(zhì)，使整個系統(tǒng)的出水能夠達到新飲用水標準的水質(zhì)要求，從而實現(xiàn)深度處理技術(shù)的高效性和經(jīng)濟性要求，保證人們的飲水安全的用生物活性炭增強技術(shù)提高飲用水深度處理效率的方法。
文檔編號C02F9/14GK1709809SQ20051001003
公開日2005年12月21日 申請日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者李偉光, 何文杰, 王廣智, 韓宏大, 段蕾, 陳志強 申請人:哈爾濱工業(yè)大學