減少殘留的頑固有機(jī)污染物的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】減少殘留的頑固有機(jī)污染物的方法
[0001]發(fā)明背景。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及用于降低化學(xué)需氧量(在本文中稱(chēng)為COD)的過(guò)程和系統(tǒng)，以及更具體而言涉及將選取的微生物固定在載體材料上的穩(wěn)定生物膜中的過(guò)程和系統(tǒng)。
[0003]相關(guān)領(lǐng)域描述
來(lái)自工業(yè)的廢水性質(zhì)上可為有機(jī)或無(wú)機(jī)的，或二者的組合。在大多數(shù)情況下，其含有毒性成分，所述毒性成分可對(duì)人類(lèi)和動(dòng)物造成直接威脅。廢水污染的另一個(gè)直接效應(yīng)為通過(guò)過(guò)度的有機(jī)負(fù)荷量耗盡接納水體的溶解氧(DO)含量，至水流變得不能行使其自?xún)暨^(guò)程的程度。所述脫氧可強(qiáng)至足以幾乎破壞所有的魚(yú)和其它水生生物。氧在水中的溶解度非常低(少于12mg/l)的事實(shí)，使所述問(wèn)題更加嚴(yán)重。所述氧來(lái)自?xún)蓚€(gè)來(lái)源，即擴(kuò)散自空氣/水界面處的大氣，以及作為光合作用的副產(chǎn)物。光合生物(例如植物和藻類(lèi))在有充足光源時(shí)產(chǎn)生氧。在光不足的時(shí)間內(nèi)，這些生物消耗氧，導(dǎo)致DO水平損失。
[0004]生物需氧量(BOD)和化學(xué)需氧量(COD)分別為廢水的生物可降解和化學(xué)可氧化部分的指標(biāo)。已處理流出液的COD代表處理技術(shù)在其去除存在于流入液中的總有機(jī)物質(zhì)的能力上的效力。這些參數(shù)時(shí)常用于定義流入液和流出液特征并且亦確保廢水處理效率。
[0005]頑固COD是指抗微生物降解(生物耐受性)或者不易生物降解的有機(jī)化合物。包括活性污泥工藝、生物過(guò)濾或膜生物反應(yīng)器(MBR)在內(nèi)的現(xiàn)有生物處理技術(shù)不能有效地去除這些頑固COD化合物。吸附和氧化或許能夠去除或破壞這些有機(jī)化合物，但成本常常很尚O
[0006]發(fā)曰月概沐
在本發(fā)明的一個(gè)示例性方面，提供用于降低水系中液體的頑固化學(xué)需氧量(COD)的方法。本發(fā)明中待處理的靶標(biāo)水已在先前步驟(例如典型的常規(guī)廢水處理廠中的一級(jí)和二級(jí)處理過(guò)程)中充分處理，以去除易生物降解的有機(jī)化合物，以使B0D5/C0D比率低于0.2，合意地低于0.1。所述方法包括在預(yù)處理單元中將液體進(jìn)一步預(yù)處理，以將固有細(xì)菌或微生物去除至這樣的群體水平，其低于所述固有生物可干擾在后續(xù)處理單元中外部引入的細(xì)菌或微生物對(duì)頑固COD的有效生物降解的水平。然后將所述液體提供給具有由載體材料形成的濾床的反應(yīng)器。篩選高效微生物或微生物聚生體并用于定殖所述載體材料，以去除頑固C0D。在所述載體材料的表面上培養(yǎng)生物膜，以將篩選的微生物固定在反應(yīng)器中。向液體中加入共基質(zhì)以增強(qiáng)載體材料表面上的生物膜形成。所述方法進(jìn)一步包括使液體從預(yù)處理單元通過(guò)定殖有篩選微生物的濾床滲濾，以在需氧條件下降解至少部分頑固C0D。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述濾器由具有生物膜的載體材料形成，并且所述篩選的微生物包含選自以下的至少一個(gè)微生物物種:桿菌屬(ifeci77w5.)、叢毛單胞菌屬、節(jié)桿菌屬{Arthrobacter)、微球菌屬{Micrococcus)、假單胞菌屬iPsoudomorm^)、片球菌屬{Ped1coccus)、無(wú)色桿菌屬(Jchromobac ter)、黃桿菌屬{Fla vobac terium)、分枝桿菌屬dcoAacteritt?)、產(chǎn)黃桿菌屬(TPAot/afloAacier)、寡養(yǎng)單胞菌屬{Stenotrophomona^}和酵母。
[0007]在參考附圖閱讀下列詳述和隨附權(quán)利要求之后，本發(fā)明及其相比于先有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將變?yōu)轱@而易見(jiàn)的。
[0008]附圖簡(jiǎn)沐
通過(guò)結(jié)合附圖參考本發(fā)明實(shí)施方案的下列描述，本發(fā)明的上文提及的特征和其它特征將變得更顯而易見(jiàn)，且本發(fā)明自身將更好理解。
[0009]圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的減少頑固有機(jī)污染物的水處理系統(tǒng)的示意圖。
[0010]圖2為當(dāng)與各種水處理一起使用GAC時(shí)COD去除％相對(duì)于時(shí)間的圖表。
[0011]圖3為當(dāng)與各種水處理一起使用火山巖載體材料時(shí)COD去除％相對(duì)于時(shí)間的圖表。
[0012]相應(yīng)的引用字符表不附圖視圖各處的相應(yīng)部分。
[0013]發(fā)明詳述
現(xiàn)在將參考附圖在下列詳述中闡述本發(fā)明，其中詳細(xì)闡述優(yōu)選的實(shí)施方案以使本發(fā)明能夠?qū)嵤１M管參考這些具體的優(yōu)選實(shí)施方案闡述本發(fā)明，但將理解的是，本發(fā)明不限于這些優(yōu)選的實(shí)施方案。但相反的是，本發(fā)明包含如將根據(jù)對(duì)下列詳述的考慮而變?yōu)轱@而易見(jiàn)的大量備選方案、修改和等同物。
[0014]圖1顯示用于去除已處理廢水中的殘留污染物的水處理系統(tǒng)10。合意的是，待用系統(tǒng)10處理的靶標(biāo)水已在預(yù)先步驟中通過(guò)去除易生物降解污染物的生物學(xué)過(guò)程充分處理，以使其流出液13005小于30 ppm，更合意小于10 ppm或者甚至小于5 ppm。被水處理系統(tǒng)10靶定的主要?dú)埩粑廴疚餅轭B固COD，其在常規(guī)的一級(jí)和二級(jí)廢水處理以及基于膜的水處理(例如MF/UF、MBR)之后仍殘留。頑固COD是指抗微生物降解(生物耐受性)或者不易生物降解的有機(jī)化合物。所述水處理系統(tǒng)10處理含頑固COD的受污染水性液體，以分解這些化合物的至少一部分，使所述液體的COD值降低。所述水處理系統(tǒng)10亦可用于去除其它水體中的頑固C0D，例如地表水和地下水。
[0015]待處理的液流最初在預(yù)處理單元12中預(yù)處理。所述預(yù)處理單元12將固有細(xì)菌或微生物去除至這樣的群體水平，其低于所述固有生物可干擾反應(yīng)器20中的篩選和外部引入微生物的水平。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述預(yù)處理單元為過(guò)濾單元，其中使用MF或UF膜或介質(zhì)過(guò)濾。在另一個(gè)實(shí)施方案中，將所述預(yù)處理單元12與預(yù)先步驟組合以用于同時(shí)進(jìn)行生物處理和膜過(guò)濾，例如在MBR中。鑒于所需的預(yù)處理單元12為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，對(duì)所述預(yù)處理單元12的進(jìn)一步論述無(wú)需包含在本文中。
[0016]將待處理的液體從預(yù)處理單元12傳送至給料罐14。合意的是，給料罐14提供有通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的攪拌器。所述給料罐14亦可充當(dāng)儲(chǔ)存罐或平衡罐。借助于安置在導(dǎo)管18中的泵16，以預(yù)定流速將待處理的流體泵送至含有填充濾床22的反應(yīng)器20。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用泵16以基本上恒定的流速將待處理的液體從給料罐14泵送至反應(yīng)器20的底部以用于連續(xù)處理?；蛘撸瑸V床22底部的擴(kuò)散器(未顯示)可將待處理的液體分布在濾床22上。如本領(lǐng)域所已知，所述擴(kuò)散器可由大量小管部分組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，亦可使用用于將待處理液體進(jìn)料至反應(yīng)器20的其它手段。例如，亦可能通過(guò)在濾床22的頂部噴射來(lái)分布液體。在濾床22的末端，可在反應(yīng)器20中安置一道塑料基質(zhì)的濾層24或?yàn)V網(wǎng)，以使濾床22的顆粒保留在反應(yīng)器20中，而不會(huì)阻礙流出濾床22的滲濾液的通過(guò)。所述反應(yīng)器可通過(guò)通氣口 25通氣。
[0017]濾床22合意地由載體材料26形成。通過(guò)利用微生物培養(yǎng)技術(shù)在載體材料26的表面上形成生物膜。將支持生物膜形成的任何材料均適合作為載體材料26。一個(gè)實(shí)例為火山巖。通過(guò)選擇載體材料26可進(jìn)一步改善功效，所述載體材料為待處理水中的至少部分有機(jī)化合物的吸附劑，由此將這些化合物從水中分離并濃縮在載體材料26的表面上。以此方式，這些化合物可更有效地被定殖載體材料26的微生物分解。合適的吸附性載體材料包括含活性炭的材料如顆?；钚蕴?GAC)、褐煤、沸石以及合成的吸附材料，例如大孔樹(shù)脂。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一方面，使用高效的微生物和酶(下文中為“篩選的微生物”或“篩選的細(xì)菌”)定殖載體材料26并生物降解頑固COD。所選微生物和酶(或其混合物)通過(guò)載體材料26固定在反應(yīng)器20內(nèi)。已發(fā)現(xiàn)的是，固有細(xì)菌大大降低篩選細(xì)菌的功效，因?yàn)楹Y選細(xì)菌并非占優(yōu)勢(shì)的，并且在大量固有細(xì)菌存在下，篩選細(xì)菌不能有效地競(jìng)爭(zhēng)并維持其所需功能。因此，在預(yù)處理單元12中將原有細(xì)菌物種大量去除或降至最低，以減少接種生物膜的污染。為了使篩選細(xì)菌能夠分解非生物可降解的有機(jī)化合物，待處理水的B0D5/C0D比率應(yīng)足夠低，低于0.2，或者合意地甚至低于0.1，以避免與分解生物可降解有機(jī)