一種去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法及其應(yīng)用。本發(fā)明方法主要是通過硫自養(yǎng)反硝化活性污泥來去除水中新興有機(jī)污染物。硫自養(yǎng)反硝化活性污泥主要以硫自養(yǎng)反硝化菌作為功能菌，可利用硫化物及其他還原態(tài)硫化合物作為其代謝活動(dòng)中的電子供體，以硝酸根作為電子受體，完成硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)。在自養(yǎng)反硝化過程中，產(chǎn)生關(guān)鍵酶誘導(dǎo)有機(jī)污染物生物轉(zhuǎn)化，使其以共代謝方式實(shí)現(xiàn)去除，同時(shí)污泥對(duì)有機(jī)污染物還有吸附作用。本發(fā)明采用硫自養(yǎng)反硝化活性污泥去除水中新興有機(jī)污染物，該方法物耗低，能耗低，污泥產(chǎn)量低，無需后續(xù)剩余污泥處理工藝，是一種推廣應(yīng)用前景較好的去除污水中微量新興有機(jī)污染物的技術(shù)方法。
【專利說明】
一種去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理 方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，污染物的來源和種類變得非常復(fù)雜，藥品 與個(gè)人護(hù)理品作為一類新興有機(jī)污染物（Pharmaceuticals and Personal Care Pr〇dUCts，PPCP)被廣泛的應(yīng)用到人類日常生活的方方面面，以滿足健康和護(hù)理需求，以及 應(yīng)用到農(nóng)牧企業(yè)為促進(jìn)禽畜生長和預(yù)防、治療動(dòng)物疾病。PPCP種類繁多，包括抗生素、止痛 藥、消炎藥、抗驚厥、抗焦慮藥、激素和口服避孕藥等人用、獸用藥品，以及日常護(hù)理用品中 的香料、防曬劑等。
[0003] 近年來關(guān)于環(huán)境中PPCP的報(bào)道有很多，在地表水、地下水以及污水處理廠中均有 檢測到多種PPCP。大量的研究表明PPCP在環(huán)境中不易降解易累積，對(duì)環(huán)境以及生態(tài)系統(tǒng)以 及人類具有潛在的危害。污水處理廠出水是PPCP進(jìn)入環(huán)境的主要途徑，因此利用合適的處 理工藝來降低污水處理廠出水中PPCP的含量是減少環(huán)境中PPCP種類及含量的主要措施。
[0004] 當(dāng)前在污水處理廠中通常采的處理方法主要有膜處理技術(shù)、吸附法、高級(jí)氧化法 和生物法四大類及其組合工藝。相比生物法，其他方法普遍存在著成本高和二次污染等問 題，微生物法通過生物吸附及生物降解，能有效的去除PPCP，是目前相對(duì)而言較為環(huán)境友好 和成本低廉的方法。而目前在污水處理廠中生物法又主要采用傳統(tǒng)的活性污泥法，其去除 效果并不理想，且存在剩余污泥產(chǎn)量大，物耗能耗高等問題。因此應(yīng)積極尋求新的有效去除 PPCP的微生物法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種去除水中新 興有機(jī)污染物的生物處理方法，即硫自養(yǎng)反硝化活性污泥去除新興有機(jī)污染物的水處理方 法。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述水處理方法的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種硫自養(yǎng)反硝化活性污泥去除新興有機(jī)污染物的水處理方法，包含如下步驟：
[0009] (1)反應(yīng)器的啟動(dòng)：
[0010] ①啟動(dòng)第一階段：向反應(yīng)器中加入硫自養(yǎng)反硝化活性污泥，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系PH，控制 體系在缺氧環(huán)境，為滿足微生物生長的需求，通過進(jìn)水管通入微量元素稀釋液到反應(yīng)器中； 待微量元素稀釋液進(jìn)入完畢后，含有氮源、硫源、氯化鎂、NaHCO 3和KH2PO4的人工合成廢水為 進(jìn)水進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行污泥馴化（即馴化微生物適應(yīng)氮源和硫源存在的情況）；反應(yīng)器啟動(dòng)初 期，整個(gè)過程中無新興有機(jī)污染物的投加，主要目的在于使污泥穩(wěn)定適應(yīng)反應(yīng)器環(huán)境，同時(shí) 提高氮、硫的轉(zhuǎn)化效果，即硫氧化和反硝化效果，時(shí)間為半個(gè)月，進(jìn)水中硫、氮的質(zhì)量濃度比 值為2;為保證進(jìn)水水質(zhì)沒有太大的變化，所以每天更換進(jìn)水。
[0011] ②啟動(dòng)第二階段：當(dāng)S2^的轉(zhuǎn)化率和NO3^的轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定后，每天通過進(jìn)水管通入微 量元素稀釋液，待微量元素稀釋液進(jìn)入完畢后，人工合成廢水進(jìn)入反應(yīng)器，同時(shí)添加新興有 機(jī)污染物到人工合成廢水中，進(jìn)入啟動(dòng)的第二階段;第二階段主要進(jìn)行硫自養(yǎng)反硝化活性 污泥去除有機(jī)污染物的馴化階段，時(shí)間為1.0~2個(gè)月；其中，含有氮源、硫源、氯化鎂、 NaHCO3、KH2P〇4和新興有機(jī)污染物的進(jìn)水進(jìn)入反應(yīng)器即開始缺氧硫自養(yǎng)反硝化去除有機(jī)污 染物的馴化階段，在該階段進(jìn)水中的新興有機(jī)污染物濃度為l〇〇yg/L，進(jìn)水中硫、氮的質(zhì)量 濃度比值為2,以達(dá)到微生物馴化的目的，從而完成反應(yīng)器的啟動(dòng);為保證進(jìn)水水質(zhì)沒有太 大的變化，所以每天更換進(jìn)水。
[0012] (2)反應(yīng)器啟動(dòng)完成后，為滿足微生物需求，每天在通入人工合成廢水之前通入微 量元素稀釋液，待微量元素稀釋液進(jìn)入完畢后，將人工合成廢水通入到反應(yīng)器，同時(shí)添加新 興有機(jī)污染物，使進(jìn)水中的新興有機(jī)污染物濃度為i〇〇yg/L，進(jìn)水保持硫、氮的質(zhì)量濃度比 值為2;去除進(jìn)水中氮源、硫源以及新興有機(jī)污染物，當(dāng)S 2^的轉(zhuǎn)化率為95 %，NO3^的轉(zhuǎn)化率為 85%，對(duì)新興有機(jī)污染物的去除效果穩(wěn)定時(shí)，完成以硫自養(yǎng)反硝化活性污泥去除新興有機(jī) 污染物的強(qiáng)化過程，進(jìn)而建立起基于硫自養(yǎng)反硝化活性污泥去除水中新興有機(jī)污染物的穩(wěn) 定工藝環(huán)境;為保證進(jìn)水水質(zhì)沒有太大的變化，所以每天更換進(jìn)水。
[0013] (3)將待處理廢水作為進(jìn)水通入到穩(wěn)定運(yùn)行的廢水處理系統(tǒng)，去除待處理廢水中 碳源、硫源以及新興有機(jī)污染物。
[0014] 步驟（1)啟動(dòng)第一階段和啟動(dòng)第二階段的工藝操作條件為:進(jìn)出水通過蠕動(dòng)栗控 制，進(jìn)水流量Q為6.48L/d，同時(shí)通過內(nèi)循環(huán)來使泥水混合均勻，內(nèi)循環(huán)設(shè)置為5個(gè)Q，反應(yīng)溫 度20~35 °C，進(jìn)水pH為7 · 5，水力停留時(shí)間4h;
[0015] 步驟(2)的工藝操作條件為:進(jìn)出水通過蠕動(dòng)栗來控制，進(jìn)水流量Q為6.48L/d，同 時(shí)通過內(nèi)循環(huán)來使泥水混合均勻，內(nèi)循環(huán)設(shè)置為5個(gè)Q，反應(yīng)溫度20~35°C，進(jìn)水pH為7.5,水 力停留時(shí)間4h，進(jìn)水中硫、氮的質(zhì)量濃度比值為2;
[0016] 步驟(3)的工藝操作條件為:進(jìn)出水通過蠕動(dòng)栗來控制，進(jìn)水流量Q為6.48L/d，同 時(shí)通過內(nèi)循環(huán)來使泥水混合均勻，內(nèi)循環(huán)設(shè)置為5個(gè)Q，反應(yīng)溫度20~35°C，進(jìn)水pH為7.5,水 力停留時(shí)間4h，進(jìn)水中硫、氮的質(zhì)量濃度比值為2。
[0017] 步驟（1)、（2)、（3)所述人工合成廢水含有氮源、硫源、氯化鎂、NaHCO3和KH2PO 4，氮 源由KNO3提供，硫源由Na2S · 9H20提供，NaHCO3和KH2PO4用來緩沖反應(yīng)器pH，氯化鎂為滿足微 生物生長所需；所述人工合成廢水中氮源初始濃度為93mg/L，硫源初始濃度為200mg/L， KH2POf的初始濃度為187.5mg/L ,NaHCO3的初始濃度為125mg/L ,MgCl2的初始濃度為 112.5mg/L;所述人工合成廢水pH優(yōu)選為7.5。
[0018] 步驟（1 )、（2)、（3)所述微量元素稀釋液是通過向IL的自來水中加入3mL的微量元 素儲(chǔ)備液制成。
[0019] 所述微量元素儲(chǔ)備液成分及其含量為ZnS〇4 0.5g/L、CaCl2 2g/L、MnCl2 · 4H20 2.5g/L、（NH4)6M〇7〇24*4H20 0.5g/L、CuS〇4*5H20 0.1g/L、CoCl2*6H20 0.5g/L、FeCl2· 4H20 3.8g/L、濃HCl 50mL/L。
[0020] 步驟（I)所述的反應(yīng)器為硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器（Sulfur autotrophic denitrification reactor)。
[0021] 本發(fā)明所述的硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器是改良的上流式厭氧污泥床（Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket，UASB)，反應(yīng)器中主要的功能菌是硫自養(yǎng)反硝化菌。反應(yīng) 器采用溢流出水，底部進(jìn)水;包括依次連接的進(jìn)水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)和出水系統(tǒng)，所述反應(yīng)區(qū)設(shè) 有內(nèi)循環(huán)系統(tǒng);所述進(jìn)水系統(tǒng)包括進(jìn)水閥、進(jìn)水管、進(jìn)水桶和進(jìn)水栗，出水系統(tǒng)包括出水管、 出水桶和出水栗，內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)包括內(nèi)循環(huán)管和內(nèi)循環(huán)栗，反應(yīng)區(qū)包括內(nèi)循環(huán)栗、內(nèi)循環(huán)管和 反應(yīng)器主體;所述進(jìn)水桶和反應(yīng)器主體通過進(jìn)水管連接，進(jìn)水閥和進(jìn)水栗設(shè)在進(jìn)水管上;所 述反應(yīng)器主體和出水桶通過出水管連接，出水栗設(shè)在出水管上；內(nèi)循環(huán)管與進(jìn)水管、反應(yīng)器 主體連接，內(nèi)循環(huán)栗設(shè)在內(nèi)循環(huán)管上；
[0022] 所述進(jìn)水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)和出水系統(tǒng)均設(shè)有取樣閥和取樣管;所述反應(yīng)器還設(shè)有ORP 探頭、PH探頭、ORP主機(jī)和pH主機(jī);所述反應(yīng)器主體材質(zhì)優(yōu)選為有機(jī)玻璃;所述進(jìn)水栗、內(nèi)循 環(huán)栗和出水栗優(yōu)選為懦動(dòng)栗。
[0023] 步驟(1)所述的反應(yīng)器反應(yīng)體積優(yōu)選為1.08L，人工合成廢水進(jìn)水優(yōu)選為10L，進(jìn)水 通過蠕動(dòng)栗以一定的流速經(jīng)反應(yīng)器底部進(jìn)入，出水以溢流的方式由出水管經(jīng)蠕動(dòng)栗排除； 硫自養(yǎng)反硝化活性污泥加入形式為泥水混合液，投加量為300mL;微量元素稀釋液每天加入 1L。上述步驟（1)和(2)、（3)中，為了保證水質(zhì)沒有太大的變化，每天更換進(jìn)水，在通入進(jìn)水 前通入微量元素稀釋液。
[0024] 步驟（1)所述的硫自養(yǎng)反硝化活性污泥為取自污水處理廠的硫自養(yǎng)反硝化絮體污 泥，取自污水處理廠的硫自養(yǎng)反硝化絮體污泥直接使用或是經(jīng)馴化培養(yǎng)后使用。
[0025]步驟（1)所述的硫自養(yǎng)反硝化活性污泥的污泥氮硫負(fù)荷分別為0.33kg-N/m3/d和 0.62kg-S/m3/d，脫氮效率保持在95 %以上。
[0026]所述馴化培養(yǎng)參考申請(qǐng)?zhí)枮椋?01410248398.0、名稱為"一種硫自養(yǎng)反硝化顆粒污 泥及其制備方法和應(yīng)用"的專利申請(qǐng)中公開的方法，主要步驟如下:將取自污水處理廠的硫 自養(yǎng)反硝化絮體污泥接種到硫化物自養(yǎng)反硝化污泥的顆?；瘜?shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在室溫25~30°C下 以人工模擬廢水馴化培養(yǎng)，前期馴化培養(yǎng)并調(diào)試120天左右(主要是找到適宜的溫度，pH，加 入藥物的比例等），后期穩(wěn)定運(yùn)行工況長達(dá)600多天，培養(yǎng)成顆粒污泥，將顆粒污泥磨細(xì)后即 為本發(fā)明所述的硫化物自養(yǎng)反硝化活性污泥(硫自養(yǎng)反硝化活性污泥）。所述顆粒化實(shí)驗(yàn)系 統(tǒng)是指申請(qǐng)?zhí)枮?201410248398.0、名稱為"一種硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥及其制備方法和應(yīng) 用"的專利申請(qǐng)中公開的上升流式缺氧顆粒污泥反應(yīng)器水處理系統(tǒng)，顆?；瘜?shí)驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定 運(yùn)行時(shí)的相關(guān)參數(shù)見表1。
[0027]表1顆?；瘜?shí)驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的相關(guān)參數(shù)
[0029] 步驟（1)所述的反應(yīng)體系中硫自養(yǎng)反硝化活性污泥的MLSS為8.520g/L，MLVSS/ MLSS 為 0.5，S:N=2(質(zhì)量比）。
[0030] 步驟（1)所述的反應(yīng)器進(jìn)水即人工合成廢水的pH用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié);反 應(yīng)體系pH調(diào)節(jié)為7.5。
[0031] 步驟(1)、（2)和(3)所述的新興有機(jī)污染物為布洛芬（IBU)。
[0032]步驟(3)中所述待處理廢水中新興有機(jī)污染物濃度為lOOyg/L。
[0033] 上述硫自養(yǎng)反硝化活性污泥去除新興有機(jī)污染物的水處理方法在處理含新興有 機(jī)污染物廢水中的應(yīng)用。
[0034] 本發(fā)明的原理:系統(tǒng)中硫自養(yǎng)反硝化活性污泥主要以硫自養(yǎng)反硝化菌作為反應(yīng)器 中的功能菌，可利用硫化物及其他還原態(tài)硫化合物作為其代謝活動(dòng)中的電子供體，以硝酸 根作為電子受體，完成硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)。在自養(yǎng)反硝化過程中，產(chǎn)生關(guān)鍵酶誘導(dǎo)有機(jī)污染 物生物轉(zhuǎn)化，使其以共代謝方式實(shí)現(xiàn)去除，同時(shí)污泥對(duì)有機(jī)污染物還有吸附作用。因此本發(fā) 明中硫自養(yǎng)反硝化活性污泥通過對(duì)新興有機(jī)污染物的吸附及生物降解實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物 的有效去除。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0036] (1)采用硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器，反應(yīng)過程為缺氧，工藝運(yùn)行簡單，便于操作。
[0037] (2)在啟動(dòng)反應(yīng)器時(shí)，分階段先進(jìn)行硫自養(yǎng)反硝化菌的馴化，然后在硫自養(yǎng)反硝化 的基礎(chǔ)上進(jìn)行去除新興有機(jī)污染物的馴化，這樣的馴化過程保證了后期去除新興有機(jī)污染 物作用的穩(wěn)定性。
[0038] (3)本發(fā)明中硫自養(yǎng)反硝化活性污泥對(duì)新興有機(jī)污染物(布洛芬)有較好的降解能 力，對(duì)100yg/L的布洛芬，在水力停留時(shí)間4h內(nèi)，去除率達(dá)95 %以上。
[0039] (5)本發(fā)明采用硫自養(yǎng)反硝化活性污泥法，實(shí)現(xiàn)了污水中典型微量新興有機(jī)污染 物(布洛芬)的去除，該方法物耗低，能耗低，污泥產(chǎn)量低，無需后續(xù)剩余污泥處理工藝，是一 種推廣應(yīng)用前景較好的去除污水中微量新興有機(jī)污染物的技術(shù)方法。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中所采用的硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：1_進(jìn)水 桶，2-進(jìn)水管，3-進(jìn)水栗，4-內(nèi)循環(huán)栗，5-內(nèi)循環(huán)管，6-反應(yīng)器主體，7-出水管，8-出水栗，9- 出水桶。
[0041]圖2為濃度為lOOyg/L的IBU在硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器中基于硫自養(yǎng)反硝化活性污泥 的去除效果圖。
[0042]圖3為濃度為lOOOyg/L的IBU在硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器中基于硫自養(yǎng)反硝化活性污 泥的去除效果圖。
[0043]圖4為硫自養(yǎng)反硝化活性污泥對(duì)IBU的去除機(jī)理分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0045]本發(fā)明實(shí)施例中所使用的廢水為人工合成廢水，組分主要有Na2S · 9H20、KNO3、 KH2P〇4、NaHC03、MgCl2，人工合成廢水主成分見表2，進(jìn)水pH控制在7.5，每天進(jìn)水前投加適量 的微量元素儲(chǔ)備液。微量元素儲(chǔ)備液組分見表3。新興有機(jī)污染物為布洛芬（Ibuprofen， IBU)〇
[0046]表2人工合成廢水主成分組分表
[0050]本發(fā)明實(shí)施例中所述的硫自養(yǎng)反硝化活性污泥是將取自廣州市瀝滘污水處理廠 二沉池的硫自養(yǎng)反硝化絮體污泥經(jīng)馴化培養(yǎng)800天左右得到的活性污泥，污泥氮硫負(fù)荷分 別為0.33kg-N/m3/d和0.62kg-S/m 3/d，脫氮效率保持在95 %以上，反應(yīng)體系中硫自養(yǎng)反硝化 活性污泥的MLSS為8 · 52g/L，MLVSS/MLSS為0 · 5。
[0051 ]所述馴化培養(yǎng)主要步驟如下:將硫自養(yǎng)反硝化絮體污泥接種到硫化物自養(yǎng)反硝化 污泥的顆?；瘜?shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在室溫25~30 °C下以人工模擬廢水馴化培養(yǎng)，前期馴化培養(yǎng)并調(diào) 試120天左右(主要是找到適宜的溫度，pH，加入藥物的比例等），后期穩(wěn)定運(yùn)行工況長達(dá)600 多天，培養(yǎng)成顆粒污泥，將顆粒污泥磨細(xì)后即為本發(fā)明所述的硫化物自養(yǎng)反硝化活性污泥 (硫自養(yǎng)反硝化活性污泥）；所述顆粒化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是指申請(qǐng)?zhí)枮? 201410248398.0、名稱為 "一種硫自養(yǎng)反硝化顆粒污泥及其制備方法和應(yīng)用"的專利申請(qǐng)中公開的上升流式缺氧顆 粒污泥反應(yīng)器水處理系統(tǒng)，顆?；瘜?shí)驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的相關(guān)參數(shù)見表1。
[0052] 硫自養(yǎng)反硝化活性污泥接種后反應(yīng)器的進(jìn)水水質(zhì)：采用人工合成廢水，以KNO3作 為氮源，投加 Na2S · 9H20作為硫源，以NaHCO3和KH2PO4作為反應(yīng)器pH緩沖劑，S: N = 2 (質(zhì)量 比），同時(shí)為滿足微生物生長過程的需要，在通入人工合成廢水之前先加入?6、〇!、111、211等 微量元素（即先通入微量元素稀釋液）。為了保證水質(zhì)沒有太大的變化，實(shí)施例1中每天更換 人工合成廢水，微量元素稀釋液每天加入1L。溫度在20~35°C左右。
[0053] 實(shí)施例1:基于硫自養(yǎng)反硝化活性污泥去除新興有機(jī)污染物的穩(wěn)定工藝環(huán)境的建 立
[0054] (1)啟動(dòng)反應(yīng)器：
[0055]啟動(dòng)第一階段：向硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器中加入300mL初始污泥濃度為8.52g MLSS/ L的硫自養(yǎng)反硝化活性污泥的泥水混合液，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH為7.5，同時(shí)控制體系在缺氧環(huán) 境。為滿足微生物生長的需求，通過進(jìn)水管將IL微量元素稀釋液通入到反應(yīng)器中，待微量元 素稀釋液進(jìn)入完畢后。通過蠕動(dòng)栗按一定流速經(jīng)進(jìn)水管向反應(yīng)器中連續(xù)進(jìn)IOL人工合成廢 水進(jìn)行污泥馴化，以馴化微生物適應(yīng)硝酸根和硫根離子存在的環(huán)境，同時(shí)提高其微生物活 性。所述的人工合成廢水含有氮源、硫源、KH 2P〇4、NaHC03、氯化鎂;氮源由KNO3提供，人工合 成廢水中KNO 3的初始濃度約為93mg/L;所述硫源由Na2S · 9H20提供，S2I度約為200mg/L;所 述KH2PO 4和NaHCO3作為pH緩沖劑，進(jìn)水中KH2PO4和NaHCO 3的濃度分別為187 · 5mg/L、125mg/L， 進(jìn)水中氯化鎂的濃度為112.5mg/L。反應(yīng)器啟動(dòng)初期，主要目的在于使污泥穩(wěn)定適應(yīng)反應(yīng)器 環(huán)境，同時(shí)提高硫、氮的轉(zhuǎn)化效果，特別是硫氧化和反硝化效果，因此整個(gè)過程中無新興有 機(jī)污染物的投加。為保證進(jìn)水水質(zhì)沒有太大的變化，所以每天更換進(jìn)水。該階段工藝操作條 件為:進(jìn)出水通過蠕動(dòng)栗控制，進(jìn)水流量Q為6.48L/d，同時(shí)通過內(nèi)循環(huán)來使泥水混合均勻， 內(nèi)循環(huán)設(shè)置為5個(gè)Q，反應(yīng)溫度20~35°C，進(jìn)水pH為7.5，水力停留時(shí)間為4h;
[0056]啟動(dòng)第二階段：當(dāng)S2^的轉(zhuǎn)化率和NO廠的轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定時(shí)，為滿足微生物生長的需求， 通過進(jìn)水管通入IL微量元素稀釋液，待微量元素稀釋液進(jìn)入完畢后，添加了新興有機(jī)污染 物的人工合成廢水通入到反應(yīng)器中，進(jìn)入啟動(dòng)的第二階段；啟動(dòng)第二階段主要對(duì)硫自養(yǎng)反 硝化活性污泥進(jìn)行進(jìn)一步的馴化培養(yǎng)，時(shí)間為I. 〇~2個(gè)月；其中，含有氮源、硫源、KH2PO4、 NaHC03、氯化鎂和新興有機(jī)污染物的進(jìn)水進(jìn)入反應(yīng)器即開始缺氧硫自養(yǎng)反硝化去除有機(jī)污 染物階段，在該階段進(jìn)水中的新興有機(jī)污染物濃度為l〇〇yg/L，進(jìn)水中硫、氮的質(zhì)量濃度比 值為2,以達(dá)到微生物馴化的目的，從而完成反應(yīng)器的啟動(dòng)。為保證進(jìn)水水質(zhì)沒有太大的變 化，所以每天更換進(jìn)水。該階段工藝操作條件為：進(jìn)出水通過蠕動(dòng)栗控制，進(jìn)水流量Q為 6.48L/d，同時(shí)通過內(nèi)循環(huán)來使泥水混合均勻，內(nèi)循環(huán)設(shè)置為5個(gè)Q，反應(yīng)溫度20~35°C，進(jìn)水 PH為7.5,水力停留時(shí)間4h。第一階段時(shí)間為半個(gè)月，第二階段時(shí)間為1.0~2個(gè)月；
[0057] (2)廢水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的建立：
[0058]反應(yīng)器啟動(dòng)完成后，通入微量元素稀釋液，待微量元素稀釋液進(jìn)入完畢后，將人工 合成廢水通入到反應(yīng)器，同時(shí)添加新興有機(jī)污染物，使進(jìn)水中的新興有機(jī)污染物濃度為100 yg/L，進(jìn)水保持硫、氮的質(zhì)量濃度比值為2,去除進(jìn)水中氮源、硫源以及新興有機(jī)污染物；當(dāng) s2_的轉(zhuǎn)化率為95 %，NO3^的轉(zhuǎn)化率為85 %，對(duì)新興有機(jī)污染物的去除效果穩(wěn)定時(shí)，完成以硫 自養(yǎng)反硝化活性污泥去除有機(jī)污染物的強(qiáng)化過程，進(jìn)而建立起基于硫自養(yǎng)反硝化活性污泥 去除水中新興有機(jī)污染物的穩(wěn)定工藝環(huán)境。為保證進(jìn)水水質(zhì)沒有太大的變化，所以每天更 換進(jìn)水。該步驟工藝操作條件為:進(jìn)出水通過蠕動(dòng)栗控制，進(jìn)水流量Q為6.48L/d，同時(shí)通過 內(nèi)循環(huán)來使泥水混合均勻，內(nèi)循環(huán)設(shè)置為5個(gè)Q，反應(yīng)溫度20~35°C，進(jìn)水pH為7.5，水力停留 時(shí)間4h。
[0059] 實(shí)施例中所述的硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器為本工藝中最主要的處理單元，反應(yīng)器主體 由有機(jī)玻璃制成，內(nèi)徑為50mm，總高為555mm，總有效容積為1.08L，進(jìn)水采用人工模擬方式 配制，每天更換以保證水質(zhì)不會(huì)有太大變化，并通過蠕動(dòng)栗將其輸送到反應(yīng)器中與硫自養(yǎng) 反硝化活性污泥接觸反應(yīng)，出水以溢流的方式從出水管流出。為使硫自養(yǎng)反硝化活性污泥 與污水能更好地混合接觸，提高傳質(zhì)效果，反應(yīng)器設(shè)置了內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，通過內(nèi)循環(huán)栗將部分 出水回流到反應(yīng)器中，同時(shí)反應(yīng)器連接了ORP和PH在線監(jiān)測裝置。
[0060] 硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中：1-進(jìn)水桶，2-進(jìn)水管，3-進(jìn)水栗， 4_內(nèi)循環(huán)栗，5-內(nèi)循環(huán)管，6-反應(yīng)器主體，7-出水管，8-出水栗，9-出水桶;進(jìn)水桶和反應(yīng)器 主體通過進(jìn)水管連接，進(jìn)水栗設(shè)在進(jìn)水管上;反應(yīng)器主體和出水栗通過出水管連接，出水栗 設(shè)在出水管上；內(nèi)循環(huán)管與進(jìn)水管、反應(yīng)器主體連接，內(nèi)循環(huán)栗設(shè)在內(nèi)循環(huán)管上;進(jìn)水栗、內(nèi) 循環(huán)栗和出水栗均為蠕動(dòng)栗。
[0061] 實(shí)施例2:硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器對(duì)不同濃度新興有機(jī)污染物布洛芬（IBU)的去除效 果
[0062] 實(shí)施例1的基于硫自養(yǎng)反硝化活性污泥去除水中新興有機(jī)污染物的穩(wěn)定工藝系統(tǒng) (即硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器穩(wěn)定系統(tǒng)）建立后分階段運(yùn)行150d。其中，第一階段(0~20d)進(jìn)水 中IBU的濃度由Oyg/!逐步提高為100yg/L;第二階段(21~70d)進(jìn)水中IBU濃度保持IOOyg/ L，穩(wěn)定運(yùn)行50d;第三階段(74~I OOd)進(jìn)水中IBU濃度由100yg/L逐步提高為1000yg/L;第四 階段（IOld~150d)進(jìn)水中IBU濃度保持1000yg/L，穩(wěn)定運(yùn)行50d;其他條件保持不變，系統(tǒng)運(yùn) 行期間，進(jìn)水保持硫、氮的質(zhì)量濃度比值為2,工藝操作條件為:進(jìn)出水通過蠕動(dòng)栗來控制， 進(jìn)水流量Q為6.48L/d，同時(shí)通過內(nèi)循環(huán)來使泥水混合均勻，內(nèi)循環(huán)設(shè)置為5個(gè)Q，反應(yīng)溫度20 ~35 °C，進(jìn)水pH為7 · 5，水力停留時(shí)間4h。
[0063] 上述反應(yīng)體系在一個(gè)水力停留時(shí)間內(nèi)，分別在開始進(jìn)水時(shí)取進(jìn)水桶中的進(jìn)水 0.5mL，結(jié)束時(shí)取反應(yīng)器上方上清液0.5mL作為出水，用0.22um的PTFE濾頭過濾到2mL棕色的 樣品瓶中，保存于4°C冰箱中，并于當(dāng)天用UPLC-DAD檢測分析IBU含量的變化。
[0064]圖2和圖3分別是濃度為100yg/L和濃度為1000yg/L的IBU在硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器 中基于硫自養(yǎng)反硝化活性污泥的去除效果圖。由圖可見，在缺氧條件下，在兩個(gè)濃度階段， 硫自養(yǎng)反硝化活性污泥對(duì)IBU均有較好的去除效果，均達(dá)到了95 %以上。
[0065] 實(shí)施例3:硫自養(yǎng)反硝化活性污泥對(duì)水中新興有機(jī)污染物的去除機(jī)理
[0066] 對(duì)基于硫自養(yǎng)反硝化活性污泥對(duì)水中新興有機(jī)污染物的去除機(jī)理的探索實(shí)驗(yàn)主 要通過兩個(gè)批次試驗(yàn)來完成：（1)布洛芬的惰性吸附，（2)布洛芬的生物降解。
[0067] (1)硫自養(yǎng)反硝化死體污泥對(duì)布洛芬的惰性吸附實(shí)驗(yàn):從硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器中 取適量經(jīng)馴化好的硫自養(yǎng)反硝化活性污泥，在高壓滅菌鍋中121°C條件下滅菌30min，對(duì)污 泥中的活細(xì)胞進(jìn)行滅活，考察污泥死體對(duì)IBU的吸附作用。向錐形瓶(0.5L)內(nèi)加入一定量沉 降后的硫自養(yǎng)反硝化死體污泥(約50mL)，控制錐形瓶內(nèi)MLVSS約為1.5g/L，再加入人工合成 廢水（與硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器一致)至500mL刻度線，再加入定量的IBU儲(chǔ)備液，使其終濃度 為lOOyg/L，室溫25°C條件下，為使錐形瓶中泥水混合的更好，采用磁力攪拌進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)速 為200rpm，反應(yīng)時(shí)間為5d，使用封口膜隔絕空氣。每組試驗(yàn)均設(shè)置三個(gè)平行。
[0068] 開啟磁力攪拌器并計(jì)時(shí)，上述各個(gè)反應(yīng)體系分別在0、0.5、1、2、4、8、12、24、36、48、 60、72、84、96、108、120h取0.5mL的上清液，用0.22um的PTFE濾頭過濾到2mL棕色的樣品瓶 中，保存于4°C冰箱中，并于當(dāng)天用UPLC-DAD檢測分析IBU含量的變化。
[0069] (2)硫自養(yǎng)反硝化活性污泥對(duì)布洛芬的生物降解實(shí)驗(yàn)：向錐形瓶（0.5L)內(nèi)加入 50mL從硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器中取的經(jīng)馴化沉降好的硫自養(yǎng)反硝化活性污泥，控制錐形瓶內(nèi) MLVSS約為1.5g/L，再加入人工合成廢水（與硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器一致）稀釋至刻度線至 500mL刻度線，再加入定量的IBU儲(chǔ)備液，使其終濃度為100yg/L，室溫25°C條件下，為使各錐 形瓶中泥水混合的更好，采用磁力攪拌進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)速為200rpm，反應(yīng)時(shí)間為5d，使用封口 膜隔絕空氣。每組試驗(yàn)均設(shè)置三個(gè)平行。
[0070] 開啟磁力攪拌器并計(jì)時(shí)，上述各個(gè)反應(yīng)體系分別在0、1、4、10、24、34、48、58、72、 96、106、120h取0.5mL的上清液，用0.22um的PTFE濾頭過濾到2mL棕色的樣品瓶中，保存于4 °C冰箱中，并于當(dāng)天用UPLC-DAD檢測分析IBU含量的變化。
[0071] 圖4是IBU在硫自養(yǎng)反硝化死體污泥中的吸附去除效果和在硫自養(yǎng)反硝化活性污 泥中的生物降解去除效果圖（圖中的滅菌污泥即為硫自養(yǎng)反硝化死體污泥）。圖中Co為實(shí)驗(yàn) 開始時(shí)加入錐形瓶的IBU初始濃度，為100yg/L，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，IBU的濃度在發(fā)生變化，C 為反應(yīng)過程中對(duì)應(yīng)時(shí)間IBU的濃度。由圖可見，硫自養(yǎng)反硝化死體污泥和活性污泥均對(duì)IBU 有去除效果，死體污泥主要通過吸附來去除，去除率為30%;活性污泥通過生物降解和吸附 的共同作用來達(dá)到去除的效果，去除率為100%;說明硫自養(yǎng)反硝化活性污泥去除IBU的機(jī) 理有吸附和生物降解兩種作用，而生物降解起主要作用。
[0072] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法，其特征在于，包含如下步驟： (1) 反應(yīng)器的啟動(dòng)： ① 啟動(dòng)第一階段：向反應(yīng)器中加入硫自養(yǎng)反硝化活性污泥，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系PH，控制體系 在缺氧環(huán)境，通過進(jìn)水管通入微量元素稀釋液，待微量元素稀釋液進(jìn)入完畢后，以人工合成 廢水為進(jìn)水進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行污泥馴化;該階段時(shí)間為半個(gè)月，進(jìn)水中硫、氮的質(zhì)量濃度比值 為2; ② 啟動(dòng)第二階段:當(dāng)S2-的轉(zhuǎn)化率和NO3+的轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定后，通過進(jìn)水管通入微量元素稀釋 液，待微量元素稀釋液進(jìn)入完畢后，人工合成廢水進(jìn)入反應(yīng)器，同時(shí)添加新興有機(jī)污染物到 人工合成廢水中，進(jìn)入啟動(dòng)的第二階段;第二階段時(shí)間為1.0~2個(gè)月，在該階段進(jìn)水中的新 興有機(jī)污染物濃度為l〇〇yg/L，進(jìn)水中硫、氮的質(zhì)量濃度比值為2,以達(dá)到微生物馴化的目 的，從而完成反應(yīng)器的啟動(dòng)； (2) 反應(yīng)器啟動(dòng)完成后，通入微量元素稀釋液，待微量元素稀釋液進(jìn)入完畢后，將人工 合成廢水通入到反應(yīng)器，同時(shí)添加新興有機(jī)污染物，使進(jìn)水中的新興有機(jī)污染物濃度為100 yg/L，進(jìn)水保持硫、氮的質(zhì)量濃度比值為2;當(dāng)S2^的轉(zhuǎn)化率為95 %，NO3^的轉(zhuǎn)化率為85 %，對(duì) 新興有機(jī)污染物的去除效果穩(wěn)定時(shí)，建立起穩(wěn)定運(yùn)行的廢水處理系統(tǒng)； (3) 將待處理廢水作為進(jìn)水通入穩(wěn)定運(yùn)行的廢水處理系統(tǒng)，去除待處理廢水中碳源、硫 源以及新興有機(jī)污染物。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法，其特征在于，步驟 (1)的工藝操作條件為:進(jìn)出水通過蠕動(dòng)栗控制，進(jìn)水流量Q為6.48L/d，同時(shí)通過內(nèi)循環(huán)來 使泥水混合均勻，內(nèi)循環(huán)設(shè)置為5個(gè)Q，反應(yīng)溫度20~35 °C，進(jìn)水pH為7.5，水力停留時(shí)間4h; 步驟(2)的工藝操作條件為:進(jìn)出水通過蠕動(dòng)栗來控制，進(jìn)水流量Q為6.48L/d，同時(shí)通 過內(nèi)循環(huán)來使泥水混合均勻，內(nèi)循環(huán)設(shè)置為5個(gè)Q，反應(yīng)溫度20~35°C，進(jìn)水pH為7.5，水力停 留時(shí)間4h，進(jìn)水中硫、氮的質(zhì)量濃度比值為2; 步驟(3)的工藝操作條件為:進(jìn)出水通過蠕動(dòng)栗來控制，進(jìn)水流量Q為6.48L/d，同時(shí)通 過內(nèi)循環(huán)來使泥水混合均勻，內(nèi)循環(huán)設(shè)置為5個(gè)Q，反應(yīng)溫度20~35°C，進(jìn)水pH為7.5，水力停 留時(shí)間4h，進(jìn)水中硫、氮的質(zhì)量濃度比值為2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法，其特征在于，步驟 (1)和(2)所述人工合成廢水含有氮源、硫源、氯化鎂、NaHCO 3和KH2PO4，pH為7.5，氮源由KNO3 提供，硫源由Na2S · 9H20提供;所述人工合成廢水中氮源初始濃度為93mg/L，硫源初始濃度 為200mg/L，KH 2P〇4-的初始濃度為187.5mg/L，NaHC03的初始濃度為125mg/L，MgCl2的初始濃 度為 112.5mg/L。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法，其特征在于，步驟 (1)所述的反應(yīng)器為硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)器。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法，其特征在于，步驟 (1)所述的硫自養(yǎng)反硝化活性污泥為取自污水處理廠的硫自養(yǎng)反硝化絮體污泥，取自污水 處理廠的硫自養(yǎng)反硝化絮體污泥直接使用或是經(jīng)馴化培養(yǎng)后使用。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法，其特征在于，步驟 (1)所述的硫自養(yǎng)反硝化活性污泥的污泥氮硫負(fù)荷分別為〇. 33kg-N/m3/d和0.62kg-S/m3/d， 脫氮效率保持在95%以上。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法，其特征在于，步驟 (1)所述的反應(yīng)體系中硫自養(yǎng)反硝化活性污泥的MLSS為8 · 520g/L，MLVSS/MLSS為O · 5，S: N = 2;步驟(1)所述的反應(yīng)器進(jìn)水用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法，其特征在于，步驟 (1)、（ 2)和(3)所述的新興有機(jī)污染物為布洛芬。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法，其特征在于，步驟 (3)中所述待處理廢水中新興有機(jī)污染物濃度為I OOyg/L。10. 權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的去除水中新興有機(jī)污染物的生物處理方法在處理含新 興有機(jī)污染物廢水中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C02F3/28GK105923759SQ201610416235
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日
【發(fā)明人】呂慧, 陳光浩, 賈妍艷, 張會(huì)群
【申請(qǐng)人】中山大學(xué)