專利名稱：固定化生物活性炭技術(shù)實現(xiàn)飲用水深度凈化的水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飲用水處理方法。
背景技術(shù)：
近些年來，水源污染問題在我國已經(jīng)普遍存在。據(jù)國家環(huán)境保護總局發(fā)布的《2002年中國環(huán)境狀況》中的數(shù)據(jù)“2002年，七大水系741個重點監(jiān)測斷面中，29.1％的斷面滿足I～III類水質(zhì)要求，30.0％的斷面屬IV、V類水質(zhì)，40.9％的斷面屬劣V類水質(zhì)。若考慮到通常難以檢測的水中微量有機物以及環(huán)境激素類物質(zhì)，則目前的飲用水水源水質(zhì)污染狀況更加嚴(yán)重。因此，提高飲用水凈水技術(shù)的研究和應(yīng)用水平，實施水資源的可持續(xù)發(fā)展是至關(guān)重要的。
在水源受污染情況下，由于常規(guī)凈化工藝的局限性，處理后的生活飲用水水質(zhì)安全性難以保證。主要表現(xiàn)在以下幾個方面(1)難以有效去除水源水中的微量有機污染物；(2)在加氯消毒過程中生成有毒有害消毒副產(chǎn)物；(3)臭氧氧化不徹底，產(chǎn)生臭氧化副產(chǎn)物。
在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，采用臭氧化-生物活性炭進行深度凈化的技術(shù)，已被公認為是飲用水深度凈化技術(shù)的主導(dǎo)技術(shù)。但是，由于生物活性炭(即BAC)是在運行中自然形成的，因而使其在理論研究和實際應(yīng)用中存在諸多問題，影響和限制了該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種運用固定化生物活性炭技術(shù)實現(xiàn)飲用水深度凈化的水處理方法，它包括待處理的水經(jīng)過如下幾個過程A.混凝-沉淀、過濾的常規(guī)處理工藝，B.進入臭氧接觸塔，C.進入固定化生物活性炭反應(yīng)器，D.UV消毒，其中C步驟的“固定化生物活性炭反應(yīng)器”為，在反應(yīng)器內(nèi)裝有活性炭柱，所述活性炭柱上固定有工程菌。本發(fā)明方法是一種新型的生物固定化技術(shù)，它采用生物工程技術(shù)，人工固化形成生物活性炭，對比傳統(tǒng)的生物活性碳技術(shù)，具有絕對優(yōu)勢。由生產(chǎn)運行和實驗結(jié)果可知，通過物理吸附形成的固定化生物活性炭反應(yīng)器(IBAC)的凈化效果優(yōu)于自然形成的BAC，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，去除效率高，出水各項指標(biāo)均達到了世界衛(wèi)生組織的發(fā)達國家的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。運用固定化生物活性炭技術(shù)實現(xiàn)飲用水深度凈化的水處理方法是可行的。由于活性炭使用周期的延長、反沖洗次數(shù)的減少、勞動強度的降低的諸多優(yōu)點的存在，使得IBAC技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，應(yīng)用前景十分廣闊。


圖1是在篩選過程中的菌種分離過程示意圖，圖2是培養(yǎng)和馴化裝置示意圖，圖3是具體實施方式
二中對比試驗所用裝置示意圖，圖4是具體實施方式
三所述水處理過程工藝流程圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式它包括待處理的水經(jīng)過如下幾個過程A.混凝-沉淀、過濾的常規(guī)處理工藝，B.進入臭氧接觸塔，C.進入固定化生物活性炭反應(yīng)器，D.UV消毒，其中C步驟的“固定化生物活性炭反應(yīng)器”為，在反應(yīng)器內(nèi)裝有活性炭柱，所述活性炭柱上固定有工程菌，為了保證IBAC柱內(nèi)工程菌的高活性，就需要在自然狀態(tài)下使其吸附于顆粒活性炭(GAC)上。因此，我們根據(jù)情況，選擇了在循環(huán)流動過程中，使工程菌固定于GAC上的固定化技術(shù)。工程菌固定在活性炭柱上的方法為首先，將活性炭用自來水浸泡、沖洗，至出水清澈透明為止；傾去水分，裝入柱中；然后在炭柱中注入工程菌菌液，浸沒炭層后，按4h循環(huán)一次的流速放出，24h后用自來水沖洗15min，即完成工程菌在活性炭上的固定化。
所述的工程菌的制備過程如下a.篩選高效工程菌的篩選在整個工程菌組建中占有重要地位，能否篩選出高效工程菌是決定IBAC凈化效能的關(guān)鍵，同時也占據(jù)了過程中很大的工作量。工程菌的篩選是通過工程菌的分離和純化來實現(xiàn)的。首先用酒精燈灼燒水籠頭，然后擰開放水10min，然后取10ml待處理水，放入事先已滅菌，內(nèi)裝玻璃珠和90ml無菌水的三角瓶中，振蕩30min，倍比稀釋至10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7倍后分別裝入不同的試管內(nèi)，每個稀釋度的水樣各取10ml放入培養(yǎng)皿中，再加入牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基20～25ml，混合后，置于恒溫培養(yǎng)箱中，37℃培養(yǎng)24h；選擇可見到清晰菌落的平皿，本實施方式所選水樣具有最清晰菌落的平皿為10-3管，挑取單菌落接種于試管斜面上，37℃培養(yǎng)24h，然后采用平板劃線法獲得單菌落，重復(fù)純化3～5次，最終得到純菌株15株；菌種分離過程參照圖1，其中1過程為稀釋倒平皿，2過程為挑取典型菌落轉(zhuǎn)管，3過程為平皿劃線分離，4過程為挑取典型菌落轉(zhuǎn)管，5過程為平皿劃線分離，6過程為挑取典型菌轉(zhuǎn)管。
b.培養(yǎng)和馴化培養(yǎng)和馴化的目的就是通過富營養(yǎng)到貧營養(yǎng)、貧營養(yǎng)到富營養(yǎng)的變化過程，最終使篩選出的菌株能夠在含微量有機物的水中生長。
培養(yǎng)和馴化所用培養(yǎng)基共有5種I、牛肉膏3g、蛋白胨10g、NaCl5g、瓊脂15-20g、水1000mL，112.3℃滅菌20min；II、蛋白胨10g、NaCl5g、葡萄糖10g、水1000mL，112.3℃滅菌20min；III、NaCl5g、葡萄糖10g、水1000mL，112.3℃滅菌20min；IV、NaCl5g、水1000mL，112.3℃滅菌20min；V、水1000mL，112.3℃滅菌20min；將a步驟所得菌株的斜面用10mL無菌水洗脫，然后將2mL菌液接種于裝有已滅菌的100mL培養(yǎng)基I中，再置于搖床上，30℃培養(yǎng)24小時；吸取培養(yǎng)基I中的培養(yǎng)液10mL，加入盛有100mL培養(yǎng)基II的三角瓶中，30℃培養(yǎng)24小時；再吸取培養(yǎng)基II中的培養(yǎng)液10mL，加入盛有100mL培養(yǎng)基III的三角瓶中，30℃培養(yǎng)24小時；再吸取培養(yǎng)基III中的培養(yǎng)液10mL，加入盛有100mL培養(yǎng)基IV的三角瓶中，30℃培養(yǎng)24小時；吸取培養(yǎng)基IV中的培養(yǎng)液10mL，加入盛有100mL培養(yǎng)基V的三角瓶中，30℃培養(yǎng)24小時即得所述菌種。
上述過程所用裝置如圖2所示，其中7為加氧泵，8為進樣口，9為曝氣頭，10為出水口。
為了保存菌種，將菌株分別接種于瓊脂水培養(yǎng)基中，結(jié)果全部生長，然后再轉(zhuǎn)接于牛肉膏蛋白胨上，置于冰箱中3-5℃保存。
對工程菌的培養(yǎng)馴化，目的是改變工程菌的生態(tài)位，使其適應(yīng)生境。進行工程菌的人工馴化時，維持菌種處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，最終保證它可利用的底物僅有難降解物質(zhì)，此時菌種的生態(tài)位向更大化利用難降解物質(zhì)方向泛化。由于多種菌株是采用相同條件馴化的，原來生態(tài)位相似的種群出現(xiàn)生態(tài)位的分離。馴化完成后，工程菌對難降解污染物利用的深度和廣度都會增加。
c.為了獲得可以工業(yè)應(yīng)用數(shù)量的菌液，需要進行對所述工程菌進行擴大培養(yǎng)。擴大培養(yǎng)過程如下將b步驟中剩余的8mL菌液倒入裝有1000mL培養(yǎng)基I的裝置中，室溫培養(yǎng)48小時，然后從出水口放出900mL；再加入1000mL培養(yǎng)基II，室溫培養(yǎng)48小時，然后從出水口放出900mL；再加入1000mL培養(yǎng)基III，室溫培養(yǎng)48小時，然后從出水口放出900mL；再加入1000mL培養(yǎng)基IV，室溫培養(yǎng)48小時，然后從出水口放出900mL；再加入1000mL培養(yǎng)基V，室溫培養(yǎng)48小時，然后從出水口放出900mL；最后，每天加入200mL蒸餾水，直至達到所需要的菌液量。
具體實施方式
二本實施方式為針對本發(fā)明的有益效果進行的對比試驗。
圖3所示即為對比實驗裝置示意圖，其中11為濾后水水管，12為配水箱，13為臭氧發(fā)生器，14為原水箱，15為臭氧柱，16為臭氧尾氣排出管，17為BAC柱，18為IBAC柱，19為取樣口，20為出水管。
實驗采用的原水為南方地區(qū)某市地面水廠濾后水，活性炭柱(共兩根，并連)采用有機玻璃材質(zhì)，采用下向流進水。炭柱高1750mm，內(nèi)徑80mm，砂墊層高度200mm，碳層高度1000mm，空床接觸時間可控制在5～30min范圍內(nèi)。
通過本發(fā)明IBAC技術(shù)與BAC兩種處理工藝的對比試驗，IBAC的高錳酸鹽指數(shù)平均去除率在20％～45％之間，而BAC的高錳酸鹽指數(shù)平均去除率相對較低，在10％～20％之間。對TOC以及濁度的去除方面，IBAC均優(yōu)于BAC。在相同試驗條件下IBAC的脫氫酶活性高于BAC的脫氫酶活性，證明了IBAC對原水的凈化效果優(yōu)于BAC。通過對AOC、細菌總數(shù)以及大腸菌群數(shù)的測定，證明IBAC能夠保證飲用水的生物穩(wěn)定性和安全性。用IBAC工藝對微污染水源水深度處理是安全、有效、可行的。
具體實施方式
三本實施方式為針對本發(fā)明進行的生產(chǎn)性試驗。
將本發(fā)明應(yīng)用于某高層建筑直飲水實際工程中，圖4所示即為生產(chǎn)性實驗工藝流程圖。實驗采用的原水為市政管網(wǎng)末端水。
通過對高錳酸鹽指數(shù)的測定，證明IBAC對微污染物具有較好的去除效果，出水高錳酸鹽指數(shù)平均值小于2.0mg/L，達到飲用水深度凈化的目的。同時，還具有較強的抗沖擊性和較高的穩(wěn)定性。
通過對濁度的的測定，證明IBAC對濁度有較高的去除效果，平均濁度去除率達到65％，從而使出水水質(zhì)在感官方面完全達到了優(yōu)良的標(biāo)準(zhǔn)。
通過對細菌總數(shù)及大腸菌群數(shù)的測定，出水中細菌未超標(biāo)，未檢出大腸桿菌。表明IBAC具有可靠的安全性，不會影響飲用水的細菌學(xué)指標(biāo)。
由生產(chǎn)運行和實驗結(jié)果可知，通過物理吸附形成的IBAC的凈化效果優(yōu)于自然形成的BAC，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，去除效率高，出水各項指標(biāo)均達到了世界衛(wèi)生組織的發(fā)達國家的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。運用固定化生物活性炭技術(shù)實現(xiàn)飲用水深度凈化的水處理方法是可行的。由于活性炭使用周期的延長、反沖洗次數(shù)的減少、勞動強度的降低的諸多優(yōu)點的存在，使得IBAC技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，應(yīng)用前景十分廣闊。
本發(fā)明權(quán)利要求所提到的具體參數(shù)，如時間、溫度等，在實際使用過程中，各具體參數(shù)的控制不可能絕對與本發(fā)明所述參數(shù)一致，所以只要按照本發(fā)明的方法實現(xiàn)了本發(fā)明的目的，就應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)；另外，如所取水樣的量以及使用培養(yǎng)基的量，并不一定是在實際使用過程中的絕對數(shù)值，所以，只要是它們之間的比例，即應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍，而不限于本發(fā)明所述的具體數(shù)值。
權(quán)利要求
1.一種固定化生物活性炭技術(shù)實現(xiàn)飲用水深度凈化的水處理方法，它包括待處理的水經(jīng)過如下幾個過程A.混凝—沉淀、過濾的常規(guī)處理工藝，B.進入臭氧接觸塔，C.進入固定化生物活性炭反應(yīng)器，D.UV消毒，其特征在于C步驟的“固定化生物活性炭反應(yīng)器”為，在反應(yīng)器內(nèi)裝有活性炭柱，所述活性炭柱上固定有工程菌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化生物活性炭技術(shù)實現(xiàn)飲用水深度凈化的水處理方法，其特征在于所述的工程菌的制備過程如下a.篩選取10ml待處理水，放入事先已滅菌，內(nèi)裝玻璃珠和90ml無菌水的三角瓶中，振蕩30min，倍比稀釋至10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7倍后分別裝入不同的試管內(nèi)，每個稀釋度的水樣各取10ml放入培養(yǎng)皿中，再加入牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基20～25ml，混合后，置于恒溫培養(yǎng)箱中，37℃培養(yǎng)24h；選擇可見到清晰菌落的平皿，挑取單菌落接種于試管斜面上，37℃培養(yǎng)24h，然后采用平板劃線法獲得單菌落，重復(fù)純化3～5次，即得到純菌株；b.培養(yǎng)和馴化培養(yǎng)和馴化所用培養(yǎng)基共有5種I、牛肉膏3g、蛋白胨10g、NaCl 5g、瓊脂15-20g、水1000mL，112.3℃滅菌20min；II、蛋白胨10g、NaCl 5g、葡萄糖10g、水1000mL，112.3℃滅菌20min；III、NaCl 5g、葡萄糖10g、水1000mL，112.3℃滅菌20min；IV、NaCl 5g、水1000mL，112.3℃滅菌20min；V、水1000mL，112.3℃滅菌20min；將a步驟所得菌株的斜面用10mL無菌水洗脫，然后將2mL菌液接種于裝有已滅菌的100mL培養(yǎng)基I中，再置于搖床上，30℃培養(yǎng)24小時；吸取培養(yǎng)基I中的培養(yǎng)液10mL，加入盛有100mL培養(yǎng)基II的三角瓶中，30℃培養(yǎng)24小時；再吸取培養(yǎng)基II中的培養(yǎng)液10mL，加入盛有100mL培養(yǎng)基III的三角瓶中，30℃培養(yǎng)24小時；再吸取培養(yǎng)基III中的培養(yǎng)液10mL，加入盛有100mL培養(yǎng)基IV的三角瓶中，30℃培養(yǎng)24小時；吸取培養(yǎng)基IV中的培養(yǎng)液10mL，加入盛有100mL培養(yǎng)基V的三角瓶中，30℃培養(yǎng)24小時即得所述菌種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固定化生物活性炭技術(shù)實現(xiàn)飲用水深度凈化的水處理方法，其特征在于增加工程菌的擴大培養(yǎng)過程，所述工程菌的擴大培養(yǎng)過程如下將b步驟中剩余的8mL菌液倒入裝有1000mL培養(yǎng)基I的裝置中，室溫培養(yǎng)48小時，然后從出水口放出900mL；再加入1000mL培養(yǎng)基II，室溫培養(yǎng)48小時，然后從出水口放出900mL；再加入1000mL培養(yǎng)基III，室溫培養(yǎng)48小時，然后從出水口放出900mL；再加入1000mL培養(yǎng)基IV，室溫培養(yǎng)48小時，然后從出水口放出900mL；再加入1000mL培養(yǎng)基V，室溫培養(yǎng)48小時，然后從出水口放出900mL；最后，每天加入200mL蒸餾水，直至達到所需要的菌液量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的固定化生物活性炭技術(shù)實現(xiàn)飲用水深度凈化的水處理方法，其特征在于所述工程菌固定在活性炭柱上的方法為首先，將活性炭用自來水浸泡、沖洗，至出水清澈透明為止；傾去水分，裝入柱中；然后在炭柱中注入工程菌菌液，浸沒炭層后，按4h循環(huán)一次的流速放出，24h后用自來水沖洗15min，即完成工程菌在活性炭上的固定化。
全文摘要
固定化生物活性炭技術(shù)實現(xiàn)飲用水深度凈化的水處理方法，它涉及一種飲用水處理方法。傳統(tǒng)的生物活性炭技術(shù)由于BAC是在運行中自然形成的，因而使其在理論研究和實際應(yīng)用中存在諸多問題。本發(fā)明待處理的水經(jīng)過如下幾個過程A.混凝—沉淀、過濾的常規(guī)處理工藝，B.進入臭氧接觸塔，C.進入固定化生物活性炭反應(yīng)器，D.UV消毒，其中C步驟的“固定化生物活性炭反應(yīng)器”為，在反應(yīng)器內(nèi)裝有活性炭柱，所述活性炭柱上固定有工程菌。使用本發(fā)明方法處理后的水質(zhì)可以達到生活飲用水水之規(guī)范(2001)要求，具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，應(yīng)用前景十分廣闊。
文檔編號C02F1/32GK1597578SQ200410043739
公開日2005年3月23日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者馬放, 韓健, 任南琪, 楊基先 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)