專利名稱：一種去除水廠原水中藻類和微囊藻毒素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飲用水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種去除水廠原水中藻類和微囊藻毒素的方法，尤其適用于受藍(lán)藻生長繁殖而污染的水源水體。
背景技術(shù)：
中國的水環(huán)境污染日益嚴(yán)重，由此引發(fā)的飲用水安全問題日益增加。其中，頻繁發(fā)生的藍(lán)藻水華已成為水體富營養(yǎng)化的主要環(huán)境災(zāi)害。中國的藍(lán)藻水華主要以產(chǎn)生微囊藻毒素(microcystin，MC)的微囊藻水華為主，微囊藻毒素是一類七肽單環(huán)物質(zhì)，毒性較大，分布較廣，中國各大湖泊水庫已相繼檢出了微囊藻毒素。調(diào)查表明，中國東南沿海地區(qū)以及廣西綏遠(yuǎn)地區(qū)居民的原發(fā)性肝癌與飲用水源中微囊藻毒素含量密切相關(guān)。美國、加拿大、日本、澳大利亞、芬蘭、新西蘭、印度、南非等十幾個(gè)國家和地區(qū)也有水華藻類污染引起野生動(dòng)物、魚類、家禽和人類中毒、死亡現(xiàn)象的報(bào)導(dǎo)。研究結(jié)果顯示，微囊藻毒素的主要靶器官是肝臟，主要表現(xiàn)為使肝臟充血腫大，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致肝臟出血或壞死，其致毒機(jī)理是通過抑制肝細(xì)胞中蛋白磷酸酶的活性，誘發(fā)細(xì)胞角蛋白高度磷酸化，導(dǎo)致肝臟細(xì)胞微絲分解、破裂和出血。微囊藻毒素屬于細(xì)胞內(nèi)毒素，在藻細(xì)胞破裂或衰老死亡時(shí)釋放到水體中。藻毒素在水中的存在形態(tài)為細(xì)胞內(nèi)毒素和溶解性藻毒素，因此水處理工藝中既要去除水中的溶解性藻毒素，也要去除水中的藻細(xì)胞。傳統(tǒng)的給水處理工藝對水源中的溶解性藻毒素去除效果有限。物理方法存在效率低下，成本高的缺點(diǎn)；化學(xué)氧化法可以很快去除水中的藻毒素，但通常存在二次污染問題； 微囊藻毒素中存在Adda基團(tuán)，可以微生物有效降解，但是生物降解作用具有一定的滯后性。另一方面，傳統(tǒng)的給水處理工藝主要以去除懸浮和膠體物質(zhì)為主，以出水的濁度、色度和細(xì)菌總數(shù)為工藝控制的主要指標(biāo)，雖然對含藻量低的水源水處理效果較好，但對含藻量較高的水源水處理效果不好。原水中的藻類對給水工藝的影響主要包括降低混凝效果、阻塞濾料層、腐蝕構(gòu)筑物、穿透濾池進(jìn)入管網(wǎng)形成二次污染、產(chǎn)生藻毒素和異味物質(zhì)。因此，針對含藻水對現(xiàn)有給水生產(chǎn)工藝的不利影響，開發(fā)切實(shí)可行、高效經(jīng)濟(jì)的自來水廠藻類及其毒素的處理方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供了一種去除自來水廠原水中藻類和微囊藻毒素的方法。 該方法能有效去除微囊藻毒素且高效經(jīng)濟(jì)，簡易可行。對藻細(xì)胞去除率可達(dá)到90-95%，微囊藻毒素去除率為95-100%。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案—種去除自來水廠原水中藻類和微囊藻毒素的方法，該方法是建立一套可調(diào)控的生物膜反應(yīng)器，利用油酸與生物膜的共同作用提高對藻類及其毒素的去除效率，并聯(lián)合活性炭深度處理去除出水中殘留的微囊藻和毒素。其步驟是1)填料掛膜將所選取的填料載體(Φ IOX 10 20mm的Sl型塑料懸浮填料)置于水源地，自然狀態(tài)下掛膜培養(yǎng)30-60天，轉(zhuǎn)移到生物膜反應(yīng)器(生物膜反應(yīng)器制備非常容易，本領(lǐng)域的技術(shù)人員均能制備，內(nèi)徑300-1000mm，高1000-2000mm)中，運(yùn)行l(wèi)_3d使系統(tǒng)穩(wěn)定。2)生物膜反應(yīng)器處理利用填料上附著的土著生物膜對藻細(xì)胞的截留作用和生物膜中微型動(dòng)物的攝食作用去除水中藻類；利用生物膜中微生物的降解作用去除溶解性微囊藻毒素。原水中葉綠素a為100-150yg/L，水力停留時(shí)間4- 時(shí)，生物膜反應(yīng)器對藻細(xì)胞和微囊藻毒素的去除率為60-70%和80-90% ；由于原水中藻密度過大，現(xiàn)用油酸調(diào)控生物膜反應(yīng)器對微囊藻和毒素的去除效果，調(diào)控過程為50-150mg/L油酸(十八碳-順-9-烯酸)浸泡生物膜2-4h，處理后的溶液經(jīng)排泥管排空，原水平衡4-他。調(diào)控完畢后生物膜反應(yīng)器對藻細(xì)胞去除率達(dá)到90-95%，微囊藻毒素去除率達(dá)到95-100%。3)活性炭處理生物膜反應(yīng)器的出水先經(jīng)過預(yù)沉池處理，然后進(jìn)入顆?；钚蕴刻幚砉に?內(nèi)徑300-500mm，高1000-1500mm，填裝Φ2-3ι πι，長4_8mm的顆粒活性炭)，利用活性炭的強(qiáng)烈吸附作用徹底去除未完全降解的微囊藻毒素以及降解過程中產(chǎn)生的小分子有機(jī)物，停留時(shí)間為2-4h條件下，出水中微囊藻毒素未檢出，達(dá)到國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)。本發(fā)明的原理分析暴露于含有微囊藻毒素的水體中的土著微生物可以有效降解微囊藻毒素。大量的微生物附著于填料上形成生物膜，利用生物膜上的微生物降解作用以及微型動(dòng)物的攝食作用去除水中的藻類污染物是現(xiàn)代水處理技術(shù)中的熱點(diǎn)。油酸對水華藻類具有明顯的化感抑制作用，油酸與生物膜聯(lián)合殺藻具有明顯協(xié)同效應(yīng)，土著微生物可有效降解殺藻過程中釋放出來的微囊藻毒素，同時(shí)油酸對人體沒有毒害作用，易降解，生態(tài)安全性好，因此利用油酸來調(diào)控生物膜對藻類和毒素的去除切實(shí)可行。最后的活性炭處理可以強(qiáng)烈吸附前期工藝中殘留的微囊藻毒素和降解產(chǎn)物，達(dá)到深度處理效果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具體以下優(yōu)點(diǎn)和效果1)本方法經(jīng)濟(jì)可行，所需材料價(jià)格較低，不會(huì)明顯增加水處理的成本。塑料懸浮填料比重與水近似，填料更換非常簡便。2)本方法安全性高，調(diào)控過程所加油酸可以明顯提高生物膜反應(yīng)器對藻類的去除效果，油酸對人體無毒害作用，且容易被生物降解。3)本方法對藻毒素的去除效果好，總毒素去除率達(dá)到95-100%，出水達(dá)到或優(yōu)于 《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)。4)本方法操作簡便，實(shí)用性高，可以很好地與現(xiàn)有的水處理工藝對接。


圖1為一種去除自來水廠原水中藻類和微囊藻毒素的方法流程示意2為一種調(diào)控前后水中葉綠素a濃度隨時(shí)間的變化示意3為一種油酸調(diào)控對生物膜反應(yīng)器去除微囊藻毒素的影響示意圖
具體實(shí)施例方式原水中藻細(xì)胞和藻毒素的去除處理技術(shù)主要依靠生物膜反應(yīng)器截留、化感抑制、 生物降解和活性炭吸附作用完成。本方法通過在水源地原水中自然狀態(tài)下培養(yǎng)生物膜，通過油酸調(diào)控生物膜反應(yīng)器強(qiáng)化系統(tǒng)的運(yùn)行效率，以及活性炭吸附系統(tǒng)深度處理飲用水中藻類及其毒素等污染物，以此為基礎(chǔ)建立一套處理效率高，操作簡便，易與現(xiàn)有工藝實(shí)現(xiàn)對接且經(jīng)濟(jì)可行的處理系統(tǒng)。實(shí)施例1 一種去除自來水廠原水中藻類和微囊藻毒素的方法，其步驟是1)水源地填料掛膜1 將所選取的載體填料(Φ IOX 10 20mm的Sl型塑料懸浮填料)置于水源地，在自然狀態(tài)下掛膜培養(yǎng)30或35或40或44或48或52或56或60天， 轉(zhuǎn)移到生物膜反應(yīng)器(生物膜反應(yīng)器制備非常容易，本領(lǐng)域的技術(shù)人員均能制備，生物膜反應(yīng)器內(nèi)徑為300-1000mm，高1000-2000mm)中，原水運(yùn)行1或2或3d使系統(tǒng)穩(wěn)定。2)生物膜反應(yīng)器處理2 利用生物膜反應(yīng)器(內(nèi)徑300-1000mm，高1000-2000mm) 中的生物膜對藻細(xì)胞的截留作用和生物膜中微型動(dòng)物的攝食作用去除水中藻類；利用生物膜中微生物的降解作用去除溶解性微囊藻毒素。原水中葉綠素a為100或110或125或 135或145或150 μ g/L，水力停留時(shí)間4或5或6或7或他時(shí)，生物膜反應(yīng)器對藻細(xì)胞和微囊藻毒素的去除率為60-70%和80-90% ；3)油酸調(diào)控處理3 由于原水中藻密度過大，現(xiàn)用油酸調(diào)控生物膜反應(yīng)器對微囊藻和毒素的去除效果，調(diào)控過程為50或80或100或120或150mg/L油酸(十八碳-順-9-烯酸)浸泡生物膜2或3或4h，處理后的溶液經(jīng)排泥管排空，平衡4或5或6或7或他。 調(diào)控完畢后提高了生物膜反應(yīng)器對藻細(xì)胞去除率達(dá)到90-95%，微囊藻毒素去除率達(dá)到 95-100%。4)沉淀池處理4 為避免脫落的生物膜進(jìn)入后續(xù)處理工藝中，在生物膜反應(yīng)器后連接一個(gè)沉淀池(內(nèi)徑300 IOOOmm高1000 2000mm)。沉淀池同樣設(shè)有排泥管，每20 或40或60天進(jìn)行一次排泥。5)活性炭處理5 生物膜反應(yīng)器的出水先經(jīng)過預(yù)沉池處理，然后進(jìn)入顆?；钚蕴刻幚砉に?內(nèi)徑300-500mm，高1000-1500mm，填裝Φ2-3ι πι，高4-8mm的顆?；钚蕴?，利用活性炭的強(qiáng)烈吸附作用徹底去除未完全降解的微囊藻毒素以及降解過程中產(chǎn)生的小分子有機(jī)物，停留時(shí)間為2或3或4h條件下，出水中微囊藻毒素未檢出，達(dá)到國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)。本實(shí)施例以武漢市東湖富營養(yǎng)化水體為填料載體的掛膜地點(diǎn)，選用規(guī)格為 Φ 10 X 10 20mm的塑料懸浮填料為掛膜載體，培養(yǎng)30d后將生物膜轉(zhuǎn)移至生物膜反應(yīng)器 (內(nèi)徑500mm高1500mm)中，在23士 1°C，水力停留時(shí)間為Mi時(shí)，持續(xù)運(yùn)行30天，生物膜反應(yīng)器對各污染物均有良好的去除效果(表1)。生物膜反應(yīng)器的填料載體上附著有大量的土著微生物，大量微生物的生長代謝能夠利用水中的有機(jī)污染物，從而達(dá)到去除水中污染物的目的；整個(gè)系統(tǒng)主要為好氧環(huán)境，大量好氧微生物以及硝化細(xì)菌的存在導(dǎo)致生物膜反應(yīng)器對COD、NH4+-N、MC等有機(jī)污染物具有較高的去除率；同時(shí)生物膜具有一定粘滯性，能夠吸附水體中的膠體類懸浮物質(zhì)，從而極大的降低水體的濁度；含有大量微囊藻的原水經(jīng)過生物膜反應(yīng)器時(shí)，藻細(xì)胞能夠被其中的溶藻菌裂解、原生動(dòng)物捕獲吞噬或被生物膜釋放的化感物質(zhì)殺死，故生物膜反應(yīng)器對微囊藻也具有良好的去除效果。表1生物膜反應(yīng)器對水質(zhì)凈化效果
TNTPCODNH/-NChl-a濁度MC去除率24. 2%56. 1%85. 7%98. 2%67. 4%99. 2%86. 3% 實(shí)施例2:微囊藻毒素為細(xì)胞內(nèi)毒素，水體中微囊藻毒素的處理技術(shù)既要考慮溶解性藻毒素的去除，同時(shí)更重要的是對含有藻毒素的藻細(xì)胞進(jìn)行有效去除。上述實(shí)施例中，原水中加入 22. 5 45. 75 μ g/L MC粗提液后，出水中溶解性MC濃度小于1. 0 μ g/L，可見生物膜反應(yīng)器對溶解性MC的去除率可達(dá)到99%以上。然而，出水中尚含有較多的藻細(xì)胞，因此總毒素的去除率僅為86. 3%，總毒素的濃度仍大于1. 0 μ g/L，對人群飲水健康具有一定的威脅。為提高生物膜反應(yīng)器對微囊藻的去除率，選擇對微囊藻具有明顯化感抑制作用的油酸，強(qiáng)化生物膜反應(yīng)器處理效率。具體步驟為50mg/L油酸浸泡生物膜池，處理后的溶液經(jīng)排泥管排空，再用原水平衡他。由圖2、圖3可知，油酸調(diào)控后生物反應(yīng)器對微囊藻的去除率有了顯著的提高(P < 0. 05)，其對Chl-a的去除率由67. 4%提高到91. 6%，對總微囊藻毒素的去除率也由86. 3%提高到97. 5%0實(shí)施例3 生物膜的生長存在適應(yīng)、附著、生長、脫落、穩(wěn)定等幾個(gè)階段。為保證生物膜脫落階段系統(tǒng)對原水的處理效果，同時(shí)避免脫落的生物膜進(jìn)入后續(xù)處理工藝，在生物膜反應(yīng)器后連接一個(gè)沉淀池(內(nèi)徑300mm高1000mm)和活性炭處理系統(tǒng)(內(nèi)徑300mm，高1000mm，填裝Φ2-3πιπι，高4-8mm的顆粒活性炭)。利用活性炭進(jìn)一步深度處理生物膜反應(yīng)器出水中的殘留污染物及小分子物質(zhì)。在停留時(shí)間為池條件下，經(jīng)活性炭柱處理后出水可達(dá)到或優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)。
權(quán)利要求
1. 一種去除水廠原水中藻類和微囊藻毒素的方法，其步驟是1)填料掛膜將所選取的載體填料φ10 X 10 20mm的Sl型塑料懸浮填料置于水源地，在自然狀態(tài)下掛膜培養(yǎng)30-60天，轉(zhuǎn)移到生物膜反應(yīng)器中，原水運(yùn)行l(wèi)-3d使系統(tǒng)穩(wěn)定；2)生物膜反應(yīng)器處理利用生物膜反應(yīng)器中的生物膜對藻細(xì)胞的截留作用和生物膜中微型動(dòng)物的攝食作用去除水中藻類；利用生物膜中微生物的降解作用去除溶解性微囊藻毒素，原水中葉綠素a為100-150 μ g/L，水力停留時(shí)間4- 時(shí)，生物膜反應(yīng)器對藻細(xì)胞和微囊藻毒素的去除率為60-70%和80-90% ；3)油酸調(diào)控處理由于原水中藻密度過大，用油酸調(diào)控生物膜反應(yīng)器對微囊藻和毒素的去除效果，調(diào)控過程為50-150mg/L油酸浸泡生物膜2_4h，處理后的溶液經(jīng)排泥管排空， 平衡4-8h，調(diào)控完畢后生物膜反應(yīng)器對藻細(xì)胞去除；4)沉淀池處理為避免脫落的生物膜進(jìn)入后續(xù)處理工藝中，在生物膜反應(yīng)器后連接一個(gè)沉淀池內(nèi)徑300 IOOOmm高1000 2000mm，沉淀池同樣設(shè)有排泥管，每20-60天進(jìn)行一次排泥；5)活性炭處理生物膜反應(yīng)器的出水先經(jīng)過預(yù)沉池處理，然后進(jìn)入顆?；钚蕴刻幚砉に嚮钚蕴喀?-3πιπι，高4-8mm，利用活性炭的強(qiáng)烈吸附作用徹底去除未完全降解的微囊藻毒素以及降解過程中產(chǎn)生的小分子有機(jī)物，停留時(shí)間為2-4h條件下，出水中微囊藻毒素未檢出，達(dá)到國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種去除水廠原水中藻類和微囊藻毒素的方法，其步驟A、填料掛膜將所選取的載體填料置于水源地，培養(yǎng)，轉(zhuǎn)移到生物膜反應(yīng)器中；B、生物膜反應(yīng)器處理利用生物膜反應(yīng)器中的生物膜對藻細(xì)胞的截留作用和生物膜中微型動(dòng)物的攝食作用去除水中藻類；C、油酸調(diào)控處理用油酸調(diào)控生物膜反應(yīng)器對微囊藻和毒素的去除效果，提高生物膜反應(yīng)器對藻細(xì)胞去除；D、沉淀池處理；E、活性炭處理生物膜反應(yīng)器的出水先經(jīng)過預(yù)沉池處理，利用活性炭的強(qiáng)烈吸附作用徹底去除未完全降解的微囊藻毒素，達(dá)到國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。該方法能有效去除微囊藻毒素且高效經(jīng)濟(jì)，簡易可行。對藻細(xì)胞去除率達(dá)到90-95%，微囊藻毒素去除率為95-100%。
文檔編號(hào)C02F9/14GK102167476SQ20111006344
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者肖邦定, 黃建團(tuán) 申請人:中國科學(xué)院水生生物研究所