本發(fā)明屬于飲用水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及為一種微污染原水的生物預(yù)處理工藝。
背景技術(shù)：
水是人類賴以生存的重要資源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上只有不到1%的淡水或約0.007%的水才有直接的經(jīng)濟(jì)效益。地球上水的總量雖然在一定時(shí)期內(nèi)是保持平衡的，但在一定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)也是非常有限的，目前世界上約2/3的國家都在不同程度上反映出水的危機(jī)。我國是一個(gè)水資源極其短缺的國家，人均水資源僅居世界第121位，被列為世界上12個(gè)貧水國之一。
地表水是指存在于地殼表面，暴露于大氣中的水，是河流、冰川、湖泊、沼澤四種水體的總稱，也稱陸地水。它既是人類生活用水的重要來源之一，也是各國水資源的主要組成部分。地表水環(huán)境質(zhì)量的好壞直接影響著人們的生產(chǎn)、生活質(zhì)量和身體健康。我國水質(zhì)性缺水現(xiàn)象非常嚴(yán)重，許多城市雖然水資源豐富，但是水源水受到了嚴(yán)重的污染，主要表現(xiàn)為氨氮濃度高，溶解氧低，微量有機(jī)污染物嚴(yán)重，原水水質(zhì)呈下降趨勢。
預(yù)處理技術(shù)是指在常規(guī)處理工藝前，對水中污染物進(jìn)行初級去除，可以使常規(guī)處理更好地發(fā)揮作用，改善和提高飲用水水質(zhì)。預(yù)處理方法對微污染原水的去除根據(jù)不同途徑可分為化學(xué)氧化法、吸附法和生物氧化法?；瘜W(xué)氧化法利用強(qiáng)氧化劑的強(qiáng)氧化能力，分解、破壞水中污染物的結(jié)構(gòu)，達(dá)到轉(zhuǎn)化或分解污染物。此方法可加強(qiáng)常規(guī)水處理效果，同時(shí)可減輕后續(xù)處理的負(fù)荷，但是也都有其一定的局限性，氧化副產(chǎn)物對水質(zhì)的影響，同時(shí)藥劑的費(fèi)用也相對較高，要進(jìn)行大面積的推廣使用也是存在諸多困難。吸附法是利用吸附劑，例如活性炭、活性氧化鋁和粘土等的強(qiáng)大吸附性，改善混凝沉淀效果以達(dá)到去除污染物目的的。不過由于吸附劑使用后難以回收再生利用，雖然有較好的去除效果，運(yùn)行成本太高而使得推廣和應(yīng)用上受限制。
在微污染原水的預(yù)處理技術(shù)中，生物氧化法被認(rèn)為是最有效的技術(shù)之一，它借助于微生物群體的新陳代謝活動，對水中的氨氮、有機(jī)污染物、亞硝酸鹽及鐵、錳等無機(jī)污染物進(jìn)行初步去除，一方面改善了水的混凝沉淀性能，減輕常規(guī)處理和后續(xù)深度處理工藝單元的負(fù)荷，另一方面延長過濾或活性炭吸附等物化處理工藝的使用周期和使用容量，優(yōu)化水處理局部工藝，最大可能發(fā)揮工藝整體作用，降低水處理費(fèi)用，提高水處理效益。但是生物氧化法也存在掛膜時(shí)間長、生物附著不牢固、生物活性難保持、處理效果不穩(wěn)定等問題。
曝氣生物流化床工藝(Aerated Biological FluidizingTank)，它優(yōu)化組合功能菌強(qiáng)化、微生物固定化以及流動床等多項(xiàng)技術(shù)，是一種實(shí)用高效廢水處理新技術(shù)。該工藝運(yùn)行過程中高比表面積的生物填料為功能微生物提供了良好的載體，提高了反應(yīng)器內(nèi)功能微生物的生物量。同時(shí)單個(gè)載體內(nèi)部形成完整的缺氧-兼氧-好氧微環(huán)境，在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)對難降解有機(jī)物進(jìn)行厭氧水解酸化以及好氧生物降解，提高反應(yīng)器對難降解有機(jī)物的去除效率。流化床生物填料具有受保護(hù)的可供微生物生長的有效表內(nèi)表面積大，適合微生物吸附生長，比重與水相近的特點(diǎn)。在掛膜完成后，填料能穩(wěn)定懸浮于廢水中。在厭氧及兼氧條件下，在攪拌作用下水流和填料充分流動起來，使生物膜和廢水中的污染物充分接觸，達(dá)到被膜內(nèi)微生物吸附分解的目的。在好氧曝氣時(shí)，空氣泡的上升浮力推動填料和周圍的水體流動起來，在這樣的過程中，填料被充分地?cái)嚢璨⑴c水流混合，而空氣流又被充分地分割成細(xì)小的氣泡，增加了生物膜與氧氣以及廢水中污染物的傳質(zhì)效率。與傳統(tǒng)的固定床式反應(yīng)器相比，功能微生物加載在固體顆粒上，反應(yīng)器內(nèi)固體顆粒始終處于懸浮狀態(tài)并劇烈運(yùn)動，強(qiáng)化物質(zhì)傳熱傳質(zhì)過程，使得反應(yīng)速度大幅提高，凈化能力也得到了提升。
公開號為 CN 102674619 A 的中國專利文獻(xiàn)公開了一種微污染高氨氮原水組合強(qiáng)化處理工藝，針對原水氨氮超過 3mg/L，利用絮凝沉淀、生物接觸氧化、砂濾池過濾、臭氧氧化等組合工藝，該工藝的優(yōu)點(diǎn)在于充分利用環(huán)境地形和地?zé)豳Y源，但是對其效果并未報(bào)道，很難確定其實(shí)際脫氮能力。
公開號為 CN 103708602 B的中國專利文獻(xiàn)公開了一種基于MBBR的微污染水氨氮去除的預(yù)處理方法，通過采用MBBR工藝解決生化工藝中的啟動速度慢、處理效果不穩(wěn)定、低溫處理效果差等問題。出水氨氮膜面負(fù)荷為0.45-2.25gN/m2/d，出水氨氮穩(wěn)定≤ 0.5mg/L，滿足飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)對氨氮的要求。雖然該工藝占地小，操作簡單，運(yùn)行可靠，氧利用率高，但是并未涉及微污染水中其他指標(biāo)的降解，難以判斷其出水是否滿足飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述提到的缺陷和不足，而提供一種微污染原水的生物預(yù)處理工藝。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的采用的技術(shù)方案如下。
一種微污染原水的生物預(yù)處理工藝，包括以下步驟：
步驟一：將填料和吸附營養(yǎng)物的微球CW-101設(shè)置于曝氣生物流化床內(nèi)，并在曝氣生物流化床內(nèi)投放功能微生物；功能微生物經(jīng)訓(xùn)化過程后穩(wěn)定持續(xù)生長；
步驟二：微污染原水流經(jīng)曝氣生物流化床，曝氣生物流化床連續(xù)進(jìn)出水，去除微污染原水中的氮以及難降解有機(jī)物。
進(jìn)一步，步驟一中，將吸附營養(yǎng)物的微球CW-101用紗網(wǎng)包裹，置于曝氣生物流化床內(nèi)，并在曝氣生物流化床內(nèi)裝載的填料。
進(jìn)一步，所述營養(yǎng)物是由酵母膏，葡萄糖、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、七水硫酸鎂按照質(zhì)量比為2︰1︰0.5︰0.5︰0.3配置而成的液體。
進(jìn)一步，所述微球CW-101主要成分是聚乙烯醇，微球CW-101的體積投加量為5-10％；微球CW-101采用包埋法，具體制備步驟如下：
步驟1、包埋劑的制備：將50~100g的聚乙烯醇和5~20g的海藻酸鈉加入0.2L的水中混合，然后置于95℃的熱水中水浴溶解后制得包埋劑；
步驟2、混合液的制備：在包埋劑中加入5~20g粒徑為0.03~0.05mm的磁鐵粉及5~20g粒徑小于0.075mm的粉末活性炭，混合均勻后得到混合液；
步驟3、菌泥的加入：功能微生物經(jīng)離心收集后制得菌泥，將60g菌泥用20ml0.9wt％氯化鈉去離子水懸浮后加入到冷卻至室溫的混合液中，混合均勻后過濾；
步驟4、硼酸-氯化鈣交聯(lián)劑的制備：配制飽和硼酸溶液，每升飽和的硼酸溶液中加入氯化鈣10-30g，充分溶解后，用碳酸鈉將溶液的pH調(diào)至6-7，將配制好的溶液放置在4-8℃下預(yù)冷；
步驟5、將步驟3得到的混合液滴入步驟4配制的交聯(lián)劑中制備成粒徑在2-5mm的微球，4-8℃下靜置12-36小時(shí)；
步驟6、將所得的微球用0.9Wt％NaCl去離子水洗滌2-3次，得到微生物微球。
進(jìn)一步，所述填料為聚氨酯海綿，填料體積投加量為10-30%；所述功能微生物為脫氮菌、氣單胞菌、紅球菌、酵母菌、好氧降COD菌、芽孢桿菌和光合菌中的至少一種。
更進(jìn)一步，所述脫氮菌為嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌CM-NRD3和亞硝化單胞菌 CM-NRO14；氣單胞菌為氣單胞菌CM-T1；紅球菌為紅球菌CM-HZX1。
進(jìn)一步，步驟一中，所述馴化過程如下：馴化一周，初始進(jìn)水為微污染水源水用河水稀釋至20％，進(jìn)水中微污染水源水的濃度逐步提高至100％；然后悶曝72h，觀察填料上微生物掛膜情況；待掛膜完成后，改進(jìn)微污染水源水。
進(jìn)一步，本處理工藝的CODMn去除率大于60％，氨氮去除率大于96％，進(jìn)總氮去除率大于95％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
1、污水處理啟動時(shí)間短。
本工藝在前期將大量的功能微生物生長在填料上，在污水處理過程中不會隨著污水流動而流失，同時(shí)耐沖擊性比較強(qiáng)，這樣就大大縮短了污水處理系統(tǒng)的啟動時(shí)間，在足夠的微生物保有量的情況下，較其他啟動方式，處理效果好。
2、微生物生長繁殖快，處理效率好。
吸附營養(yǎng)物的微球CW-101置于曝氣生物流化床內(nèi)，能持續(xù)提供微生物需要的生長因子，使得系統(tǒng)中功能微生物的增殖速率超過功能微生物的代謝速率和流失速率。功能微生物生長繁殖快，能穩(wěn)定發(fā)揮處理作用，采用生物親和度高的填料，形成生物膜，集生物絮凝和生物降解于一體，避免了高效菌的流失，大幅度提高了系統(tǒng)內(nèi)活性微生物的數(shù)量，從而表現(xiàn)出較高的處理效率。
3、特定功能微生物發(fā)揮功能性作用，處理效率好。
投放的特定功能微生物能發(fā)揮功能性作用，脫氮菌為嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌和亞硝化單胞菌，脫色菌為氣單胞菌CM-T1，降解大分子有機(jī)物的紅球菌CM-HZX1和好氧降COD菌。在微污染原水處理中，這些功能微生物能協(xié)同作用，降解氨氮，脫除原水中物化方法難處理的、有毒有害有機(jī)物等。
具體實(shí)施方式
下面對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
一種微污染原水的生物預(yù)處理工藝，包括以下步驟：
步驟一：將吸附營養(yǎng)物的微球CW-101用紗網(wǎng)包裹，置于曝氣生物流化床內(nèi)，并在曝氣生物流化床內(nèi)裝載的填料，然后在曝氣生物流化床內(nèi)投放功能微生物；功能微生物經(jīng)訓(xùn)化過程后穩(wěn)定持續(xù)生長；
步驟二：微污染水源水流經(jīng)曝氣生物流化床，曝氣生物流化床連續(xù)進(jìn)出水，去除水中氮以及大部分難降解有機(jī)物。
所述營養(yǎng)物是以酵母膏，葡萄糖等為主要成分配置而成液體。營養(yǎng)物成分的質(zhì)量比分別為：酵母膏︰葡萄糖︰磷酸二氫鉀︰磷酸二氫鈉：七水硫酸鎂=2︰1︰0.5︰0.5︰0.3。營養(yǎng)物的成分均在國藥試劑網(wǎng)站購買，除酵母膏、葡萄糖為生化試劑外，其他無機(jī)鹽均為分析純。
吸附營養(yǎng)物的微球CW-101作為功能微生物營養(yǎng)補(bǔ)給體。所述微球CW-101主要成分是聚乙烯醇，具有良好的吸水性，能吸收自身3倍重量的營養(yǎng)物，使曝氣生物流化床內(nèi)功能微生物穩(wěn)定持續(xù)生長。所述填料為聚氨酯海綿，固定功能微生物。
微球CW-101可以采用包埋法，具體制備步驟如下：
步驟1、包埋劑的制備：將50~100g的聚乙烯醇和5~20g的海藻酸鈉加入0.2L的水中混合，然后置于95℃的熱水中水浴溶解后制得包埋劑；
步驟2、混合液的制備：在包埋劑中加入5~20g粒徑為0.03~0.05mm的磁鐵粉及5~20g粒徑小于0.075mm的粉末活性炭，混合均勻后得到混合液；
步驟3、菌泥的加入：功能微生物經(jīng)離心收集后制得菌泥，將60g菌泥用20ml0.9wt％氯化鈉去離子水懸浮后加入到冷卻至室溫的混合液中，混合均勻后過濾；
步驟4、硼酸-氯化鈣交聯(lián)劑的制備：配制飽和硼酸溶液，每升飽和的硼酸溶液中加入氯化鈣10-30g，充分溶解后，用碳酸鈉將溶液的pH調(diào)至6-7，將配制好的溶液放置在4-8℃下預(yù)冷；
步驟5、將步驟3得到的混合液滴入步驟4配制的交聯(lián)劑中制備成粒徑在2-5mm的微球，4-8℃下靜置12-36小時(shí)；
步驟6、將所得的微球用0.9Wt％NaCl去離子水洗滌2-3次，得到微生物微球。
根據(jù)實(shí)際情況選擇恰當(dāng)?shù)奈⑶駽W-101投加量和填料投加量，投入過少，處理效率不夠，投入過多不利于微球的充分流動，影響污水之間的充分接觸。作為優(yōu)選，微球CW-101的投加量為5-10％；填料投加量為10-30%，量比為體積比。
所述功能微生物為脫氮菌、氣單胞菌、紅球菌、酵母菌、好氧降COD菌、芽孢桿菌、光合菌等。功能微生物均為本實(shí)驗(yàn)室分離。投加總量為5-10%。
作為優(yōu)選，脫氮菌為嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌CM-NRD3和亞硝化單胞菌 CM-NRO14；氣單胞菌為氣單胞菌CM-T1；紅球菌為紅球菌CM-HZX1。
嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)CM-NRD3，該菌株已于2012年11 月12日保藏在位于中國武漢武漢大學(xué)的中國典型培養(yǎng)物保藏中心 (簡稱CCTCC)，保藏編號為 CCTCC NO ：M 2012455，詳見中國ZL201210585869.8的公開內(nèi)容。
亞硝化單胞菌 (Nitrosomonas eutropha)CM-NRO14，該菌株已于 2012年11月12日保藏在位于中國武漢武漢大學(xué)的中國典型培養(yǎng)物保藏中心(簡稱 CCTCC)，保藏編號為 CCTCCNO：M2012456，詳見中國ZL201210586159.7的公開內(nèi)容。
所述馴化過程為馴化一周，初始進(jìn)水為微污染水源水用河水稀釋至20％，進(jìn)水中微污染水源水的濃度逐步提高至100％；悶曝72h，觀察填料上微生物掛膜情況；待掛膜完成后，改進(jìn)微污染水源水。
本處理工藝的CODMn去除率大于60％，氨氮去除率大于96％，進(jìn)總氮去除率大于95％。
實(shí)驗(yàn)檢測方法
氨氮(NH4+-N)的檢測方法：水楊酸-次氯酸鹽光度法；
總氮的檢測方法：堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法；
CODMn的檢測方法：酸性高錳酸鉀滴定法。
實(shí)施例1
1 吸收微生物激活劑微球CW-101的制備
微球CW-101可購自中國石化川維廠，質(zhì)量指標(biāo)：外觀Φ3～5mm球形，比重>1.01，水含量75～95％,游離水含量55～80％，破碎強(qiáng)度，凝膠置入水中，1500RPM電機(jī)高速攪拌48小時(shí)完整保留率100％。
微生物營養(yǎng)物主要是營養(yǎng)復(fù)合劑，主要成分為酵母膏，葡萄糖等。其作用機(jī)制是能有效提供自然水體中好氧微生物族群消化分解有機(jī)物所必需的養(yǎng)分，這些制劑能夠迅速地刺激水體中的和加入的功能微生物生長，加速分解污染物，當(dāng)微生物營養(yǎng)物與微生物進(jìn)入微污染原水時(shí)可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到更好的水質(zhì)改善效果。
將微球CW-101置于微生物營養(yǎng)物溶液中，按照1︰3的比例（質(zhì)量g/體積L），3h后取出微球CW-101，即可。
2 本發(fā)明微污染原水預(yù)處理工藝的應(yīng)用方式為：
將吸收營養(yǎng)物的微球CW-101與填料置于曝氣生物流化床內(nèi)，微球CW-101中營養(yǎng)物與外部水環(huán)境進(jìn)行交換，營養(yǎng)物緩慢擴(kuò)散至曝氣生物流化床內(nèi)水體中，供功能微生物的生長。將脫氮菌、氣單胞菌、紅球菌、酵母菌、芽孢桿菌、光合菌復(fù)配后投加至曝氣生物流化床內(nèi)。
所述馴化過程為馴化一周，初始進(jìn)水為微污染原水用河水稀釋至20％，原水濃度逐步提高至100％。悶曝72h，觀察填料上微生物掛膜情況。待掛膜完成后，改進(jìn)微污染原水。
本發(fā)明微污染原水預(yù)處理工藝對污染河流處理效果：顆粒投粒比10%，聚氨酯填料體積投加量為20%。當(dāng)污水中氨氮初始濃度為10mg/L時(shí)， 8h后氨氮去除率為99.6%?？偟跏紳舛葹?6mg/L時(shí)，8h后去除率為95%。CODMn初始濃度為30mg/L時(shí)，8h后去除率為60%。
實(shí)施例2 氨氮污染水體的應(yīng)用以及效果。
將養(yǎng)殖廢水以一定比例投入河道水體用于實(shí)驗(yàn)，將脫氮菌、氣單胞菌、紅球菌、酵母菌、芽孢桿菌、光合菌復(fù)配后投加至反應(yīng)器內(nèi)。
本發(fā)明微污染原水預(yù)處理工藝對污染河流處理效果：顆粒投粒比10%，聚氨酯填料體積投加量為30%。當(dāng)污水中氨氮初始濃度為12.5mg/L時(shí)， 8h后氨氮去除率為96.4%?？偟跏紳舛葹?9.2mg/L時(shí)，8h后去除率為96.9%。CODMn初始濃度為40.5mg/L時(shí)，8h后去除率為60.5%。
實(shí)施例3 染料污染水體的應(yīng)用以及效果。
將結(jié)晶紫（三苯甲烷結(jié)構(gòu)）以一定量投入河道水體，按一定體積比稀釋用于實(shí)驗(yàn)，將脫氮菌、氣單胞菌、紅球菌、酵母菌、芽孢桿菌、光合菌復(fù)配后投加至反應(yīng)器內(nèi)。
本發(fā)明微污染原水預(yù)處理工藝對污染河流處理效果：顆粒投粒比10%，聚氨酯填料體積投加量為30%。當(dāng)水體中染料初始濃度為10mg/L時(shí)，10h后，脫色率為90%。氨氮初始濃度為18mg/L時(shí)， 10h后氨氮去除率為96.7%?？偟跏紳舛葹?6mg/L時(shí)，10h后去除率為97%。CODMn初始濃度為68mg/L時(shí)，10h后去除率為73.5%。
本發(fā)明按照實(shí)施例進(jìn)行了說明，在不脫離本原理的前提下，本裝置還可以作出若干變形和改進(jìn)。應(yīng)當(dāng)指出，凡采用等同替換或等效變換等方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。