专利名称：一种去除水厂原水中藻类和微囊藻毒素的方法
技术领域：
本发明涉及饮用水处理技术领域，更具体涉及一种去除水厂原水中藻类和微囊藻毒素的方法，尤其适用于受蓝藻生长繁殖而污染的水源水体。
背景技术：
中国的水环境污染日益严重，由此引发的饮用水安全问题日益增加。其中，频繁发生的蓝藻水华已成为水体富营养化的主要环境灾害。中国的蓝藻水华主要以产生微囊藻毒素(microcystin，MC)的微囊藻水华为主，微囊藻毒素是一类七肽单环物质，毒性较大，分布较广，中国各大湖泊水库已相继检出了微囊藻毒素。调查表明，中国东南沿海地区以及广西绥远地区居民的原发性肝癌与饮用水源中微囊藻毒素含量密切相关。美国、加拿大、日本、澳大利亚、芬兰、新西兰、印度、南非等十几个国家和地区也有水华藻类污染引起野生动物、鱼类、家禽和人类中毒、死亡现象的报导。研究结果显示，微囊藻毒素的主要靶器官是肝脏，主要表现为使肝脏充血肿大，严重时可导致肝脏出血或坏死，其致毒机理是通过抑制肝细胞中蛋白磷酸酶的活性，诱发细胞角蛋白高度磷酸化，导致肝脏细胞微丝分解、破裂和出血。微囊藻毒素属于细胞内毒素，在藻细胞破裂或衰老死亡时释放到水体中。藻毒素在水中的存在形态为细胞内毒素和溶解性藻毒素，因此水处理工艺中既要去除水中的溶解性藻毒素，也要去除水中的藻细胞。传统的给水处理工艺对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，成本高的缺点；化学氧化法可以很快去除水中的藻毒素，但通常存在二次污染问题； 微囊藻毒素中存在Adda基团，可以微生物有效降解，但是生物降解作用具有一定的滞后性。另一方面，传统的给水处理工艺主要以去除悬浮和胶体物质为主，以出水的浊度、色度和细菌总数为工艺控制的主要指标，虽然对含藻量低的水源水处理效果较好，但对含藻量较高的水源水处理效果不好。原水中的藻类对给水工艺的影响主要包括降低混凝效果、阻塞滤料层、腐蚀构筑物、穿透滤池进入管网形成二次污染、产生藻毒素和异味物质。因此，针对含藻水对现有给水生产工艺的不利影响，开发切实可行、高效经济的自来水厂藻类及其毒素的处理方法具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种去除自来水厂原水中藻类和微囊藻毒素的方法。 该方法能有效去除微囊藻毒素且高效经济，简易可行。对藻细胞去除率可达到90-95%，微囊藻毒素去除率为95-100%。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案—种去除自来水厂原水中藻类和微囊藻毒素的方法，该方法是建立一套可调控的生物膜反应器，利用油酸与生物膜的共同作用提高对藻类及其毒素的去除效率，并联合活性炭深度处理去除出水中残留的微囊藻和毒素。其步骤是1)填料挂膜将所选取的填料载体(Φ IOX 10 20mm的Sl型塑料悬浮填料)置于水源地，自然状态下挂膜培养30-60天，转移到生物膜反应器(生物膜反应器制备非常容易，本领域的技术人员均能制备，内径300-1000mm，高1000-2000mm)中，运行l_3d使系统稳定。2)生物膜反应器处理利用填料上附着的土著生物膜对藻细胞的截留作用和生物膜中微型动物的摄食作用去除水中藻类；利用生物膜中微生物的降解作用去除溶解性微囊藻毒素。原水中叶绿素a为100-150yg/L，水力停留时间4- 时，生物膜反应器对藻细胞和微囊藻毒素的去除率为60-70%和80-90% ；由于原水中藻密度过大，现用油酸调控生物膜反应器对微囊藻和毒素的去除效果，调控过程为50-150mg/L油酸(十八碳-顺-9-烯酸)浸泡生物膜2-4h，处理后的溶液经排泥管排空，原水平衡4-他。调控完毕后生物膜反应器对藻细胞去除率达到90-95%，微囊藻毒素去除率达到95-100%。3)活性炭处理生物膜反应器的出水先经过预沉池处理，然后进入颗粒活性炭处理工艺(内径300-500mm，高1000-1500mm，填装Φ2-3ι πι，长4_8mm的颗粒活性炭)，利用活性炭的强烈吸附作用彻底去除未完全降解的微囊藻毒素以及降解过程中产生的小分子有机物，停留时间为2-4h条件下，出水中微囊藻毒素未检出，达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。本发明的原理分析暴露于含有微囊藻毒素的水体中的土著微生物可以有效降解微囊藻毒素。大量的微生物附着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动物的摄食作用去除水中的藻类污染物是现代水处理技术中的热点。油酸对水华藻类具有明显的化感抑制作用，油酸与生物膜联合杀藻具有明显协同效应，土著微生物可有效降解杀藻过程中释放出来的微囊藻毒素，同时油酸对人体没有毒害作用，易降解，生态安全性好，因此利用油酸来调控生物膜对藻类和毒素的去除切实可行。最后的活性炭处理可以强烈吸附前期工艺中残留的微囊藻毒素和降解产物，达到深度处理效果。本发明与现有技术相比，具体以下优点和效果1)本方法经济可行，所需材料价格较低，不会明显增加水处理的成本。塑料悬浮填料比重与水近似，填料更换非常简便。2)本方法安全性高，调控过程所加油酸可以明显提高生物膜反应器对藻类的去除效果，油酸对人体无毒害作用，且容易被生物降解。3)本方法对藻毒素的去除效果好，总毒素去除率达到95-100%，出水达到或优于 《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。4)本方法操作简便，实用性高，可以很好地与现有的水处理工艺对接。
图1为一种去除自来水厂原水中藻类和微囊藻毒素的方法流程示意2为一种调控前后水中叶绿素a浓度随时间的变化示意3为一种油酸调控对生物膜反应器去除微囊藻毒素的影响示意图
具体实施例方式原水中藻细胞和藻毒素的去除处理技术主要依靠生物膜反应器截留、化感抑制、 生物降解和活性炭吸附作用完成。本方法通过在水源地原水中自然状态下培养生物膜，通过油酸调控生物膜反应器强化系统的运行效率，以及活性炭吸附系统深度处理饮用水中藻类及其毒素等污染物，以此为基础建立一套处理效率高，操作简便，易与现有工艺实现对接且经济可行的处理系统。实施例1 一种去除自来水厂原水中藻类和微囊藻毒素的方法，其步骤是1)水源地填料挂膜1 将所选取的载体填料(Φ IOX 10 20mm的Sl型塑料悬浮填料)置于水源地，在自然状态下挂膜培养30或35或40或44或48或52或56或60天， 转移到生物膜反应器(生物膜反应器制备非常容易，本领域的技术人员均能制备，生物膜反应器内径为300-1000mm，高1000-2000mm)中，原水运行1或2或3d使系统稳定。2)生物膜反应器处理2 利用生物膜反应器(内径300-1000mm，高1000-2000mm) 中的生物膜对藻细胞的截留作用和生物膜中微型动物的摄食作用去除水中藻类；利用生物膜中微生物的降解作用去除溶解性微囊藻毒素。原水中叶绿素a为100或110或125或 135或145或150 μ g/L，水力停留时间4或5或6或7或他时，生物膜反应器对藻细胞和微囊藻毒素的去除率为60-70%和80-90% ；3)油酸调控处理3 由于原水中藻密度过大，现用油酸调控生物膜反应器对微囊藻和毒素的去除效果，调控过程为50或80或100或120或150mg/L油酸(十八碳-顺-9-烯酸)浸泡生物膜2或3或4h，处理后的溶液经排泥管排空，平衡4或5或6或7或他。 调控完毕后提高了生物膜反应器对藻细胞去除率达到90-95%，微囊藻毒素去除率达到 95-100%。4)沉淀池处理4 为避免脱落的生物膜进入后续处理工艺中，在生物膜反应器后连接一个沉淀池(内径300 IOOOmm高1000 2000mm)。沉淀池同样设有排泥管，每20 或40或60天进行一次排泥。5)活性炭处理5 生物膜反应器的出水先经过预沉池处理，然后进入颗粒活性炭处理工艺(内径300-500mm，高1000-1500mm，填装Φ2-3ι πι，高4-8mm的颗粒活性炭)，利用活性炭的强烈吸附作用彻底去除未完全降解的微囊藻毒素以及降解过程中产生的小分子有机物，停留时间为2或3或4h条件下，出水中微囊藻毒素未检出，达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。本实施例以武汉市东湖富营养化水体为填料载体的挂膜地点，选用规格为 Φ 10 X 10 20mm的塑料悬浮填料为挂膜载体，培养30d后将生物膜转移至生物膜反应器 (内径500mm高1500mm)中，在23士 1°C，水力停留时间为Mi时，持续运行30天，生物膜反应器对各污染物均有良好的去除效果(表1)。生物膜反应器的填料载体上附着有大量的土著微生物，大量微生物的生长代谢能够利用水中的有机污染物，从而达到去除水中污染物的目的；整个系统主要为好氧环境，大量好氧微生物以及硝化细菌的存在导致生物膜反应器对COD、NH4+-N、MC等有机污染物具有较高的去除率；同时生物膜具有一定粘滞性，能够吸附水体中的胶体类悬浮物质，从而极大的降低水体的浊度；含有大量微囊藻的原水经过生物膜反应器时，藻细胞能够被其中的溶藻菌裂解、原生动物捕获吞噬或被生物膜释放的化感物质杀死，故生物膜反应器对微囊藻也具有良好的去除效果。表1生物膜反应器对水质净化效果
TNTPCODNH/-NChl-a浊度MC去除率24. 2%56. 1%85. 7%98. 2%67. 4%99. 2%86. 3% 实施例2:微囊藻毒素为细胞内毒素，水体中微囊藻毒素的处理技术既要考虑溶解性藻毒素的去除，同时更重要的是对含有藻毒素的藻细胞进行有效去除。上述实施例中，原水中加入 22. 5 45. 75 μ g/L MC粗提液后，出水中溶解性MC浓度小于1. 0 μ g/L，可见生物膜反应器对溶解性MC的去除率可达到99%以上。然而，出水中尚含有较多的藻细胞，因此总毒素的去除率仅为86. 3%，总毒素的浓度仍大于1. 0 μ g/L，对人群饮水健康具有一定的威胁。为提高生物膜反应器对微囊藻的去除率，选择对微囊藻具有明显化感抑制作用的油酸，强化生物膜反应器处理效率。具体步骤为50mg/L油酸浸泡生物膜池，处理后的溶液经排泥管排空，再用原水平衡他。由图2、图3可知，油酸调控后生物反应器对微囊藻的去除率有了显著的提高(P < 0. 05)，其对Chl-a的去除率由67. 4%提高到91. 6%，对总微囊藻毒素的去除率也由86. 3%提高到97. 5%0实施例3 生物膜的生长存在适应、附着、生长、脱落、稳定等几个阶段。为保证生物膜脱落阶段系统对原水的处理效果，同时避免脱落的生物膜进入后续处理工艺，在生物膜反应器后连接一个沉淀池(内径300mm高1000mm)和活性炭处理系统(内径300mm，高1000mm，填装Φ2-3πιπι，高4-8mm的颗粒活性炭)。利用活性炭进一步深度处理生物膜反应器出水中的残留污染物及小分子物质。在停留时间为池条件下，经活性炭柱处理后出水可达到或优于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
权利要求
1. 一种去除水厂原水中藻类和微囊藻毒素的方法，其步骤是1)填料挂膜将所选取的载体填料φ10 X 10 20mm的Sl型塑料悬浮填料置于水源地，在自然状态下挂膜培养30-60天，转移到生物膜反应器中，原水运行l-3d使系统稳定；2)生物膜反应器处理利用生物膜反应器中的生物膜对藻细胞的截留作用和生物膜中微型动物的摄食作用去除水中藻类；利用生物膜中微生物的降解作用去除溶解性微囊藻毒素，原水中叶绿素a为100-150 μ g/L，水力停留时间4- 时，生物膜反应器对藻细胞和微囊藻毒素的去除率为60-70%和80-90% ；3)油酸调控处理由于原水中藻密度过大，用油酸调控生物膜反应器对微囊藻和毒素的去除效果，调控过程为50-150mg/L油酸浸泡生物膜2_4h，处理后的溶液经排泥管排空， 平衡4-8h，调控完毕后生物膜反应器对藻细胞去除；4)沉淀池处理为避免脱落的生物膜进入后续处理工艺中，在生物膜反应器后连接一个沉淀池内径300 IOOOmm高1000 2000mm，沉淀池同样设有排泥管，每20-60天进行一次排泥；5)活性炭处理生物膜反应器的出水先经过预沉池处理，然后进入颗粒活性炭处理工艺活性炭Φ2-3πιπι，高4-8mm，利用活性炭的强烈吸附作用彻底去除未完全降解的微囊藻毒素以及降解过程中产生的小分子有机物，停留时间为2-4h条件下，出水中微囊藻毒素未检出，达到国家生活饮用水卫生标准。
全文摘要
本发明公开了一种去除水厂原水中藻类和微囊藻毒素的方法，其步骤A、填料挂膜将所选取的载体填料置于水源地，培养，转移到生物膜反应器中；B、生物膜反应器处理利用生物膜反应器中的生物膜对藻细胞的截留作用和生物膜中微型动物的摄食作用去除水中藻类；C、油酸调控处理用油酸调控生物膜反应器对微囊藻和毒素的去除效果，提高生物膜反应器对藻细胞去除；D、沉淀池处理；E、活性炭处理生物膜反应器的出水先经过预沉池处理，利用活性炭的强烈吸附作用彻底去除未完全降解的微囊藻毒素，达到国家生活饮用水卫生标准。该方法能有效去除微囊藻毒素且高效经济，简易可行。对藻细胞去除率达到90-95%，微囊藻毒素去除率为95-100%。
文档编号C02F9/14GK102167476SQ20111006344
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者肖邦定, 黄建团 申请人:中国科学院水生生物研究所