减少残留的顽固有机污染物的方法
【专利说明】减少残留的顽固有机污染物的方法
[0001]发明背景。
发明领域
[0002]本发明涉及用于降低化学需氧量(在本文中称为COD)的过程和系统，以及更具体而言涉及将选取的微生物固定在载体材料上的稳定生物膜中的过程和系统。
[0003]相关领域描述
来自工业的废水性质上可为有机或无机的，或二者的组合。在大多数情况下，其含有毒性成分，所述毒性成分可对人类和动物造成直接威胁。废水污染的另一个直接效应为通过过度的有机负荷量耗尽接纳水体的溶解氧(DO)含量，至水流变得不能行使其自净过程的程度。所述脱氧可强至足以几乎破坏所有的鱼和其它水生生物。氧在水中的溶解度非常低(少于12mg/l)的事实，使所述问题更加严重。所述氧来自两个来源，即扩散自空气/水界面处的大气，以及作为光合作用的副产物。光合生物(例如植物和藻类)在有充足光源时产生氧。在光不足的时间内，这些生物消耗氧，导致DO水平损失。
[0004]生物需氧量(BOD)和化学需氧量(COD)分别为废水的生物可降解和化学可氧化部分的指标。已处理流出液的COD代表处理技术在其去除存在于流入液中的总有机物质的能力上的效力。这些参数时常用于定义流入液和流出液特征并且亦确保废水处理效率。
[0005]顽固COD是指抗微生物降解(生物耐受性)或者不易生物降解的有机化合物。包括活性污泥工艺、生物过滤或膜生物反应器(MBR)在内的现有生物处理技术不能有效地去除这些顽固COD化合物。吸附和氧化或许能够去除或破坏这些有机化合物，但成本常常很尚O
[0006]发曰月概沐
在本发明的一个示例性方面，提供用于降低水系中液体的顽固化学需氧量(COD)的方法。本发明中待处理的靶标水已在先前步骤(例如典型的常规废水处理厂中的一级和二级处理过程)中充分处理，以去除易生物降解的有机化合物，以使B0D5/C0D比率低于0.2，合意地低于0.1。所述方法包括在预处理单元中将液体进一步预处理，以将固有细菌或微生物去除至这样的群体水平，其低于所述固有生物可干扰在后续处理单元中外部引入的细菌或微生物对顽固COD的有效生物降解的水平。然后将所述液体提供给具有由载体材料形成的滤床的反应器。筛选高效微生物或微生物聚生体并用于定殖所述载体材料，以去除顽固C0D。在所述载体材料的表面上培养生物膜，以将筛选的微生物固定在反应器中。向液体中加入共基质以增强载体材料表面上的生物膜形成。所述方法进一步包括使液体从预处理单元通过定殖有筛选微生物的滤床渗滤，以在需氧条件下降解至少部分顽固C0D。在一个实施方案中，所述滤器由具有生物膜的载体材料形成，并且所述筛选的微生物包含选自以下的至少一个微生物物种:杆菌属(ifeci77w5.)、丛毛单胞菌属、节杆菌属{Arthrobacter)、微球菌属{Micrococcus)、假单胞菌属iPsoudomorm^)、片球菌属{Ped1coccus)、无色杆菌属(Jchromobac ter)、黄杆菌属{Fla vobac terium)、分枝杆菌属dcoAacteritt?)、产黄杆菌属(TPAot/afloAacier)、寡养单胞菌属{Stenotrophomona^}和酵母。
[0007]在参考附图阅读下列详述和随附权利要求之后，本发明及其相比于先有技术的优势将变为显而易见的。
[0008]附图简沐
通过结合附图参考本发明实施方案的下列描述，本发明的上文提及的特征和其它特征将变得更显而易见，且本发明自身将更好理解。
[0009]图1显示根据本发明一个实施方案的减少顽固有机污染物的水处理系统的示意图。
[0010]图2为当与各种水处理一起使用GAC时COD去除％相对于时间的图表。
[0011]图3为当与各种水处理一起使用火山岩载体材料时COD去除％相对于时间的图表。
[0012]相应的引用字符表不附图视图各处的相应部分。
[0013]发明详述
现在将参考附图在下列详述中阐述本发明，其中详细阐述优选的实施方案以使本发明能够实施。尽管参考这些具体的优选实施方案阐述本发明，但将理解的是，本发明不限于这些优选的实施方案。但相反的是，本发明包含如将根据对下列详述的考虑而变为显而易见的大量备选方案、修改和等同物。
[0014]图1显示用于去除已处理废水中的残留污染物的水处理系统10。合意的是，待用系统10处理的靶标水已在预先步骤中通过去除易生物降解污染物的生物学过程充分处理，以使其流出液13005小于30 ppm，更合意小于10 ppm或者甚至小于5 ppm。被水处理系统10靶定的主要残留污染物为顽固COD，其在常规的一级和二级废水处理以及基于膜的水处理(例如MF/UF、MBR)之后仍残留。顽固COD是指抗微生物降解(生物耐受性)或者不易生物降解的有机化合物。所述水处理系统10处理含顽固COD的受污染水性液体，以分解这些化合物的至少一部分，使所述液体的COD值降低。所述水处理系统10亦可用于去除其它水体中的顽固C0D，例如地表水和地下水。
[0015]待处理的液流最初在预处理单元12中预处理。所述预处理单元12将固有细菌或微生物去除至这样的群体水平，其低于所述固有生物可干扰反应器20中的筛选和外部引入微生物的水平。在一个实施方案中，所述预处理单元为过滤单元，其中使用MF或UF膜或介质过滤。在另一个实施方案中，将所述预处理单元12与预先步骤组合以用于同时进行生物处理和膜过滤，例如在MBR中。鉴于所需的预处理单元12为本领域技术人员所熟知，对所述预处理单元12的进一步论述无需包含在本文中。
[0016]将待处理的液体从预处理单元12传送至给料罐14。合意的是，给料罐14提供有通过电动机驱动的搅拌器。所述给料罐14亦可充当储存罐或平衡罐。借助于安置在导管18中的泵16，以预定流速将待处理的流体泵送至含有填充滤床22的反应器20。在一个实施方案中，使用泵16以基本上恒定的流速将待处理的液体从给料罐14泵送至反应器20的底部以用于连续处理。或者，滤床22底部的扩散器(未显示)可将待处理的液体分布在滤床22上。如本领域所已知，所述扩散器可由大量小管部分组成。本领域技术人员将理解的是，在不背离本发明范围的情况下，亦可使用用于将待处理液体进料至反应器20的其它手段。例如，亦可能通过在滤床22的顶部喷射来分布液体。在滤床22的末端，可在反应器20中安置一道塑料基质的滤层24或滤网，以使滤床22的颗粒保留在反应器20中，而不会阻碍流出滤床22的渗滤液的通过。所述反应器可通过通气口 25通气。
[0017]滤床22合意地由载体材料26形成。通过利用微生物培养技术在载体材料26的表面上形成生物膜。将支持生物膜形成的任何材料均适合作为载体材料26。一个实例为火山岩。通过选择载体材料26可进一步改善功效，所述载体材料为待处理水中的至少部分有机化合物的吸附剂，由此将这些化合物从水中分离并浓缩在载体材料26的表面上。以此方式，这些化合物可更有效地被定殖载体材料26的微生物分解。合适的吸附性载体材料包括含活性炭的材料如颗粒活性炭(GAC)、褐煤、沸石以及合成的吸附材料，例如大孔树脂。
[0018]根据本发明的一方面，使用高效的微生物和酶(下文中为“筛选的微生物”或“筛选的细菌”)定殖载体材料26并生物降解顽固COD。所选微生物和酶(或其混合物)通过载体材料26固定在反应器20内。已发现的是，固有细菌大大降低筛选细菌的功效，因为筛选细菌并非占优势的，并且在大量固有细菌存在下，筛选细菌不能有效地竞争并维持其所需功能。因此，在预处理单元12中将原有细菌物种大量去除或降至最低，以减少接种生物膜的污染。为了使筛选细菌能够分解非生物可降解的有机化合物，待处理水的B0D5/C0D比率应足够低，低于0.2，或者合意地甚至低于0.1，以避免与分解生物可降解有机