基本信息
- 項目名稱：
- 新型酶類制劑強化生物膜法治理河道排污口污水的試驗研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 該項目通過新型復(fù)合酶對河道排污口污水處理，經(jīng)實驗室研究，取得良好效果。
- 詳細介紹：
- 新型酶類制劑強化生物膜法治理河道排污口污水的試驗研究 一、 研究意義和內(nèi)容 1、研究目的和意義 本試驗在小試規(guī)模下模擬生物膜法處理河道無序排放污水，希望通過小試試驗，判斷新型復(fù)合酶制劑對生物膜法模擬治理無序排放污水的促進作用，為復(fù)合酶制劑今后能實際投入使用提供依據(jù)。從全國范圍內(nèi)的城鎮(zhèn)河道修復(fù)狀況來看，河道無序排放污水的高效、經(jīng)濟治理對于河流修復(fù)乃至整個河流生態(tài)環(huán)境保護都具有積極的意義。本試驗正是基于這一目的，初步研究生物促進劑-生物膜法對河流無序排放污水的處理，從而為復(fù)合酶制劑的推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。 2、研究內(nèi)容 本研究采用生物膜法，在小試規(guī)模下模擬處理河道無序排放污水，本試驗以杭州中萃集團污水處理初沉池出水蓄水井中的污水及其生產(chǎn)廢水的混合流來模擬目標廢水。本研究使用的新型酶類制劑是從國外引進的復(fù)合酶生物促進劑。復(fù)合酶生物促進劑是一種含有多種生物酶、表面活性劑、金屬元素和營養(yǎng)元素的制劑。 試驗內(nèi)容包括： （1）在生物膜反應(yīng)器內(nèi)掛膜，B反應(yīng)器內(nèi)添加復(fù)合酶生物促進劑，A反應(yīng)器作為對照，直到掛膜成功。 （2）測定對照反應(yīng)器A和投加復(fù)合酶生物促進劑的反應(yīng)器B中CODCr和氨氮的去除效果，通過對比考察生物促進劑對系統(tǒng)的促進作用。 二、試驗裝置與方法 1、試驗裝置 生物膜試驗裝置如圖1所示，生物膜反應(yīng)器A和B分別為一個有機玻璃反應(yīng)器，體積為44 L，反應(yīng)器中填料為組合纖維填料，型號為ZV-150-80。在反應(yīng)器B中每天投加0.7mg/L復(fù)合酶生物促進劑，A中不投加任何生物促進劑，作為對照組。 圖1 生物膜反應(yīng)器 本試驗采用的填料是上海石化環(huán)保器材廠生產(chǎn)的組合纖維填料，其型號為ZV-150-80，示意圖見圖2。該填料由軟性纖維束、高分子聚合環(huán)片、支撐套管、中心繩組成。軟性纖維束用獨特的穿孔固定方式均勻分布在塑料環(huán)片的周邊，絲束不會脫落，同時避免了填料中心結(jié)團的現(xiàn)象，改善了中心供氧，塑料環(huán)片中間雪花狀針刺樣結(jié)構(gòu)又能起良好的布水、布氣作用，使該填料具有傳質(zhì)效果好、氧利用率高，不堵塞、耐沖擊、處理穩(wěn)定等優(yōu)點。 圖2 組合纖維填料示意圖 2、試驗方法 本試驗以杭州中萃集團污水處理初沉池出水蓄水井中的污水及其生產(chǎn)廢水的混合流來模擬目標廢水。污水CODCr平均值為234mg/L，氨氮平均值為35mg/L，溶解氧平均值為2.0mg/L，pH平均值為6.7。試驗時同時運行兩個相同的生物膜反應(yīng)器，一個作為對照，另外一個投加復(fù)合酶生物促進劑，掛膜成功后考察兩個反應(yīng)器的處理效果及生物促進劑的促進效果。 3、試驗藥品及儀器 （1）試驗儀器及設(shè)備 722型分光光度計，上海第三分析儀器廠； 752型紫外分光光度儀，上海第三分析儀器廠； 81-2型恒溫磁力攪拌器，上海司樂儀器廠； Model-6010便攜式pH計，上海宇策電子有限公司； Model-9010便攜式溶氧儀，上海宇策電子有限公司； TF-1A型生化培養(yǎng)箱，江蘇姜堰市分析儀器廠； 電熱烘干箱202-1型，上海第二五金廠； 電熱手提壓力蒸汽消毒器，上海醫(yī)用核子儀器廠。 （2）主要試劑 重鉻酸鉀，AR，上海菲達工貿(mào)有限公司； 硫酸亞鐵胺，AR，浙江湖州化學試劑廠； 硫酸汞，AR，泰興市化學試劑廠； 硫酸，AR，宜興市化工廠； 硫酸銀，AR，上海振興化工廠； 鄰菲羅啉，AR，上海試劑三廠； 抗壞血酸，AR，上?；瘜W試劑采購供應(yīng)站； 鉬酸銨，AR，上海化學試劑采購供應(yīng)站； 酒石酸銻氧鉀，AR，上?；瘜W試劑采購供應(yīng)站； 復(fù)合酶生物促進劑，美國國際酶素公司。 4、檢測項目與方法 （1）水質(zhì)指標的監(jiān)測分析 1）氨氮的測定采用納氏試劑分光光度法； 2）DO采用JYD-1A型溶氧測定儀測定； 3）pH值采用PHB-8型筆式pH計測定； 4）CODcr的測定采用重鉻酸鉀法。 （2）生物量 填料上的生物膜絕大部分是微生物和各種有機質(zhì)，所以用單位質(zhì)量填料上的COD的質(zhì)量表示生物膜的生物量。 測定方法： 1）將填料置于50ml燒杯中，加入40ml左右1mol L-1 NaOH溶液，60~70℃水浴30分鐘。 2）將裝有填料的燒杯置于超聲波清洗器中，清洗13分鐘。 3） 取出燒杯用玻璃棒攪拌填料5分鐘，使生物膜脫落，將液體轉(zhuǎn)移至100ml容量瓶中，然后加入蒸餾水再次攪拌填料，將液體移至容量瓶中，不斷重復(fù)上述操作，直至填料上生物膜完全脫落，所有包含生物膜的液體均轉(zhuǎn)移至容量瓶中，然后定容至100ml，搖勻。將清洗后的填料烘干稱重。 4）用重鉻酸鉀法測定100ml容量瓶中的COD。 生物量計算方法：生物量 = 測得COD/填料重（單位mg COD/g填料）。 三、結(jié)果與討論 反應(yīng)器采用自然掛膜法，停留時間為24小時，溫度20℃-22℃，連續(xù)進水，間歇曝氣，保持進水DO為1.9~2.1mg/L。從掛膜15天后開始記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，主要由于一開始掛膜的時候生物量較少，對污染指標的去除效果一般。本試驗?zāi)康氖菫榱吮容^投加復(fù)合酶生物促進劑反應(yīng)器B與對照反應(yīng)器A掛膜進程的優(yōu)劣。 1、掛膜階段各指標的變化情況 掛膜期間兩反應(yīng)器內(nèi)生物膜量的變化如圖3所示。經(jīng)過15天反應(yīng)器B就開始有生物膜附著，而反應(yīng)器A在第20天的時候表面稍有變化，取出填料在顯微鏡下觀察到有少量的微生物吸附在表面?？梢姡盍显贐反應(yīng)器中比在對照反應(yīng)器A中表面生物膜形成快。生物膜的形成速率主要依賴于二個因素：一是微生物與載體表面的接觸頻度，兩個反應(yīng)器的水力停留時間、進水濃度均相同，接觸頻度接近；二是懸浮微生物的活性，酶制劑可以有效地促進污水中微生物的新陳代謝能力。生物膜在載體表面形成的第一步是微生物在載體表面的附著，隨著后來的微生物在給定的環(huán)境下繁殖、增長，最終發(fā)展成為具有一定厚度及密度的生物膜。而微生物的附著過程通常是由微生物分泌一些粘性代謝物質(zhì)所造成的，如多聚糖等，這些體外多聚糖類物質(zhì)起到了生物粘合劑的作用，附著是形成生物膜群落的基礎(chǔ)。投加酶制劑可以使反應(yīng)器中懸浮以及附著微生物的生理活性提高，可分泌體外多聚糖的能力增強，并且懸浮微生物活性增強有利于細菌在載體表面附著固定。 第35天時A和B兩個反應(yīng)器內(nèi)生物膜量分別為125.8 mgCODcr.g纖維-1和612.2 mgCODcr.g纖維-1，第45天時分別上升到324.9 mgCODcr.g纖維-1和735.6 mgCODcr.g纖維-1，第55天時兩個反應(yīng)器生物膜量基本都達到穩(wěn)定，分別為498.9 mgCODcr.g纖維-1和782.3 mgCODcr.g纖維-1。因此，添加酶制劑的反應(yīng)器B掛膜速度比對照反應(yīng)器A更快，生物膜量更大。 圖3 兩個反應(yīng)器中生物膜量變化 A反應(yīng)器30天（100倍） A反應(yīng)器在55天(100倍) B反應(yīng)器30天（100倍） B反應(yīng)器55天（400倍） 圖4 兩個反應(yīng)器中生物膜生長過程照片 圖4為兩個反應(yīng)器在各階段的生物膜照片。掛膜期間，填料表面開始無微生物附著，隨時間推移和原水中原有微生物的附著，在填料表面逐漸有淡黃色微生物絮體出現(xiàn)，水體也變得渾濁；通過觀察填料表面菌膠團逐漸增多，直至覆蓋填料表面，形成生物膜，此時生物膜成黃褐色，水體清澈；隨著時間推移，生物膜內(nèi)逐漸出現(xiàn)許多較高等的微生物，如游泳型纖毛蟲、鐘蟲等，處理效率高，出水清澈。污染物去除率也逐漸穩(wěn)定。 圖5和圖6分別為兩個反應(yīng)器掛膜期間CODCr、氨氮去除率隨時間的變化。從圖中可以看出，掛膜開始35天時兩個反應(yīng)器中各個指標的去除率都很低，B反應(yīng)器CODCr為54.2%，氨氮為27.9%；對照反應(yīng)器A的CODCr去除率為22.3%，氨氮為10.7%。隨著時間的推移，微生物種類和數(shù)量不斷的增多，使得各指標的去除率不斷的上升，到了55天以后B反應(yīng)器CODCr去除率為78.8%，氨氮為46.5%；對照反應(yīng)器A的CODCr去除率為70.0%，氨氮為37.0%。此時反應(yīng)器運行已經(jīng)穩(wěn)定，CODCr和氨氮去除率都達到了一個相對穩(wěn)定的階段，反應(yīng)器已經(jīng)基本上掛膜成功。 圖5 兩個反應(yīng)器中CODCr去除率的變化 圖6 兩個反應(yīng)器中氨氮去除率的變化 2、掛膜成功后兩個反應(yīng)器污染指標平均去除率比較 圖7為掛膜成功后兩個反應(yīng)器掛膜量的比較。在掛膜成功后，A、B兩個反應(yīng)器生物膜量分別為550.2 mgCODcr.g纖維-1和790.6mgCODcr.g纖維-1，即B反應(yīng)器掛膜量明顯多于對照反應(yīng)器A。投加酶制劑可以使反應(yīng)器中懸浮以及附著微生物的生理活性提高，分泌體外多聚糖的能力增強，有利于細菌在載體表面附著固定，所以反應(yīng)器B的生物量比對照反應(yīng)器A大。 圖7 掛膜成功后生物量比較 圖8和圖9為掛膜成功后兩個反應(yīng)器CODCr和氨氮平均去除率的比較。掛膜成功后，A和B反應(yīng)器CODCr平均去除率分別為70.5%和78.4%；氨氮平均去除率分別為38.2%和48.6%。說明酶制劑對系統(tǒng)有機物和氨氮的去除都有促進作用，復(fù)合酶的促進效果較好。生物促進劑中含有多種水解酶，有利于大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，強化了微生物降解有機污染物的能力。 圖8 CODCr平均去除率比較 圖9 氨氮平均去除率比較 四、結(jié)論 河流為城鎮(zhèn)提供了飲用水源和農(nóng)業(yè)灌溉用水，對城鎮(zhèn)的社會形態(tài)和經(jīng)濟發(fā)展起著重要的作用。然而，隨著工業(yè)化和城市化的迅猛發(fā)展，作為城鎮(zhèn)賴以生存的河流，卻成為城鎮(zhèn)的排污管道，遭到日益嚴重的污染，危及人類的健康和生態(tài)環(huán)境。我國城鎮(zhèn)河流污染主要特征是污染物類型齊全、生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜、污染源數(shù)量多、污染危害嚴重，針對我國國情，總結(jié)國內(nèi)外河流治理的技術(shù)和經(jīng)驗，對我國城鎮(zhèn)河流治理工作，具有重要借鑒意義。 本試驗初步研究了生物促進劑-生物膜法對河流無序排放污水的處理效果。結(jié)果表明，添加復(fù)合酶生物促進劑的B反應(yīng)器在掛膜階段單位填料上生物膜的生長在相同時間內(nèi)明顯優(yōu)于對照反應(yīng)器A。掛膜成熟后A、B反應(yīng)器內(nèi)的生物量分別為550.2 mgCODCr.g纖維-1和790.6 mgCODCr.g纖維-1。同時，掛膜成功后B反應(yīng)器（加入復(fù)合酶生物促進劑）比A反應(yīng)器（對照）對污染指標去除效果更好，去除率更穩(wěn)定。其中，B反應(yīng)器CODCr和氨氮平均去除率分別為78.4%和48.6%；A反應(yīng)器CODCr和氨氮平均去除率分別為70.5%和38.2%。由此可見，生物膜法在生物促進劑的強化作用下，對河道排污口污水的處理效果較好，能有效減少污水對河道水體的沖擊，該項技術(shù)作為水體修復(fù)的輔助手段具有良好的應(yīng)用前景。 附錄:試驗數(shù)據(jù)表 表1 兩個反應(yīng)器掛膜期的生物量（mgCODCr/g纖維） 時間(d) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 A 8.2 10.4 50.5 80.7 125.8 250.2 324.9 443.5 498.9 B 121.0 200.7 300.6 521.0 612.2 720.2 735.6 747.2 782.3 表2 兩個反應(yīng)器掛膜期的CODCr去除率（%） 時間(d) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 A 14.4 20.4 18.6 25.3 22.3 38.5 47.6 61.4 70.0 B 19.2 26.1 34.3 38.2 54.2 58.0 62.3 73.9 78.8 表3 兩個反應(yīng)器掛膜期的氨氮去除率（%） 時間(d) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 A 0.5 2.5 5.5 9.0 10.7 20.3 27.0 30.8 37.0 B 2.3 8.1 10.2 19.7 27.9 33.9 36.0 40.1 46.5 表4 掛膜成功后兩個反應(yīng)器去除效果 生物量 （mgCODCr/g纖維） CODCr去除率 （%） 氨氮去除率（%） A 550.3 70.5 38.2 B 790.6 78.4 48.6
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作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 作品設(shè)計的目的：河道無序排放污水的高效、經(jīng)濟治理對于河流修復(fù)乃至整個河流生態(tài)環(huán)境保護都具有積極的意義。正是基于這一目的，本試驗在小試規(guī)模下模擬生物膜法處理河道無序排放污水，希望通過小試試驗，判斷新型復(fù)合酶制劑對生物膜法模擬治理無序排放污水的促進作用，為復(fù)合酶制劑今后能實際投入使用提供依據(jù)。 基本思路：同時運行兩個相同的生物膜反應(yīng)器，一個作為對照，另外一個投加復(fù)合酶生物促進劑，掛膜成功后考察兩個反應(yīng)器的處理效果及生物促進劑的促進效果。 創(chuàng)新點：本試驗使用的新型酶類制劑是從國外引進的復(fù)合酶生物促進劑。復(fù)合酶生物促進劑是一種含有多種生物酶、表面活性劑、金屬元素和營養(yǎng)元素的制劑。 關(guān)鍵技術(shù)：在生物膜反應(yīng)器內(nèi)掛膜，直至掛膜成功。 主要技術(shù)指標：CODCr去除率；氨氮去除率
科學性、先進性
- 本試驗在傳統(tǒng)的單純生物膜法基礎(chǔ)上，將生物促進劑和生物膜法進行有效結(jié)合。由于生物促進劑中含有多種水解酶，有利于大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，因而強化了微生物降解有機污染物的能力。同時，生物促進劑可以使反應(yīng)器中懸浮以及附著微生物的生理活性提高，可分泌體外多聚糖的能力增強，并且懸浮微生物活性增強有利于細菌在載體表面附著固定，使反應(yīng)器中生物膜掛膜速度更快且生物膜量更大。試驗結(jié)果表明，添加復(fù)合酶生物促進劑的B反應(yīng)器在掛膜階段單位填料上生物膜的生長在相同時間內(nèi)明顯優(yōu)于反應(yīng)器A（不添加復(fù)合酶生物促進劑）。掛膜成熟后，A、B反應(yīng)器內(nèi)的生物膜量分別為550.2 mgCODCr.g纖維-1和790.6 mgCODCr.g纖維-1。同時，掛膜成功后B反應(yīng)器比A反應(yīng)器對污染指標去除效果更好，去除率更穩(wěn)定。其中，B反應(yīng)器CODCr和氨氮平均去除率分別為78.4%和48.6%；A反應(yīng)器CODCr和氨氮平均去除率分別為70.5%和38.2%，說明生物促進劑對系統(tǒng)有機物和氨氮的去除都有很好的促進作用。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 使用說明及作品的技術(shù)特點和優(yōu)勢：本試驗在傳統(tǒng)的單純生物膜法基礎(chǔ)上，將生物促進劑和生物膜法結(jié)合起來，有效地提高了污染物的去除率，從而改善了污水處理效果。本試驗使用的生物促進劑是從國外引進的復(fù)合酶生物促進劑。復(fù)合酶生物促進劑是一種含有多種生物酶、表面活性劑、金屬元素和營養(yǎng)元素的制劑。 試驗結(jié)果表明：與單純的生物膜法相比，反應(yīng)器中添加生物促進劑后， 污水CODCr和氨氮平均去除率分別提高了11.3%和27.2%，說明生物促進劑對系統(tǒng)有機物和氨氮的去除都有很好的促進作用。由此可見，生物膜法在生物促進劑的強化作用下，對河道排污口污水的處理效果較好，能有效減少污水對河道水體的沖擊，該項技術(shù)作為水體修復(fù)的輔助手段具有良好的應(yīng)用前景。 我國河流水體的修復(fù)存在以下幾方面的缺陷：第一，治理成本加大；第二，河道生態(tài)環(huán)境遭破壞；第三，嚴重影響生活環(huán)境質(zhì)量和城市美觀。針對這種現(xiàn)狀，通過采用合理的工藝方法對已被污染的水體進行原位治理，實現(xiàn)污染在產(chǎn)生地或在小范圍污染中得到及時的控制和消除。水污染原位控制技術(shù)體現(xiàn)了污染最小化和資源利用最大化的先進理念，是水污染最根本的解決方案。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 酶、表面活性劑、金屬元素和營養(yǎng)元素的制劑。 試驗結(jié)果表明：與單純的生物膜法相比，反應(yīng)器中添加生物促進劑后， 污水CODCr和氨氮平均去除率分別提高了11.3%和27.2%，說明生物促進劑對系統(tǒng)有機物和氨氮的去除都有很好的促進作用。由此可見，生物膜法在生物促進劑的強化作用下，對河道排污口污水的處理效果較好，能有效減少污水對河道水體的沖擊，該項技術(shù)作為水體修復(fù)的輔助手段具有良好的應(yīng)用前景。 我國河流水體的修復(fù)存在以下幾方面的缺陷：第一，治理成本加大；第二，河道生態(tài)環(huán)境遭破壞；第三，嚴重影響生活環(huán)境質(zhì)量和城市美觀。針對這種現(xiàn)狀，通過采用合理的工藝方法對已被污染的水體進行原位治理，實現(xiàn)污染在產(chǎn)生地或在小范圍污染中得到及時的控制和消除。水污染原位控制技術(shù)體現(xiàn)了污染最小化和資源利用最大化的先進理念，是水污染最根本的解決方案。
同類課題研究水平概述
- 向水體中投加菌種是從清除海洋石油污染開始的。受石油污染水體中可分離出高效除油菌株，這些菌株經(jīng)馴化、富集、篩選、培養(yǎng)后可制成生物制劑用于海洋及淡水有機污染的生物修復(fù)。如從海洋中可分離出降解多環(huán)芳烴的假單胞菌屬(Pseudomonas)、黃桿菌屬(Flavobacterium)、莫拉氏菌屬(Moraxella)、弧菌屬(Virbria)、海桿菌屬(Marinobacter)、解環(huán)菌屬(Cycloclasticus)等多種微生物[1]。 水生動物修復(fù)技術(shù)在湖泊水庫生態(tài)系統(tǒng)中，水體中的藻類除受營養(yǎng)物質(zhì)的控制外，作為食物鏈中的一環(huán)，也受到浮游動物和魚類的控制。因此，可以通過調(diào)控食物鏈的環(huán)節(jié)來達到改善湖泊水庫水質(zhì)的目的。 1.6 生物膜技術(shù) 生物膜技術(shù)是人們根據(jù)自然界水體自凈現(xiàn)象發(fā)展起來的一種污水處理技術(shù)。生物膜法凈化河流的實質(zhì)是對天然河流中所發(fā)生的生物過程的一種強化，把天然過程改變成為天然與人工過程的結(jié)合體。它根據(jù)天然河床上附著的生物膜的凈化作用和過濾作用，人工填充濾料或載體，供細菌生長，形成生物膜。當污染的河水經(jīng)過生物膜時，污水和濾料或載體上附著生長的菌膠團接觸。菌膠團表面由于細菌和胞外聚合物的作用，絮凝或吸附了水中的有機物，與污水中的有機物濃度形成一種動態(tài)的平衡，這使菌膠團表面既附有大量的活性細菌，又有適宜細菌繁殖的較高濃度的有機物。由于這種有利條件，菌膠團表層的細菌迅速繁殖，很快消耗水中有機物，這時污染河水中的有機物大部分被去除，水質(zhì)也得到了改善。
