一種削減城市汙水綜合毒性的生物處理方法
2023-05-20 13:21:46
專利名稱：一種削減城市汙水綜合毒性的生物處理方法
技術領域：
本發明涉及一種採用生物處理方法降低城市汙水中的毒性的工藝。
背景技術：
城市汙水是由生活汙水、工業廢水以及初期雨水組成的混合汙水(因為許多城市的排水體系採用合流制排水系統)。其中工業廢水中雖經處理卻仍含有各種難降解的有毒有害有機合成化合物；而生活汙水中隨著合成洗滌劑、化妝品、藥品等的大量使用，特別是洗車業的日益擴大，使其也存在多種有毒有害化合物；初期雨水中含有汽車輪胎磨損後產生的橡膠合成物質、汽油、以及從空氣中帶入的硫酸根、硝酸根等汙染物。因此城市汙水中含有多種有毒有害的有機和無機汙染物。城市汙水綜合毒性就是指上述多種有毒有害的有機和無機汙染物共同表現出來的毒性總和。隨著水資源短缺問題的日益嚴重，以及農業灌溉、工業、市政、地下水回灌等方面用水需要的增長，城市汙水作為一種水資源回用於環境已為人們所接受。但是這種可回用的水資源直接關係到人民身體健康與生活質量，因此國內外都在採用各種方法進行處理，企圖將它的綜合毒性降低到可安全使用的程度。但是至今為止經過二級處理後，儘管出水中大部分有機物已被去除，但是仍然存在著許多微量難降解有機汙染物，這些汙染物中有些甚至是持久性有機汙染物。我們課題組在用色譜-質譜聯用技術檢測上海某些城市汙水處理廠的進出水水質時發現進水中含有40-50種有機物，經過二級處理後，在出水中仍含有20-30種有機物。其中甲苯、乙苯、對二甲苯、鄰二甲苯、長鏈烷烴是進出水中都存在的主要物質。這些物質不論是存在於直接回用水中還是間接回用水中，都對水生生態甚至人類具有潛在的、長遠的危害性。因此，城市汙水作為水資源回用，必須去除其中的有毒有害有機物。
目前，採用生物處理降低城市汙水有機物、氮、磷濃度的方法是採用經過厭氧、缺氧、好氧連續三段生物處理，然後通過二沉池出水。其中厭氧、缺氧的停留時間1-2小時、好氧的停留時間3-4小時，汙水和汙泥組成的混合液的回流比100-300％，泥齡12-15天，如此就能使出水的化學需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氮(N)和磷(P)等常規汙染指標達標。但是，實際上，COD達標並不一定意味著廢水中的有毒有機物也同樣達標，因為有些有毒難降解有機物(如甲苯、二甲苯等)在COD測定時並不能被氧化，從而不表現為COD的一部分，但其實際上仍然存在於水中。更嚴重的問題是，至今汙水廠還沒有以削減汙水的綜合毒性為目標，對汙水進行處理。
發明內容
本發明的目的是公開一種削減城市汙水綜合毒性的生物處理方法，用該方法不但能脫氮除磷，使汙水出水達到傳統汙水排放標準規定的各項指標要求，而且還可滿足汙水綜合毒性這個新指標的要求，並具備良好的抗毒物衝擊負荷能力。
為了達到上述目的，本發明包括城市汙水依次經過厭氧、缺氧和好氧三個不同的生物處理單元，然後從二沉池出水達標，其特點是首先選擇發光菌急性毒性測試法對依次經過厭氧、缺氧和好氧三個不同的生物處理單元的城市汙水的綜合毒性進行檢測。
接著，在環境溫度為20-30℃下，控制汙泥回流比維持在100％、混合液回流比為100％-200％，泥齡為15～20天，優選厭氧單元停留時間為2.5～3.9小時，缺氧單元停留時間為2.5～3.5小時，好氧單元停留時間為6.0～7.5小時，然後經二沉池出水。
最後用發光菌急性毒性測試法對連續經過上述三個單元處理後的城市汙水出水進行綜合毒性測試，獲得對發光菌總毒性削減率達82.17％的效果。
本發明優點如下1.由於採用了發光菌急性毒性測試法測試城市汙水毒性，該測試方法與傳統的COD等理化指標檢測方法比較，不需要氧化等步驟，因此具備快速、靈敏、準確的特點，特別是能將汙水中的有機、無機等全部汙染物一併檢測，不會遺漏而達到可信的準確度。
2.汙水在三個單元停留時間的長短直接關係到汙染物在各單元的吸附、分解和轉化，本發明適當延長了汙水在各處理單元的停留時間將厭氧、缺氧、好氧三個單元的停留時間分別優選為2.5～3.9小時、2.5～3.5小時和6.0～7.5小時，並重新調整與之匹配的汙泥回流比為100％，泥齡15～20天，混合液回流比100％-200％，使本發明對發光菌的毒性削減率為82.17％以上。這是首次用毒性削減率來評價一個生物處理工藝。我們採用發光菌急性毒性測試法對上海市一些實際運行的汙水廠進、出水進行了測試，發現用現有的方法(常規的活性汙泥法)處理後，廢水對發光菌的毒性削減率一般在30％-60％之間，因此採用本發明比現有方法廢水的毒性削減率提高了20～50％。
3.本發明對氨氮去除率為90.05％，BOD去除率為81.25％，SS去除率為77.17％，特別是82.17％的綜合毒性削減率分別由厭氧、缺氧、好氧及二沉池的16.29％、7.58％、52.01％、6.29％構成，因此本發明不但能脫氮除磷，使汙水出水達到各項常規指標的要求，而且能使汙水毒性在各個單元內得到較大程度削減，可減少後續深度處理的負荷，工藝具備良好的抗毒物衝擊負荷能力，為城市汙水資源化提供了經濟有效的處理方式。
具體實施例方式
本發明的試驗裝置選用厭氧池、缺氧池、好氧池作為厭氧、缺氧、好氧三單元串聯裝置，並通過二沉池出水。首先採用發光菌急性毒性測試法對城市汙水的綜合毒性進行測試，這種測試方法目前各國仍舊只停留在測定新化學品和單一化合物的毒性，對汙水的綜合毒性測定還較少涉及。傳統的理化分析方法能定量分析廢水中主要汙染物的含量，但是不能直接和全面地反映各種有毒物質對環境的綜合影響。生物測試能夠彌補理化檢測方法的不足，因此在水汙染研究中，它應該成為監測和評價水體環境的重要手段之一。
接著，在環境溫度為20-30℃下，汙泥回流比維持在100％，包括汙水和汙泥的混合液回流比為100％-200％，泥齡為15～20天，並控制汙水在厭氧池停留時間為2.5～3.9小時，缺氧池停留時間為2.5～3.5小時，好氧池停留時間為6.0～7.5小時，然後出水。
最後用發光菌急性毒性測試法對經過上述三段處理後的城市汙水出水進行綜合毒性測試，對發光菌抑光率削減達到82.17％。(其中厭氧、缺氧、好氧和二沉池的削減量佔總削減量的百分率分別為16.29％、7.58％、52.01％和6.29％)。
汙水在各池的停留時間的長短直接關係到汙染物在各池的吸附、分解和轉化。為了優選停留時間，我們在厭氧、缺氧二個單元的實驗中選擇1.2～5.8小時6個時段、好氧從4.8-17.4小時也是6個停留時段的發光菌抑制率削減量所佔總的削減量的百分率進行比較，從削減毒性效果、運行費用、基建費用以及相關條件考慮優選厭氧池停留時間2.5～3.9小時，缺氧池停留時間為2.5～3.5小時，好氧池停留時間為6.0～7.5小時。請參閱表1厭氧池、缺氧池在不同停留時間下發光菌抑制率削減量佔總削減量的百分率和表2好氧池在不同停留時間下發光菌抑制率削減量佔總削減量的百分率(％)。
表1厭氧池和缺氧池在不同停留時間下發光菌抑制率削減量佔總削減量百分率1.2 2.3 2.8 3.9 5.82小時項目小時小時 小時 小時 小時厭氧池發光菌抑制率削減量佔百分率13.0413.2313.6036.7229.0827.82缺氧池發光菌抑制率削減量佔百分率2.31 10.4911.3620.1011.9222.41表2好氧池在不同停留時間下發光菌抑制率削減量佔總削減量的百分率4.8 66.9 8.4 11.7 17.4項目小時 小時 小時 小時小時 小時好氧池發光菌抑制率削減量佔百 42.8059.1366.6441.67 48.7057.09分率由表1、2可知，相比其他時間段，厭氧池、缺氧池、好氧池停留時間雖然延長到5.8和17.4小時，出水效果都很好。但是那也增加了基建費用，所以尋找了本發明的這種平衡點。
請參閱表3各池在不同泥齡下發光菌抑制率削減量佔總的削減量的百分率。
表3各池在不同總泥齡下發光菌抑制率削減量佔總的削減量的百分率各池削減量佔總的削減量 泥齡 泥齡 泥齡 泥齡 泥齡的百分率(％)26天 20天 15天 12天 8天厭氧池發光菌抑制率削減29.59 23.18 15.70 21.77 25.62量所佔百分率缺氧池發光菌抑制率削減15.56 7.22 10.62 9.23 21.23量所佔百分率好氧池發光菌抑制率削減42.13 50.22 50.05 49.02 43.61量除所佔百分率由表3可知，泥齡的大小對汙水生物處理中的各種影響如下如果泥齡和那些專門降解水中有毒汙染物的細菌的世代時間相差過大，則該種汙染物不能被去除或降低毒性，反之，會改善毒性削減效果；另一方面，剩餘汙泥排出系統，也帶走一部分有毒物質，使汙泥中毒物濃度發生了改變，也會使生物降解發生一定的改變。在泥齡參數選擇時應充分考慮常規指標如對氮磷的去除影響等。請參閱表4在不同泥齡條件下各指標總的去除率。從而綜合考慮本發明選擇了合適的汙泥泥齡15天～20天，有利於毒性削減到最大程度。
表4在不同總泥齡條件下各指標總的去除率泥齡 泥齡 泥齡 泥齡 泥齡總的去除率(％)26天 20天 15天 12天 8天發光菌抑制率總削減率 77.56 84.43 81.64 71.68 65.66TN總去除率74.2 68.1 68.05 60.01 46.86TP總去除率42.71 47.25 74.58 78.88 80.54COD總去除率 87.00 89.85 88.22 86.56 85.73包括汙水和汙泥的混合液回流比選擇是從效果和費用綜合指標確定的。請參閱表5各池在不同混合液回流比下發光菌抑制率削減量佔總的削減量的百分率。當選擇較小的值(100％)，常規指標達標，缺氧池和好氧池汙水毒性削減效果變好，動力費用減少。
表5各池在不同混合液回流比下發光菌抑制率削減量佔總的削減量的百分率各池去除量佔總的去除量的百分回流比回流比回流比率(％) 300％ 200％ 100％厭氧池COD去除量所佔百分率 42.52 42.79 44.27厭氧池發光菌抑制率削減量所佔28.30 27.89 16.29百分率缺氧池COD去除量所佔百分率 26.43 21.12 14.06缺氧池發光菌抑制率削減量所佔7.64 5.34 7.58百分率好氧池COD去除量所佔百分率20.84 30.34 34.90好氧池發光菌抑制率削減量所佔34.78 48.12 52.01百分率
權利要求
1.一種削減城市汙水綜合毒性的生物處理方法，包括城市汙水依次經過厭氧、缺氧和好氧三個不同的生物處理單元，然後從二沉池出水，其特徵在於首先選擇發光菌急性毒性測試法對依次經過厭氧、缺氧和好氧三個不同的生物處理單元的城市汙水的綜合毒性進行檢測；接著，在環境溫度為20-30℃下，控制汙泥回流比維持在100％、混合液回流比為100％-200％，泥齡為15～20天，優選厭氧單元停留時間為2.5～3.9小時，缺氧單元停留時間為2.5～3.5小時，好氧單元停留時間為6.0～7.5小時，然後出水；最後用發光菌急性毒性測試法對連續經過上述三單元處理後的城市汙水出水進行綜合毒性測試，獲得毒性削減率達到82％以上的效果。
全文摘要
一種削減城市汙水綜合毒性的生物處理方法，涉及一種採用生物處理方法降低城市汙水中的毒性的工藝。汙水依次經過厭氧、缺氧和好氧三個不同的生物處理單元，控制上述三單元的停留時間分別為2.5～3.9小時、2.5～3.5小時和6.0～7.5小時；泥齡為15～20天；混合液回流比為100％－200％；汙泥回流比100％。用發光菌急性毒性測試法對各個單元的進、出水毒性進行測定，獲得毒性削減率達到82％以上的效果，比現有的常規活性汙泥法提高了20～50％。該工藝還能脫氮除磷，氨氮去除率90.05％，BOD去除率81.25％，SS去除率77.17％，使汙水出水達到各項常規指標，可減少後續深度處理的負荷。本發明首次用毒性削減率來評價一個生物處理工藝，為城市汙水資源化提供了經濟有效的處理方式。
文檔編號C02F3/30GK1583603SQ200410024808
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月1日 優先權日2004年6月1日
發明者李詠梅, 顧國維, 黃滿紅 申請人:同濟大學