基本信息
- 项目名称：
- 新型酶类制剂强化生物膜法治理河道排污口污水的试验研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该项目通过新型复合酶对河道排污口污水处理，经实验室研究，取得良好效果。
- 详细介绍：
- 新型酶类制剂强化生物膜法治理河道排污口污水的试验研究 一、 研究意义和内容 1、研究目的和意义 本试验在小试规模下模拟生物膜法处理河道无序排放污水，希望通过小试试验，判断新型复合酶制剂对生物膜法模拟治理无序排放污水的促进作用，为复合酶制剂今后能实际投入使用提供依据。从全国范围内的城镇河道修复状况来看，河道无序排放污水的高效、经济治理对于河流修复乃至整个河流生态环境保护都具有积极的意义。本试验正是基于这一目的，初步研究生物促进剂-生物膜法对河流无序排放污水的处理，从而为复合酶制剂的推广应用提供数据支持。 2、研究内容 本研究采用生物膜法，在小试规模下模拟处理河道无序排放污水，本试验以杭州中萃集团污水处理初沉池出水蓄水井中的污水及其生产废水的混合流来模拟目标废水。本研究使用的新型酶类制剂是从国外引进的复合酶生物促进剂。复合酶生物促进剂是一种含有多种生物酶、表面活性剂、金属元素和营养元素的制剂。 试验内容包括： （1）在生物膜反应器内挂膜，B反应器内添加复合酶生物促进剂，A反应器作为对照，直到挂膜成功。 （2）测定对照反应器A和投加复合酶生物促进剂的反应器B中CODCr和氨氮的去除效果，通过对比考察生物促进剂对系统的促进作用。 二、试验装置与方法 1、试验装置 生物膜试验装置如图1所示，生物膜反应器A和B分别为一个有机玻璃反应器，体积为44 L，反应器中填料为组合纤维填料，型号为ZV-150-80。在反应器B中每天投加0.7mg/L复合酶生物促进剂，A中不投加任何生物促进剂，作为对照组。 图1 生物膜反应器 本试验采用的填料是上海石化环保器材厂生产的组合纤维填料，其型号为ZV-150-80，示意图见图2。该填料由软性纤维束、高分子聚合环片、支撑套管、中心绳组成。软性纤维束用独特的穿孔固定方式均匀分布在塑料环片的周边，丝束不会脱落，同时避免了填料中心结团的现象，改善了中心供氧，塑料环片中间雪花状针刺样结构又能起良好的布水、布气作用，使该填料具有传质效果好、氧利用率高，不堵塞、耐冲击、处理稳定等优点。 图2 组合纤维填料示意图 2、试验方法 本试验以杭州中萃集团污水处理初沉池出水蓄水井中的污水及其生产废水的混合流来模拟目标废水。污水CODCr平均值为234mg/L，氨氮平均值为35mg/L，溶解氧平均值为2.0mg/L，pH平均值为6.7。试验时同时运行两个相同的生物膜反应器，一个作为对照，另外一个投加复合酶生物促进剂，挂膜成功后考察两个反应器的处理效果及生物促进剂的促进效果。 3、试验药品及仪器 （1）试验仪器及设备 722型分光光度计，上海第三分析仪器厂； 752型紫外分光光度仪，上海第三分析仪器厂； 81-2型恒温磁力搅拌器，上海司乐仪器厂； Model-6010便携式pH计，上海宇策电子有限公司； Model-9010便携式溶氧仪，上海宇策电子有限公司； TF-1A型生化培养箱，江苏姜堰市分析仪器厂； 电热烘干箱202-1型，上海第二五金厂； 电热手提压力蒸汽消毒器，上海医用核子仪器厂。 （2）主要试剂 重铬酸钾，AR，上海菲达工贸有限公司； 硫酸亚铁胺，AR，浙江湖州化学试剂厂； 硫酸汞，AR，泰兴市化学试剂厂； 硫酸，AR，宜兴市化工厂； 硫酸银，AR，上海振兴化工厂； 邻菲罗啉，AR，上海试剂三厂； 抗坏血酸，AR，上海化学试剂采购供应站； 钼酸铵，AR，上海化学试剂采购供应站； 酒石酸锑氧钾，AR，上海化学试剂采购供应站； 复合酶生物促进剂，美国国际酶素公司。 4、检测项目与方法 （1）水质指标的监测分析 1）氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法； 2）DO采用JYD-1A型溶氧测定仪测定； 3）pH值采用PHB-8型笔式pH计测定； 4）CODcr的测定采用重铬酸钾法。 （2）生物量 填料上的生物膜绝大部分是微生物和各种有机质，所以用单位质量填料上的COD的质量表示生物膜的生物量。 测定方法： 1）将填料置于50ml烧杯中，加入40ml左右1mol L-1 NaOH溶液，60~70℃水浴30分钟。 2）将装有填料的烧杯置于超声波清洗器中，清洗13分钟。 3） 取出烧杯用玻璃棒搅拌填料5分钟，使生物膜脱落，将液体转移至100ml容量瓶中，然后加入蒸馏水再次搅拌填料，将液体移至容量瓶中，不断重复上述操作，直至填料上生物膜完全脱落，所有包含生物膜的液体均转移至容量瓶中，然后定容至100ml，摇匀。将清洗后的填料烘干称重。 4）用重铬酸钾法测定100ml容量瓶中的COD。 生物量计算方法：生物量 = 测得COD/填料重（单位mg COD/g填料）。 三、结果与讨论 反应器采用自然挂膜法，停留时间为24小时，温度20℃-22℃，连续进水，间歇曝气，保持进水DO为1.9~2.1mg/L。从挂膜15天后开始记录监测数据，主要由于一开始挂膜的时候生物量较少，对污染指标的去除效果一般。本试验目的是为了比较投加复合酶生物促进剂反应器B与对照反应器A挂膜进程的优劣。 1、挂膜阶段各指标的变化情况 挂膜期间两反应器内生物膜量的变化如图3所示。经过15天反应器B就开始有生物膜附着，而反应器A在第20天的时候表面稍有变化，取出填料在显微镜下观察到有少量的微生物吸附在表面。可见，填料在B反应器中比在对照反应器A中表面生物膜形成快。生物膜的形成速率主要依赖于二个因素：一是微生物与载体表面的接触频度，两个反应器的水力停留时间、进水浓度均相同，接触频度接近；二是悬浮微生物的活性，酶制剂可以有效地促进污水中微生物的新陈代谢能力。生物膜在载体表面形成的第一步是微生物在载体表面的附着，随着后来的微生物在给定的环境下繁殖、增长，最终发展成为具有一定厚度及密度的生物膜。而微生物的附着过程通常是由微生物分泌一些粘性代谢物质所造成的，如多聚糖等，这些体外多聚糖类物质起到了生物粘合剂的作用，附着是形成生物膜群落的基础。投加酶制剂可以使反应器中悬浮以及附着微生物的生理活性提高，可分泌体外多聚糖的能力增强，并且悬浮微生物活性增强有利于细菌在载体表面附着固定。 第35天时A和B两个反应器内生物膜量分别为125.8 mgCODcr.g纤维-1和612.2 mgCODcr.g纤维-1，第45天时分别上升到324.9 mgCODcr.g纤维-1和735.6 mgCODcr.g纤维-1，第55天时两个反应器生物膜量基本都达到稳定，分别为498.9 mgCODcr.g纤维-1和782.3 mgCODcr.g纤维-1。因此，添加酶制剂的反应器B挂膜速度比对照反应器A更快，生物膜量更大。 图3 两个反应器中生物膜量变化 A反应器30天（100倍） A反应器在55天(100倍) B反应器30天（100倍） B反应器55天（400倍） 图4 两个反应器中生物膜生长过程照片 图4为两个反应器在各阶段的生物膜照片。挂膜期间，填料表面开始无微生物附着，随时间推移和原水中原有微生物的附着，在填料表面逐渐有淡黄色微生物絮体出现，水体也变得浑浊；通过观察填料表面菌胶团逐渐增多，直至覆盖填料表面，形成生物膜，此时生物膜成黄褐色，水体清澈；随着时间推移，生物膜内逐渐出现许多较高等的微生物，如游泳型纤毛虫、钟虫等，处理效率高，出水清澈。污染物去除率也逐渐稳定。 图5和图6分别为两个反应器挂膜期间CODCr、氨氮去除率随时间的变化。从图中可以看出，挂膜开始35天时两个反应器中各个指标的去除率都很低，B反应器CODCr为54.2%，氨氮为27.9%；对照反应器A的CODCr去除率为22.3%，氨氮为10.7%。随着时间的推移，微生物种类和数量不断的增多，使得各指标的去除率不断的上升，到了55天以后B反应器CODCr去除率为78.8%，氨氮为46.5%；对照反应器A的CODCr去除率为70.0%，氨氮为37.0%。此时反应器运行已经稳定，CODCr和氨氮去除率都达到了一个相对稳定的阶段，反应器已经基本上挂膜成功。 图5 两个反应器中CODCr去除率的变化 图6 两个反应器中氨氮去除率的变化 2、挂膜成功后两个反应器污染指标平均去除率比较 图7为挂膜成功后两个反应器挂膜量的比较。在挂膜成功后，A、B两个反应器生物膜量分别为550.2 mgCODcr.g纤维-1和790.6mgCODcr.g纤维-1，即B反应器挂膜量明显多于对照反应器A。投加酶制剂可以使反应器中悬浮以及附着微生物的生理活性提高，分泌体外多聚糖的能力增强，有利于细菌在载体表面附着固定，所以反应器B的生物量比对照反应器A大。 图7 挂膜成功后生物量比较 图8和图9为挂膜成功后两个反应器CODCr和氨氮平均去除率的比较。挂膜成功后，A和B反应器CODCr平均去除率分别为70.5%和78.4%；氨氮平均去除率分别为38.2%和48.6%。说明酶制剂对系统有机物和氨氮的去除都有促进作用，复合酶的促进效果较好。生物促进剂中含有多种水解酶，有利于大分子物质转化为小分子物质，强化了微生物降解有机污染物的能力。 图8 CODCr平均去除率比较 图9 氨氮平均去除率比较 四、结论 河流为城镇提供了饮用水源和农业灌溉用水，对城镇的社会形态和经济发展起着重要的作用。然而，随着工业化和城市化的迅猛发展，作为城镇赖以生存的河流，却成为城镇的排污管道，遭到日益严重的污染，危及人类的健康和生态环境。我国城镇河流污染主要特征是污染物类型齐全、生态系统复杂、污染源数量多、污染危害严重，针对我国国情，总结国内外河流治理的技术和经验，对我国城镇河流治理工作，具有重要借鉴意义。 本试验初步研究了生物促进剂-生物膜法对河流无序排放污水的处理效果。结果表明，添加复合酶生物促进剂的B反应器在挂膜阶段单位填料上生物膜的生长在相同时间内明显优于对照反应器A。挂膜成熟后A、B反应器内的生物量分别为550.2 mgCODCr.g纤维-1和790.6 mgCODCr.g纤维-1。同时，挂膜成功后B反应器（加入复合酶生物促进剂）比A反应器（对照）对污染指标去除效果更好，去除率更稳定。其中，B反应器CODCr和氨氮平均去除率分别为78.4%和48.6%；A反应器CODCr和氨氮平均去除率分别为70.5%和38.2%。由此可见，生物膜法在生物促进剂的强化作用下，对河道排污口污水的处理效果较好，能有效减少污水对河道水体的冲击，该项技术作为水体修复的辅助手段具有良好的应用前景。 附录:试验数据表 表1 两个反应器挂膜期的生物量（mgCODCr/g纤维） 时间(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 两个反应器挂膜期的CODCr去除率（%） 时间(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 两个反应器挂膜期的氨氮去除率（%） 时间(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 挂膜成功后两个反应器去除效果 生物量 （mgCODCr/g纤维） 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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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计的目的：河道无序排放污水的高效、经济治理对于河流修复乃至整个河流生态环境保护都具有积极的意义。正是基于这一目的，本试验在小试规模下模拟生物膜法处理河道无序排放污水，希望通过小试试验，判断新型复合酶制剂对生物膜法模拟治理无序排放污水的促进作用，为复合酶制剂今后能实际投入使用提供依据。 基本思路：同时运行两个相同的生物膜反应器，一个作为对照，另外一个投加复合酶生物促进剂，挂膜成功后考察两个反应器的处理效果及生物促进剂的促进效果。 创新点：本试验使用的新型酶类制剂是从国外引进的复合酶生物促进剂。复合酶生物促进剂是一种含有多种生物酶、表面活性剂、金属元素和营养元素的制剂。 关键技术：在生物膜反应器内挂膜，直至挂膜成功。 主要技术指标：CODCr去除率；氨氮去除率
科学性、先进性
- 本试验在传统的单纯生物膜法基础上，将生物促进剂和生物膜法进行有效结合。由于生物促进剂中含有多种水解酶，有利于大分子物质转化为小分子物质，因而强化了微生物降解有机污染物的能力。同时，生物促进剂可以使反应器中悬浮以及附着微生物的生理活性提高，可分泌体外多聚糖的能力增强，并且悬浮微生物活性增强有利于细菌在载体表面附着固定，使反应器中生物膜挂膜速度更快且生物膜量更大。试验结果表明，添加复合酶生物促进剂的B反应器在挂膜阶段单位填料上生物膜的生长在相同时间内明显优于反应器A（不添加复合酶生物促进剂）。挂膜成熟后，A、B反应器内的生物膜量分别为550.2 mgCODCr.g纤维-1和790.6 mgCODCr.g纤维-1。同时，挂膜成功后B反应器比A反应器对污染指标去除效果更好，去除率更稳定。其中，B反应器CODCr和氨氮平均去除率分别为78.4%和48.6%；A反应器CODCr和氨氮平均去除率分别为70.5%和38.2%，说明生物促进剂对系统有机物和氨氮的去除都有很好的促进作用。
获奖情况及鉴定结果
- 使用说明及作品的技术特点和优势：本试验在传统的单纯生物膜法基础上，将生物促进剂和生物膜法结合起来，有效地提高了污染物的去除率，从而改善了污水处理效果。本试验使用的生物促进剂是从国外引进的复合酶生物促进剂。复合酶生物促进剂是一种含有多种生物酶、表面活性剂、金属元素和营养元素的制剂。 试验结果表明：与单纯的生物膜法相比，反应器中添加生物促进剂后， 污水CODCr和氨氮平均去除率分别提高了11.3%和27.2%，说明生物促进剂对系统有机物和氨氮的去除都有很好的促进作用。由此可见，生物膜法在生物促进剂的强化作用下，对河道排污口污水的处理效果较好，能有效减少污水对河道水体的冲击，该项技术作为水体修复的辅助手段具有良好的应用前景。 我国河流水体的修复存在以下几方面的缺陷：第一，治理成本加大；第二，河道生态环境遭破坏；第三，严重影响生活环境质量和城市美观。针对这种现状，通过采用合理的工艺方法对已被污染的水体进行原位治理，实现污染在产生地或在小范围污染中得到及时的控制和消除。水污染原位控制技术体现了污染最小化和资源利用最大化的先进理念，是水污染最根本的解决方案。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 酶、表面活性剂、金属元素和营养元素的制剂。 试验结果表明：与单纯的生物膜法相比，反应器中添加生物促进剂后， 污水CODCr和氨氮平均去除率分别提高了11.3%和27.2%，说明生物促进剂对系统有机物和氨氮的去除都有很好的促进作用。由此可见，生物膜法在生物促进剂的强化作用下，对河道排污口污水的处理效果较好，能有效减少污水对河道水体的冲击，该项技术作为水体修复的辅助手段具有良好的应用前景。 我国河流水体的修复存在以下几方面的缺陷：第一，治理成本加大；第二，河道生态环境遭破坏；第三，严重影响生活环境质量和城市美观。针对这种现状，通过采用合理的工艺方法对已被污染的水体进行原位治理，实现污染在产生地或在小范围污染中得到及时的控制和消除。水污染原位控制技术体现了污染最小化和资源利用最大化的先进理念，是水污染最根本的解决方案。
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