一种处理水中重金属和氨氮的生物微胶囊‑超滤膜组合工艺的制作方法

本发明属于水处理领域，具体涉及一种用于处理水中重金属和氨氮的生物微胶囊-超滤膜组合水处理工艺。

背景技术：

常规的水处理工艺对微污染水体中的重金属、氨氮和有机污染物去除效果不佳，目前在众多水处理技术中，生物处理技术因处理效果好，特别是对分子量小于1500Da的溶解性有机物去除效果显著，无二次污染且运行费用较低，被认为是最有发展前景的处理技术之一。

生物微胶囊技术相对于传统生物法来说，可以同时利用吸附和生物降解处理水体中的氨氮及有机物，效率高；即投即用，大大节省了传统生物预处理中生物挂膜所需时间；而且微生物被微胶囊包埋后，可以有效抵抗外界环境的波动，突破了传统生物技术的局限性。膜技术与其他工艺的联用一直是研究热点，由于膜技术能截留水中胶体、固体悬浮物以及大部分病毒、细菌，但对氨氮和溶解性有机物去除效果却不甚理想，而生物处理技术常有生物泄漏的隐患。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是针对现有常规水处理工艺中对微污染原水的重金属和氨氮去除效果不佳的问题，提供一种生物微胶囊-超滤膜组合水处理工艺。本发明联用生物微胶囊-超滤膜工艺，能有效去除水中重金属和氨氮，并解决生物泄露的隐患。

本发明技术方案为：

一种处理水中重金属和氨氮的生物微胶囊-超滤膜组合水处理工艺，其特征在于，按如下步骤进行：

(1)生物微胶囊的制备：

在无菌条件下依次如下操作：

取处于对数生长期的酿酒酵母菌种培养液，提取出菌种；

菌种液加入海藻酸钠溶液中，并滴入氯化钙溶液中，固化；

将上述操作所得胶珠置于壳聚糖溶液中覆膜，其中海藻酸钙胶珠与壳聚糖溶液体积比为1:5；

捞出后置于戊二醛溶液中交联，最终制得圆润均匀，具有良好机械强度、渗透率及生物相容性的乳白色胶球，即为本发明制备的生物微胶囊，置于生理盐水中备用；

(2)将步骤(1)备用的生物微胶囊放入本发明的组合水处理系统进行工艺处理：

所述的组合水处理系统结构表征为：包括反应器和过滤器，两者通过管路连接；所述反应器底部设有曝气管2，整个容器为生物接触反应区1，通过进水管路加入待处理原水，通过盖结构用于投入备用的生物微胶囊，出水管4的出口部设有溢流堰3，设于反应器的上部；所述过滤器内设有若干超滤膜组件5，接收从反应器输出的处理水后通过超滤膜组件5，再流出；

工艺处理：待处理原水首先进到装有生物微胶囊的生物接触反应区1中，在曝气管2的作用下与水体充分接触反应，水体经过一段时间的净化后进入溢流堰3，从出水管4中经过超滤膜组件5作用后出水(如附图1所示)。

与现有技术相比，本发明有益效果：

本发明所使用的酿酒酵母菌在自然界中广泛存在，在发酵工业中应用普遍，廉价易得，是生物吸附剂的首选材料。与传统吸附剂相比，酵母菌吸附剂成本低，去除率高，特别是在处理重金属离子水溶液时特别有效，而且易于分离回收金属、具有较高的再生能力。本发明联合使用生物微胶囊-超滤膜技术，达到互补效果。

附图说明

图1：实施例1生物微胶囊-超滤膜工艺示意图。

图2：实施例2重金属处理效果图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步介绍。

实施例1

一种处理水中重金属和氨氮的生物微胶囊-超滤膜组合水处理工艺，其特征在于，按如下步骤进行：

(1)生物微胶囊的制备：取处于对数生长期的酿酒酵母菌种培养液20mL，放入干燥冷冻离心机中在4000rpm，15℃条件下离心5min。倒去上清液，用生理盐水洗涤3次，最终用10mL生理盐水悬浮提取出菌种，并在涡旋振荡器上振荡使混合均匀，制成菌种悬浮液，其OD600值在1.5左右。菌种液加入3％海藻酸钠，均匀混合，用注射器吸取一定体积的菌种混合液匀速滴入4％氯化钙溶液，固化30min；将所得胶珠置于1.8％壳聚糖溶液中覆膜10min，其中海藻酸钙胶珠与壳聚糖溶液体积比为1:5，捞出后置于1％戊二醛溶液中交联5min，整个过程要求无菌操作。最终制得圆润均匀，具有良好机械强度、渗透率及生物相容性的乳白色胶球，置于生理盐水中备用。

(2)待处理原水首先进到装有生物微胶囊的生物接触反应区1中，在曝气管2的作用下与水体充分接触反应，水体经过一段时间的净化后进入溢流堰3，从出水管4中经过超滤膜组件5作用后出水(如附图1所示)。

上述组合系统具有如下优点：

(1)酵母菌属于新兴的重金属生物吸附剂，对多种重金属都有极佳的吸附富集能力。对氨氮也有很好的降解效果，同时其具有丝状真菌的特点，代谢旺盛，对COD的去除速度快，耐酸、耐高渗透压、耐高浓度有机底物。本发明制备的新型生物载体——生物微胶囊能为囊内菌体提供了一种微小的液体培养环境，同时降低了外部环境对微生物生长的干扰，维持微生物的正常生长，提高微生物密度。且微胶囊形态易于观察、控制及回收，提高了其实际应用性。

(2)超滤膜技术能解决微胶囊技术生物泄露的隐患，并能截留水中胶体、固体悬浮物以及大部分病毒、细菌。

实施例2

对实施例1的效果验证

进水浊度126NTU，氨氮1.51mg/L，Pb(Ⅱ)0.1mg/L，Cr(Ⅵ)0.1mg/L，经过该生物微胶囊-超滤膜组合系统后，出水氨氮去除率维持在80％，Pb(Ⅱ)去除率在90％以上，Cr(Ⅵ)去除率达到60％。出水水质优于原常规水处理工艺，特别是大大改善工艺系统对重金属的处理效果(如图2所示)。