用于景观水体的移动床生物膜氧化-超滤联合修复方法与流程

本发明属于景观水体处理技术领域，具体涉及一种用于景观水体的移动床生物膜氧化-超滤联合修复方法。

背景技术：

随着越来越多的景观水体元素融入进城市公共场所的修建中，人工湖、喷泉水景等各种风格的景观水体提高了人居环境的美观度和舒适感，景观水体通过蒸发、流动、渗透、降水等状态可以改善自然气候，减缓城市的热岛效应，在丰富了城市景观多样性的同时又为植物提供生长基地。

但目前景观水体受污染程度严重，富营养化问题益加剧，其生态系统稳定有序演化的功能不断丧失，影响着人类的健康和生态环境的可持续发展，因此景观水体的修复技术也成为国内外学者研究的热点。

生物修复、膜分离技术均为常用的景观水体修复技术，在生物处理技术中，生物填料作为是微生物生长繁殖、新陈代谢以及降解污染物的场所，是生物修复的核心技术，目前存在着处理效果不稳定、受水质影响大等问题，处理后的水中仍含有小分子有机物和微生物。而膜分离技术中高分子有机物、微生物会造成滤膜的堵塞，导致水通量下降，通过化学药剂进行清洗则会引入新的污染物。

技术实现要素：

基于现有技术不足，本发明的目的在于提供一种用于景观水体的生物膜-超滤联合修复方法，通过移动床生物膜反应系统和超滤处理两种技术的联用，延长了整个系统的过滤性能和使用寿命，提高出水水质。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

用于景观水体的移动床生物膜氧化-超滤联合修复方法，包括移动床生物膜氧化系统、超滤处理系统、在线监测系统三个部分；

所述移动床生物膜氧化系统包括移动床生物膜反应器，移动床生物膜反应器上连通有进水管，移动床生物膜反应器内部设有营养缓释型磁性填料，移动床生物膜反应器底部连通有曝气管，曝气管的另一端连有鼓风机；

所述超滤处理系统包括超滤反应器，超滤反应器内部设有若干层改性pvc超滤膜，超滤反应器进水口与移动床生物膜反应器的出水口通过输水管连接，输水管上设有加压泵，超滤反应器远离进水口的一侧连接有出水管，出水管连通有回流管道，回流管道上设有反冲洗阀门、反冲洗泵，超滤反应器的底部设有排污口；

所述在线监测系统包括2个多参数水质检测仪，2个多参数水质检测仪分别与进水管、出水管相连。

优选地，所述营养缓释型磁性填料由以下重量份数的原料制成：聚甲基丙烯酸甲酯55~70份，羟乙基纤维素8~12份，壳聚糖3~5份，氧化铝3~6份，淀粉3~6份，氧化铁纳米粒子4~6份，乙烯基三乙氧基硅烷1~3份。

优选地，所述营养缓释型磁性填料的制备方法如下：

（1）按照重量份数称取各原料；

（2）将羟乙基纤维素分散于去离子水中，再加入聚甲基丙烯酸甲酯，继续搅拌30~60min；其中，去离子水的质量为羟乙基纤维素质量的5倍；

（3）向步骤（2）所得产物中依次加入壳聚糖、氧化铝、淀粉、氧化铁纳米粒子，搅拌30~60min，再加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌混匀，静置5~8h；

（4）将步骤（3）所得产物于50~80℃干燥至恒重，造粒，即得。

优选地，所述营养缓释型磁性填料的直径为15~25mm。

优选地，所述的改性pvc超滤膜由pvc超滤膜经水性聚氨酯改性而成。

优选地，改性步骤具体如下：

（1）将pvc超滤膜在乙醇中浸泡4~6天，取出用去离子水清洗，然后置于真空干燥箱内干燥20~30h，温度设置为30~50℃；

（2）将步骤（1）所得产物浸泡在含有偶氮二异庚腈的丙酮溶液中1~2h，取出后在真空干燥箱内干燥至恒重，温度设置为20~30℃；所述偶氮二异庚腈的丙酮溶液中，偶氮二异庚腈的质量分数为5%~10%；

（3）于50~70℃，在n2气氛下，将步骤（2）所得产物浸于水性聚氨酯中反应20~30h，取出；再浸泡于去离子水中3~5天，最后用甘油水溶液浸泡2~4天，室温下晾干，即得。

优选地，所述甘油水溶液是由甘油与水按照体积比0.8~1:2混匀而成。

优选地，超滤处理系统运行时，进水压力为0.15~0.25mpa，运行通量为15~25l/m²·h。

优选地，所述超滤处理系统还包括出水池，所述出水管的端部伸入至出水池底部；需要对改性pvc超滤膜进行清洗时，通过反冲洗泵抽取出水池中的水，进行反冲洗，反冲洗压力为0.25~0.45mpa，时间为20~30min。

所述聚甲基丙烯酸甲酯为基质材料，机械强度高，耐磨损，既不能被生物降解，又环保无毒；所述羟乙基纤维素结构中含有大量的羟基，可以改善填料的亲水性，同时凝胶态羟乙基纤维素在干燥后由于水分子的蒸发形成了多孔结构，有利于其他原料、微生物的附着；所述壳聚糖既能够增加亲生物性，又会对水中的重金属具有一定的吸附作用，不仅保证了无害性，还提高了废水的处理效率；所述氧化铝为吸附剂，通过增大比表面积，有利于微生物的附着和生长繁殖，还具有一定的缓释作用；所述淀粉为微生物提供了一定的营养物质；所述氧化铁纳米粒子能够增加磁性，不仅促进了生物膜的形成，还在一定程度上提高了微生物体内的酶活性，增加了有机物的代谢转化速率，较大程度地改善了载体的生物亲和性能。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

本发明所述的营养缓释型磁性填料，比表面积大、亲水性强、布水布气效果好，能够高效率、低耗能的处理污染废水。所述营养缓释型磁性填料可在处理污水过程中及时为微生物补充营养物质，提高微生物的活性，优化了微生物的生长条件，减小了水质营养成分变化造成的影响。随着填料中营养物质的缓释，填料表面和内部原有孔隙进一步加大，使微生物附着生长更加容易和紧密，从而提高了难降解废水的处理效率。所述填料制备工艺简单，节约了生产成本，解决了传统工艺微生物处理效果不稳定以及微生物营养失衡等难点和缺点。

本发明所述的改性pvc超滤膜，采用溶液法进行制备，工艺简单可行，可操作性强。偶氮二异庚腈作为接枝单体，活性高，且只形成一种自由基，无其他副反应，非常稳定，安全无毒，改性后滤膜的机械性能变强，亲水性提高，抗污染性增强。

本发明通过移动床生物膜氧化-超滤联合修复方法，解决了上述的单一处理技术中存在的问题，移动床生物膜反应器中微生物的降解作用以及生物填料间的拦截、吸附作用改善水质，大大降低了进水有机物负荷，在经过超滤系统过滤水中的微粒物质、微生物，出水水质好且稳定，通过移动床生物膜的氧化处理延缓了超滤膜污染速度与程度，用净化后的出水进行反冲洗即可解决膜孔的堵塞问题，也避免了投加化学药剂清洗带来的二次污染。

附图说明

图1是本发明专利的装置图。

图1中，1-调节池；2-进水管；3-抽水泵；4-第一阀门；5-多参数水质检测仪；6-营养缓释型磁性填料；7-移动床生物膜反应器；8-鼓风机；9-曝气管；10-加压泵；11-改性pvc超滤膜；12-超滤反应器；13-排污口；14-反冲洗阀门；15-反冲洗泵；16-出水管；17-出水池；18-第二阀门；19-第三阀门。

具体实施方式

本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

上述方法中所涉及的原料均为普通市售产品，所用原料的厂家与型号如下：

所述聚甲基丙烯酸甲酯购自东莞市金甲塑胶有限公司，型号为hi-835m；所述羟乙基纤维素购自广州市中万新材料有限公司，型号为r-1716；所述壳聚糖购自陕西金润生物科技有限公司，型号为a20；所述氧化铁纳米粒子购自北京德科岛金科技有限公司，型号为纳米a-氧化铁；所述乙烯基三乙氧基硅烷购自上海德茂化工有限公司，型号为78-08-0；所述pvc超滤膜购自深圳市三养环保科技有限公司，型号为lh3-0650-v；所述偶氮二异庚腈购自武汉拉那白医药化工，型号为v65；所述水性聚氨酯购自合肥恒天新材料科技有限公司，型号为ht-1282。

下面结合附图描述本发明的具体实施例。

实施例1

如图1所示，一种用于景观水体的移动床生物膜氧化-超滤联合修复方法，包括移动床生物膜氧化系统、超滤处理系统、在线监测系统三个部分。移动床生物膜氧化系统包括移动床生物膜反应器7，移动床生物膜反应器7顶部敞口，内部设有营养缓释型磁性填料6，移动床生物膜反应器7底部连通有曝气管9，曝气管9的另一端连有鼓风机8；移动床生物膜反应器7的进水口连通有进水管2，出水口连通有输水管，进水管2上设有抽水泵3、第一阀门4、多参数水质检测仪5，进水管2端部伸入调节池1底部。超滤处理系统包括超滤反应器12，超滤反应器12内部设有20层改性pvc超滤膜11；超滤反应器12进水口与移动床生物膜反应器7的出水口通过输水管连接，输水管上设有加压泵10、第二阀门18，超滤反应器12远离进水口的一侧连接有出水管16，出水管16上设有第三阀门19，出水管16端部伸入出水池17底部；出水管16连通有回流管道，回流管道的进水端和出水端均与出水管16连通，出水管16和进水端分别设在第三阀门19的左右两侧，回流管道上设有反冲洗阀门14、反冲洗泵15，超滤反应器12的底部设有排污口13。在线监测系统包括2个多参数水质检测仪5，2个多参数水质检测仪5分别与进水管2、出水管16相连。

营养缓释型磁性填料6由以下重量份数的原料制成：聚甲基丙烯酸甲酯55份，羟乙基纤维素8份，壳聚糖3份，氧化铝3份，淀粉3份，氧化铁纳米粒子4份，乙烯基三乙氧基硅烷1份。

营养缓释型磁性填料6的制备方法如下：

（1）按照重量份数称取各原料；

（2）将羟乙基纤维素分散于去离子水中，再加入聚甲基丙烯酸甲酯，继续搅拌30min；其中，去离子水的质量为羟乙基纤维素质量的5倍；

（3）向步骤（2）所得产物中依次加入壳聚糖、氧化铝、淀粉、氧化铁纳米粒子，搅拌30min，再加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌混匀，静置5h；

（4）将步骤（3）所得产物于50℃干燥至恒重，造粒，即得，营养缓释型磁性填料6的直径为15mm。

改性pvc超滤膜11由pvc超滤膜经水性聚氨酯改性而成，改性步骤具体如下：

（1）将pvc超滤膜在乙醇中浸泡4天，取出用去离子水清洗，然后置于真空干燥箱内干燥20h，温度设置为40℃；

（2）将步骤（1）所得产物浸泡在含有偶氮二异庚腈的丙酮溶液中1h，取出后在真空干燥箱内干燥至恒重，温度设置为35℃；所述偶氮二异庚腈的丙酮溶液中，偶氮二异庚腈的质量分数为5%；

（3）于60℃，在n2气氛下，将步骤（2）所得产物浸于水性聚氨酯中反应20h，取出；再浸泡于去离子水中3天，最后用甘油水溶液浸泡2天，甘油水溶液是由甘油与水按照体积比2:5混匀而成，室温下晾干，即得，改性pvc超滤膜11的面积为40m²、厚度为0.05mm。

采用本发明提供的方法对洛阳市某公园湖泊景观水体进行修复，该水体占地面积为5000m²，水体容量为8000m³，具体方案如下：

打开鼓风机8进行曝气。污水进入调节池1将ph值调至6.5，水量为500m³/d，在抽水泵3的提升作用下，污水流经进水管2，多参数水质检测仪5对污水的水质指标进行测定，得：cod为40mg/l，总氮为4.1mg/l，氨氮为3.5mg/l，总磷为1.8mg/l。污水经由进水管2进入移动床生物膜反应器7，当污水充满移动床生物膜反应器7后停止进水，关闭第一阀门4和第二阀门18，污水停留时间为5天，完成挂膜，打开第二阀门18，污水进入超滤系统进行后续处理，此后污水的进水方式改为连续进水。污水在进行了好氧生物处理后，在加压泵10的作用下，污水进入超滤反应器12，进水压力设置为0.15mpa，污水通过改性pvc超滤膜11进行过滤，运行通量为15l/m²·h；在经过超滤处理后，通过设在出水管16的多参数水质检测仪5的监测，处理后水质为cod为17mg/l，总氮0.8mg/l，氨氮0.5mg/l，总磷0.13mg/l。当出水的cod、总氮、氨氮、总磷中有两项指标超过地表水ⅲ类标准时，关闭第一阀门4、第二阀门18和第三阀门19，停止进水，更换营养缓释型磁性填料6，打开反冲洗泵15、反冲洗阀门14，反冲洗泵15抽取出水池17中的水，进行对超滤膜的反冲洗，反冲洗压力设置为0.25mpa，反冲洗时间为20min，清洗后的污泥从超滤反应器12底部的排污口13排出。

实施例2

反应器的结构和连接方式与具体实施例1相同。

营养缓释型磁性填料6由以下重量份数的原料制成：聚甲基丙烯酸甲酯65份，羟乙基纤维素10份，壳聚糖4份，氧化铝5份，淀粉4份，氧化铁纳米粒子5份，乙烯基三乙氧基硅烷2份。

营养缓释型磁性填料6的制备方法如下：

（1）按照重量份数称取各原料；

（2）将羟乙基纤维素分散于去离子水中，再加入聚甲基丙烯酸甲酯，继续搅拌45min；其中，去离子水的质量为羟乙基纤维素质量的5倍；

（3）向步骤（2）所得产物中依次加入壳聚糖、氧化铝、淀粉、氧化铁纳米粒子，搅拌45min，再加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌混匀，静置7h；

（4）将步骤（3）所得产物于65℃干燥至恒重，造粒，即得，营养缓释型磁性填料6的直径为20mm。

改性pvc超滤膜11由pvc超滤膜经水性聚氨酯改性而成，改性步骤具体如下：

（1）将pvc超滤膜在乙醇中浸泡4天，取出用去离子水清洗，然后置于真空干燥箱内干燥20h，温度设置为40℃；

（2）将步骤（1）所得产物浸泡在含有偶氮二异庚腈的丙酮溶液中1h，取出后在真空干燥箱内干燥至恒重，温度设置为35℃；所述偶氮二异庚腈的丙酮溶液中，偶氮二异庚腈的质量分数为8%；

（3）于70℃，在n2气氛下，将步骤（2）所得产物浸于水性聚氨酯中反应25h，取出；再浸泡于去离子水中4天，最后用甘油水溶液浸泡3天，甘油水溶液是由甘油与水按照体积比9:20混匀而成，室温下晾干，即得，改性pvc超滤膜11的面积为45m²、厚度为0.06mm。

采用本发明提供的方法对濮阳市某公园湖泊景观水体进行修复，该水体占地面积为8000m²，水体容量为12000m³，具体方案如下：

打开鼓风机8进行曝气。污水进入调节池1将ph值调至7，水量为650m³/d，在抽水泵3的提升作用下，污水流经进水管2，多参数水质检测仪5对污水的水质指标进行测定，得：cod为37mg/l，总氮为5.2mg/l，氨氮为3.8mg/l，总磷为2.4mg/l。污水经由进水管2进入移动床生物膜反应器7，当污水充满移动床生物膜反应器7后停止进水，关闭第一阀门4和第二阀门18，污水停留时间为6天，完成挂膜，打开第二阀门18，污水进入超滤系统进行后续处理，此后污水的进水方式改为连续进水。污水在进行了好氧生物处理后，在加压泵10的作用下，污水进入超滤反应器12，进水压力设置为0.20mpa，污水通过改性pvc超滤膜11进行过滤，运行通量为20l/m²·h；在经过超滤处理后，通过设在出水管16的多参数水质检测仪5的监测，处理后水质为cod为12mg/l，总氮0.6mg/l，氨氮0.4mg/l，总磷0.15mg/l。当出水的cod、总氮、氨氮、总磷中有两项指标超过地表水ⅲ类标准时，关闭第一阀门4和第二阀门18，停止进水，打开反冲洗泵15、反冲洗阀门14，反冲洗泵15抽取出水池17中的水，进行对超滤膜的反冲洗，反冲洗压力设置为0.35mpa，反冲洗时间为25min，清洗后的污泥从超滤反应器12底部的排污口13排出。

实施例3

反应器的结构和连接方式与具体实施例1相同。

营养缓释型磁性填料6由以下重量份数的原料制成：聚甲基丙烯酸甲酯70份，羟乙基纤维素12份，壳聚糖5份，氧化铝6份，淀粉6份，氧化铁纳米粒子6份，乙烯基三乙氧基硅烷3份。

营养缓释型磁性填料6的制备方法如下：

（1）按照重量份数称取各原料；

（2）将羟乙基纤维素分散于去离子水中，再加入聚甲基丙烯酸甲酯，继续搅拌60min；其中，去离子水的质量为羟乙基纤维素质量的5倍；

（3）向步骤（2）所得产物中依次加入壳聚糖、氧化铝、淀粉、氧化铁纳米粒子，搅拌60min，再加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌混匀，静置8h；

（4）将步骤（3）所得产物于80℃干燥至恒重，造粒，即得，营养缓释型磁性填料6的直径为25mm。

改性pvc超滤膜11由pvc超滤膜经水性聚氨酯改性而成，改性步骤具体如下：

（1）将pvc超滤膜在乙醇中浸泡4天，取出用去离子水清洗，然后置于真空干燥箱内干燥20h，温度设置为40℃；

（2）将步骤（1）所得产物浸泡在含有偶氮二异庚腈的丙酮溶液中1h，取出后在真空干燥箱内干燥至恒重，温度设置为35℃；所述偶氮二异庚腈的丙酮溶液中，偶氮二异庚腈的质量分数为10%；

（3）于80℃，在n2气氛下，将步骤（2）所得产物浸于水性聚氨酯中反应30h，取出；再浸泡于去离子水中5天，最后用甘油水溶液浸泡4天，甘油水溶液是由甘油与水按照体积比1:2混匀而成，室温下晾干，即得，改性pvc超滤膜11的面积为50m²、厚度为0.08mm。

采用本发明提供的方法对郑州市某公园湖泊景观水体进行修复，该水体占地面积为11000m²，水体容量为15000m³，具体方案如下：

打开鼓风机8进行曝气。污水进入调节池1将ph值调至7.5，水量为800m³/d，在抽水泵3的提升作用下，污水流经进水管2，多参数水质检测仪5对污水的水质指标进行测定，得：cod为58mg/l，总氮为7.5mg/l，氨氮为5.1mg/l，总磷为2.7mg/l。污水经由进水管2进入移动床生物膜反应器7，当污水充满移动床生物膜反应器7后停止进水，关闭第一阀门4和第二阀门18，污水停留时间为7天，完成挂膜，打开第二阀门18，污水进入超滤系统进行后续处理，此后污水的进水方式改为连续进水。污水在进行了好氧生物处理后，在加压泵10的作用下，污水进入超滤反应器12，进水压力设置为0.25mpa，污水通过改性pvc超滤膜11进行过滤，运行通量为25l/m²·h；在经过超滤处理后，通过设在出水管16的多参数水质检测仪5的监测，处理后水质为cod为11mg/l，总氮0.6mg/l，氨氮0.4mg/l，总磷0.08mg/l。当出水的cod、总氮、氨氮、总磷中有两项指标超过地表水ⅲ类标准时，关闭第一阀门4和第二阀门18，停止进水，打开反冲洗泵15、反冲洗阀门14，反冲洗泵15抽取出水池17中的水，进行对超滤膜的反冲洗，反冲洗压力设置为0.45mpa，反冲洗时间为30min，清洗后的污泥从超滤反应器12底部的排污口13排出。