利用周丛生物高效去除污水中有机物的方法及其设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物环境与污水处理技术领域，涉及一种新兴微生物水处理技术去除 污水中各种有机污染物的方法，具体尤其涉及一种利用周丛生物高效去除污水中有机物的 方法；本发明还涉及这种方法所使用的设备：一体化螺旋式周丛生物反应系统。
【背景技术】
[0002] 随着城市发展和资源的开发利用，目前我国有机污染日益加剧，如饮用水的微有 机污染、农业面源有机药物污染、工业点源有机污染等。据报道，我国的污水厂处理水能力 虽已经达到世界前列，然城市污水普遍出现C/N比较低、水温变化大、碳源不足、深度处理 难度大等问题，处理后出水的COD变化大，导致95 %以上的城镇污水厂处理后出水不能达 到国家一级A标准。如何快速、经济有效的净化水体中的有机污染物，特别是低C/N比污水 中的各种有机物的去除，是我国污水处理领域亟待解决的问题。
[0003] 通常情况下，污水厂出水的三级处理系统，如氧化塘、人工湿地等虽然可以解决上 述问题，但投资和运行成本高，应用和推广并不非常成功。生物修复（bioremediation)指 在污染点利用微生物物吸附、吸收、生物降解污染物，实现生态恢复、环境净化的生物技术。 具有快速、高效及费用低的优点，是本世纪环境生物技术的重要研宄方向之一。随着生物 修复相关研宄的开展，人们越来越重视各种微生物(包括藻类）的作用，因这类微型生物在 地表水修复过程中具有环境可持续，其光合作用在初级环境生产力和生物食物链上具有举 足轻重的作用，已引起广泛的关注和开发应用。实践证明，以微生物(包括藻类)为基础的生 物修复技术，具有建设周期短、占地面积小、能耗低、产生污泥量少等优点。
[0004]周丛生物是生长在淹水基质表面且在自然环境条件下形成的微生物聚集体及其 交织的非生物物质的集合体，其有机成分包括细菌、真菌、藻类、浮游动物，是一个半稳定 的、开放的动力学系统。周丛生物在水体原位生物修复和非原位生物修复上都有相应的应 用实例，对水体中各种有机污染物具有吸附、吸收、生物降解等单独或相结合的作用机制。 研宄和实践表明，虽然关于周丛生物净化污水上的研宄尚处起步阶段，但是周丛生物可以 高效快速净化污水中污染物，在污水处理领域具有巨大的应用潜能。
[0005] 本单位早前发明的同步去除农业面源污水中多种重金属污染的方法及其装置，提 供了一种利用周丛生物反应器去除农业面源污水中的多种重金属的方法。该工艺为单级周 丛生物反应器，仅以周丛生物的作用机理来去除重金属，虽然对农业污水中重金属具有较 高的去除效率，但对各种浓度有机污水，特别是低C/N比污水的净化过程启动慢，而且去除 效果不稳定。即对城市或者工业上的有机污水净化上的应用，还需要结合相应水处理工艺 进行优化提升，使之适应日益严峻的有机处理需求。
[0006] 本单位早前发明的利用周丛生物处理系统去除面源污水中铜的方法及其设备，提 供了一种利用周丛生物系统去除农业面源污水中铜的方法。该系统包含了过滤池、反应池 与沉淀池，可以实现有效去除农业污水中的铜，但不适合各种浓度有机污水及低C/N比污 水的净化。一方面其装置需要进一步完善，其设计时并未考虑到反应池脱落周丛生物及螺 旋圈管道内周丛生物量控制的问题，使出水受生物及管道内生物量变化影响大，难以应用 到有机污水的净化上。另一方面其装置难以形成厌氧段及好氧段相结合的处理方式，不适 合于低C/N比污水的净化，而且该周丛生物处理系统需要进一步提高结合度，降低占地面 积，提高推广应用的可行性。目前，也有一些新兴微生物技术或微生物(包括藻类)联合其它 技术处理有机污染物的去除，例如： 一体化处理微污染原水的工艺组合系统及其方法（申请公布号CN104445821A)提供了 一种一体化处理微污染原水的工艺处理系统及方法。该工艺基本集合了化学氧化法、曝气 生物滤池法、接触氧化法、生物膜法、沉降分离法、快滤法于一体，经处理后的水可以达到国 家相关饮用水水质标准。
[0007] 该工艺针对饮用水中的氨氮、有机物、嗅味、藻类、浊度以及脱落生物体的去除具 有较好效果。但是该工艺集成的方法太多，处理对象针对性不强，一旦某一环节出现问题， 容易引起处理出水水质不稳定。
[0008] 微生物菌群母液培殖发生器及其微生物污水处理方法（申请公布号： CN104556411A)提供了一种微生物菌群母液培殖发生器及其污水生物净化方法，该工艺可 以大幅度提高装置内微生物的活性，培育出生物量更多的微生物菌群，包括微生物发生箱、 生物填料仓、生物填料、进水装置、排渣装置、水气同步切割配送装置和自动控制装置。该工 艺虽然能够有利于各种微生物的培养和生长，但是操作可控性不强，出水的二次污染或生 物膜的脱落问题考虑还不够周全，需要进一步的改进。
[0009] 组装式好氧厌氧固定化微生物污水处理装置（申请公布号：CN104098179A)公开了 一种组装式好氧厌氧固定化微生物污水处理装置，包括人工湿地池、进水管路、曝气装置、 出水单元和固定化微生物板这些相关装置和设备，人工湿地池从上到下以次为：砾石层、 好氧固定化微生物层、煤渣层、厌氧固定化微生物层和糠醛渣层，即该装置的最大特点是将 装置固定化微生物、微生物好氧厌氧处理与人工湿地有机结合，具有一定的实验运行意义， 但是出水处理效果的高效和稳定性需要进一步的商榷，该工艺的实际应用也在初步探索阶 段。
[0010] 可见，无论是传统的水处理技术和新型微生物方法相结合的应用，还是主要以一 些新兴微生物水处理技术净化污水，都不能够一劳永逸的去除污水中的污染物，更难以去 除低浓度、低C/N比污水中的各种有机污染物，因为，亟待需要发展新的微生物水处理技 术。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于克服之前周丛生物反应器不足，并解决现有技术的不足：提供 一种利用周丛生物高效去除污水中有机物的方法；本发明还涉及这种方法所使用的设备： 一体化螺旋式周丛生物反应系统。这是一种以周丛生物为技术核心，有效结合过滤、澄清工 艺的污水净化方法，主要针对的污水类型为：有机污染的污水或低C/N比的污水。
[0012] 完成上述发明任务的技术方案是，一种利用周丛生物高效去除污水中有机物的方 法，其特征在于，步骤如下， ⑴.螺旋周丛生物反应器的设计：所述螺旋周丛生物反应器由两部分构成，一是起 支撑作用的主体，由空心透明材料制成(例如，有机玻璃)，二是反应部分，由透明微直径管 ((6=0. 5-8. O mm，透明、可塑性、有一定机械强度如PE材料）按一定规律螺旋缠绕而成（图D ; ⑵.螺旋PE管预处理：首先往管道内通入强碱或腐蚀液体，如通入HF/NH4F (I. 7%/2. 3%，W/W)，增大其比表面积，从而使周丛生物快速可靠的聚集和附着固定在管壁上 上，增加周丛生物在PE管中抗压、抗剪能力； ⑶.周丛生物的固定过程：往螺旋周丛生物反应器内通入富营养化水，并加入WC培养 基，光合周丛生物在微直径管道内固定； ⑶-a.可在室外温度变化大或在光照强度2500-5000LUX、温度为15-45°C条件下培养 和固定周丛生物，提高所培养周丛生物的适应能力，利于处理过程中温度变化时处理有机 污染物的稳定性； ⑶_b.为使固定化时间变短并促进周丛生物富集均匀性，初期固定采用定期间歇进水 和WC培养基，当管内可见点状绿色光合周丛生物即采用连续低速进水和WC培养基；17-20 天后，管道内壁出现一层亮绿色粘稠状的光合周丛生物； ⑶-c.为了形成相对厌氧段，可在连续低速进水时对其进行遮光，进行黑暗培养； (4) .周丛生物处理系统设计：进水装置，一体化螺旋周丛生物反应系统；其中进水装 置包括进水池、进水管路、恒流泵；一体化螺旋周丛生物反应系统包含螺旋周丛生物反应器 (也称为周丛生物螺旋管)、反冲洗装置和沉淀溢流出水单元部分，并具有拦截较大颗粒污 染物管、更换清洗的装置（图2); (5) . -体化螺旋周丛生物反应系统的设计： 反应池中设有一个进水管、六个螺旋螺旋周丛生物反应器安装立柱、反冲洗接管、溢流 沉淀部分、出水单元、清洗口； (5)-a.在装置运行时，最多可安装六段螺旋式周丛生物反应器串联或