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技术方案

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：⑴. 周丛生物反应器的设计：主体由透明材料制成，包括进出水直管段和螺旋圈管道；⑵.周丛生物反应器的预处理：腐蚀内壁，增大比表面积；⑶.周丛生物的富集；⑷. 周丛生物处理系统的设计：由过滤池、反应池与沉淀池组成；⑸.其中反应池的设计；反应池进水曝气管与出水曝气管之间，连接有若干并联的周丛生物反应器；⑹.关键环境条件的控制；⑺.系统中周丛生物的后期处置：将周丛生物反应器中的周丛生物取出来，收集在一起，做无害化处理；也可以进一步收集其中的铜，加以利用。本发明专利技术可以通过周丛生物系统中各种微生物的集体功能，对面源污水中铜去除率高，运行成本低，环境友好。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于生态与环境保护领域，涉及面源污水净化领域，尤其涉及一种利用周丛生物处理系统去除面源污水中铜的方法。本专利技术还涉及这种方法所使用的设备：周丛生物处理系统。
技术介绍
目前，重金属污染引起的环境问题越发严重。当前，铅中毒、重金属致胎儿畸形等事件也屡屡发生，使重金属污染成为关系到人类生命健康的重大环境问题。据报道，2009年到2010年我国重金属中毒事件高达31起。重金属主要随着人类工农业活动进入到水体中，致使水体重金属含量远高于自然背景，并且导致生态环境恶化、水质降低等现象。重金属是具有潜在危害性的重要污染物，其在环境中所产生的污染效应具有隐蔽性、长期性和不可逆性，且在水-土-植物大系统中迁移，伴随着转移的介质具有积累和放大的作用，对环境生物产生更大的影响。铜是微生物必须的营养元素，又是一种污染元素，相对于其他重金属元素而言毒性较强，污染较常见。随着社会经济的快速发展，水体中铜污染问题十分严峻。铜矿的开采、冶炼厂排放的“三废”、含铜农药和化肥的过量使用和城市生活垃圾处理不当等，使水体含铜量达到原始水体的几倍甚至几十倍，远远超出了水体环境的承载力，严重威胁到区域生态系统的稳定和人类的健康。非污染水体中铜含量在2μg/L以下，但是在污染较严重的地区，比如矿区附近的水体中铜含量可以达到1000μg/L以上，如2012年江西德兴铜矿区大圬河枯水期源区、上游、中游、下游水体中铜的含量分别为4843μg/L、2908μg/L、734μg/L、491μg/L。这些地区的水体铜含量都远远超过了国家环境二级标准。相当一部分水体污染严重，威胁到饮水水质。面源污染是我国入河湖污染负荷的主要形式之一，尤其是水体重金属污染给河道带来了很重的负荷，这给常规的处理带来了很多新的挑战，如传统的物理化学处理的性价比不高。因此，如何有效的去除或者控制面源污水中的铜的浓度已经迫在眉睫。鉴于当前很多水体受到铜污染的现状，国内外学者开发了多种有效的去铜措施。主要分为两类，一类是物理化学修复，另一类是原位水质净化。在实际河道水质净化案例中，原位水质净化法应用比较广泛，也具有比较好的前景。从生态学角度而言，原位改善水质，提高河道水生生态系统的自净能力和恢复力，也是河道生态系统持续健康发展的必由之路。生物原位水质净化法主要是利用超富集植物的原理净化河道水质，或利用微生物转化重金属形态，改变重金素毒性，进而达到修复水体的目的，或者利用微生物聚集体的方法吸附、吸收重金属。代表性的微生物聚集体法有生物膜法，它是一种重要的废水生物处理方法，依靠附着在载体上的微生物群落吸收和降解废水中的污染物质达到净化效果。由于生物反应器能够很好地固定生物膜，调节生物膜组成结构；可以通过调节反应器的设置，控制生物膜的生物量和活性，因此，生物反应器在原位水质净化中应用比较广泛，也在河水原位净化领域具有很好的前景。目前研究最多的是生物方面的除铜措施，尤其是生物膜反应器，应用于面源污水除铜的生物膜反应器对水体中的重金属有较好的去除效果。应用于污水处理的使用的生物膜反应器工艺型式各异，主要分为典型生物膜反应器工艺（例如生物膜滤池和生物膜转盘等）和技术生物膜反应器工艺（生物膜流化床、移动床生物膜反应器（MBBRs）以及序批式生物膜反应器（SBBRs）等）。然而，上述周丛生物处理系统绝大多数是针对氮、磷等设计和去除，而专门针对铜去除技术和方法研究相对较少。并且，由于农业面源污水组成、负荷和排放特征的复杂性，传统的单一微生物反应器已经不再适应面源污水中铜的去除，因此，反应器内单一或者少数的几种优势微生物物种容易中毒。其次，目前针对铜的一般采用化学试剂法，将水体中的铜转化为难溶物、絮凝沉淀或者铜渣，再进行去除，操作繁琐，费用昂贵，且容易造成二次污染。与此同时，面源污水亟需治理，针对面源污水一般分布面积大、污染量广以及难以集中控制等特点，传统的点源生物膜反应器工艺难以达到满意的去除效果，且一般造价昂贵，运行维护繁琐，占地耗时，难以实际应用到面源污水中铜的治理。周丛生物是在一定的水体环境条件下产生的微生物聚集体，其群落结构复杂，种群丰富，比表面积大，并带负电荷，主要由光合自养型生物主导，一般呈现绿色，广泛分布与各种基质的表面；研究发现周丛生物对铜有较好的去除效果，能够通过吸附解吸、沉淀溶解、配位解离、氧化还原等降解水体中的铜。相比于传统的生物膜技术，周丛生物处理系统更适合于大面积、大尺度的面源污水处理，同时成本低廉，充分利用太阳能，耗能低，不额外占用昂贵的土地资源等优势使其成为极具应用前景的技术之一。其次，光合周丛生物容易人工固定化和收获，从而使的铜资源的重新利用成为可能，达到节约资源、减少污染、增加经济效益的目的。目前，也有一些新兴微生物技术或微生物与其它技术联合的技术用于重金属的去除，例如：生物吸附剂、固定床反应器（专利申请号：CN201410487854）提供了一种用于重金属污水处理的生物吸附剂，由双孢菇改性制备得到，用于吸附污水中的重金属离子，吸附容量高且再生后吸附容量无明显下降。还提供了一种用于重金属污水处理的固定床反应器、重金属污水的处理方法。虽然该技术对铅离子的吸附容量很高，但是双孢菇长期浸泡在水体中，可能会腐败，造成水体二次污染。利用积雪草和微生物联合去除土壤或水体中重金属的方法（专利申请号：CN201410365418）公开了一种利用积雪草和微生物联合去除土壤或水体中重金属的方法，所述方法包括：在含有重金属的土壤或水体中种植积雪草；定期收割积雪草并保留积雪草在土壤或水体中的部分；将哈茨木霉菌菌液接种到积雪草根部。虽然本专利技术能够同时去除受污染土壤或水体中的铅、锌、镉，但由于积雪草生长受到地域的限制，其应用范围受到很大的局限性，更不适合在农业面源污水中应用。一种去除污水中重金属的处理装置及其处理方法（专利申请号：CN201410248353）提供一种去除污水中重金属的处理装置及处理方法，包括一罐体，所述罐体底部连接有进水管，罐体上端连接有出水管，所述罐体内由下至上依次设有砂石初滤层、微生物吸附层、滤布及颗粒活性炭吸附层，所述微生物吸附层设有表面附着有微生物的球体。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术克服了传统去除金属离子方法存在成本高、操作复杂、难以对低浓度废水进行处理等缺点，但利用的吸附层存在被杜塞的风险。可见，无论是传统的重金属（如铜）去除技术，还是目前正在申请专利技术专利的一些与微生物有关的新兴技术，都不能一劳永逸去除水体中的重金属，更难以去除成分复杂、负荷多变、排放无规律的农业面源污水中的重金属，因此，迫切需要发展新的重金属（如铜）去除技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足：提供一种利用周丛生物处理系统去除面源污水中铜的方法。该专利技术生产可以自我生存和自我循环利用的周丛生物，这种周丛生物可以处理含铜污水。这是新的设计与建设模式，一方面可以培养光合自养微生物，另一方面降低面源污水中铜浓度，减少铜对水环境的不利影响，又实现经济利益的增加。本专利技术以降低污水中铜浓度为目标，采用“分区、分级、多段”和“培养周丛生物，再构建运行周丛生物处理系统”的工作思路，依据“进水-过滤-处理-溢流-出水”的工艺路线进行设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用周丛生物处理系统去除面源污水中铜的方法，其特征在于，步骤如下，⑴. 周丛生物反应器的设计：所述周丛生物反应器的主体由透明材料制成，包括进出水直管段和螺旋圈管道；⑵.周丛生物反应器的预处理：首先往管道内通入腐蚀液体，腐蚀内壁，增大比表面积，使以光合自养微生物为优势种群的微生物聚集体能够快速和稳定附着在管壁上，提高反应器富集周丛生物的能力；然后用清水冲洗内壁；⑶.周丛生物的富集：往反应器内通入富营养化水，并加入WC溶液，进行光合周丛生物的富集；可以在光照强度2500‑5000Lux、温度为15‑45℃条件下富集、培养周丛生物；为使周丛生物能够快速生长富集，对溶液进行适度曝气；20天后，管道内壁出现一层亮绿色粘稠状的光合周丛生物；⑷.周丛生物处理系统的设计：周丛生物处理系统，由过滤池、反应池与沉淀池组成；⑸.周丛生物处理系统中反应池的设计：反应池中设有两段直管，分别构成进水曝气管与出水曝气管，在该进水曝气管与出水曝气管内设置有曝气装置；在该进水曝气管与出水曝气管之间，连接有若干个并联的周丛生物反应器；⑹.关键环境条件的控制：充足的光照是挂膜成功与否以及周丛生物活性和生物量增加的关键，因此要尽量满足光合周丛生物生长所需的光照条件；合适的水力停留时间也很重要，一般根据进水的营养程度调节；同时，本系统还可以对水体进行曝气，利于光合周丛生物的生长；⑺.周丛生物处理系统中周丛生物的后期处置：将周丛生物反应器中的周丛生物取出来，收集在一起，做无害化处理；也可以进一步收集其中的铜，加以利用。...

【技术特征摘要】
1.一种利用周丛生物处理系统去除面源污水中铜的方法，其特征在于，步骤如下，⑴.周丛生物反应器的设计：所述周丛生物反应器的主体由透明材料制成，包括进出水直管段和螺旋圈管道；⑵.周丛生物反应器的预处理：首先往管道内通入腐蚀液体，腐蚀内壁，增大比表面积，使以光合自养微生物为优势种群的微生物聚集体能够快速和稳定附着在管壁上，提高反应器富集周丛生物的能力；然后用清水冲洗内壁；⑶.周丛生物的富集：往反应器内通入富营养化水，并加入WC溶液，进行光合周丛生物的富集；在光照强度2500-5000Lux、温度为15-45℃条件下富集、培养周丛生物；为使周丛生物能够快速生长富集，对溶液进行适度曝气；20天后，管道内壁出现一层亮绿色粘稠状的光合周丛生物；⑷.周丛生物处理系统的设计：周丛生物处理系统，由过滤池、反应池与沉淀池组成；⑸.周丛生物处理系统中反应池的设计：反应池中设有两段直管，分别构成进水曝气管与出水曝气管，在该进水曝气管与出水曝气管内设置有曝气装置；在该进水曝气管与出水曝气管之间，连接有若干个并联的周丛生物反应器；⑹.关键环境条件的控制：充足的光照是挂膜成功与否以及周丛生物活性和生物量增加的关键，因此要尽量满足光合周丛生物生长所需的光照条件；合适的水力停留时间也很重要，根据进水的营养程度调节；同时，本系统还对水体进行曝气，利于光合周丛生物的生长；⑺.周丛生物处理系统中周丛生物的后期处置：将周丛生物反应器中的周丛生物取出来，收集在一起，做无害化处理；也可以进一步收集其中的铜，加以利用；步骤⑶中，WC溶液配方为：序号组份用量(mL/L)母液浓度(g/L)最终浓度(mM)1NaNO3185.112CaCl2·2H2O136.760.253MgSO4·7H2O136.970.154NaHCO3112.60.155NaSiO3·9H2O128.420.16K2HPO418.710.057H3BO31240.398WC微量元素溶液1※9VB12溶液1※10硫胺素溶液1※11生物素溶液1※其中WC微量元素溶液母液配方为：Na2EDTA•2H2O4.36g、FeCl3•6H2O3.15g、CuSO4•5H2O2.5g、ZnSO4•7H2O22g、CoCl2•6H2O10g、MnCl2•4H2O180g、Na3VO418g、Na2MoO4•2H2O6.3g、蒸馏水1L；VB12溶液母液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王逢武，吴永红，杨嘉利，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32