专利名称：以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种可以使洗浴污水循环使用的水处理方法。
背景技术：
我国是一个缺水国家，特别是北方地区水资源严重不足，成为制约社会经济发展的关键因素之一。在水资源不足的同时，还存在水资源严重浪费现象，各种行业用水的重复利用率低，大量宝贵的水资源未经使用或仅经过一次性使用就成为废水被排放掉了。节约用水、开发新的水资源势在必行。各类污水资源化是当今的重要发展趋势之一。
洗浴业是一个伴随我国经济发展和人民生活水平提高而得到迅速发展的行业，各种洗浴场所遍布大小城市。洗浴业是城市耗水大户，一个中等规模的浴池日耗水就达几百吨，因此洗浴业的节水潜力很大，可以成为节水大户。另一方面，许多城市将水价作为调节城市用水供需矛盾、节约用水的经济杠杆，如哈尔滨市出台的水价将洗浴业水价有现行的5元/吨调为10元/吨。高水价必将导致洗浴业设法节约用水、提高水的重复利用率。
以往洗浴废水经处理后的主要利用途径是作为工业水的补给、农田灌溉、浇洒绿地道路、水景喷泉，或作为清洗汽车、冲厕等杂用水，它不能做为洗浴水循环利用，这在一定程度上造成水的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使处理后的水作为浴池用水的补给，可以循环使用的以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法，该方法依次包括A.混凝-沉淀、过滤物化的预处理工艺，B.进入固定化生物活性炭反应器，C.膜滤，D.UV消毒四个过程，其中B步骤所述的固定化生物活性炭反应器内部装有活性炭，在活性炭上固定有工程菌，所述工程菌为阴离子表面活性剂降解菌和/或降解COD的菌和/或硝化细菌。本发明将固定化生物活性炭反应器(即IBAC反应器)应用于方法中，原水(洗浴废水)在混凝-沉淀和过滤的预处理的基础上，进入IBAC反应器；而IBAC反应器的构成是将人工分离、筛选、驯化出的高效工程菌复合成优势菌群后，固定在活性炭上，主要是去除预处理后水中仍然含有的污染物，可以进一步降低水的高锰酸盐指数、亚甲兰活性物质、浊度、氨氮等指标。IBAC反应器，实现对多种污染物的同时去除，为保证出水水质的合格发挥了巨大的作用。通过对GC/MS实验检测结果的分析，IBAC处理后水中所含有的有机污染物在数量和种类上大大减少，可以进一步保证回用水的安全性。IBAC的出水进入膜组件，膜组件主要发挥截留作用，去除水中的细小颗粒物和微生物，对回用水起到初步消毒的作用，是本方法的保安处理单元；最后经过UV消毒出水，经过微生物学的指标分析，在膜出水和UV消毒后的出水中均不含有细菌和大肠菌群，保证了回用水水质达到卫生标准的要求，使用本发明方法处理后的水质可以达到生活饮用水水质卫生规范(2001)。
图1是本发明菌种分离流程示意图，图2是菌种扩大培养的装置示意图，图3是本发明处理方法的工艺流程图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的水处理方法包括A.混凝-沉淀、过滤物化的预处理工艺，B.进入固定化生物活性炭反应器，C.膜滤，D.UV消毒四个过程A步骤所述的预处理方法为(a).混凝向污水中投加聚合氯化铝混凝剂，投量为10～50mg/L，混凝时间不超过30min；(b).沉淀然后静止沉淀10～30min；(c).过滤再经过石英砂滤柱即可，所述石英砂滤柱的柱高2～2.5m，滤层厚度为1.2～1.5m，承托层厚0.1～0.4m；滤速为7～20m/h。
B步骤所述的固定化生物活性炭反应器内部装有活性炭，固定化生物活性炭反应器的整体高度为200～300cm，它的内部结构为，在反应器内底部填装高度10～30cm的承托层，承托层上部为活性炭，活性炭的高度为100～150cm，本实施方式中，固定化生物活性炭反应器的整体高度为200cm，内径φ4.5cm的有机玻璃柱底部填装粒径10～20cm、高度为10cm的砾石为承托层，再装填粒径为4.5cm的颗粒碳，填充高度为110cm，在活性炭上固定有工程菌，所述工程菌为阴离子表面活性剂降解菌和/或降解COD的菌和/或硝化细菌；工程菌固定在活性炭上的方法为首先，将活性炭用自来水浸泡、冲洗，至出水清澈透明为止；倾去水分，装入柱中至规定高度；然后在炭柱中注入工程菌菌液，浸没炭层后，按4h循环一次的流速放出，24h后用自来水冲洗15min，即完成工程菌在活性炭上的固定。
工程菌是指通过分离、筛选和驯化，以及运用生物工程技术，定向选育的、用于实际生物处理装置中的高活性混合的纯培养的优势微生物种群。要想获得高活性的工程菌，首先应该找到种源，这就是筛选的目的。并且，所筛选的工程菌，必须保证不是病原微生物。
前述工程菌的制备过程如下a.筛选(1)将土壤、浴池排水井壁上的泥、洗浴废水加入到含有基础培养基150mL的三角瓶中使瓶中保持液体状态，恒温培养，待培养液发生混浊时，用无菌移液管吸取培养液，移入另一个含有基础培养基150mL的三角瓶中；如此连续移接3～6次，最后就得到所需工程菌占绝对优势的微生物混合培养物；(2)涂布分离用灭菌移液管吸取经富集培养的培养液，加入含90mL灭菌水的三角瓶中，加入数粒玻璃珠，充分震荡；制备系列稀释液，取10-5～10-8稀释液各一滴，分别在含洗浴水和上述阴离子表面活性剂的培养琼脂平板上用灭菌刮刀涂布，每一个稀释度做两个平行样，涂布的平板于室温下静置2h后，再倒置温箱培育4～6天。(3)划线分离挑选菌落数在40个左右的平皿，在室温下放置4～6天，使菌落性状较充分地表现，挑取单菌落转接于斜面试管上，再将具有不同性状的菌落在含洗浴水营养琼脂平板上划线纯化，平板倒置温箱4～6天；重复以上操作，直至分纯；b.培养和驯化培养和驯化的目的就是通过富营养到贫营养、贫营养到富营养的反复驯化过程，最终使筛选出的菌株能够在洗浴水中生长并且能够降解洗浴水中的阴离子表面活性剂。培养和驯化过程所采用的培养液是依次减少营养液的浓度，同时逐渐增加驯化水样的比例实现贫培养的操作，然后再依次减少驯化水样的比例，同时逐渐增加营养液的浓度实现富培养的操作，此过程反复，即完成驯化过程；驯化过程结束，即得到所需的工程菌；工程菌的培养和驯化的具体过程为将基础培养基按含洗浴水浓度不同编号，从高浓度培养基到低浓度培养基编号为1～11号，即1号培养基100％的基础培养基；2号培养基按重量份数90份的1号培养基加入10份的洗浴水；3号培养基按重量份数80份的2号培养基加入20份的洗浴水；……10号培养基按重量份数10份的9号培养基加入90份的洗浴水；11号培养基100％洗浴水；将占基础培养基重量5％的纯菌液以1号培养基作为营养源，30℃培养48h，然后将菌液从1号培养基移取到2号培养基中，30℃培养48h，再将菌液从2号培养基移取到3号培养基中，30℃培养48h......将菌液从10号培养基移取到11号培养基中，30℃培养48h；然后再将菌液从11号培养基移取到10号培养基中，30℃培养48h，再将菌液从10号培养基移取到9号培养基中，30℃培养48h......最后将菌液从2号培养基移取到1号培养基中，30℃培养48h；此过程为一个周期；按上述方法培养4个周期，即得到所述的工程菌，所筛选的工程菌能够完全以洗浴水为营养源，经过曝气培养可将洗浴水中的污染组分氧化降解。
图1所示即为菌种分离流程示意图，其中，1过程为稀释倒平皿，2过程为挑取典型菌落转管，3过程为平皿划线分离，4过程为挑取典型菌落转管，5过程为平皿划线分离，6过程为挑取典型菌转管。
前述(1)步骤中，当制备的工程菌为阴离子表面活性剂降解菌时，基础培养基的成分和含量如下(NH4)2SO41.0g，MgSO4·7H2O0.3g，KH2PO40.3g，NaCl0.3g，酵母膏0.1g，阴离子表面活性剂0.1g，蒸馏水1000mL，pH7.2，121℃灭菌20min；前述(1)步骤中，当制备的工程菌为降解COD的菌时，基础培养基的成分和含量如下牛肉膏3g，蛋白胨10g，NaCl5g，蒸馏水1000mL，pH7.2，121℃灭菌30min。
前述(1)步骤中，当制备的工程菌为硝化细菌时，基础培养基的成分和含量如下NaNO21.0g，Na2CO31.0g，NaH2PO40.25g，CaCO31.0g，K2HPO40.75g，MnSO40.01g，MgSO4·4H2O0.03g，蒸馏水1000mL，pH7.2，121℃灭菌30min。
得到所需的工程菌后还可将其扩大培养将驯化后的的菌液作菌源，用混合培养基扩大培养。培养装置见图3，其中7为加氧泵，8为进样口，9为曝气头，10为出水口。
培养条件30℃，48h曝气。
培养方式在工程菌基础培养基内加入占其重量5％的纯菌液，30℃，48h曝气，然后再将工程菌取出，放入工程菌基础培养基占总重量90％、洗浴水占总重量10％的混合液体内，30℃，48h曝气，再将工程菌取出，放入工程菌基础培养基占总重量80％、洗浴水占总重量20％的混合液体内，30℃，48h曝气......将工程菌取出，放入工程菌基础培养基占总重量10％、洗浴水占总重量90％的混合液体内，30℃，48h曝气，再将工程菌取出，放入100％的洗浴水中，30℃，48h曝气，至达到所需要的菌液量103～105cfu/mL，即可以达到固定化所需的菌量，以备后续试验使用。
C步骤所述膜滤过程为采用微滤膜或超滤膜，膜的孔径小于0.1μm。膜即可充分发挥其截留作用，实现对颗粒物和微生物的拦截。
D步骤所述的UV消毒过程为采用饮用水净化的紫外消毒管消毒。
具体实施方式
二本实施方式为验证本发明的有益效果所做的对比实验。
现有技术采用如下方法处理洗浴污水原水→微絮凝过滤器→中空纤维超滤膜→消毒→回用，处理后的水质为色度无，嗅味无，LAS0.34mg/L，细菌总数100cfu/ml；大肠菌群数大于3个/L水样，这些指标可以达到生活杂用水水质标准(CJ25.1-89)。处理后的水可以用于绿化、冲洗汽车、淋洒道路和厕所等杂用用途。
本试验选用的洗浴废水的水质条件如下温度30-35□；色度5-15度；浊度35-120NTU；pH6.8-8.4；有强烈的浴香味；高锰酸盐指数10.0-75.0mg/L；亚甲兰活性物质0.50-5.32mg/L；氨氮0.33-2.25mg/L；细菌总数1.1×104-1.8×104cfu/ml；大肠菌群数大于1600/100mL水样。洗浴废水投加混凝剂后进入混凝池、沉淀池、砂滤，之后进入IBAC反应器，再经过膜滤和UV消毒即可出水，因此本方法可以为预处理、IBAC、膜滤和UV消毒4部分，试验中的各项数据也是这样分段检测。
试验证明，经过混凝-沉淀、过滤可以使对洗浴废水的浊度5.5-12NTU、高锰酸盐指数5.60-14.00mg/L、阴离子表面活性剂0.60-2.59mg/L、嗅等指标有所降低，但是不能完全去除，此阶段处理后洗浴水中的氨氮还会有所升高，达到3.85-9.79mg/L。
本试验所使用的的IBAC反应器是用下述方法构成采用从洗浴废水中分离、筛选和驯化出来的降解有机物、阴离子洗涤剂的细菌和硝化细菌复合成高效的工程菌菌群，采用物理吸附的方式，固定到活性炭上，即形成了IBAC装置。经过IBAC处理以后浊度为1.06-3.72NTU，高锰酸盐指数低于3mg/L，亚甲兰活性物质低于0.30mg/L，0级嗅味的水，氨氮低于1mg/L。通过GC/MS检测实验结果分析可知IBAC的进水共计检出了48种有机物，经过IBAC处理以后，共检出有机物24种，处理后水中的有机物在数量上也大大减少，峰面积是进水的32.4％。IBAC是一个能够同时有效去除水中多种污染物的处理单元。
膜滤采用天津膜天膜生产的中空纤维超滤膜组件，型号为MIF，外形尺寸为D＝50mm，H＝500mm，膜孔径为0.1μm，产水量为40～50L/h，操作压力＜0.12Mpa。经过膜滤作用，出水的浊度小于1NTU，其它各项指标也有所降低，因此膜滤是保证水质的必要组成环节。通过整体方法处理前后水中细菌总数和大肠菌群总数的检测，可以知道原水经过混凝-沉淀、过滤，IBAC处理之后这两项指标是不合格的，经过膜滤之后这两项指标均满足生活饮用水水质卫生规范(2001)。
本试验所采用的UV紫外消毒管是由福建新大陆生产的NLC-008型的紫外消毒管，设备的使用要求为进水的T254≥95％，处理水量≤0.3t/h。经过UV消毒之后的细菌和大肠菌群均未检出。
因此采用IBAC为主的此方法中各个环节均是必要的，该方法处理洗浴废水的出水指标是可以达到生活饮用水水质卫生规范(2001)。因此本发明方法是适用于处理洗浴废水，这种方法的经济核算为以洗浴用水量0.2m3/人，采用洗浴水回用设备的浴池平均每天有150人来洗澡，该浴池每天可节约用水21m3，节约开支124.2元；这样一年可节约4.22万(按340天计)，设备投资一年就可回收，经济效益显著。
权利要求
1.一种以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法，其特征在于该方法依次包括A.混凝-沉淀、过滤物化的预处理工艺，B.进入固定化生物活性炭反应器，C.膜滤，D.UV消毒四个过程，其中B步骤所述的固定化生物活性炭反应器内部装有活性炭，在活性炭上固定有工程菌，所述工程菌为阴离子表面活性剂降解菌和/或降解COD的菌和/或硝化细菌。
2.根据权利要求1所述的以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法，其特征在于所述工程菌的制备过程如下a.筛选(1)将土壤、浴池排水井壁上的泥、洗浴废水加入到含有基础培养基150mL的三角瓶中使瓶中保持液体状态，恒温培养，待培养液发生混浊时，用无菌移液管吸取培养液，移入另一个含有基础培养基150mL的三角瓶中；如此连续移接3～6次，最后就得到所需工程菌占绝对优势的微生物混合培养物；(2)涂布分离用灭菌移液管吸取经富集培养的培养液，加入含90mL灭菌水的三角瓶中，加入数粒玻璃珠，充分震荡；制备系列稀释液，取10-5～10-8稀释液各一滴，分别在含洗浴水和基础培养基的培养琼脂平板上用灭菌刮刀涂布，每一个稀释度做两个平行样，涂布的平板于室温下静置2h后，再倒置温箱培育4～6天；(3)划线分离挑选菌落数在40个左右的平皿，在室温下放置4～6天，使菌落性状较充分地表现，挑取单菌落转接于斜面试管上，再将具有不同性状的菌落在含洗浴水营养琼脂平板上划线纯化，平板倒置温箱4～6天；重复以上操作，直至分纯；b.培养和驯化培养和驯化过程所采用的培养液是依次减少营养液的浓度，同时逐渐增加驯化水样的比例实现贫培养的操作，然后再依次减少驯化水样的比例，同时逐渐增加营养液的浓度实现富培养的操作，此过程反复，即完成驯化过程；驯化过程结束，即得到所需的工程菌；前述(1)步骤中，当制备的工程菌为阴离子表面活性剂降解菌时，基础培养基的成分和含量如下(NH4)2SO41.0g，MgSO4·7H2O 0.3g，KH2PO40.3g，NaCl 0.3g，酵母膏0.1g，阴离子表面活性剂0.1g，蒸馏水1000mL，pH7.2，121℃灭菌20min；前述(1)步骤中，当制备的工程菌为降解COD的菌时，基础培养基的成分和含量如下牛肉膏3g，蛋白胨10g，NaCl5g，蒸馏水1000mL，pH7.2，121℃灭菌20min；前述(1)步骤中，当制备的工程菌为硝化细菌时，基础培养基的成分和含量如下NaNO21.0g，Na2CO31.0g，NaH2PO40.25g，CaCO31.0g，K2HPO40.75g，MnSO40.01g，MgSO4·4H2O 0.03g，蒸馏水1000mL，pH7.2，121℃灭菌30min。
3.根据权利要求2所述的以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法，其特征在于所述工程菌的培养和驯化的具体过程为将基础培养基按含洗浴水浓度不同编号，从高浓度培养基到低浓度培养基编号为1～11，即1号培养基100％的基础培养基；2号培养基按重量份数90份的1号培养基加入10份的洗浴水；3号培养基按重量份数80份的2号培养基加入20份的洗浴水；……10号培养基按重量份数10份的9号培养基加入90份的洗浴水；11号培养基100％洗浴水；将占基础培养基重量5％的纯菌液以1号培养基作为营养源，30℃培养48h，然后将菌液从1号培养基移取到2号培养基中，30℃培养48h，再将菌液从2号培养基移取到3号培养基中，30℃培养48h……将菌液从10号培养基移取到11号培养基中，30℃培养48h；然后再将菌液从11号培养基移取到10号培养基中，30℃培养48h，再将菌液从10号培养基移取到9号培养基中，30℃培养48h……最后将菌液从2号培养基移取到1号培养基中，30℃培养48h；此过程为一个周期；按上述方法培养4个周期，即得到所述的工程菌。
4.根据权利要求1、2或3所述的以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法，其特征在于所述预处理方法为(a).混凝向污水中投加聚合氯化铝混凝剂，投量为10～50mg/L，混凝时间不超过30min；(b).沉淀然后静止沉淀10～30min；(c).过滤再经过石英砂滤柱即可。
5.根据权利要求4所述的以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法，其特征在于所述石英砂滤柱的柱高2～2.5m，滤层厚度为1.2～1.5m，承托层厚0.1～0.4m；滤速为7～20m/h。
6.根据权利要求1、2或3所述的以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法，其特征在于所述固定化生物活性炭反应器的的整体高度为200～300cm，它的内部结构为，在反应器内底部填装高度为10～30cm的承托层，承托层上部为活性炭，活性炭的高度为100～150cm，将所述工程菌固定在活性炭上即可。
7.根据权利要求6所述的以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法，其特征在于所述工程菌固定在活性炭上的方法为首先，将活性炭用自来水浸泡、冲洗，至出水清澈透明为止；倾去水分，装入柱中至规定高度；然后在炭柱中注入工程菌菌液，浸没炭层后，按4h循环一次的流速放出，24h后用自来水冲洗15min，即完成工程菌在活性炭上的固定。
8.根据权利要求1、2或3所述的以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法，其特征在于所述膜滤过程为采用微滤膜或超滤膜，膜的孔径小于0.1μm。
9.根据权利要求1、2或3所述的以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法，其特征在于所述UV消毒过程为采用饮用水净化的紫外消毒管。
全文摘要
以生物活性炭为主实现洗浴污水循环使用的水处理方法，涉及一种洗浴业污水循环使用的处理方法。以往洗浴废水处理后仍不能做为洗浴水循环利用，这在一定程度上造成水的浪费。本发明方法包括A.混凝－沉淀、过滤物化的预处理工艺，B.进入固定化生物活性炭反应器，C.膜滤，D.UV消毒四个过程，其中B步骤所述的固定化生物活性炭反应器内部装有活性炭，在活性炭上固定有工程菌，所述工程菌为阴离子表面活性剂降解菌和/或降解COD的菌和/或硝化细菌。使用本发明方法处理后的水质可以达到生活饮用水水质卫生规范(2001)，本发明方法应用在洗浴废水的处理中，可大大降低浴池用水的价格，同时也减少了城市污水的排放量。
文档编号C12N1/00GK1594147SQ20041004368
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月2日 优先权日2004年7月2日
发明者崔福义, 马放, 杨海燕 申请人:哈尔滨工业大学