申請日2014.10.28
公開(公告)日2016.06.01
IPC分類號C02F3/30; C02F3/34; C02F101/16
摘要
本發明公開了一種含鹽污水同時硝化反硝化脫氮方法，首先向污水生化處理系統中添加硝化細菌生長促進劑，當氨氮去除率大于70%時投加脫氮菌劑，啟動同時硝化和反硝化生物脫氮處理過程;所述的硝化細菌生長促進劑包括金屬鹽和多胺類物質，其中金屬鹽為40-100重量份，優選為50-80重量份，多胺類物質為5-30重量份，優選為10-20重量份;所述的金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成。本發明采用添加硝化細菌生長促進劑和生長條件相近的脫氮菌劑，通過同步硝化反硝化工藝，解決含鹽污水中氨氮污染物的達標排放問題。
權利要求書
1.一種含鹽污水同時硝化反硝化脫氮方法，其特征在于包括如下內容：首先向污水生化處理系統中添加硝化細菌生長促進劑，當氨氮去除率大于70%時投加脫氮菌劑，啟動同時硝化和反硝化生物脫氮處理過程;所述的硝化細菌生長促進劑包括金屬鹽和多胺類物質，其中金屬鹽為40~100重量份，多胺類物質為5~30重量份，所述的金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的硝化細菌生長促進劑中金屬鹽為50~80重量份，多胺類物質為10~20重量份。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述硝化細菌生長促進劑中的金屬鹽是鈣鹽、鎂鹽和銅鹽，其中Ca2+、Mg2+和Cu2+的摩爾比為(5~15):(5~25):(0.5~5);或者是鈣鹽、亞鐵鹽和銅鹽，其中Ca2+、Fe2+和Cu2+的摩爾比為(5~15):(1~8):(0.5~5);或者是鈣鹽、鎂鹽、亞鐵鹽和銅鹽，其中Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩爾比為(5~15):(5~25):(1~8):(0.5~5)。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：所述金屬鹽是鈣鹽、鎂鹽和銅鹽時，Ca2+、Mg2+和Cu2+的摩爾比為(8~12):(10~20):(1~4);或者是鈣鹽、亞鐵鹽和銅鹽時，Ca2+、Fe2+和Cu2+的摩爾比為(8~12):(2~6):(1~4);或者是鈣鹽、鎂鹽、亞鐵鹽和銅鹽時，Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩爾比為(8~12):(10~20):(2~6):(1~4)。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：所述硝化細菌生長促進劑中的鈣鹽為CaSO4或者CaCl2;鎂鹽為MgSO4或者MgCl2;亞鐵鹽為FeSO4或者FeCl2;銅鹽為CuSO4或者CuCl2，優選CuSO4。
6.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述硝化細菌生長促進劑中的多胺類物質為精胺、亞精胺或者兩者的混合物。
7.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述硝化細菌生長促進劑還包括無機酸羥胺，含量為0.5~15重量份。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于：所述無機酸羥胺為鹽酸羥胺、硫酸羥胺或者磷酸羥胺中的一種或幾種，含量為2~10重量份。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的脫氮菌劑含有科氏葡萄球菌(Staphylococcuscohnii)FSDN-C，節桿菌(Arthrobactercreatinolyticus)FDN-1和水氏黃桿菌(Flavobacteriummizutaii)FDN-2中的一種或幾種，同時含有脫氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)DN-3和甲基桿菌(Methylobacteriumphyllosphaerae)SDN-3中的一種或兩種;五種菌株分別于2011年7月14日和2010年3月11日和保藏于“中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心”，保藏編號分別為CGMCCNO.5062、CGMCCNo.3657、CGMCCNo.3659、CGMCCNo.3658、CGMCCNo.3660。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：控制污水處理的溫度為18-40℃，優選為25-35℃，溶解氧為0.1~8mg/L，優選為0.5~5mg/L，pH為7.0-9.0，優選為7.8-8.5。
11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述含鹽污水水質特征為：氨氮濃度30~500mg/L，COD濃度為300~3000mg/L，BOD濃度為200~2000mg/L，含鹽質量分數為1%~10%，pH為6~10。
12.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：硝化細菌生長促進劑需要隨進水投加，投加量按照污水處理系統中促進劑濃度20~60mg/L進行投加，優選30~50mg/L進行投加;脫氮菌劑需分批次投加，每隔2~5天投加一次，首次投加量按照每小時處理污水體積的0.01%~1%投加，以后逐次遞減，每次比上一次投加的菌體量遞減30%~50%;投加后污水處理系統在三個月內不能排泥。
說明書
一種含鹽污水同時硝化反硝化脫氮方法
技術領域
本發明屬于污水處理技術領域，具體涉及一種含鹽污水同時硝化反硝化脫氮方法。
背景技術
近年來，隨著工農業的發展，對工業廢水、垃圾填埋場滲濾水以及城市污水的排放限制越來越嚴格，污水處理技術越來越受到重視，特別是含氨廢水的達標排放成為環保領域的處理難題。廢水中的氨氮雖然可采用汽提吹脫、離子交換、化學氧化等物理化學方法進行處理，但這些方法存在副產物二次污染和處理效率低等問題。相比之下，生物法是控制水體氨氮污染的較好方法。
傳統生物法作為常規污水處理的終端技術，在處理含氨污水時常常以犧牲負荷來實現廢水中氨氮污染物的達標排放。污水中含量較低的無機鹽類在微生物生長過程中起著促進酶反應、維持膜平衡和調節滲透壓的重要作用。但鹽濃度過高時會抑制微生物的生長并降低微生物的活性，給生物處理帶來一定的難度。盡管從工藝和污水處理構筑物等方面都進行了多次大量的改進，在污水處理過程中起到一定的效果，但是由于負責脫氨氮的主體活性污泥沒有變化，所以氨氮的去除效果仍然不是很理想。氨氮超標問題直接影響到催化劑生產企業廢水的全面達標和正常生產，成為制約企業發展的瓶頸，對氨氮廢水治理成為催化劑生產企業的首要環保問題。因此研究開發經濟、實用、安全的含鹽污水生物脫氮技術，對保護環境、造福人類有重要意義。
不管是傳統的微生物附著型廢水處理構筑物還是新開發的高效生物膜處理系統，負責脫氮的微生物主要是自養硝化菌。自養細菌自身的增殖速度慢、在混合培養的活性污泥系統中無法與異養細菌競爭、難以獲得較高的生物量、硝化效率低，導致自養微生物脫氮系統抗沖擊能力弱、硝化作用不完全、總氮去除率低。所以一些新型的、效果更好的脫氮微生物，如異養硝化細菌、好氧反硝化細菌等相繼被發現。
CN101302485A公開了一種異養硝化微生物菌劑、其培養方法和用途，該菌劑能夠有效脫除水體中的氨氮和總氮，還可以同時去除有機廢水中的COD，適用于高濃度養殖廢水處理。CN200910021020.7公開了一種降氨氮和亞硝酸氮的水質改良微生態制劑的制備方法，該發明的微生態制劑屬于水產養殖技術及生態環境保護技術領域。上述微生物菌劑在處理含鹽含氨廢水中的使用效果有限，需要針對含鹽含氨污水研制適宜的菌劑和改進水處理方法。CN201210102760.4公開了一種高鹽度、高濃度氨氮廢水的處理方法，該方法采用馴化后的硝化細菌，適合處理500mg/L濃度氨氮、含鹽量35g/L以內的高鹽度廢水。CN201210130653.2公開了一種高含鹽催化劑污水生物脫氮方法，通過向污水中投加硝化細菌和以亞硝酸鹽為電子受體的脫氮菌劑來實現的。生物強化技術給污水處理領域提供了新思路，但現有的生物制劑可耐受的氨氮濃度和含鹽量有限，并且需要投加大量的菌劑以克服鹽含量對菌體活性的抑制。
發明內容
本發明提供了一種含鹽污水同時硝化反硝化脫氮方法，采用添加硝化細菌生長促進劑和生長條件相近的脫氮菌劑，通過同步硝化反硝化工藝，解決含鹽污水中氨氮污染物的達標排放問題。
本發明含鹽污水同時硝化反硝化脫氮方法包括如下內容：首先向污水生化處理系統中添加硝化細菌生長促進劑，當氨氮去除率大于70%時投加脫氮菌劑，啟動同時硝化和反硝化生物脫氮處理過程;所述的硝化細菌生長促進劑包括金屬鹽和多胺類物質，其中金屬鹽為40~100重量份，優選為50~80重量份，多胺類物質為5~30重量份，優選為10~20重量份;所述的金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成。
本發明所述硝化細菌生長促進劑中的金屬鹽可以是鈣鹽、鎂鹽和銅鹽，其中Ca2+、Mg2+和Cu2+的摩爾比為(5~15):(5~25):(0.5~5)，優選為(8~12):(10~20):(1~4);或者是鈣鹽、亞鐵鹽和銅鹽，其中Ca2+、Fe2+和Cu2+的摩爾比為(5~15):(1~8):(0.5~5)，優選為(8~12):(2~6):(1~4);或者是鈣鹽、鎂鹽、亞鐵鹽和銅鹽，其中Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩爾比為(5~15):(5~25):(1~8):(0.5~5)，優選為(8~12):(10~20):(2~6):(1~4)。
本發明所述硝化細菌生長促進劑中的鈣鹽為CaSO4或者CaCl2，優選CaSO4;鎂鹽為MgSO4或者MgCl2，優選MgSO4;亞鐵鹽為FeSO4或者FeCl2，優選FeSO4;銅鹽為CuSO4或者CuCl2，優選CuSO4。所述硝化細菌生長促進劑中的多胺類物質為精胺、亞精胺或者兩者的混合物。
本發明所述硝化細菌生長促進劑還可以包括無機酸羥胺，含量為0.5~15重量份，優選為2~10重量份。所述無機酸羥胺為鹽酸羥胺、硫酸羥胺或者磷酸羥胺中的一種或幾種，優選為硫酸羥胺。無機酸羥胺的適量加入可以作為羥胺氧還酶的基質直接參與硝化細菌的代謝過程、縮短酶促反應進程，同時作為細胞的激活劑可以加速細胞生長。
本發明所述的脫氮菌劑含有科氏葡萄球菌(Staphylococcuscohnii)FSDN-C，節桿菌(Arthrobactercreatinolyticus)FDN-1和水氏黃桿菌(Flavobacteriummizutaii)FDN-2中的一種或幾種，同時含有脫氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)DN-3和甲基桿菌(Methylobacteriumphyllosphaerae)SDN-3中的一種或兩種;五種菌株分別于2011年7月14日和2010年3月11日和保藏于“中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心”，保藏編號分別為CGMCCNO.5062、CGMCCNo.3657、CGMCCNo.3659、CGMCCNo.3658、CGMCCNo.3660。
本發明含鹽污水處理的溫度為18-40℃，優選為25-35℃，溶解氧為0.1~8mg/L，優選為0.5~5mg/L，pH為7.0-9.0，優選為7.8-8.5;
本發明所述含鹽污水水質特征為：氨氮濃度30~500mg/L，COD(Cr法，以下同)為300~3000mg/L，BOD濃度為200~2000mg/L，含鹽質量分數為1%~10%，pH為6~10。
本發明硝化細菌生長促進劑需要隨進水投加，即每次進水的同時投加促進劑。投加量按照污水處理系統中促進劑濃度20~60mg/L進行投加，優選30~50mg/L進行投加。當氨氮去除率大于70%時投加脫氮菌劑，脫氮菌劑需分批次投加，每隔2~5天投加一次，首次投加量按照每小時處理污水體積的0.01%~1%投加，以后逐次遞減，每次比上一次投加的菌體量遞減30%~50%。投加后污水處理系統在三個月內不能排泥。對于間歇處理反應器，每小時處理污水體積為每個處理周期內平均每小時處理污水體積。
本發明投加硝化細菌生長促進劑和脫氮菌劑后，需要及時分析處理后污水中的污染物濃度，當出水總氮濃度低于50mg/L，優選低于25mg/L并能穩定運行一周以上可停止投加，同時硝化和反硝化啟動階段結束，進入穩定運轉操作階段，穩定運轉過程中根據處理效果可以每個月或者每個周投加一次促進劑，以保證系統長期運行的穩定性。
本發明提出的含鹽污水同時硝化反硝化脫氮方法，主要是通過首先在廢水處理過程中補加特殊組成和配比的生長促進劑，促進耐鹽硝化細菌的快速生長繁殖并提高硝化效果，然后再通過促進劑和脫氮菌劑的配合使用，實現高鹽環境中的同時硝化反硝化脫氮。
本發明在廢水處理過程中首先投加促進劑，在金屬鹽、多胺類物質及羥胺類物質的共同作用下，實現活性污泥中硝化細菌的快速增殖，提高硝化細菌的優勢地位和耐鹽性能，進而達到快速降解底物氨氮的目的。促進劑和脫氮菌劑的配合使用，可以快速建立系統同時硝化反硝化脫氮功能，同時提高細胞的耐鹽性能和系統的穩定性，延長菌體使用壽命，降低脫氮菌劑的投加量，實現含鹽污水中含氮污染物的有效去除，維持系統的長期穩定運行。
具體實施方式
本發明提出的一種含鹽污水同時硝化反硝化脫氮方法，所用的硝化細菌生長促進劑配方簡單，制備容易，可以直接投加到活性污泥中使用。所用的液態菌劑生長速度快，收集量大，菌劑具有較強的耐受性和適應性，具有較好的抗沖擊性。
以下通過實施例進一步說明本發明方法的過程和效果。
實施例1硝化細菌生長促進劑的制備方法
本發明硝化細菌生長促進劑的制備方法為：(1)按照以下組成及重量份制備金屬鹽溶液：金屬鹽為40~100重量份，優選為50~80重量份，所述的金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成;(2)使用前將5~30重量份，優選為10~20重量份的多胺類物質加入到金屬鹽溶液中。進一步地，使用前還可以加入含量為0.5~15重量份，優選為2~10重量份的無機酸羥胺。
采用上述方法按照表1促進劑的比例和配方制備四種型號的硝化細菌生長促進劑，所述促進劑濃度均為0.5g/L。
表1促進劑的配方及比例
實施例2脫氮菌劑的制備
1、菌體活化：科氏葡萄球菌FSDN-C的菌體活化和種子液培養所用的培養基配方為：牛肉膏：6g/L，蛋白胨：8g/L，NaNO2：0.6g/L，甲醇：0.5mL/L;節桿菌FDN-1和水氏黃桿菌FDN-2的活化培養基配方為：牛肉膏:5g/L，蛋白胨:10g/L，NaNO2:1g/L，加入2.0%的瓊脂;脫氮副球菌DN-3的活化培養基配方為：KNO3:1g/L，丁二酸鈉:8g/L，KH2PO4:1g/L，FeCL2:0.5g/L，加入2.0%的瓊脂;甲基桿菌SDN-3的活化培養基配方為：硫酸銨:0.5g/L，甲醇:0.75mL/L，KH2PO4:1g/L，FeCL2:0.5g/L;加入2%瓊脂。在平板上涂布均勻后放置在溫度為30℃恒溫培養箱中進行活化。
2、用接菌環刮取平板上的菌體分別接種于相應的液體培養液中，在溫度25~35℃、150~240rpm好氧條件下震蕩培養1~3天至對數生長期，獲得液體菌劑種子液;培養基配方同活化培養基配方，不用加瓊脂。
3、將上述科氏葡萄球菌FSDN-C作為Ⅰ號種子液，將上述節桿菌FDN-1和水氏黃桿菌FDN-2混合作為Ⅱ號種子液(菌體按照1:1和0.5:1兩種比例組合分別編號Ⅱ-1和Ⅱ-2)，將上述脫氮副球菌DN-3和甲基桿菌SDN-3混合作為Ⅲ號種子液(菌體按照1:1和0.5:1兩種比例組合分別編號Ⅲ-1和Ⅲ-2)，Ⅰ號種子液、Ⅱ號種子液中的任一組或任一種微生物與Ⅲ號種子液中的任一組或任一種微生物再按照1:1:1和1:2:3兩種比例混合分別在具有良好攪拌系統的反應器中進行放大培養，培養液中的氨氮濃度為200mg/L~800mg/L，碳氮質量比5：1~10：1;培養條件為溫度25℃～35℃;pH6.5～10.0;溶解氧低于3.0mg/L。
對經過放大培養獲得的液態菌懸液A(種子液Ⅰ、種子液Ⅱ-1和種子液Ⅲ-1混合比例1:1:1)、B(種子液Ⅰ、種子液Ⅱ-2和種子液Ⅲ-2混合比例1:2:3)、C(種子液Ⅰ、種子液Ⅱ-1和種子液Ⅲ-2混合比例1:1:1)、D(種子液Ⅰ、節桿菌FDN-1和種子液Ⅲ-2混合比例1:2:3)、E(種子液Ⅰ、種子液Ⅱ-2和脫氮副球菌DN-3混合比例1:1:3)進行收集、濃縮，然后加入菌懸液兩倍體積的營養液。每升營養液中NH4+-N、Fe2+、Mg2+、K+、Ca2+這五種陽離子的摩爾配置比例為2000:5:20:20:15，再加入菌懸液體積2.5%的保藏劑后分裝到500ml的塑料瓶中，置-70℃條件下保存備用。
實施例3
某化工廠含鹽污水水質特征為：氨氮60~200mg/L，COD濃度為300~1000mg/L，BOD濃度為200~700，含鹽質量分數為2~3%，pH8.5。系統長期運行過程中溫度為25℃左右、溶解氧為0.5~2.5mg/L，pH為7.8~8.2。由于鹽的影響導致系統內氨氮去除效果差，處理后總氮濃度高達150mg/L，活性污泥的SVI大于200mL/g。采用本發明方法首先按照污水處理系統中促進劑濃度30mg/L投加實施例1的促進劑Ⅰ培養活性污泥中的硝化細菌，3天后氨氮去除達70%，此時向污水處理系統中投加脫氮菌劑，首次按照所處理污水量的0.05%向污水處理系統中投加菌劑A，以后每隔三天投加一次，每次比上一次投加的菌體量遞減30%。完成5次投加后系統運行一周，分析檢測出水總氮濃度低于25mg/L，促進劑和菌體均停止投加。在三個月內沒有排泥的情況下，每個月按照污水處理系統中促進劑濃度30mg/L投加實施例1的促進劑Ⅰ，出水總氮濃度始終低于25mg/L，COD去除率大于85%，活性污泥的SVI為100mL/g。由此可見，采用本方案在較低脫氮菌劑投加量的情況下實現了含鹽污水的生物脫氮處理，同時改善污泥的沉降性能。
實施例4
某化工廠含鹽污水水質特征為：氨氮200~300mg/L，COD濃度為500~600mg/L，BOD濃度為200~300mg/L，含鹽質量分數為4~6%，pH7.8。系統長期運行過程中溫度為28℃左右、溶解氧為1.5~3.0mg/L，pH為8.0~8.2。系統長期運行過程中氨氮去除率只有50%。采用本發明方法，首先按照污水處理系統中促進劑濃度40mg/L投加實施例1的促進劑Ⅱ培養活性污泥中的硝化細菌，3天后氨氮去除達70%，此時首次按照所處理污水量的0.5%向污水處理系統中投加菌劑C，以后每隔五天投加一次，每次比上一次投加的菌體量遞減30%。完成6次投加后系統運行一周，分析檢測出水總氮濃度低于25mg/L，促進劑和菌體均停止投加。在三個月內沒有排泥的情況下，出水總氮濃度一直低于25mg/L。由此可見，采用本方案在較低脫氮菌劑投加量的情況下實現了含鹽污水的生物脫氮處理。
實施例5
某化工廠含鹽污水水質特征為：氨氮濃度300~400mg/L，COD濃度為2000mg/L，BOD濃度為1500mg/L，含鹽質量分數為5%~10%，pH8.7。系統長期運行過程中溫度為24℃左右、溶解氧為3.0~5.0mg/L，pH為8.2~8.5。系統長期運行過程中氨氮去除率只有40%。采用本發明方法，首先按照污水處理系統中促進劑濃度50mg/L投加實施例1的促進劑Ⅲ培養活性污泥中的硝化細菌，7天后氨氮去除達70%，此時按照所處理污水量的0.8%向污水處理系統中投加菌劑E，以后每隔3天投加一次，每次比上一次投加的菌體量遞減50%。完成8次投加后系統運行一周，分析檢測出水總氮濃度低于25mg/L，促進劑和菌體均停止投加。在三個月內沒有排泥的情況下，每個月按照污水處理系統中促進劑濃度50mg/L投加實施例1的促進劑Ⅲ，出水總氮濃度一直低于25mg/L，由此可見，采用本方案在較低脫氮菌劑投加量的情況下實現了含鹽污水的生物脫氮處理。
實施例6
處理工藝及操作條件同實施例3，不同之處在于：硝化細菌生長促進劑采用實施例1中的促進劑Ⅳ，按照污水處理系統中促進劑濃度25mg/L投加。出水總氮濃度始終低于20mg/L，COD去除率大于88%，活性污泥的SVI為100mL/g。由此可見，采用本方案在較低脫氮菌劑投加量的情況下實現了含鹽污水的生物脫氮處理，同時改善污泥的沉降性能。
