专利名称：一种1,3-丙二醇发酵微生物废水生化综合处理方法
技术领域：
本发明是属于环保领域，具体说涉及一种1，3丙二醇发酵微生物废水处理方法，特别涉及一种1，3丙二醇发酵微生物废水生化综合处理方法。
背景技术：
1，3-丙二醇(1，3-propanediol，简称1，3_PD)是一种非常重要和有发展前途的化工原料，可用作溶剂、抗冻剂、保护剂、精细化工原料、新型聚酯和聚氨酯的单体，在众多合成方法中，应用微生物发酵法生产1 ， 3-PD不仅是发酵工业的重要成果，而且将成为21世纪纤维工业发展的一个新方向，成为生物技术在重要化工原料生产领域应用的新范例，具有广阔市场应用前景。应用微生物发酵法生产1，3-PD工序是首先利用玉米发酵而产生甘油，再以甘油为底物产生1，3-PD。微生物发酵法生产1，3-PD的菌株肺炎克雷伯氏菌属于克雷伯杆菌属，肺炎克雷伯氏菌是一种引起多种疾病、革兰氏染色阴性的条件致病菌，同时它也是一种重要的医院内感染的致病菌，特别是由肺炎克雷伯氏菌引起的肺炎，人一旦致病就难以控制，死亡率高达50%以上，动物得病后极易猝死。用肺炎克雷伯氏菌微生物发酵法生产1，3-PD产品的废物主要有两种其一为上清液，主要成分为发酵副产物甲酸、乙酸、D-乳酸，属于高C0D^、高NH3-N、高TP和含盐废水；其二为致病性发酵菌株肺炎克雷伯氏菌的发酵微生物。生物废水处理技术是通过生物法处理废水中的有机物和无机营养物，进行硝化、反硝化和生物除磷反应，为当今废水处理的主要方法。 自热式高温好氧消化ATAD(Autothermal ThermophilicAerobic Digestion)工艺主要利用高温环境下生长的嗜热微生物的新陈代谢机理，对死亡的细胞进行水解和新微生物合成等作用，达到灭活病原菌和降解有机物的目的。在ATAD中的最主要作用有两个一是由胞外酶引起的细菌解体作用；二是微生物在酶的作用下对有机物的降解。其中第一种作用在病原菌灭活及VSS(挥发性悬浮固体)去除中起着关键作用。自从欧美各国对处理后污泥中病原菌的数量有了严格的法律规定后，ATAD工二艺因其有较高的灭菌能力而受到重视。本实验中我们不是简单地用了 ATAD工艺，而是用了这个工艺的原理，是有本质区别的。因为目前来看，ATAD从没有用于过1，3PD发酵微生物处理。 废水UASB (上流式厌氧污泥床)处理技术的优点是UASB工艺的废水处理负荷高、水力停留时间(HRT)短和操作管理方便，UASB废水处理方法是可作为环境保护、能源回收与生态良性循环结合起来的综合系统的核心技术，具有较好的环境与经济效益。
发明内容
生物发酵法生产1，3-PD过程中产生的废水是一种高浓度有机废水，其水质特点是一是有机物浓度高，C0D&高达几万乃至几十万mg/L，相对而言，B0D5相对较低，废水B0D5与C0D&的比值为0. 3 ;二是成分复杂，含有致病性发酵微生物。对1，3-PD产品在生产过程中产生的废物的处理方法，当前国内外均没有有效的处理方法。对其产生的致病性发酵微生物，一般采用焚烧方式，需要耗费大量能源；对其产生的上清液，通常采用厌氧消化-序批式活性污泥法(SBR)工艺，回收有机资源和减轻环境污染，但是不能达到国标GB18918-2002的一级排放B标准规定的技术指标C0Dtt60mg/L、 B0D520mg/L、 NH3_N 8mg/L、TN 20mg/L、P 1. 5mg/L。 1，3-PD发酵微生物废水的处理国内外均没有成熟达标工艺，本发明不是简单的应
用了 ATAD、UASB、A/0(缺氧/好氧)三个工艺，而是用了三个工艺的原理，ATAD从没有用来
处理1，3-PD发酵微生物废水；交替A/0处理工艺是一种新型和高效的污水处理工艺，与目
前一般采用的传统二级生化处理的A/0或A7(H厌氧(缺氧)/好氧}处理工艺相比，我们
不是简单运用A/0工艺，而是用了这个工艺的原理，是对现有的A/0或A2/0进行改良，通过
在同一个反应器中好氧和厌氧循环交替运行来实现对废水的生化降解。交替A/0工艺具有
有机物去除率高、脱氮除磷效果好、节能和污泥龄长，以及具有使发酵废液活性污泥沉淀和
脱水效果好、剩余污泥少、对病毒、细菌的去处效果好、管理方便和运行可靠等优点。 本发明的基本原理主要涉及生物法废水处理，无论微生物是病毒或是发霉的蛋白
质，在相应生物酶的作用下对其都可以进行ATAD降解，即可以由胞外酶引起细菌解体作
用，把这种作用原理可以用在病原菌灭活及VSS去除中，这就是本发明的关键生物能转化
的根据；第二个节能减排的根据为UASB，使废水中有机物转变为沼气；第三个节能减排的
根据为通过交替A/0工艺的运行，使NH3-N转变为N02—-N或N03—_N，利用A段的N02—N或N03—_N
作为氧化剂，避免了 02的大量利用，同时达到了 COD。"TN和TP去除的目的。 本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种1，3_丙二醇发酵微生物
废水生化综合处理方法。通过发酵微生物浓縮或直接经ATAD处理使致病微生物转变成生
物能的物质，利用UASB工艺产生的沼气和利用交替A/0工艺节省有氧的连续提供，达到节
能减排，最后经化学混凝处理使出水达到国家GB18918-2002的一级排放B标准。 实现本发明目的的技术方案是一种1，3-丙二醇发酵微生物废水生化综合处理
方法，是由发酵微生物浓縮、发酵微生物自动增温降解、厌氧消化、交替厌氧_好氧和化学
混凝综合处理系统组成；1，3-丙二醇发酵微生物废水直接进入或经浓縮后进入发酵微生
物自动增温降解工序后，再与产品产生的上清液废液混合进入下一步处理系统。其中，在发
酵微生物自动增温降解反应器中进行嗜热菌的培养与驯化，在厌氧消化反应器中进行厌氧
活性污泥的培养与驯化，在交替厌氧_好氧反应池中进行好氧活性污泥的培养与驯化，然
后废水再进行综合处理，依次按如下过程和步骤操作 (l)ATAD处理 首先进行嗜热菌的培养与驯化将中国石油吉林石化分公司污水处理厂消化反应池的消化污泥4 6g/L加到配置有水浴锅的发酵微生物自动增温降解反应器中，取用于培养的生活污水初沉池污泥4升倒入反应池中，调节污泥浓度在6 10g/L之间，在挥发性悬浮固体浓度至少为2. 5g/L，在搅拌速率为100 300r/min、溶解氧为0. 2 0. 9mg/L、pH7 8的工况条件下，在反应池内进行连续闷曝，在15 25t:下经一周就会出现活性污泥絮体；依靠微生物降解VSS产生热量，将反应器的温度升高到45 65t:，挥发性悬浮固体浓度降解率达到50%以上，经过两个周期以后，其中一个周期是15天，培养出稳定的适应反应的栖热袍菌属Thermotogales嗜热菌，嗜热菌培养结束；随后用初沉污泥与来自浓縮池的1，3-丙二醇混合发酵微生物进行嗜热菌的驯化，根据反应池1，3-丙二醇发酵微生物降解能力的提高，可逐渐增加1，3-丙二醇混合发酵微生物废水的进水比例，以生活污水初沉池污泥与1，3-丙二醇混合发酵微生物废水进水之和为100质量份计，其中1，3-丙二醇混合发酵微生物废水进水比例依次分段为10% — 20% — 30% — 40% — 50% — 60% — 70%
—80 % — 90 % — 100 % ，每次出水经检测TSS、VSS去除率达60 % ，再进行下一次进液操作，直至TSS、VSS浓度达到满负荷且降解稳定时，嗜热菌驯化结束；正式实验时，当总的l，3-丙二醇发酵微生物悬浮固体为4. 4 19. lg/L、挥发性悬浮固体为3. 3 11. 5g/L，嗜热菌浓度在4 6g/L，控制搅拌速率为220r/min 270r/min、pH7 8、曝气量为0. 09 0. 14mL/s，反应温度从常温升到50 65t:时，对1，3-丙二醇发酵微生物废水进行发酵微生物自动增温降解反应，其出水送入UASB反应器中进行下一步降解处理。
2)UASB处理 在ATAD反应器中进行嗜热菌的培养及驯化时，UASB反应器中同时进行厌氧活性污泥的培养与驯化，以中国石油吉林石化分公司污水处理厂厌氧污泥为接种污泥，其外观黑色，有臭味。在UASB反应器中进行培养时，装入经脱水的含水率70 %的厌氧污泥60g及4. 5升自来水，使稀释后的厌氧污泥浓度为4g/L，加入淘米水，调整COD&浓度3000 4000mg/L，营养盐的比例为COD& : N : P = 200 : 5 : l，所缺的氮来自于硝酸钾，磷来自磷酸二氢钠，当COD&降解达65 % ，可将此废水排出，进行下一步驯化程序。随着反应器驯化污泥降解能力的提高，可不断加大ATAD废水进水比例。以进水总量为IOO份计，依次按如下比例分段进水10%— 20%— 30%— 40%— 50%— 60%— 70%— 80%— 90%— 100%，每次进水至CODtt去除率达65%，再进行下一次进水操作，初始CODtt浓度为3730mg/L，最后进水的COD^提高到12700mg/L，直到UASB反应器中厌氧污泥完全适应发酵微生物自动增温降解和1，3-丙二醇产品产生的上清液废液的混合进水。培养驯化过程中，按照
c0dct : n : p = ioo : 5 : i的比例补充不足的氮和磷，其中，氮来自于硝酸钾，磷来自磷酸
二氢钠。此外还得补充废水不足的碱度，反应过程中碱度以CaC03计为2500mg/L。整个过程采用水浴升温并保温，从室温开始升温，自25t:开始每小时升温rC，直至温度升到34. 5°C停止升温。培养驯化过程采用间歇进水、间歇出水的方式运行。每24小时换一次水，驯化时间到45天时，系统已能满负荷运行。出水经检测，COD 去除率达88. 3 89. 2% ， NH3_N去除率达3. 2 13. 7%时，可宣告厌氧污泥的培养和驯化工作结束。正式实验时，设置的1座UASB反应器高直径为6 10 : l，HRT 16 32h，容积负荷2 6kgCOD /m3. d，反应温度为33 60°C 。将经过ATAD处理后的10 30质量份的废液与经浓縮后的的1， 3-PD产品产生的上清液废液70 90质量份的废水相混，于30 6(TC送入UASB反应器中进行进一步降解处理。处理过程中产生的沼气可经沼气柜收集后送到用户进行综合利用。其出水送到下一步交替A/0进行处理。
3)交替A/0处理工艺 在发酵微生物自动增温降解反应器中进行嗜热菌的培养和驯化、上流式厌氧污泥反应器中进行厌氧活性污泥的培养和驯化时，交替A/0池中同时进行好氧活性污泥培养与驯化；以中国石油吉林石化分公司污水处理厂硝化污泥为接种污泥，将经浓縮的含水率为90%的180g硝化污泥及3. 5L淘米水加入交替A/0池中，使污泥浓度4 5g/L， C0DCT浓度300 400mg/L、NH3-N10 20mg/L，碱度以CaC03计2500mg/L，pH7 8，并按照B0D5 : N : P
=100 : 5 : i的比例补充不足的N和p元素，其中，氮来自于硝酸钾，磷来自磷酸二氢钠；
培养过程采取间歇进水，间歇出水的运行方式，设定反应温度为3(TC，连续闷曝培养7 8天出现活性污泥絮体；而后每天进、出水各一次，出水经检测NHfN及C0D 的去除率达 60% ，再进行下一次进水；继续曝气并不断加大进水中NHfN及C0DCT浓度，直到活性污泥的 处理能力达到满负荷；随后用自来水与出自UASB反应器的废水混合液进行污泥的驯化，根 据反应池污泥降解能力的提高，可逐渐增加经UASB处理的废水比例，以自来水与UASB废水 进水之和为100质量份计，其中UASB废水进水比例依次分段为10% — 20% — 30% — 40% —50 % — 60 % — 70 % — 80 % — 90 % — 100 % ，每次出水经检测C0D&、NH3_N去除率达60 % ， 再进行下一次进水操作，直至最后C0D&、 NHfN浓度达到满负荷且降解稳定时，污泥驯化结 束；培养驯化历时45天，经45天的数据检测分析，CODer去除率总体上是呈上升趋势，最高 去除率达94. 01%，出水浓度为24. 9mg/L，同时，NHfN最高去除率达96. 89%，其出水的浓 度为0. 76mg/L。驯化在第35天 45天期间，C0Dcr和NH3_N的去除率同时都达到85% ，污 泥沉降比34%，此时硝化菌的驯化宣告结束，污泥外观从黑色变为了黄褐色，絮体矾花变 大，污泥沉降性能良好；经厌氧消化降解后的出水可直接进入交替厌氧-好氧池降解；正式 实验时，先通过小试来确定好氧反应A段、缺氧反应0段两投的水力停留时间0段l 3h， A段1 2h ;设定反应温度仍为3(TC;在进行好氧曝气硝化反应时，严格控制溶解氧2. 0 6. Omg/L，废水中的氨态氮在好氧的硝酸菌和亚硝酸菌的作用下，被氧化成N02—、 N03—，进行 缺氧搅拌反硝化脱氮反应时，严格控制溶解氧小于0. 5mg/L，在反硝化菌的作用下，将N02—、 N03—还原为N2 ;当活性污泥处理满负荷状态时，出水磷及总氮浓度有时达不到排放标准， 此时加浓度10wt^聚合氯化铝混凝剂进行混凝沉淀反应，当10wt^聚合氯化铝混凝剂按 10 30mg/L的量放入沉淀池后，首先用搅拌桨快速搅拌30s，而后静止沉淀60min，此时， 出水经再次检测，各项出水指标均达到国家GB18918-2002的一级排放B标准C0D 60mg/L、 B0D520mg/L、 NH3-N 8mg/L、 TN 20mg/L、P 1. 5mg/L。 本发明的基本原理主要涉及生物法废水处理，无论微生物是病毒或是发霉的蛋白 质，在相应的生物酶的作用下对其均可以进行ATAD降解，也就是可以由胞外酶引起细菌解 题作用，把这种作用原理可以用在病原菌及挥发性悬浮固体(VSS)去除中，就是本发明的 关键生物能转化的根据。另外，节能减排的根据为首先，通过UASB工艺使废水中的部分有 机物质转变为沼气；其次，通过交替A/0工艺降解，在缺氧反硝化阶段，利用好氧段产生的 N02—-N或N03—-N作为氧化剂并最终还原为N2时，避免了 02的大量利用，同时缺氧段产生的 碱度能补偿下一反应阶段(好氧段)50%碱度的需求，而且还达到了 COD^、TN和TP去除的 目的。 综上所述，本发明与现有技术相比具有突出实质性特点，细菌去除率高于99%，肺 炎克雷伯氏菌的灭活率达到100% ;出水达到国标GB18918-2002的一级排放B标准；出泥 达到美国环保局规定的A级生物固体(污泥)的标准；同时节能减排。故本发明对l，3-丙
二醇发酵微生物废水的处理更具有如下积极效果 1)本发明首次对高浓度的1，3-PD发酵微生物废水进行处理，利用高温环境下生 长的嗜热菌的ATAD代谢作用，如细胞的死亡、水解、生物合成等作用，达到降解有机物分解 和灭活病原菌的目的。嗜热菌的最主要的作用有两个一是微生物在酶的作用下对有机物 的降解；二是由胞外酶引起的细菌解体作用。其中第二种作用在病原菌灭活及VSS去除中 起着关键作用。积极效果之处在于利用生物技术处理病毒性发酵微生物，使之成为能转变 成生物能的物质，避免了使病毒性发酵微生物无害化所消耗的大量宝贵 能源。
2)UASB上流式厌氧污泥床反应器，指废水从厌氧污泥床的侧下部进入厌氧反应 器，在无分子氧参与的条件下，通过多种微生物的协同作用，把各种复杂的有机物最终分解 为甲烷和(A等产物的过程。废水UASB厌氧处理技术的优点不需要充氧，而且产生的沼 气可作为能源，污泥易储存等。厌氧废水处理可作为环境保护、能源回收与生态良性循环结 合起来的综合系统的核心技术，具有显著的环境与经济效益。 3)交替A/0处理工艺是一种新型和高效的污水处理工艺，废水能在罔一反应池中 经有限次的好氧和缺氧循环交替从而实现废水中有机物的降解。与目前一般采用的传统 二级生化处理的A/0或A2/0处理工艺相比，具有有机物去除率明显高，脱氮除磷效果显著， 节能，污泥龄长，发酵废液活性污泥沉淀和脱水效果好，剩余污泥少，对病毒、细菌的去处效 果好，管理方便，运行可靠等优点，具有比A70脱氮除磷工程投资节约20X、占地面积减少 10%和运行电耗省20%的特色。因此本发明的交替A/0工艺是通过对现有A/0或A70处 理工艺有效的改良，显现出上述明显的进步和积极的效果。由此可见，本发明绝非在现有的 ATAD、UASB、A/0或A2/0三种工艺基础上经有限次的对1，3_PD发酵微生物废水处理的简单 实验的结果，而是经过创造性改进、提高方显现出以上所述的明显效果，从而出水达到国标 GB18918-2002的一级排放B标准；出泥达到美国环保局规定的A级生物固体(污泥)的标 准；同时收到节能减排显著效果。
图1为本发明1，3
图2为本发明1，3 意，图中， 2-1-搅拌器 2
2-4-温度计 2
2-7-ATAD反应器
2-10-进水泵。
图3为本发明1，3-意图，图中 3-1-进水管 3
3-4-取样管。
图4为本发明1，3 构示意图，图中 4-1-进水管 4-2-JJ-l精密定时电动搅拌器
4-3-出水管 4-4-交替A/0工艺池
4-5-可变瓦数加热棒 4-6-微孔曝气头
4-7-AC0-280电磁式空气压縮机。
具体实施例方式
现通过具体实施方式
并结合附图对本发明进一步说明如下 将中国石油吉林石化分公司1，3-丙二醇发酵微生物废水经一系列生物、化学法
-丙二醇发酵微生物废水生化综合处理工艺流程_丙二醇发酵微生物废水生化综合处理中ATAD反应器结构示
-2-取样管 2-3-搅拌桨 -5-曝气管 2-6-保温层 2-8-水浴锅 2-9-曝气泵
-丙二醇发酵微生物废水生化综合处理中UASB反应器的结构示
-2-沼气管 3-3-出水管
_丙二醇发酵微生物废水生化综合处理中交替A/0处理装置结降解后，方能达到国标规定的排放标准，其工艺流程如图l所示。首先1，3-PD产品在生 产过程中产生的发酵微生物废水直接或经浓縮池浓縮{当SS(TSS、 VSS之和见下表1)达 不到要求时需浓縮处理}后，依次经ATAD、 UASB、交替A/0及混凝处理后出水方能达国标 GB18918-2002的一级排放B标准C0DCr 60mg/L、 B0D5 20mg/L、 NH3_N8mg/L、 TN 20mg/L、 P 1. 5mg/L。首先，在ATAD反应器中进行嗜热菌的培养及驯化，在UASB反应器中进行厌氧活 性污泥的培养及驯化，在交替A/0池中进行好氧活性污泥的培养及驯化，然后废水再进行 综合处理。下面将通过实施例1、2、3分别对ATAD、 UASB、交替A/0三个处理单元做进一步 的描述。 实施例1 (ATAD处理) 如图2所示，经图1浓縮后的中国石油吉林石化分公司1，3-PD发酵微生物废水， 经ATAD反应器2-7的进水泵2-10打入反应器中进行发酵微生物自动增温降解反应；ATAD 反应器置于水浴锅2-8中，水浴锅外部设有保温层2-6 ;并通过曝气泵2-9调节与其相连的 曝气管2-5的曝气量；启动搅拌装置2-l，调节搅拌器2-1的速率，通过搅拌桨2-3搅拌进 行发酵微生物自动增温降解反应。在ATAD反应器上设有温度计2-4 ;在反应器左侧下部设 有取样管2-2。进出ATAD反应器的废水水质见表1。
表1进出ATAD反应器的废水水质
项TSSVSSTPNH3-NCOD&BOD5细菌数
百%L,%L—)/(mg-L力/(mg-L力/(mg-L力个/mL
0041]进4.4~3.3~96.4~277.3~5.2" 04~7.2~
液19.111.5286.2460.84-6xl 047.4
出1.7~0.9~148.卜2诉.6~4.7xl04~1.7xl04~75~
液5.22.0251-0498-8LOxlO58.0134
去 除60.8~73.6~-53.6~-19.6~9.1~8.7~
率72.682.612.3-8.332.330.599.9 ATAD处理 首先进行嗜热菌的培养与驯化将中国石油吉林石化分公司污水处理厂消化反应 池的消化污泥4 6g/L加到配置有水浴锅的发酵微生物自动增温降解反应器置中，取用于 培养的生活污水初沉池污泥4升倒入反应池中，调节总污泥浓度在6 10g/L之间，在挥 发性悬浮固体浓度至少为2. 5g/L，在搅拌速率为100 300r/min、溶解氧为0. 2 0. 9mg/ L、 pH7 8的工况条件下，在反应池内进行连续闷曝，在15 25t:下经一周就会出现活性 污泥絮体；依靠微生物降解挥发性悬浮固体产生热量，将反应器的温度升高到45 65°C， 挥发性悬浮固体浓度降解率达到50%，经过两个周期以后，其中一个周期是15天，培养出 稳定的适应反应的栖热袍菌属Thermotogales嗜热菌，嗜热菌培养结束；随后用初沉污泥 与来自浓縮池的1，3-丙二醇发酵微生物进行嗜热菌的驯化，根据反应池1，3-丙二醇发酵微生物降解能力的提高，可逐渐增加1，3-丙二醇发酵微生物的废水进水比例，以生活污水 初沉池污泥与1，3-丙二醇发酵微生物的废水进水之和为100质量份计，其中1，3-丙二醇 发酵微生物废水进水比例依次分段为10% — 20% — 30% — 40% — 50% — 60% — 70%
—80 % — 90 % — 100 % ，每次出水经检测总固体悬浮物、挥发性悬浮固体去除率达60 % ， 再进行下一轮次进液操作，直至总固体悬浮物、挥发性悬浮固体浓度达到满负荷且降解稳 定时，嗜热菌驯化结束；正式实验时，当总的1，3-丙二醇发酵微生物悬浮固体为4.4 19. lg/L、挥发性悬浮固体为3. 3 11. 5g/L，嗜热菌浓度在4 6g/L，控制搅拌速率为 220r/min 270r/min、 pH 7 8、曝气量为0. 09 0. 14mL/s，反应温度从常温升到50 65t:时，对l，3-丙二醇发酵微生物废水进行发酵微生物自动增温降解反应，出水经检测总 固体悬浮物与挥发性悬浮固体去除率均达60%时，其出水送入厌氧消化处理反应器中进行 下一步降解处理。 当ATAD运行在溶解氧(DO)约为0. 5 0. 9mg/L的微曝气条件时，控制系统中的 供氧量总是小于需求量，此时需要适当地混合搅拌，以保持反应液处于悬浮状态，这样有利 于挥发性有机酸的积累及VSS的去除效率，还可以节能。 VSS的去除率随着SRT (污泥停留时间)的延长而提高，期间处理后剩余物中的惰 性成分也随之不断增加。当SRT延长到10 15d后，即使再增大SRT，VSS的去除率也不会 再明显提高。 实施例2 (UASB处理) 从图3可见，在UASB反应器侧下部设有进水管3_1，顶部设有沼气管3_2及出水 管3-3 ;在反应器的另一侧中下部设有三个取样管3-4。经ATAD处理后的10 30质量份 废液和1， 3-丙二醇发酵微生物废水经浓縮后的70 90质量份混合后(经ATAD处理后的 废水与1，3-丙二醇产品产生的上清液废液之和为IOO质量份计，发酵微生物自动增温降解 处理后的废水占10 30份，1， 3-丙二醇产品产生的上清液废液占70 90份)，在温度为 30 6(TC时送入UASB反应器中，实验过程中产生的沼气由沼气柜收集可送到用户供综合 利用。进UASB反应器的废水水质与经过UASB处理的废水水质见表2。
表2进出UASB反应器水质
项 百TSS /(g'L-')VSS %L,TP /(mg-L1)NH3-N /(mg-L-i)COD& /(mg-L-i)BOD5 /(mg-L,pH碱度 (CaCQj) /《tng/L)
进0.63~42.1~298.6-9163,4-"3547.7~9,1~4628.37~
液0.960.7799.1498.817207.37924-49.28767.36
出0.3~0.2~22.5~289.2~1005.8-401.3~S.5~4628.37~
液0.50.336.7430.32鄉.5823.49.28767.36
去 除82,4~77.7~46.5. 3.2~88.3~88.7~一0
率90.485.0 62.913.789.189.6 在发酵微生物自动增温降解反应器中进行嗜热菌的培养和驯化时，厌氧消化处理反应器同时进行厌氧活性污泥的培养与驯化。以中国石油吉林石化分公司污水处理厂厌氧 污泥为接种污泥，其外观黑色，有臭味。在厌氧消化处理反应器中进行培养时，装入经脱水 的含水率70 %的厌氧污泥60g及4. 5升自来水，使稀释后的厌氧污泥浓度为4g/L，加入淘 米水，调整C0D^浓度3000 4000mg/L，营养盐的比例为COD& : N : P = 200 : 5 : l，所缺 的氮来自于硝酸钾，磷来自磷酸二氢钠，当COD&降解达65%时，可将此废水排出，进行下一 步驯化程序；随着反应器驯化污泥降解能力的提高，可不断加大发酵微生物自动增温降解 处理废水的进水比例，以进水总量100份计，依次按如下比例分段进水10%— 20%— 30% —40%— 50%— 60%— 70%— 80%— 90%— 100% ，每次进水至COD&去除率65% ，再进 行下一次进水操作，初始COD&浓度3730mg/L，最后进水的COD 提高到12700mg/L，直到厌 氧消化处理反应器中厌氧污泥完全适应发酵微生物自动增温降解和1，3-丙二醇产品产生
的上清液废液的混合进水。培养驯化过程中，按照coD^ : n : p = 200 : 5 : i的比例，
补充不足的氮和磷，所缺的氮来自于硝酸钾，磷来自磷酸二氢钠，此外还得补充废水不足的
碱度，反应过程中碱度以CaC03计2500mg/L。整个过程采用水浴升温并保温，从室温开始升 温，自25t:开始每小时升温rc，直至温度升到34. 5t:停止升温；培养驯化过程采用间歇进 水、间歇出水的方式运行。每24小时换一次水，驯化时间到45天时，系统已经能满负荷运 行，出水经检测，CODCT去除率达88. 3 89. 1%和NH3_N去除率达3. 2 13. 7%时，可宣告 厌氧污泥的培养和驯化工作结束。正式实验时，将经过发酵微生物自动增温降解处理后的 10 30质量份的废液与经1， 3-丙二醇产品产生的上清液废液的70 90质量份的废水相 混，于30 6(TC送入厌氧硝化反应器中进行进一步降解处理。处理过程中产生的沼气可经 沼气柜收集后送到用户进行综合利用，其出水送到下一步交替A/0进行处理。
UASB反应器1座，高2. 5m，直径300mm，HRT16 24h，反应器容积0. 1771113，容积负 荷2 6kgC0DCr/m3. d。 C0Dcr去除率达88%，同时沼气产气率为0. 24 0. 45mVkg，甲烷含 量为60%，取得了较好的试验效果。产生的沼气由0. 5m3沼气柜收集后送到用户进行综合 利用。从表2中可见，经过UASB处理的混合废液出水水质仍没有达到国标GB18918-2002 的一级排放B标准。其出水去交替A/0和混凝工艺进行除碟、脱氮和去磷处理，直至出水达 标。 实施例3 (交替A/0处理) 从图4可见，本发明中UASB的出水经管4_1进入交替缺氧/好氧(交替A/0)池 中。该装置交替A/0工艺池4-4内设有可变瓦数加热棒4-5，池底部设有与ACO-280电磁 式空气压縮机4-7相连的微孔曝气头4-6， A/0池左上方设有进水管4-l，右上方设有出水 管4-3， A/0池中装有的搅拌浆是通过JJ-1型精密定时电动搅拌器4-2带动。中国石油吉 林石化分公司1， 3-PD产品的发酵废液，经过UASB工序处理后再经交替A/0工序处理。经 交替A/0工序处理和聚合氯化铝混凝处理后的水质见表3。
表3进出交替A/0及混凝工序处理的水质
项 百CODCr /(mg.Ll)NH3-N /(mg丄1)TP /(mg-L1)TSS /(g-L,VSS /(g'L-1)BOD5 /(mg-L-')pH碱度 (CaCO3) /(mg/L)
进1005.8~289.2~22.5~0.3~0.2~歡3~8.5~4628-37~
液2008.5430.336.70.50.3823-49.28767.36
出37.7~0.27~0.2~lxl(T2~3.8~63 998.33
液49.84.80.55.07.31403.29
去 除96.3 98.9~98.6~96.0~94.6~99.1~79.4
率 %97.599.999.196.795.099.479.8 在发酵微生物自动增温降解反应器中进行嗜热菌的培养和驯化、上流式厌氧污泥 反应器中进行厌氧活性污泥的培养和驯化时，交替厌氧-好氧池中同时进行好氧活性污泥 培养与驯化。以中国石油吉林石化分公司污水处理厂硝化污泥为接种污泥，将经浓縮的含 水率为90%的180g硝化污泥及3. 5L淘米水加入交替厌氧_好氧池中，使污泥浓度为4 5g/L， C0D 浓度300 400mg/L、 NH3_N10 20mg/L，碱度以CaC03计2500mg/L， pH7 8，
并按照B0Ds : n : p=ioo : 5 : i的比例补充不足的氮和磷元素。培养过程采取间歇
进水，间歇出水的运行方式，设定反应温度为3(TC，连续闷曝培养7 8天出现活性污泥絮 体。而后每天进、出水各一次，出水经检测NH3-N及C0D 的去除率达60% ，再进行下一次进 水。继续曝气并不断加大进水中NHfN及COD。r浓度，直到活性污泥的处理能力达到满负荷。 随后用自来水与出自厌氧消化处理的废水混合液进行污泥的驯化，根据反应池污泥降解能 力的提高，可逐渐增加经厌氧消化处理的废水比例，以自来水与厌氧消化处理的废水进水 之和为IOO质量份计，其中厌氧消化处理废水的进水比例依次分段为10%— 20%— 30% —40 % — 50 % — 60 % — 70 % — 80 % — 90 % — 100 % 。每次出水经检测COD&、NH3_N去除率 达60 % ，再进行下一次进水操作，直至最后CODtt、 NH3-N浓度达到满负荷且降解稳定时，活 性污泥驯化结束。培养驯化历时45天，经45天的数据检测分析，CODCT去除率总体上是呈上 升趋势，最高去除率达94. 01 % ，出水浓度为24. 9mg/L，同时，NH3_N最高去除率达96. 89% ， 其出水的浓度为0. 76mg/L。在第35天 45天驯化期间，COD^和NH3_N的去除率同时都达 到85%，污泥沉降比34%，此时硝化菌的驯化宣告结束。污泥外观从黑色变为了黄褐色， 絮体矾花变大，污泥沉降性能良好。经厌氧消化降解后的出水可直接进入交替厌氧-好氧 池降解。正式实验时，先通过小试来确定好氧反应、缺氧反应两段的水力停留时间好氧段 1 3h，缺氧段1 2h，设定反应温度仍为30°C。在进行好氧曝气硝化反应时，严格控制溶 解氧2. 0 6. Omg/L，废水中的氨态氮在好氧的硝酸菌和亚硝酸菌的作用下，被氧化成N(V、 N03—，进行缺氧搅拌反硝化脱氮反应时，严格控制溶解氧小于0. 5mg/L，在反硝化菌的作用 下，将冊2—、 N03—还原为K。当活性污泥的处理负荷在最高状态时，出水磷及总氮浓度有时 达不到排放标准，此时加浓度10wt^聚合氯化铝混凝剂进行混凝沉淀反应，当10wt^聚合 氯化铝混凝剂按10 30mg/L的量放入沉淀池后，首先用搅拌桨快速搅拌30s，而后静止沉 淀60min，此时，出水经再次检测，各项出水指标均达到国家GB18918-2002的一级排放B标 准。
经交替A/0工序处理，系统能够达到最佳的硝化和反硝化效果及有机物去除敛 果。HRT好氧段1 3小时，缺氧段(A段)l 2h;D0(溶解氧)小于0. 5mg/L ;好氧段DO 2. 0 6. Omg/L。经聚合氯化铝混凝工艺处理后，各项出水指标均能达到国标GB18918-2002 的一级排放标准的B标准C0DCr60mg/L、B0D520mg/L、NH3-N 8mg/L、TN 20mg/L、P 1. 5mg/L)。
权利要求
一种1，3-丙二醇发酵微生物废水生化综合处理方法，是由发酵微生物浓缩、发酵微生物自动增温降解、厌氧消化、交替厌氧-好氧和化学混凝综合处理系统组成；在发酵微生物自动增温降解反应器中进行嗜热菌的培养与驯化，在厌氧消化反应器中进行厌氧活性污泥的培养与驯化，在交替厌氧-好氧反应池中进行好氧活性污泥的培养与驯化，然后废水再进行综合处理，依次按如下过程和步骤操作1)发酵微生物自动增温降解处理首先进行嗜热菌的培养与驯化将中国石油吉林石化分公司污水处理厂消化反应池的消化污泥4～6g/L加到配置有水浴锅的发酵微生物自动增温降解反应器中，取用于培养的生活污水初沉池污泥4升倒入反应池中，调节污泥总浓度在6～10g/L之间，在挥发性悬浮固体浓度至少为2.5g/L，在搅拌速率为100～300r/min、溶解氧为0.2～0.9mg/L、pH7～8的工况条件下，在反应池内进行连续闷曝，在15～25℃下经一周就会出现活性污泥絮体；依靠微生物降解挥发性悬浮固体产生热量，将反应器的温度升高到45～65℃，挥发性悬浮固体浓度降解率达到50％，经过两个周期以后，其中一个周期是15天，培养出稳定的适应反应的栖热袍菌属Thermotogales嗜热菌，嗜热菌培养结束；随后用初沉污泥与来自浓缩池的1，3-丙二醇发酵微生物进行嗜热菌的驯化，根据反应池1，3-丙二醇发酵微生物降解能力的提高，可逐渐增加1，3-丙二醇发酵微生物的废水进水比例，以生活污水初沉池污泥与1，3-丙二醇发酵微生物的废水进水之和为100质量份计，其中1，3-丙二醇发酵微生物废水进水比例依次分段为10％→20％→30％→40％→50％→60％→70％→80％→90％→100％，每次出水经检测总固体悬浮物、挥发性悬浮固体去除率达60％，再进行下一轮次进液操作，直至总固体悬浮物、挥发性悬浮固体浓度达到满负荷且降解稳定时，嗜热菌驯化结束；正式实验时，当总的1，3-丙二醇发酵微生物悬浮固体为4.4～19.1g/L、挥发性悬浮固体为3.3～11.5g/L，嗜热菌浓度在4～6g/L，控制搅拌速率为220r/min～270r/min、pH 7～8、曝气量为0.09～0.14mL/s，反应温度从常温升到50～65℃时，对1，3-丙二醇发酵微生物废水进行发酵微生物自动增温降解反应，出水经检测总固体悬浮物与挥发性悬浮固体去除率达60％时，其出水送入厌氧消化处理反应器中进行下一步降解处理；2)厌氧消化处理在发酵微生物自动增温降解处理器中进行嗜热菌的培养和驯化时，厌氧消化处理反应器同时进行厌氧活性污泥的培养与驯化，以中国石油吉林石化分公司污水处理厂厌氧污泥为接种污泥，其外观黑色，有臭味；在厌氧消化处理反应器中进行培养时，装入经脱水的含水率70％的厌氧污泥60g及4.5升自来水，使稀释后的厌氧污泥浓度为4g/L，加入淘米水，调整CODCr浓度3000～4000mg/L，营养盐的比例为CODCr∶N∶P＝200∶5∶1，按规定比例补充不足的氮和磷，氮来自于硝酸钾，磷来自磷酸二氢钠，当CODCr降解达65％时，可将此废水排出，进行下一步驯化程序；随着反应器驯化污泥降解能力的提高，可不断加大发酵微生物自动增温降解处理废水的进水比例，以进水总量100份计，依次按如下比例分段进水10％→20％→30％→40％→50％→60％→70％→80％→90％→100％，每次进水CODCr去除率65％时，再进行下一次进水操作，初始CODCr浓度3730mg/L，最后进水的CODcr提高到12700mg/L，直到厌氧消化处理反应器中厌氧污泥完全适应发酵微生物自动增温降解和1，3-丙二醇产品产生的上清液废液的混合进水。培养驯化过程中，按照CODCr∶N∶P＝200∶5∶1的比例，补充不足的氮和磷，氮来自于硝酸钾，磷来自磷酸二氢钠，此外还得补充废水不足的碱度，反应过程中碱度以CaCO3计为2500mg/L；整个过程采用水浴升温并保温，从室温开始升温，自25℃开始每小时升温1℃，直至温度升到34.5℃停止升温；培养驯化过程采用间歇进水、间歇出水的方式运行；每24小时换一次水，驯化时间到45天时，系统已经能满负荷运行，出水经检测，CODcr去除率达88.3～89.1％和NH3-N去除率达3.2～13.7％时，可宣告厌氧污泥的培养和驯化工作结束；正式实验时，设置的一座厌氧消化处理反应器高∶直径为6～10∶1，水力停留时间16～32h，容积负荷2～6kgCODcr/m3.d，反应温度为33～60℃；将经过发酵微生物自动增温降解处理后的10～30质量份的废液与经1，3-丙二醇产品产生的上清液废液的70～90质量份的废水相混，于30～60℃送入厌氧硝化反应器中进行进一步降解处理；处理过程中产生的沼气可经沼气柜收集后送到用户进行综合利用，其出水送到下一步交替A/O进行处理；3)交替厌氧-好氧处理在发酵微生物自动增温降解反应器中进行嗜热菌的培养和驯化、上流式厌氧污泥反应器中进行厌氧活性污泥的培养和驯化时，交替厌氧-好氧池中同时进行好氧活性污泥培养与驯化；以中国石油吉林石化分公司污水处理厂硝化污泥为接种污泥，将经浓缩的含水率为90％的180g硝化污泥及3.5L淘米水加入交替厌氧-好氧池中，使污泥浓度为4～5g/L，CODcr浓度300～400mg/L、NH3-N10～20mg/L，碱度以CaCO3计2500mg/L，pH7～8，并按照BOD5∶N∶P＝100∶5∶1的比例补充不足的氮和磷元素，氮来自于硝酸钾，磷来自磷酸二氢钠；培养过程采取间歇进水，间歇出水的运行方式，设定反应温度为30℃，连续闷曝培养7～8天出现活性污泥絮体；而后每天进、出水各一次，出水经检测NH3-N及CODcr的去除率达60％，再进行下一次进水；继续曝气并不断加大进水中NH3-N及CODcr浓度，直到活性污泥的处理能力达到满负荷；随后用自来水与出自厌氧消化反应器的废水混合液进行污泥的驯化，根据反应池污泥降解能力的提高，可逐渐增加经厌氧消化处理的废水比例，以自来水与厌氧消化处理的废水进水之和为100质量份计，其中厌氧消化处理废水的进水比例依次分段为10％→20％→30％→40％→50％→60％→70％→80％→90％→100％，每次出水经检测CODCr、NH3-N去除率达60％，再进行下一次进水操作，直至最后CODCr、NH3-N浓度达到满负荷且降解稳定时，活性污泥驯化结束；培养驯化历时45天，经45天的数据检测分析，CODcr去除率总体上是呈上升趋势，去除率高达94.01％，出水浓度为24.9mg/L，同时，NH3-N去除率高达96.89％，其出水的浓度为0.76mg/L，在第35天～45天驯化期间，CODcr和NH3-N的去除率同时都达到85％～90％，污泥沉降比34％，此时硝化菌的驯化宣告结束；污泥外观从黑色变为了黄褐色，絮体矾花变大，污泥沉降性能良好，经厌氧消化降解后的出水可直接进入交替厌氧-好氧池降解；正式实验时，先通过小试来确定好氧反应、缺氧反应两段的水力停留时间好氧段1～3h，缺氧段1～2h，设定反应温度仍为30℃；在进行好氧曝气硝化反应时，严格控制溶解氧2.0～6.0mg/L，废水中的氨态氮在好氧的硝酸菌和亚硝酸菌的作用下，被氧化成NO2-、NO3-；进行缺氧搅拌反硝化脱氮反应时，严格控制溶解氧小于0.5mg/L，在反硝化菌的作用下，将NO2-、NO3-还原为N2；当活性污泥的处理达满负荷状态时，出水磷及总氮浓度有时达不到排放标准，此时加浓度10wt％聚合氯化铝混凝剂进行混凝沉淀反应，当10wt％聚合氯化铝混凝剂按10～30mg/L的量放入沉淀池后，首先用搅拌桨快速搅拌30s，而后静止沉淀60min，此时，出水经再次检测，各项出水指标均达到国家GB18918-2002的一级排放B标准CODcr60mg/L、BOD520mg/L、NH3-N 8mg/L、TN 20mg/L、P 1.5mg/L。
全文摘要
一种1，3-丙二醇发酵微生物废水生化综合处理方法是由发酵微生物浓缩、ATAD、UASB、交替A/O和化学混凝组成。首先在ATAD反应器中进行嗜热菌的培养与驯化，在UASB反应器中进行厌氧活性污泥的培养及驯化，在交替A/O池中进行好氧活性污泥的培养及驯化。正式实验时，废水先经ATAD处理提高废液的可生化性，使病毒性发酵微生物变成生物能的物质，ATAD出水经UASB处理使有机物浓度进一步降低，过程中产生的沼气回收，最后UASB出水经交替A/O工艺及化学混凝处理后才能达到国标GB18918-2002的一级排放标准B标准，实现安全排放，为1，3-丙二醇发酵微生物废水提供了新的降解途径。
文档编号C02F9/14GK101693583SQ200910217749
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者刘景明, 张立弟, 星成萍, 曹静, 杨震, 王楠 申请人:东北电力大学;