一种控制污水生化处理过程硝化反应进程的方法

文档序号:4835031阅读:1932来源:国知局
专利名称:一种控制污水生化处理过程硝化反应进程的方法
技术领域
本发明属于环境工程污水生物处理技术领域,具体涉及一种有效控制含氨氮污水生化处理过程中硝化反应进程的方法,尤其是涉及一种以亚硝酸盐为电子受体的微生物菌剂控制硝化反应进程的方法。
背景技术
短程硝化-反硝化又称亚硝酸型生物脱氮技术,就是将硝化过程控制在NO2-N阶段而终止,随后进行亚硝酸盐反硝化脱氮,与传统生物脱氮技术相比,短程硝化-反硝化生物脱氮技术能缩短水力停留时间,可节省25%的能耗和40%的碳源,同时可以减少剩余污泥处理量。作为一种新型的生物脱氮技术成为污水处理领域的研究热点之一。目前,短程硝化反硝化主要采用悬浮活性污泥法,由于系统内污泥浓度低,存在反应器效率低、运行条件较苛刻等问题,出现亚硝酸盐积累后如何维持其长期稳定存在是短程生物脱氮技术的关键。通常情况下氨氧化过程形成的亚硝酸盐可以完全被氧化成硝酸盐。虽然通过控制温度、溶解氧、PH和污泥龄等外界条件能够导致硝化过程中HNO2积累,但大多数都处在实验室研究阶段,目前的研究结果表明,只有高温的控制手段可以达到较好的稳定性。有些条件如高温等在实际工程中也难以实现,所以到目前为止,经NO2--N途径在实际工程中实现生物脱氮的成功应用并不多见。只有荷兰Delft技术大学开发的SHARON工艺仅用来处理污水处理厂中污泥消化液。CN200610023388.2公开了一种利用颗粒污泥进行亚硝酸盐脱氮的方法,本发明虽然具有系统内污泥浓度高、反应器效率高、工艺简单等优点,但反硝化颗粒污泥需要在15-30°C条件下培养30 - 90天后才能`获得,所处理废水中的亚硝酸氮浓度为10-200mg/L。CN1837091A公开了一种A/0工艺短程硝化反硝化污水处理控制系统及其在线控制方法。该工艺通过在好氧池中设置DO传感器和pH传感器,在缺氧池中设置ORP传感器,内循环控制器动态控制系统的内循环回流量,曝气器控制器动态控制系统的曝气量;曝气量控制低溶解氧浓度,主要是通过特定手段进行控制而实现的。CN201458826U公开了一种短程硝化反硝化生物反应器,通过生物反应区、回流区和气提区组成的一体化装置实现短程硝化反硝化。以上所述的方法均是采用外界条件控制,一方面在系统启动过程中污泥驯化时间较长,另一方面长期运行后在线仪器是否能够准确控制将直接影响脱氮效果。如果脱氮系统启动时直接投加能够实现短程硝化反硝化的微生物菌剂,则可以大大缩短系统的启动时间,能大幅度提高系统的脱氮速率,还能够有效控制硝化反应进程,在外界条件如溶解氧波动的情况下也能实现稳定的短程硝化反硝化。因此依靠微生物本身来控制反应进程是稳定实现短程硝化反硝化脱氮技术的适宜手段。CN101302485A公开了一种异养硝化微生物菌剂、其培养方法和用途,该菌剂含有嗜麦芽寡养单胞菌(51 teno trophomonas mal tophiIias train DN I.I)和恶臭假单胞菌{Pseudomonas put da strain DN 1.2),该菌剂能够有效脱除水体中的氨氮和总氮,还可以同时去除有机废水中的C0D,适用于高浓度养殖废水处理。CN200910021020.7公开了一种降氨氮和亚硝酸氮的水质改良微生态制剂的制备方法,该微生态制剂属于水产养殖技术及生态环境保护技术领域。

发明内容
针对现有短程硝化反硝化工艺中硝化反应进程难以稳定控制、脱氮效率低等问题,本发明从负责脱氮的微生物入手,通过向污水中投加利用亚硝酸盐进行反硝化脱氮的微生物菌剂来实现硝化反应过程控制。本发明控制污水生化处理过程硝化反应进程的方法,包括如下过程:含氨污水采用生化处理方法进行脱氮处理,在生化处理的硝化过程中加入微生物菌剂,微生物菌剂为亚硝酸型脱氮微生物菌剂,微生物菌剂包括:节杆菌crea tinolyti cus )FDN-1 和水氏黄杆菌 iFlavobacterium mizutaii) FDN-2,节杆菌 FDN-1 于 2010 年 3 月 11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”,保藏单位地址为“北京市朝阳区北辰西路I号院3号”,其保藏号为CGMCC N0.3657 ;水氏黄杆菌FDN-2于2010年3月11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”,保藏单位地址为“北京市朝阳区北辰西路1号院3号”,其保藏号为CGMCC N0.3659 ;同时含氨污水生化处理温度为18-40°C,优选为 25-35° C,溶解氧为 0.1 3mg/L,pH 为 7-9。本发明方法中,含氨污水生化处理可以采用本领域常规的生化处理方法,具体如氧化沟法工艺、SBR (间歇式活性污泥法工艺)、A0 (缺氧-好氧工艺)或AAO (厌氧-缺氧-好氧工艺)。上述含氨污水生化处理方法的具体过程和条件是本领域技术人员熟知的。本发明方法中,含氨污水生化处理过程中,微生物菌剂在生化处理的好氧硝化反应阶段加入,同时控制好氧硝化反应阶段的操作条件,以适应微生物菌剂充分发挥作用。当污水氨氮浓度为10(T500mg/L时,微生物菌剂加入量为微生物菌剂占污水体积的
0.029Γ0.10% ;当污水氨氮浓度为500mg/L 1500mg/L时,微生物菌剂加入量为微生物菌剂占污水体积的0.109Γ0.50%ο在上述条件下,可以保证在较高的氨氮转化率情况下实现稳定的短程硝化反硝化,处理后使污水中的氨氮和总氮去除率均能达到80%以上。含氨污水为一切适合生物法处理的氨氮污水,氨氮浓度一般为10(T1500 mg/L, COD (铬法,下同)浓度一般为15(T4000mg/L。含氮污水可以采用批次进水或者连续进水方式,最好采取连续进水方式进行处理。本发明方法使用的菌剂中,两种菌的含量可以按照任意比例混合,优选节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2的菌体体积比为0.2:Γ :5。节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2可以单独放大培养为菌体,然后收集菌体按体积为0.2:Γ1:5的比例混合为菌剂;也可以单独培养种子液,然后两种菌的种子液按体积比0.2:Γ1:5的比例混合进行放大培养并收集得到菌剂。大量实验表明,上述两种菌剂生产方式中,均可以获得相近性能的微生物菌齐U。微生物菌剂中还可以含有适宜的添加剂,如营养物质、保藏助剂等。本发明方法中的节杆菌FDN-1菌落颜色为黄色、菌株个体呈棒状,无芽孢,能运动;革兰氏染色为阳性,接触酶阳性,氧化酶阴性,能利用多种碳源。水氏黄杆菌FDN-2菌落颜色为白色、菌株个体呈杆状,无芽孢;革兰氏染色为阴性,接触酶阳性,氧化酶阳性,能利用多种碳源。
本发明方法使用的菌剂中,节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2在有氧和缺氧环境下均能以亚硝氮为氮源进行反硝化脱氮,在脱氮的同时能去除C0D。本发明方法中两个菌株的液体培养基为:牛肉膏:5g/L,蛋白胨:10g/L,NaNO2:lg/L,固体培养基加入2%的琼脂。菌株的培养条件为在温度为3(T35°C、15(T240rpm震荡培养至对数期即可收获菌体用于制备微生物菌剂。本发明方法使用的微生物菌剂的一种具体制备方法包括以下内容:
1、将本发明节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2分别接种于固体培养基上进行活化;
2、用接菌环刮一环菌液接种于牛肉膏蛋白胨液体培养液中,在温度25 35°C、15(T240rpm好氧条件下震荡培养f 3天至对数生长期,获得液体菌剂种子液;
3、将上述种子液放大培养后收集菌体、浓缩即为本发明方法使用的菌剂。本发明微生物菌剂所涉及微生物的菌体活化和种子液培养所用的培养基配方:牛肉膏:3 7g/L,蛋白胨:7 13g/L,NaNO2:0.8 1.5g/L,固体培养基加入1.5 2.5%的琼脂。本发明微生物菌剂放大培养所用的培养液可以是自配或者实际的含亚硝酸盐氮废水,培养液中的亚硝氮浓度为100mg/L 1000mg/L,碳氮质量比2:Γ 0:1 ;培养条件为温度 15°C 35°C ;pH6.5 10.0 ;溶解氧低于 1.0mg/L。本发明所用的放大培养反应器可以是各种适宜结构,具有良好的曝气和搅拌系统。培养过程中PH值不需要调节。本发明方法中,使用的微生物菌剂为液态菌剂或固态菌剂,上述放大培养的菌体浓缩后得到浓度较高的菌悬液,将这些菌悬液加入营养液或者营养液和保护剂的混合液后可以制备成液态菌剂,液态菌剂以MLSS计的浓度一般为10 20g/L (MLSS表示悬浮固体浓度),也可以利用本领域现有的方`法制备成干粉状的菌剂。可以采用塑料袋、塑料瓶或者塑料桶等耐储存、防冻、便于运输等材质的容器或者设备进行包装。包装方法采用本领域现有常规技术,包装量为5(T5000g/包(袋或者瓶)包装后的菌剂可以根据具体情况在室温或者低温条件下保存。室温保存保质期为I飞个月,低温保存保质期为I飞年,保存后活性降低率小于10%。本发明所用的浓缩方法可以通过离心或者过滤等不影响菌体活性的方法。本发明菌剂制备过程首先进行菌体活化;然后进行种子液培养,最后将种子液放大培养后收集菌体、浓缩、包装并保存备用。所获得的微生物菌剂耐受性和适应性强,抗冲击性好,总氮的去除负荷高、处理效果好。本发明提出的利用微生物菌剂有效控制污水生化处理过程硝化反应进程的方法,采用以亚硝酸盐作为电子受体的微生物菌剂进行反硝化脱氮,能及时去除亚硝酸盐,降低继续发生硝化反应的底物浓度,限制硝化细菌将亚硝酸盐进一步转化为硝酸盐,保证硝化反应只进行到亚硝酸阶段,在脱氮的同时还能有效脱除废水中的C0D。两种微生物互相配合、互相竞争底物,总氮去除速率高于任何一种微生物单独使用时的去除速率,由于群体效应所以对废水的耐受冲击能力比纯化的菌体强、对废水水质的适用范围宽,废水处理效果好,脱氮速率快,能够稳定控制短程反硝化的进程,真正实现短程硝化反硝化脱氮。
具体实施方式
本发明提出一种控制污水生化处理过程硝化反应进程的方法。本发明所用的液态菌剂生长速度快,收集量大,菌剂具有较强的耐受性和适应性,具有较好的抗冲击性;其中负责反硝化的微生物以亚硝酸盐为电子受体,可以及时降解系统内的亚硝氮,减少了继续发生硝化反应的底物,将硝化反应稳定控制在亚硝酸阶段而直接进行反硝化。实施例1微生物菌剂的制备
1、将本发明节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2分别接种于牛肉膏蛋白胨固体培养基上在温度为30°C恒温培养箱中进行活化,培养基配方为:牛肉膏:5g/L,蛋白胨:10g/L,NaNO2:lg/L,加入 2.0% 的琼脂。2、用接菌环刮一环固体菌接种于牛肉膏蛋白胨液体培养液中,在温度25 35°C、15(T240rpm好氧条件下震荡培养f 3天至对数生长期,获得液体菌剂种子液;培养基配方为:牛肉膏:5g/L,蛋白胨:10g/L, NaNO2:lg/L。3、将上述节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2种子液按照1:1和0.5:1两种比例组合分别在具有良好搅拌系统的反应器中进行放大培养,培养液中的亚硝氮浓度为200mg/L 800mg/L,碳氮质量比2:Γ 0:1 ;培养条件为温度25。。 35°C ;ρΗ6.5 10.0 ;溶解氧低于 1.0mg/L ο对经过放大培养获得的液态菌悬液A (种子液混合比例1:1)和B (种子液混合比例0.5:1)进行收集、浓缩,然后加入菌悬液两倍体积的营养液。每升营养液中NO2' Fe2+、Mg2+、K +、Ca2 +这五种离子的摩尔配置比例为2000:5:20:20:15 (N02_的摩尔浓度为15mol/L 45mol/L ),再加入菌悬液体积2.5%的保藏剂后分装到500ml的塑料瓶中得到微生物菌剂A菌体的浓度以MLSS表示为15g/L 18g/L和微生物菌剂B菌体的浓度以MLSS表示为12g/L 15g/L,置-70°C条件下保存备用。实施例2对催化剂废水脱氮过程的控制
实验在2个100L的SBR(间歇式活性污泥法)反应器中进行,以甲醇作为碳源进行补加,使得碳氮质量比为3:1,氨氮浓度为800mg/L。首先在两个反应器中加入相同浓度的硝化活性污泥,其中一个补加300mL实施例1的微生物菌剂B。在反应初始阶段一次性进水,将2Ih分为3个循环,每个循环分为曝气4.5h和搅拌2.5h两个阶段。温度26°C左右、pH7.8-8.5、曝气阶段溶解氧0.5 mg/L 2.0mg/L,处理时间均为21h。对某一曝气阶段的亚硝化率和结束时氨氮及总氮去除率进行比较。只加活性污泥时,亚硝化率只有29%,氨氮和总氮去除率分别为77.8%和43.7% ;补加微生物菌剂B后亚硝化率达91%,氨氮和总氮去除率分别为82.2%和71.5%。可见补加微生物菌剂B后将硝化反应主要控制在亚硝酸阶段,同时总氮的去除率明显提高。 实施例3对某污水处理厂SBR脱氮系统的控制
某污水处理厂以氮肥生产过程中产生的含氨废水为主,采用SBR工艺进行处理,平均进水氨氮浓度为475mg/L,COD浓度为1100mg/L。处理后氨氮平均去除率为80%左右,取实施例I获得的微生物菌剂A和微生物菌剂B (两者体积比为1:1)按照0.10%投加到系统内,操作条件为温度29°C、ρΗ7.8-8.2、溶解氧0.5 mg/L 1.0mg/L,运行3天后,亚硝化率提高到90%,同时氨氮去除率达90%以上。实施例4对某污水处理厂 A/0脱氮过程的控制
某污水处理厂的A/0脱氮系统长期运行时氨氮去除率为80%以上,总氮去除率低于60%,系统中检测到有大量未反应的硝酸盐氮。按照0.2%的投加量向曝气池中投加实施例1的微生物菌剂A,操作条件为温度30°C、pH8.0-8.8、溶解氧0.1 mg/L 1.5mg/L,稳定后总氮去除率始终在90%以上,亚硝化率提高了 29%,说明加菌剂后总氮去除率明显提高并且将硝化反应进程稳定控制在亚硝酸阶段`。
权利要求
1.一种控制污水生化处理过程硝化反应进程的方法,包括如下过程:含氨污水采用生化处理方法进行脱氮处理,其特征在于:在生化处理的硝化过程中加入微生物菌齐U,微生物菌剂为亚硝酸型脱氮微生物菌剂,微生物菌剂包括:节杆菌 6 rcreatinolyticus) FDN-1 和水氏黄杆菌 iFlavobacterium mizutaii) FDN-2,节杆菌 FDN-1于2010年3月11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”,其保藏号为CGMCC N0.3657 ;水氏黄杆菌FDN-2于2010年3月11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”,其保藏号为CGMCC N0.3659 ;同时含氨污水生化处理温度为18-40°C,溶解氧为 0.1 3mg/L,pH 为 7-9。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:含氨污水生化处理方法为氧化沟法工艺、SBR、AO 或 AAO。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:含氨污水生化处理过程中,微生物菌剂在生化处理的好氧硝化反应阶段加入,微生物菌剂加入量按如下指标之一确定:(I)当污水氨氮浓度为10(T500mg/L时,微生物菌剂加入量为微生物菌剂占污水体积的0.029Π).10% ;(2)当污水氨氮浓度为500mg/L 1500mg/L时,微生物菌剂加入量为微生物菌剂占污水体积的 0.10% 0.50%ο
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:含氨污水的氨氮浓度为10(T1500mg/L,COD 浓度为 15(T4000mg/L。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:微生物菌剂中,两种菌的含量为节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2的菌体体积比为0.2:Γ :5。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:微生物菌剂制备方法为以下方法之一:(I)节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2可以单独放大培养为菌体,然后收集菌体按体积为0.2:Γ1:5的比例混合为菌剂;(2)单独培养种子液,然后两种菌的种子液按体积比0.2:Γ1:5的比例混合进行放大培养并收集得到菌剂。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:微生物菌剂中含有营养物质和保藏助剂。
8.根据权利要求1、5、6或7所述的方法,其特征在于:微生物菌剂为液态菌剂或固态菌剂。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:液态菌剂以MLSS计的浓度为10 20g/L0
10.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:含氮污水生化处理采用批次进水或者连续进水方式。
全文摘要
本发明公开了控制污水生化处理过程硝化反应进程的方法,是通过向污水生化处理过程中投加利用亚硝酸盐进行反硝化脱氮的微生物菌剂来实现的,含氨污水处理温度为18-40℃,溶解氧为0.1~3mg/L,pH为7-9。本发明采用以亚硝酸盐作为电子受体的微生物菌剂进行反硝化脱氮,能及时去除亚硝酸盐,降低继续发生硝化反应的底物浓度,保证硝化反应只进行到亚硝酸阶段,在脱氮的同时还能有效脱除废水中的COD,废水处理效果好,脱氮速率快,能够稳定控制短程反硝化的进程,真正实现短程硝化反硝化脱氮。
文档编号C02F3/34GK103102016SQ201110353738
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者高会杰, 孙丹凤, 许谦 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院
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