应用于含高氨氮假发废水处理的增强型CFBR工艺

本发明属于工业废水处理技术领域，具体涉及一种应用于含高氨氮假发废水处理的增强型cfbr工艺。

背景技术：

近年来，随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，配戴假发已经逐渐成为一种时尚。但在假发生产过程中会排放大量含高氨氮的工业废水，如果不经任何处理即直接排放，会对水环境造成严重污染。目前，工业废水脱氮的方法有物理法、化学法和生物处理法等。生物处理法由于投资少、运行操作简单、二次污染小、节省运行费用而获得了广泛的关注。

假发工业废水具有氨氮浓度较高（100mg/l～500mg/l）、cod浓度较低（100mg/l～800mg/l）、c/n较低等特点。传统生物脱氮技术主要包括a/o工艺和sbr工艺等，脱氮过程中的溶解氧浓度较高（为3mg/l左右），能耗较高；而且污泥龄较短（10d～20d），产生大量的剩余污泥需要进行处置，成本较高。而传统生物脱氮技术应用于含高氨氮假发废水的处理，大多数情况下，出水水质中的氨氮浓度可以达到国家排放标准，但总氮浓度无法达到《污水排入城镇下水道水质标准》（gb/t31962-2015）的a级限值（cod≤500mg/l，氨氮≤45mg/l，总氮≤70mg/l）。

目前最受关注的、由荷兰研发的厌氧氨氧化工艺是在厌氧条件下，以氨氮为电子供体，以亚硝酸盐氮为电子受体，将氨氮氧化成氮气；但厌氧氨氧化工艺需要稳定在较高的水温条件下（30℃～35℃）才能进行脱氮，能耗和成本都很高，不适合大规模推广应用。李翼然等采用“微电解－水解酸化－硝化反硝化工艺”处理假发生产废水，运行3个月的结果表明：进水cod为1100mg/l、氨氮为120mg/l时，假发生产废水的cod及脱氮效果良好[广州化工，2014，第42卷，第21期，页码152-154]。但该工艺占地面积较大、处理成本较高，需要较高的c/n比，且有效处理氨氮的最高浓度仅为120mg/l。佟毅等申请的发明专利“一种高效处理低碳高氨氮废水的短程硝化—厌氧氨氧化工艺”（专利申请号cn201911088445.9，专利公开号cn110723817a）用于处理c/n比小于2、氨氮600mg/l～800mg/l的工业废水，脱氮效果好，无需投加碳源且曝气量很低。但其工艺流程很长（将厌氧氨氧化工艺设置在短程硝化工艺之前，在工艺的末端设计好氧曝气池），而且能耗非常高（需要将厌氧氨氧化区、各短程硝化区、硝化区的反应温度分别控制在30～40℃，且优选37℃）。

由此可见，已应用于含高氨氮工业废水处理的生物脱氮技术存在工艺流程较长、占地面积较大、需要较高的曝气量、需补充大量碳源、能耗和成本均较高等缺点。因此，亟需研发高效率、低能耗、低成本的新型生物脱氮技术，确保含高氨氮假发废水处理后的出水水质稳定达到国家排放标准。

技术实现要素：

针对传统生物脱氮技术对含高氨氮假发废水中氨氮和总氮的去除效率低、运行成本和能耗高等问题，本发明的目的在于提供操作安全、去除效率高、低能耗、低成本、对环境无二次污染的“应用于高氨氮假发废水处理的增强型cfbr工艺”。本发明采用缺氧-低氧连续流生物膜反应器（continuousflowbiofilmreactor，简称为cfbr处理装置）处理含高氨氮的假发废水，同时将高效脱氮工程菌剂投加至“cfbr处理装置”中；工艺运行条件可根据原假发废水水质进行自动控制，操作方便、安全，氨氮和总氮去除效率高，对环境无二次污染。

本发明的技术方案具体介绍如下：

一种应用于含高氨氮假发废水处理的增强型cfbr工艺，其采用cfbr处理装置处理

含高氨氮的假发废水，cfbr处理装置采用缺氧池、低氧池和二沉池，缺氧池和低氧池相互连通，假发废水先进行缺氧处理，再进行低氧处理；在cfbr处理装置的缺氧池和低氧池分别投加高效脱氮工程菌剂，并培养高效脱氮工程菌成为优势菌，在多种脱氮功能酶的作用下，强化去除假发废水的高浓度氨氮和总氮，经过缺氧-低氧处理后的假发废水进入二沉池进行泥水分离；其中：含高氨氮的假发废水的cod浓度为100mg/l～800mg/l，氨氮浓度为50mg/l～500mg/l，总氮浓度为50mg/l～600mg/l；缺氧池和低氧池的反应温度为4℃～30℃；高效脱氮工程菌剂由菌株fdn-01、或菌株fdn-01和菌株fdn-02进行扩大培养制得，fdn-01菌株为陶厄氏菌属（thauerasp.），保藏登记号为cgmccno.13553；fdn-02菌株为副球菌属（paracoccussp.），保藏编号为：cgmccno.22578。

本发明中，cfbr处理装置的缺氧池中安装立式搅拌机，低氧池中安设填料和和曝气

器，填料选自软性填料、半软性填料、弹性填料中的一种或几种，曝气器选自管式曝气器或盘式曝气器中的一种或几种；二沉池上安设出水管、污泥回流管和硝化液回流管；cfbr处理装置采用全自动控制。

本发明中，缺氧池和低氧池内分别接种活性污泥，污泥龄cfbr处理装置的污泥回流比为0～100%，硝化液回流比为0～100%，污泥龄为30d～180d。

本发明中，cfbr处理装置中，缺氧池的溶解氧（do）浓度为0.01mg/l～0.5mg/l，低氧池的溶解氧浓度为0.5mg/l～1.5mg/l。

本发明中，将菌株陶厄氏菌属（thauerasp.）fdn-01加入lb液体培养基或将fdn-01和副球菌属（paracoccussp.）fdn-02加入lb液体培养基，在摇床中进行扩大培养3d～7d，制成高效脱氮工程菌剂。

本发明中，含高氨氮假发废水的氨氮容积去除负荷为0.1kgn/(m³•d)～3.0kgn/(m³•d)，总氮容积去除负荷为0.1kgn/(m³•d)～3.5kgn/(m³•d)。

本发明中，含高氨氮的假发废水的cod浓度为100mg/l～800mg/l，氨氮浓度为50mg/l～500mg/l，总氮浓度为50mg/l～600mg/l。。

本发明中，缺氧池和低氧池的反应温度为4℃～30℃。

本发明中，含高氨氮的假发废水的ph值为6.0～8.5。

与应用于假发废水处理的传统生物脱氮技术相比，本发明应用于含高氨氮假发废水处理的有益效果在于：

（1）本发明工艺应用于处理实际假发废水中的高浓度氨氮（较低cod和c/n比、氨氮在50mg/l～500mg/l之间的包括氨氮浓度大于400mg/l的假发废水），在不需要额外加热的环境温度下，在温和的反应条件下，假发废水中的氨氮和总氮的去除率很高，氨氮去除率在95%以上，出水水质稳定达到且远低于《污水排入城镇下水道水质标准》（gb/t31962-2015）的a级限值（cod≤500mg/l，氨氮≤45mg/l，总氮≤70mg/l），处理成本和能耗均较低，并对环境无二次污染。

（2）增强型cfbr工艺投加高效脱氮工程菌剂，并培养高效脱氮工程菌成为优势菌，在多种脱氮功能酶的作用下，大幅提高了含高氨氮假发废水中氨氮和总氮的去除效率。

（3）增强型cfbr工艺采用缺氧-低氧的工艺运行条件，处理装置结构设计新颖，大幅降低了含高氨氮假发废水的处理成本和能耗。增强型cfbr工艺采用全自动控制，操作方便、安全。

附图说明

图1是本发明的“cfbr处理装置”结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细阐述。

实施例中，采用自主设计的“cfbr处理装置”处理含高氨氮的假发废水，具体结构描述如下：

“cfbr处理装置”的箱体为长方体，材质为碳钢防腐，由隔板将箱体分隔为3个处理池，包括1个缺氧池、1个低氧池和1个二沉池；缺氧池和低氧池通过隔板上的开孔互相联通，假发废水先进行缺氧处理，再进行低氧处理；经过缺氧-低氧处理后的假发废水进入二沉池进行泥水分离，二沉池安设出水管、污泥回流管和硝化液回流管；缺氧池中安装立式搅拌机，低氧池中安设填料和曝气器，填料选自软性填料、半软性填料、弹性填料中的一种或几种，曝气器选自管式曝气器或盘式曝气器中的一种或几种。“cfbr处理装置”采用全自动控制，操作方便、安全，且无二次污染。

实施例中，提供应用于含高氨氮假发废水处理的增强型cfbr工艺，采用在线溶氧仪自动控制缺氧池和低氧池的溶解氧浓度，投加由fdn-01和fdn-02菌株扩大培养制成的高效脱氮工程菌剂，在缺氧-低氧条件下，培养高效脱氮工程菌成为优势菌，通过多种高效脱氮功能酶的作用对假发废水进行强化脱氮处理。其中：所述fdn-01菌株的分类命名为陶厄氏菌（thauerasp.），fdn-02菌株的分类命名为副球菌（paracoccussp.），均为新发现的菌株，可高效去除氨氮和总氮；陶厄氏菌（thauerasp.）fdn-01菌株的genbanksequence_id为ky393097，该菌株已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，简称为：cgmcc；地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏编号为：cgmccno.13553；副球菌（paracoccussp.）fdn-02菌株的genbanksequence_id为mw652628，该菌株已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，简称为：cgmcc；地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏编号为：cgmccno.22578，保藏日期为：2021年5月21日。

实施例中，高效脱氮工程菌剂的制备方法如下：将fdn-01菌株加入lb液体培养基，或fdn-01和fdn-02菌株加入lb液体培养基，在摇床中进行培养3d～7d，制成高效脱氮工程菌剂。

实施例1

在本实施例中，将fdn-01和fdn-02菌株接入lb液体培养基，在摇床中进行扩大培养3d后，制成高效脱氮工程菌剂。含高氨氮假发废水的水量为8m³/d，水温为25℃，ph为8.1，cod初始浓度为386mg/l，氨氮初始浓度为480mg/l，硝酸盐氮初始浓度为59mg/l，亚硝酸盐氮初始浓度为0.6mg/l，总氮初始浓度为600mg/l。向“cfbr处理装置”的缺氧池和低氧池分别加入2000ml高效脱氮工程菌剂，mlss浓度约为3000mg/l。缺氧池和低氧池中的活性污泥与高效脱氮工程菌剂共同培养7d后，假发废水由进水泵泵入“cfbr处理装置”中的缺氧池（do浓度为0.2mg/l），缺氧池处理出水进入低氧池（do浓度为1.0mg/l）进行处理，在二沉池中进行泥水分离后，排放上清液。

含高氨氮的假发废水的氨氮容积去除负荷为3.0kgn/(m³•d)，总氮容积去除负荷为3.5kgn/(m³•d)。经过“增强型cfbr工艺”处理后稳定运行的假发废水出水水质指标如下：cod浓度为123mg/l，氨氮浓度为0mg/l，硝酸盐氮浓度为3.0mg/l，亚硝酸盐氮浓度为0.1mg/l，总氮浓度为3.2mg/l，ph为8.3。cod去除率为68%，氨氮去除率达到100%，总氮去除率为99.5%。假发废水处理后的出水水质不但稳定达到且远低于《污水排入城镇下水道水质标准》（gb/t31962-2015）的a级限值（cod≤500mg/l，氨氮≤45mg/l，总氮≤70mg/l）。

实施例2

在本实施例中，将fdn-01和fdn-02菌株接入lb液体培养基，在摇床中进行扩大培养3d后，制成高效脱氮工程菌剂。含高氨氮假发废水的水量为5.5m³/d，水温为18℃，ph为7.4，cod初始浓度为858mg/l，氨氮初始浓度为262mg/l，硝酸盐氮初始浓度为22mg/l，亚硝酸盐氮初始浓度为0.35mg/l，总氮初始浓度为309mg/l。向“cfbr处理装置”的缺氧池和低氧池分别加入2000ml高效脱氮工程菌剂，mlss浓度约为2800mg/l。缺氧池和低氧池中的活性污泥与高效脱氮工程菌剂共同培养7d后，假发废水由进水泵泵入“cfbr处理装置”中的缺氧池（do浓度为0.1mg/l），缺氧池处理出水进入低氧池（do浓度为0.5mg/l）进行处理，在二沉池中进行泥水分离后，排放上清液。

含高氨氮的假发废水的氨氮容积去除负荷为1.0kgn/(m³•d)，总氮容积去除负荷为1.2kgn/(m³•d)。经过“增强型cfbr工艺”处理后稳定运行的假发废水出水水质指标如下：cod浓度为113mg/l，氨氮浓度为0.3mg/l，硝酸盐氮浓度为14mg/l，亚硝酸盐氮浓度为0.26mg/l，总氮浓度为20mg/l，ph为8.0。cod去除率为87%，氨氮去除率达到99.9%，总氮去除率为93.5%。假发废水处理后的出水水质不但稳定达到且远低于《污水排入城镇下水道水质标准》（gb/t31962-2015）的a级限值（cod≤500mg/l，氨氮≤45mg/l，总氮≤70mg/l）。

实施例3

在本实施例中，将fdn-02菌株接入lb液体培养基，在摇床中进行扩大培养7d后，制成高效脱氮工程菌剂。含高氨氮假发废水的水量为2.0m³/d，水温为4℃，ph为6.0，cod初始浓度为184mg/l，氨氮初始浓度为123mg/l，硝酸盐氮初始浓度为38mg/l，亚硝酸盐氮初始浓度为15.6mg/l，总氮初始浓度为190mg/l。向“cfbr处理装置”的缺氧池和低氧池分别加入1000ml高效脱氮工程菌剂，mlss浓度约为2500mg/l。缺氧池和低氧池中的活性污泥与高效脱氮工程菌剂共同培养7d后，假发废水由进水泵泵入“cfbr处理装置”中的缺氧池（do浓度为0.5mg/l），缺氧池处理出水进入低氧池（do浓度为1.5mg/l）进行处理，在二沉池中进行泥水分离后，排放上清液。

含高氨氮的假发废水的氨氮容积去除负荷为0.1kgn/(m³•d)，总氮容积去除负荷为0.1kgn/(m³•d)。经过“增强型cfbr工艺”处理后稳定运行的假发废水出水水质指标如下：cod浓度为80mg/l，氨氮浓度为5.2mg/l，硝酸盐氮浓度为35mg/l，亚硝酸盐氮浓度为0.9mg/l，总氮浓度为45mg/l，ph为7.2。氨氮去除率为95.8%，总氮去除率为76%。假发废水处理后的出水水质稳定达到《污水排入城镇下水道水质标准》（gb/t31962-2015）的a级限值（cod≤500mg/l，氨氮≤45mg/l，总氮≤70mg/l）。

实施例4

在本实施例中，将fdn-02菌株接入lb液体培养基，在摇床中进行扩大培养7d后，制成高效脱氮工程菌剂。含高氨氮假发废水的水量为8m³/d，水温为30℃，ph为8.1，cod初始浓度为152mg/l，氨氮初始浓度为115.5mg/l，硝酸盐氮初始浓度为32mg/l，亚硝酸盐氮初始浓度为0.5mg/l，总氮初始浓度为164mg/l。向“cfbr处理装置”的缺氧池和低氧池分别加入1000ml高效脱氮工程菌剂，mlss浓度约为2500mg/l。缺氧池和低氧池中的活性污泥与高效脱氮工程菌剂共同培养7d后，假发废水由进水泵泵入“cfbr处理装置”中的缺氧池（do浓度为0.4mg/l），缺氧池处理出水进入低氧池（do浓度为0.8mg/l）进行处理，在二沉池中进行泥水分离后，排放上清液。

含高氨氮的假发废水的氨氮容积去除负荷为0.7kgn/(m³•d)，总氮容积去除负荷为0.8kgn/(m³•d)。经过“增强型cfbr工艺”处理后稳定运行的假发废水出水水质指标如下：cod浓度为104mg/l，氨氮浓度为0.2mg/l，硝酸盐氮浓度为20mg/l，亚硝酸盐氮浓度为0.4mg/l，总氮浓度为33mg/l，ph为7.3。氨氮去除率达到99.8%，总氮去除率为80%。假发废水处理后的出水水质稳定达到《污水排入城镇下水道水质标准》（gb/t31962-2015）的a级限值（cod≤500mg/l，氨氮≤45mg/l，总氮≤70mg/l）。

实施例5

在本实施例中，将fdn-01菌株接入lb液体培养基，在摇床中进行扩大培养5d后，制成高效脱氮工程菌剂。含高氨氮假发废水的水量为4m³/d，水温为15℃，ph为8.2，cod初始浓度为434mg/l，氨氮初始浓度为286mg/l，硝酸盐氮初始浓度为49mg/l，亚硝酸盐氮初始浓度为3.2mg/l，总氮初始浓度为360mg/l。向“cfbr处理装置”的缺氧池和低氧池分别加入2000ml高效脱氮工程菌剂，mlss浓度约为2600mg/l。缺氧池和低氧池中的活性污泥与高效脱氮工程菌剂共同培养7d后，假发废水由进水泵泵入“cfbr处理装置”中的缺氧池（do浓度为0.3mg/l），缺氧池处理出水进入低氧池（do浓度为1.3mg/l）进行处理，在二沉池中进行泥水分离后，排放上清液。

含高氨氮的假发废水的氨氮容积去除负荷为0.6kgn/(m³•d)，总氮容积去除负荷为0.6kgn/(m³•d)。经过“增强型cfbr工艺”中试装置处理后稳定运行的假发废水出水水质指标如下：cod浓度为125mg/l，氨氮浓度为5mg/l，硝酸盐氮浓度为21mg/l，亚硝酸盐氮浓度为0.1mg/l，总氮浓度为35mg/l，ph为7.6。cod去除率为71%，氨氮去除率为98%，总氮去除率为90%。假发废水处理后的出水水质稳定达到《污水排入城镇下水道水质标准》（gb/t31962-2015）的a级限值（cod≤500mg/l，氨氮≤45mg/l，总氮≤70mg/l）。

实施例6

在本实施例中，将fdn-01和fdn-02菌株接入lb液体培养基，在摇床中进行扩大培养5d后，制成高效脱氮工程菌剂。含高氨氮假发废水的水量为5m³/d，水温为12℃，ph为8.5，cod初始浓度为337mg/l，氨氮初始浓度为333mg/l，硝酸盐氮初始浓度为42mg/l，亚硝酸盐氮初始浓度为1.1mg/l，总氮初始浓度为393mg/l。向“cfbr处理装置”的缺氧池和低氧池分别加入2000ml高效脱氮工程菌剂，mlss浓度约为2600mg/l。缺氧池和低氧池中的活性污泥与高效脱氮工程菌剂共同培养7d后，假发废水由进水泵泵入“cfbr处理装置”中的缺氧池（do浓度为0.01mg/l），缺氧池处理出水进入低氧池（do浓度为1.2mg/l）进行处理，在二沉池中进行泥水分离后，排放上清液。

含高氨氮的假发废水的氨氮容积去除负荷为1.3kgn/(m³•d)，总氮容积去除负荷为1.5kgn/(m³•d)。经过“增强型cfbr工艺”中试装置处理后稳定运行的假发废水出水水质指标如下：cod浓度为114mg/l，氨氮浓度为0.2mg/l，硝酸盐氮浓度为14mg/l，亚硝酸盐氮浓度为0.1mg/l，总氮浓度为17.7mg/l，ph为7.9。cod去除率为66%，氨氮去除率达到99.9%，总氮去除率为95.5%。假发废水处理后的出水水质稳定达到《污水排入城镇下水道水质标准》（gb/t31962-2015）的a级限值（cod≤500mg/l，氨氮≤45mg/l，总氮≤70mg/l）。