专利名称：一种高效降解吗啉废水的方法
技术领域：
本发明涉及一种高效降解吗啉废水的方法，具体地说，是一种对吗啉废水中的碳、 氮杂环化合物通过活性污泥中的微生物在同一反应器内进行生化反应，使之降解的处理方法，属于污水处理技术领域。
背景技术：
国内对吗啉废水的处理研究报道较少。对于吗啉残液的处理，田怀广提出了焚烧处理的方法，当吗啉残液中轻组分的含水量为86. 23%, COD值高达346000mg/L，这对焚烧处理是有利的。国内目前研究较热的是从吗啉废水中回收N-甲基吗啉和N-乙基吗啉，减少其排放量，并且可回收利用。但是用生化法处理吗啉废水的工艺研究几乎没有。自1982年，Knapp等人首先从活性污泥中分离出两株能够利用吗啉作为唯一碳源、氮源和能源的菌株，开展了对吗啉生化降解的研究。1998年，S. Chandrasekaran和 D. Lalithakumari从受污染的土壤中富集分离出一株生长迅速的荧光假单胞菌CAS102，它能够利用吗啉作为它的唯一能源，从而有效地降解吗啉。同年，B. C0MB0URIEU等人从受污染的活性污泥中分离出一株生长快速的分枝杆菌，它能够把吗啉作为唯一的氮源、碳源和能源。他们找到了吗啉的降解途径，并发现这种菌含有细胞色素P450。2000年，Thomas Schrader等人从森林土壤中分离出一株菌株HE5，此菌株通过16SrDNA分析被鉴定为一株生长快速的分枝杆菌，它能够把吗啉作为唯一的氮源、碳源和能源，并发现此菌株含有细胞色素P450。菌株HE5的最适生长条件为30mM吗啉，pH7. 2，30°C，能在10小时内降解10 15mM的吗啉，这是至今为止报道过的降解吗啉最快的菌株。国内关于分解吗啉菌株的报道也尚未见。
发明内容
吗啉废水中含有吗啉、N-甲基吗啉和N(2_羟乙基)吗啉等，大约占总有机物含量的35% 60%，可生化性差，难以降解。因此必须采用特别的、有针对性的生化处理工艺进行处理。本发明的目的在于通过驯化培养活性污泥中的优势微生物群体并添加特殊菌株， 在生长过程中利用水中有关污染物质进行新陈代谢，使吗啉废水得到大幅度降解。本发明提供的高效降解吗啉废水的方法，是将吗啉废水加入反应器中，缺氧处理一定时间后通入空气，因生化分解后还要进行好氧脱氮的硝化反硝化过程，因此DO需维持较高水平进行好氧处理。具体步骤包括a.采用普通SBR(序列间歇式活性污泥法)反应器，反应器中置有复合菌群和污泥，复合菌群的组成为戴尔福特菌WXZ-9 (Delftia tsuruhatensis)，其保藏号为CGMCC No. 1797，保藏日为2006年9月7日，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,和丛毛单胞菌WXZ-17 (Comamonas sp.)，其保藏号为CGMCC No. 3048，保藏日为2009 年4月30日，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，复合菌群和污泥混合均勻，反应温度保持在20 30°C ；SBR反应周期由缺氧一好氧一缺氧一静置组成。
b.将吗啉废水加入反应器中，并采用机械搅拌使泥水混合均勻，缺氧运行，pH控制在7. 8 8. 2，运行时间为6 4 小时，运行时间与进水浓度有关，下同；c.由缺氧段进入好氧段，采用机械搅拌加鼓风曝气，pH控制在7. 8 8. 2，运行时间为14 34小时；采用鼓风机(或空压机)和高效微孔扩散器向反应器中输送空气，使反应器内保持高溶解氧状态；d.由好氧段进入缺氧段，采用机械搅拌，缺氧运行，pH控制在7. 8 8. 2，运行时间为0 22小时；e.缺氧过程完成后静置2小时出水。本发明中待处理吗啉废水的COD (化学需氧量)为1000 3300mg/L，TN(总氮) 为130 570mg/L，其中吗啉、N-甲基吗啉和N(2-羟乙基)吗啉占总有机物的35% 60质量％。复合菌群中，戴尔福特菌WXZ-9 CGMCC No. 1797与丛毛单胞菌WXZ-17CGMCC No. 3048的质量比为1 1 ；复合菌群的质量为污泥干固物质质量的10 40%。所述的污泥为普通污泥处理厂污泥。吗啉废水加入反应器后，反应器中污泥的浓度为2 6g/L。步骤b和步骤d缺氧过程中，控制反应器内DO (溶解氧)为0 0. 5mg/L。步骤c好氧过程中，控制反应器内DO为4 5mg/L。步骤d中，所述的运行时间为0 9小时。本发明中出水的COD 为 200 U65mg/L，TN 为 40 188mg/L，NH3 为 8 12mg/L, 其中NH3已达排放标准。吗啉废水中COD的去除率为45 90%，TN的去除率为45 80%。本发明提供的戴尔福特菌WXZ-9(Delftia tsuruhatensis)，于2006年9月7 日，在北京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 No. 1797。丛毛单胞菌WXZ-17 (Comamonas sp.)，于2009年4月30日，在北京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 No. 3048。本发明方法处理吗啉废水，主要解决了以下难题1、吗啉废水是一种高有机氮浓度、高C0D&浓度、且低B0D5/C0D&比值的废水。由于吗啉、N-甲基吗啉均作为氮氧杂环化合物，其环状结构和含氮有机物的双重因子加大了生化降解难度。本发明采用特殊菌株结合专利技术，经过长期驯化，培养出适宜降解吗啉的污泥，大大提高了吗啉的降解率。2、本技术应用吗啉废水其氨氮含量极低，绝大部分为氮氧杂环上的有机氮，因此运行初进水时，需补充部分易降解的碳源、氮源(如葡萄糖、硫酸铵)，驯化过程中再逐步提高加入的吗啉废水配比。3、在本方法处理吗啉废水的过程中，生化、硝化、反硝化三步反应相比，生化过程是最重要的，难度最大的。一旦氨氮生成，硝化、反硝化即同时进行，这是本技术的重要特点。而反硝化需要的碳源直接从吗啉废水中摄取。4、简化pH调节。本技术采用同步硝化/反硝化脱氮，使硝化过程产酸和反硝化过程产碱相互抵消，简化PH调节，减少了化学药品的消耗。本发明的处理技术使用生化处理的方法，处理效率高，工艺流程简单，并且使微生物在一个构筑物中进行反应，无需在时间和空间上划分不同的操作单元，对大大地降低了一次性的设备投资、运行费用及运行的复杂性。当进水水质为COD = 2466mg/L, TN = 435mg/L的废水经过一个周期的处理即可达到出水 COD 约为 200mg/L, TN 约为 100mg/L, NH3 约为 10mg/L。本发明具有以下优点1、在本技术的上述处理方法中，由于引入了具有特殊降解力的菌株，并结合生化、 硝化及反硝化在同一反应系统中同时进行的工艺，成功达到生化降解处理吗啉废水的目的，并有效简化操作难度，大大降低投资费用和运行成本。2、在本技术的上述处理方法中，由于硝化和反硝化在同一反应器中同时进行和完成，改变了传统好氧硝化和缺氧反硝化体系存在强烈相反酸碱度的需求，从而对酸碱度的变化具有很强的缓冲作用。3、由于复合菌群中同时生长生化、硝化及反硝化菌群，反应物直接成为下一步反应的底物，避免反应物的积累，加速反应的进程。能适应C/N比变化很大的进水负荷，同时能适应很高的有机进水负荷和氨氮负荷。4、节省反应器体积和构筑物占地面积，减少投资。本发明通过驯化含有特殊菌株的好氧硝化/反硝化污泥，通过缺氧和好氧等多阶段在SBR反应器中一步处理吗啉废水，pH保持在7. 8 8. 2，无须添加磷盐，在添加少量碳源和氮源的情况下，经过近半年的运行，吗啉废水进水C0D&和总氮平均浓度分别约为 2500mg/L和415mg/L，无须其他预处理，反应器出水COD约为200mg/L，TN约为100mg/L， NH3-N约为10mg/L。其中COD去除率达90%以上，TN去除率达75%以上。
图1为本发明废水处理工艺反应器的示意图。
具体实施例方式以下通过具体的实施范例对本发明的上述内容作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅局限于以下的实例。凡基于本发明上述主题所实现的同样方法均应属于本发明的范围。如图1所示，为本发明所用装置的示意图。其中，1为SBR(序列间歇式活性污泥法)反应器，2为电动搅拌器，3为微孔扩散器，4为空压机，5为流量计，6为控制器，7为溢流口，8为排水口，9为排泥口，10为加热棒。本发明提供的高效降解吗啉废水的方法，为将吗啉废水引入反应器中，缺氧处理一定时间后通入空气，使DO维持较高水平进行好氧处理。具体步骤包括a.在SBR反应器1中，加入总污泥量(干固物质质量)10 40%的复合菌群。复合菌群来源为实验室菌株戴尔福特菌WXZ-9 (Delftia tsuruhatensis) CGMCCNo. 1797，和丛毛单胞菌WXZ-17 (Comamonas sp.) CGMCC No. 3048，以质量比为1 1混合。复合菌群和污泥混合均勻，反应器温度保持20 30°C，以使菌种活性最高；污泥为普通污泥处理厂污泥；反应器有效体积5L，每周期出水2L，剩余3L，进入下一周期补入2L ；戴尔福特菌WXZ-9 CGMCC No. 1797和丛毛单胞菌WXZ-17 CGMCC No. 3048扩大培养条件30°C，140r/min，培养72小时；
扩大培养基LB培养基，KNO3 IgjKH2PO4 lg，FeCl2 ·6Η20 0. 05g，CaCl2 ·7Η200· 02g， MgSO4 · 7Η20 lg，柠檬酸三钠 5. lg，蒸馏水 IOOOmL, 121°C灭菌 20min。b.将进水COD (化学需氧量)为1000 3300mg/L, TN (总氮)为130 570mg/L 的吗啉废水加入反应器，采用机械搅拌保证泥水混合，反应器中污泥浓度为2 6g/L，进行缺氧段运行；PH控制在7. 8 8. 2，运行时间为6 48小时。缺氧过程中，可控制反应器内 DO (溶解氧)为0 0. 5mg/L。c.缺氧阶段后接好氧阶段运行。好氧阶段采用机械搅拌加鼓风曝气方式，PH控制在7. 8 8. 2，运行时间为14 34小时；曝气采用鼓风机(或空压机)和高效微孔扩散器使反应器内处于高溶解氧状态。好氧过程中，可控制反应器内DO为4 5mg/L。d.好氧过程完成后进入缺氧段，采用机械搅拌，pH控制在7. 8 8. 2，运行时间为 0 22小时；缺氧过程中，可控制反应器内DO(溶解氧)为0 0. 5mg/L。e.缺氧过程完成后静置2小时出水。此时出水的COD为200 U65mg/L，TN为 40 188mg/L，NH3为8 l^iig/L，其中NH3已达排放标准。吗啉废水中COD的去除率为 45 90%，TN的去除率为45 80%。实施例1 8处理水质为某集团有限公司吗啉生产过程产生的废水，添加适量的普通污泥处理厂污泥或模拟生活废水(葡萄糖，硫酸铵和微量营养盐配制)，其中吗啉、N-甲基吗啉和 N(2-羟乙基)吗啉占总有机物的35% 60质量％。使用时据不同的实验要求进行稀释。 反应器总有效容积6L，底部安装有微孔曝气板，通过空压机进行曝气，流量计起控制流量的作用，请参见图1。按照上述方法进行吗啉废水的降解，缺氧阶段控制反应器内DO在0 0. 5mg/L,反应器pH始终维持在7. 8 8. 2之间。温度约为25°C，复合菌群浓度为2 6g/ L左右。本方法生化、硝化及反硝化在相同的好氧条件和同一反应系统中同时进行，大大降低投资费用和运行成本。表1、实施例1-8的运行及检测参数
权利要求
1.一种高效降解吗啉废水的方法，包括如下步骤a.采用SBR反应器，反应器中置有复合菌群和污泥，所述的复合菌群由戴尔福特菌 WXZ-9 (Delftia tsuruhatensis) CGMCC No. 1797 和丛毛单胞菌 WXZ-17 (Comamonas sp.) CGMCC No. 3048组成，混合均勻，反应温度保持在20 30°C ；b.将吗啉废水加入反应器中，采用机械搅拌，缺氧运行，pH控制在7.8 8. 2，运行时间为6 48h小时；c.由缺氧段进入好氧段，采用机械搅拌加鼓风曝气，pH控制在7.8 8. 2，运行时间为 14 34小时；d.由好氧段进入缺氧段，采用机械搅拌，缺氧运行，pH控制在7.8 8. 2，运行时间为 O 22小时；e.缺氧过程完成后静置2小时出水。
2.根据权利要求1所述的高效降解吗啉废水的方法，其特征在于所述吗啉废水的COD 为 1000 3300mg/L, TN 为 130 570mg/。
3.根据权利要求1所述的高效降解吗啉废水的方法，其特征在于所述复合菌群中，戴尔福特菌WXZ-9 CGMCC No. 1797与丛毛单胞菌WXZ-17 CGMCCNo. 3048的质量比为1 1; 所述复合菌群的质量为所述污泥干固物质质量的10 40%。
4.根据权利要求3所述的高效降解吗啉废水的方法，其特征在于吗啉废水加入反应器后，反应器中污泥的浓度为2 6g/L。
5.根据权利要求1所述的高效降解吗啉废水的方法，其特征在于步骤b和步骤d缺氧过程中，控制反应器内溶解氧为0 0. 5mg/L。
6.根据权利要求1所述的高效降解吗啉废水的方法，其特征在于步骤c好氧过程中， 控制反应器内溶解氧为4 5mg/L。
7.根据权利要求1所述的高效降解吗啉废水的方法，其特征在于所述出水的COD为 200 U65mg/L，TN 为 40 188mg/L。
全文摘要
本发明涉及一种高效降解吗啉废水的方法，包括如下步骤反应器中置有复合菌群和污泥，复合菌群为戴尔福特菌WXZ-9 CGMCC No.1797和丛毛单胞菌WXZ-17 CGMCC No.3048，保持在20～30℃；加入吗啉废水，机械搅拌并缺氧运行，pH控制在7.8～8.2，运行时间为6～48h小时；由缺氧段进入好氧段，机械搅拌加鼓风曝气，pH控制在7.8～8.2，运行时间为14～34小时；由好氧段进入缺氧段，机械搅拌，pH控制在7.8～8.2，运行时间为0～22小时；缺氧过程完成后静置2小时出水。本方法生化、硝化及反硝化在相同的好氧条件和同一反应系统中同时进行，大大降低投资费用和运行成本。
文档编号C02F3/30GK102432100SQ20111033140
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者岳建伟, 李金穗, 汪苹, 苏日嘎其其格, 董黎明 申请人:北京工商大学