一种SBR法废水处理装置及其处理方法与流程

一种sbr法废水处理装置及其处理方法
技术领域
1.本发明属于有机废水生物处理技术领域，尤其涉及一种sbr法废水处理装置及其处理方 法。


背景技术：

2.十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate，sds)是一种有毒有害的化学物质，易溶于水， 被广泛应用于制药、石油、造纸、采矿、纺织、皮革和印染等日常生活和工业生产中，同时 也是农业杀虫剂的重要成分之一。研究表明sds浓度较低时不会对环境造成危害，但高浓度 时就会造成不同程度的危害。例如过量的sds进入自然水体，会危及水体中鱼类、双壳类软 体动物等的生长与繁殖，抑制水体中有益藻类等水生植物的生长和光合能力。随着生产与生 活中大量sds的使用，随之带来一系列生态环境问题，未经处理的高浓度sds废水直接排 放到自然环境中，可导致sds在环境中不断累积，甚至通过水循环在地表水和土壤之间转移， 进而污染地下水。
3.目前处理废水中sds的常用方法可分为物理法(吸附法、电离辐射法等)，化学法(催 化法、氧化法等)，但在实际的sds污水处理时，物理法、化学法处理成本较高，易产生二 次污染且难以实现对高浓度sds污水的达标处理。因此研发成本低、无二次污染且对高浓度 sds废水去除率高的方法具有重要意义。
4.生物强化处理作为一种环保、低成本、实施效果好的废水处理方法，在治理sds污染方 面优势明显，目前已成为sds废水处理的主要研究方向。但由于sds本身具有一定的生物 毒性，可生化性较差，普通的生物强化处理效果不理想。近年来，针对sds等表面活性剂采 用投加高效降解菌的方法进行生物强化处理的研究越来越多。但是目前筛选的sds降解微生 物大多都是单一菌株，单菌的耐受性差、易被污染，对sds废水的处理能力有限，降解速率 慢，难以运用于实际的sds废水处理。在实际sds废水环境中，与单一sds降解菌相比， 多种菌种组成的微生物联合体则保留了sds降解微生物原有的种群结构和多样性特征，所包 含的不同细菌物种间具有协同作用，对高浓度sds废水有更强的耐受性，处理效果更好。
5.序批式活性污泥法(sequencing batch reactor,sbr)工艺，利用附着生长在活性污泥表 面的降解微生物进行废水处理，具有运行稳定、污泥产量小以及经济节能等优点。然而由于 sds具有生物毒性，可生化性较差，在传统的sbr工艺中，sds不仅难以被生物处理系统中 原有的微生物群体降解，有时还会影响系统对其他有机物的去除效果，使处理效率降低，因 此传统sbr工艺针对sds等具有生物毒性的表面活性剂，仅可用于处理中低浓度废水(sds 初始浓度小于1000mg/l)，并存在降解时间长、污泥沉降性能差、sds降解不彻底等不足， 暂未见sbr工艺应用于高浓度sds废水的处理实例。
6.基于上述背景提出本发明专利，目前缺乏一种改进传统的sbr工艺，实现微生物降解 sds并排除sds对其他有机物的干扰。


技术实现要素：

7.本发明克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种sbr法废水处理装置及其处理 方法。
8.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
9.一种sbr法废水处理装置，包括原水箱、蠕动泵、改进型sbr装置，所述原水箱通过 蠕动泵与改进型sbr装置相连；所述废水处理装置还包括微生物添加系统，所述微生物添加 系统包括循环泵和微生物菌剂添加装置，所述改进型sbr装置通过循环泵与微生物菌剂添加 装置相连，微生物菌剂添加装置再连通回改进型sbr装置。
10.本发明的改进型sbr装置在常规sbr法废水处理装置的基础上，增设了微生物菌剂添 加装置。通过微生物菌剂添加装置，投加一定量的高效降解菌剂，增强了废水处理系统中可 降解sds的微生物数量及活性，缩短了系统中微生物驯化时间，使系统快速启动运行，达到 高效稳定的去除效果，提高了系统降解sds的速率和去除效率，增强了系统耐高浓度sds 废水冲击负荷的能力，较好的改善了出水水质。
11.优选的，所述改进型sbr装置内部设有搅拌桨、曝气头，外部设有搅拌器、鼓风机、气 体流量计，所述搅拌器控制搅拌桨，所述鼓风机经过气体流量计与曝气头连接。
12.优选的，所述改进型sbr装置设有进水口、排泥阀、排水阀、回流阀及多个检测口，所述进 水口与蠕动泵相连，所述回流阀与循环泵相连；
13.所述改进型sbr装置为圆柱形，所述多个检测口间距为改进型sbr装置高度的60％-80％。 圆柱形sbr装置无棱角，表面光滑，稳定性好，不易变形，便于清洁，成本较低。
14.优选的，所述sbr法高浓度废水处理装置用于处理高浓度十二烷基硫酸钠(sds)废水， 所述高浓度十二烷基硫酸钠废水最高浓度为3000mg/l。
15.在同一个技术构思下，本发明还提供一种sbr法废水处理装置的处理方法，包括以下步 骤：
16.(1)在改进型sbr装置中接种好氧活性污泥，启动改进型sbr装置，原水箱中的废水 原料输入改进型sbr装置，随着改进型sbr装置启动，提升废水原料浓度；
17.(2)改进型sbr装置运行一周后，当废水原料进水量达到装置有效容积的20％时，停 止进水；废水原料经微生物菌剂添加装置中，与其中的微生物菌剂混合，进入改进型sbr装 置内；
18.(3)采用序批式方式启动并运行改进型sbr装置，周期反应结束，废水原料沉淀后排 水，且控制污泥沉降比在15-30％之间，则改进型sbr装置进入下一周期；
19.(4)进一步提升废水原料浓度，重复步骤(2)、(3)，进行sbr法废水处理。
20.优选的，步骤(1)中所述启动改进型sbr装置时，向原水箱的废水原料中添加碳源， 随着改进型sbr装置降解率的提高，逐渐减少碳源用量，直至不添加碳源。微生物对化学结 构简单、分子量小的碳源利用率较高。在处理有机废水污染时，添加额外小分子碳源如葡萄 糖、甲醇、乙酸钠等，有利于微生物的生长和发育。
21.优选的，所述碳源为乙酸钠和/或葡萄糖。更优选的，所述碳源为乙酸钠，乙酸钠浓度为 50mg/l。添加葡萄糖与乙酸钠对于菌株降解有机物都能起到良好的促进作用，与葡萄糖相比 乙酸钠价格较低，是焦化废水实际处理中常用的碳源，因此本专利优选乙酸钠做为碳源。
22.优选的，步骤(1)中所述启动改进型sbr装置时，原水箱中的废水原料浓度为100mg/l； 随着改进型sbr装置降解率提高至85％以上，逐渐将废水原料浓度提升至1000mg/l；步骤 (4)中所述进一步提升废水原料浓度为从1000mg/l逐步提升至3000mg/l。
23.启动过程中采用较低浓度的废水原料，增加有机负荷，实现好氧活性污泥的增殖，随着 改进型sbr装置启动运行，逐渐升高废水原料浓度，实现高浓度废水原料的高效处理和排放。
24.优选的，步骤(2)中所述微生物菌剂为灭菌活性炭吸附微生物联合体的混合液，所述微 生物联合体包括帕拉佰克霍尔德菌paraburkholderia，保藏编号cctcc m 2022396。更优选 的，所述微生物联合体包括帕拉佰克霍尔德菌paraburkholderia和sds由通用引物筛选出的 复合菌系sds1。将复合菌系sds1与帕拉佰克霍尔德菌按照7:3的比例混合，在温度30℃， ph 7，盐度0.05％，装液量50％，接种量2％，摇床转速180r
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min-1
，外加氮源为硝酸钠+ 氯化铵，sds初始浓度1600mg/l的条件下，48h后微生物联合体h3对sds的降解率为90.1％。
25.优选的，步骤(1)、(2)、(3)中所述改进型sbr装置启动及运行期间，分别测定多个 检测口的出水sds、cod、tn、nh
3-n浓度，并实时监测反应系统的温度、ph值和do浓 度。更优选的，改进型sbr装置启动及运行期间，定期观察污泥形状、原后生动物种类，判 断曝气量是否充足。
26.优选的，步骤(3)中所述采用序批式方式启动并运行改进型sbr装置，运行周期为24h， 其中进水0.5h、曝气22h、沉淀1h、换水排泥0.5h；每天排水一次，排水量1000-1500ml， 每天排泥一次，排泥量200-300ml。
27.优选的，步骤(3)中所述采用序批式方式启动并运行改进型sbr装置，改进型sbr装 置运行期间，添加含硅油的消泡剂；当停止进水时，投加微生物菌剂，投加量为2％(体积比)
28.添加以硅油为基础成分的高效消泡剂，防止因泡沫膨胀而引起sbr生化系统崩溃。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
30.(1)本发明，在传统sbr工艺基础上进行改进，增设微生物菌剂添加装置，添加的sds 微生物菌剂，进入改进型sbr装置微生物反应区后，加速好氧活性污泥的增殖。好氧污泥培 养成熟后，在改进型sbr反应体系中，24小时内对浓度为3000mg/l的sds降解率达到91.1％。 相比不投加微生物菌剂的传统活性污泥体系，本发明中好氧活性污泥耐受浓度更高(耐受能 力是传统活性污泥体系的3倍左右)，降解速率更快(是传统活性污泥体系的2倍左右)。
31.(2)本发明，不仅对高浓度sds具有较好的降解能力，而且对含sds的洗涤废水具有 良好的脱氮除碳效果。在改进型sbr反应体系中，24h后对cod、tn、nh
3-n的去除率分 别达到89.5％、75.3％、91.9％。
32.(3)本发明，通过对传统sbr工艺进行改进，将微生物菌剂应用于高浓度sds的快速 去除，采用本发明所述方法可快速降解高浓度sds废水，在含高浓度sds洗涤废水的实际 处理中有较好的应用前景。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术 描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实 施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。
34.图1是实施例1sbr法废水处理装置的结构示意图；
35.图2是实施例1好氧活性污泥驯化稳定期污泥中观察到的原生动物；
36.图3是实施例1sds高效降解菌d2在lb选择培养基上的生长形态；
37.图4是实施例1改进型sbr装置处理sds初始浓度3000mg/l的降解率；
38.图5是实施例1投加微生物菌剂前后改进型sbr装置中活性污泥微生物优势类群分类；
39.图6是实施例1改进型sbr装置处理sds初始浓度3000mg/l条件下cod、tn、nh3-n 的去除率；
40.图中：1、原水箱；2、蠕动泵；3、进水口；4、搅拌器；5、改进型sbr装置；6、搅拌 桨；7、第一检测口；8、第二检测口；9、排泥阀；10、排水阀；11、回流阀；12、循环泵； 13、微生物菌剂添加装置；14、鼓风机；15、气体流量计；16、曝气头。
具体实施方式
41.为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致 地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
42.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本 文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
43.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购 买得到或者可通过现有方法制备得到。
44.实施例1：
45.本实施例的sbr法废水处理装置：
46.如图1，一种sbr法废水处理装置，包括原水箱1、蠕动泵2、改进型sbr装置5，原 水箱1通过蠕动泵2与改进型sbr装置5相连；微生物添加系统包括循环泵12和微生物菌 剂添加装置13，改进型sbr装置5通过循环泵12与微生物菌剂添加装置13相连，微生物菌 剂添加装置13再连通回改进型sbr装置5。
47.改进型sbr装置5内部设有搅拌桨6、曝气头16，外部设有搅拌器4、鼓风机14、气体 流量计15，搅拌器4控制搅拌桨6，鼓风机14经过气体流量计15与曝气头16连接。
48.改进型sbr装置5设有进水口3、排泥阀9、排水阀10、回流阀11及第一检测口7、第 二检测口8，进水口3与蠕动泵2相连，回流阀11与循环泵12相连。
49.改进型sbr装置5为圆柱形，第一检测口7、第二检测口8间距为80mm。改进型sbr 装置5内径为200mm，高580mm，制作材料为有机玻璃，有效容积为20l；原水箱1有效 容积100l，进水口3、回流阀11、第一检测口7、第二检测口8、排水阀10和排泥阀9内径 均为20mm。
50.sbr法废水处理装置组装完成后，首先将活性污泥接种于改进型sbr装置5内；原水箱 1中的废水，利用蠕动泵2通过装置顶端进水口3进入改进型sbr装置5；与此同时，鼓风 机14将空气经过气体流量计15、曝气头16鼓入改进型sbr装置5，为微生物生长发育提供 充
足的溶解氧；回流的污泥通过回流阀11经循环泵12与微生物菌剂添加装置13相连，高效 降解微生物菌剂进入改进型sbr装置5内；反应周期结束后，原污水处理后的水体从排水阀 10流出，剩余污泥从排泥阀9排出。
51.本实施例的sbr法废水处理方法：
52.向改进型sbr装置加入浓度为100mg/l的sds模拟废水，并添加浓度为50mg/l的乙 酸钠作为辅助碳源，采用序批式方式启动sbr反应系统。反应器启动后，通过不同高度的取 样口定期观测污泥性状、原后生动物种类，判断曝气量是否充足，测定出水sds浓度，分析 反应器运行状况，从而进行相应调整。反应器运行一周后，随着系统sds降解率的不断提高， 逐渐减少乙酸钠投加量，直至以sds为唯一碳源；将模拟废水进水的sds浓度由100mg/l 逐步提升至1000mg/l，增加有机负荷，实现好氧活性污泥的增殖。改进型sbr装置启动期 间，运行周期为24h，进水0.5h、曝气22h、沉淀1h、换水排泥0.5h，记录沉降比，每天 排水一次，排水量1000-1500ml，每天排泥一次，排泥量200-300ml。
53.结果表明，随着反应体系sds处理能力的提升，好氧活性污泥逐步成熟。
54.如图2所示为污泥驯化期间通过显微镜观察到的原生动物，在污泥驯化初期，观察到小 口钟虫(v.microstoma)(图2a)，是一种腐生型原生动物，可在高污染物负荷等极端环境条件 下生存，小口钟虫的大量繁殖标志着水环境条件恶劣，这正与sds废水的生物毒性吻合。随 着好氧活性污泥不断驯化，原生动物群落主要类群也随之发生变化。在污泥驯化中期，通过 图2b可观察到旋口虫(spirostomum)、图2c可观察到楯纤虫(aspidisca)，旋口虫和楯纤虫 大量出现预示着水中溶解氧含量较高，污泥沉降性能较好，标志着系统中污染物负荷从高水 平逐渐趋向正常水平。当好氧活性污泥培养成熟时，通过图2d可观察到轮虫(rotaria)，作 为一种营浮游类原生的动物，轮虫的大量出现标志着出水污染物负荷低、水质良好，证明好 氧活性污泥驯化成熟。
55.高效降解sds微生物菌剂的制备：
56.本技术提到的sds高效降解菌d2分类命名为帕拉佰克霍尔德菌d2(para burkholderiatropica d2)，保藏编号cctcc m 2022396，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地 址：湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内，保藏时间2022年04月08日。
57.(1)sds复合菌系的筛选
58.将采集的泥水样品ns1取50ml于灭菌的100ml摇瓶中，添加sds使其浓度为100 mg
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l-1
后再活化，活化后接种于初始浓度为100mg
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l-1
的sds无机盐培养基中。以sds 作为唯一碳源，接菌量为2％，培养温度为30℃，摇床转速为180r
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min-1进行梯度驯化培 养，培养48h后测定摇瓶中sds的含量，筛选到复合菌系sds1。以上每个实验均设置3次 重复，以不接种菌液的sds无机盐培养基作为空白对照。经过梯度驯化后，复合菌系sds1 对sds的降解率达到89.5％，对比驯化前虽然降解率下降了5.0％，但是对sds的降解能力 从100mg
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提高到1600mg
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，表明梯度驯化有效地提高了复合菌系sds1对sds的 降解能力。
59.(2)sds高效降解菌的分离纯化、驯化、稳定性测定
60.取sds降解复合菌系sds1的10-4
、10-5
、10-6
梯度稀释液，均匀涂布于sds无机盐培养 基，30℃恒温培养48h，待培养皿中长菌后，挑取单个菌落进行平板划线，挑取画线后的菌 进行纯化培养，然后接种到lb培养至对数期，再转接至sds无机盐培养基。不断提高sds 驯
nh3-n浓度为1840ppm。
73.如图6所示，添加微生物菌剂的改进型sbr装置在24h内，对浓度高达3000mg/l的模 拟废水cod、tn、nh3-n的去除率分别达到89.5％、75.3％、91.9％。
74.本实施例说明接种sds微生物菌剂的成熟好氧活性污泥在改进型sbr装置中，可在短 时间内快速高效的降解含高浓度sds的废水，并具有良好的脱氮除碳效果。