CN101259977A - 利用微生物脱总氮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及城市污水，高浓度氮工业废水的利用微生物脱总氮的方法，废水依次经过厌氧池、好氧池、和二沉池进行二段生化处理，其特征在于：废水在进入厌氧池之前经过多功能池，所述多功能池内同时设置有曝气管和搅拌装置。当所处理废水的B/C＜0.3时，多功能池采用搅拌方式运行；所处理废水的B/C≥0.3时，多功能池采用曝气方式运行。好氧池的出水进入二沉池之前还经过一个兼氧池。本发明工艺流程简洁，适用于不同性质的来水，降低了建造成本，提高了处理能力，同时也能起到节能降耗的作用。后段设置兼氧池对整个系统进行反消化脱总氮，脱总氮效果明显优于现有的A/O工艺。
Description
技术领域
本发明属于利用微生物处理废水技术领域，特别涉及城市污水，高浓度氮工业废水的利用微生物脱总氮的方法。
背景技术
目前氮元素是造成湖泊内海等封闭性水域富营养化的主要元素之一。它会引起藻类的过渡增殖，造成水体的富营养化现象，大量藻类死亡会耗去水中的氧，而一些藻类蛋白质毒素可富集在生物体内，并通过食物链使人中毒。各国对废水中含氮物质的排放都有较严格的限制。并且随着工农业生产的不断发展，氮所产生的水体污染越来越严重。污水排放标准的不断收紧是目前世界各国普遍的发展趋势，以控制富营养化为目的的氮、磷脱除已成为各国主要的奋斗目标。目前发达国家如美国、法国、日本等，均对处理出水中总氮有排放要求，而我国目前还只是对氨氮有排放要求。
《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)是目前最新的标准，较《污水综合排放标准》的系统性、完整性、可操作性均有较大程度的提高。该标准分四级标准，在实际工作中主要执行一级B标准，提出了总氮的要求，对氨氮和磷的要求作了调整。可以预见的是今后对总氮排放的要求会逐渐得到国家的重视，其排放标准会同发达国家趋于近似。
如图1所示，经典的A/O脱氮工艺在布局上按先后顺序设置了缺氧池、好氧池和沉淀池，缺氧池进行缺氧反硝化反应，好氧池进行好氧硝化反应，其中好氧池出水通过硝化液回流管道回流到缺氧池中为反硝化提供NO3 -或NO2 -。但是作为布局上设置在后的好氧池，其出水中的NO3 -或NO2 -是不可能完全彻底的回流到前端缺氧池的，这样整个系统的出水在正常情况下肯定含有一定浓度的NO3 -或NO2 -；而当系统前端的缺氧池中反硝化不正常时，出水中的NO3 -或NO2 -将肯定是相当高的。另外不管在上述的哪一种情况下，在布局上紧随好氧池其后的沉淀池中的沉泥也必然带有大量的NO3 -或NO2 -，当排泥时也会间接的造成NO3 -或NO2 -对环境的污染。
无疑，由于本身的工艺布局设置局限和反硝化运行时控制不利等非正常情况将导致经典的A/O脱氮工艺应付日趋严格的排放标准显得力不从心。
发明内容
本发明要解决的技术问题是处理高浓度氮废水或其他废水采用A/O工艺时，其出水总氮无法得到有效控制的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：利用微生物脱总氮的方法，废水依次经过厌氧池、好氧池、和二沉池进行二段生化处理，其特征在于：废水在进入厌氧池之前经过多功能池，所述多功能池内同时设置有曝气管和搅拌装置。
当所处理废水的B/C＜0.3时，多功能池采用搅拌方式运行；所处理废水的B/C≥0.3时，多功能池采用曝气方式运行。
好氧池的出水进入二沉池之前还经过一个兼氧池。
当好氧池出水T-N超过20mg/L，所述兼氧池内添加外加炭源，外加碳源流量中的COD与兼氧反应池进水的T-N的比例在3-6之间。
所述多功能池、厌氧池、好氧池中添加有微生物菌群和微生物载体。
所述多功能池、厌氧池、好氧池和兼氧池中添加有微生物菌群和微生物载体。
本发明所述的技术方案为半开放式，可以在工艺流程中增加不发生生化反应的工艺步骤和设备，如沉淀池、气浮池等。
多功能池主要是承担废水预处理，由于其构造内设置了曝气和搅拌装置，可根据废水情况选择不同的运转方式，上文中B指的是BOD生化需氧量，BOD是指好氧微生物以水中有机物为营养源，在增长繁殖，呼吸过程中所消耗的氧量，同时也包括了如硫化物、亚铁等还原性无机物质氧化所耗用氧量，但这一部分仅占很小比例。通常以在25℃5日内所消耗的溶解氧量(mg/L)为标准，记为BOD5，其检测方法是稀释与接种法，见GB 7488-87。C的指的是COD化学需氧量，COD是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要的是有机物。作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重，其检测方法是重铬酸盐法，见GB11914-89。B/C即为BOD/COD，其检测方法是检测出BOD和COD后，两值相比。当废水中B/C＜0.3时，COD一般在4500mg/L以上，废水中含有大分子量有机物、多环烃类有机化合物、对微生物有毒的有机物、难于被反硝化微生物利用的有机物如硝基苯、苯胺等，此时启用搅拌装置，多功能池采用微量搅拌的运行方式对废水进行厌氧预处理，主要除去部分COD和BOD，降解污水中一部分有害物质，使废水中大分子的有机物和非溶解性有机物发生酸化水解反应，同时提高污水的可生化性，给下段处理创造良好条件。当废水B/C≥0.3时，废水中挥发酚一般在1200mg/L以上或者氰化物≥60mg/L，此时启用曝气装置，多功能池采取曝气运行方式，去除COD和大量有机物以及对后端生化过程产生不利影响的化学物质如挥发酚、硫氰酸盐等。多功能池后设置了初沉池，初沉池的污泥回流至多功能池首部，使得多功能池和初沉池构成系统的前段部分，后面的前兼氧池、好氧池、后兼氧池、二沉池构成系统的后段部分。整个系统由前后两段污泥共同承担负荷，这样的设计提高了系统的运行效率和抗冲击风险系数。
厌氧池、好氧池即为经典的A/O脱氮工艺组合，厌氧池完成反硝化；好氧池完成硝化作用，并为厌氧池中的反硝化反应提供相应的NO3 -或NO2 -，其中好氧池出水口设置硝化液回流管道至厌氧池进水口。
好氧池出水中T-N的含义是总氮，即水中亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、无机铵盐、溶解态氨及大部分有机含氮化合物中氮的总和，其检测方法是：碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，见GB11894-89。兼氧池在整个系统中起到的作用就是对整个系统出水进行反硝化，确实有效的将由好氧池排水中的NO3 -或NO2 -反硝化为氮气，从而使得系统出水中的总氮含量能够稳定地保持非常低浓度。在兼氧池的进水处设置外加碳源投放管或是从厌氧池建超越管道至此，当好氧池出水T-N超过20mg/L，投放外加碳源，外加碳源流量中的COD与兼氧反应池进水的T-N的比例在3-6之间，使得反硝化反应能够有恰当多的电子供体保证反硝化反应顺利进行但又不会过量而使整个系统出水COD升高.
二沉池完成泥水分离，通过污泥回流管道根据需要将大部分污泥回流至厌氧池，根据需要和实际运行状况将富余污泥排放。
多功能池前还可以设置有气浮池，多功能池进水根据需要先经过气浮池预处理去除大量的石油类物质和悬浮物。
在全系统内添加的微生物菌群，可以采用商品名为HSBEMBM
的市售制剂，包含有以下来自47个属的105种微生物。
cetobacter aceti 醋酸醋杆菌
Acetobacter liquefaciens 液化醋杆菌
Acetobacter xylinum 木醋杆菌
Achromobacter xerosis 干燥无色菌
Aeromonans hydrophila 嗜水气单胞菌
Aeromonas media 中间气单胞菌
Aeromonans sobria 温和气单胞菌
Bacillus alvei 分支芽孢杆菌
Bacillus coagulans 凝结芽孢杆菌
Bacillus subtilis 枯草芽孢杆菌
Bacillus leutis 迟缓芽孢杆菌
Bacillus firmus 坚强芽孢杆菌
Bacillus mycoides 状芽孢杆菌
Bacillus megaterium 巨大芽孢杆菌
Bacillus alcalophilus 嗜碱芽孢杆菌
Bacillus cereus 蜡样芽孢杆菌
Bacillus licheniformis 地衣芽孢杆菌
Bacillus pumilus 短小芽孢杆菌
Bacillus spaericus 球形芽孢杆菌
Bacillus marinus 海洋芽孢杆菌
Alcaligenes denitrificans 反硝化亚种
Alcaligenes faecalis 粪产碱菌
Alcaligenes xylosoxydans 木糖氧化产碱菌
Brevibacterium acetylicum 乙炔短杆菌
Brevibacterium ammoniagenes 解氨短杆菌
Brevibacterium casei 乳酶短杆菌
Brevibacillus brevis 短短芽孢杆菌
Enterobacter cloacae 阴沟肠杆菌
Enterobacter aerogenes 产气肠杆菌
Enterobacter agglomerans 成团肠杆菌
Thiobacillus novellas
Thiobacillus thioparus
Thiobacillus denitrificans 反硝化硫杆菌
Thiobacillus thiooxidans 氧化硫杆菌
Thiorhodococcus minus 硫红球菌
Rhodopseudomonas palustris 沼泽红假单胞菌
Rhodopseudomonas acidphia 嗜酸红假单胞菌
Gluconobacter albidus 浅井氏葡糖杆菌
Gluconobacte oxydans 葡糖氧化杆菌
Lactobacillus fermentum 发酵乳杆菌
Lactobacillus plantarum 植物乳杆菌
Lactobacillus alimentarius 消化乳杆菌
Lactobacillus amylophillus 食淀粉乳杆菌
Lactobacillus ruminis 瘤胃乳杆菌
Lactobacillus bervis 短乳杆菌
Micrococcus leutus 藤黄微球菌
Micrococcus halobius 喜盐微球菌
Pseudomonas alcaligenes 产碱假单胞菌
Pseudomonas aureofaciens 致黄色假单胞菌
Pseudomonas chlororaphis 绿针假单胞菌
Pseudomonas nitroreducens 硝化假单胞菌
Pseudomonas riboflavina 核黄素假单胞菌..
Pseudomonas putina 恶臭假单胞菌..
Pseudomonas facilis 敏捷假单胞菌
paenibacillus gluconolyticus 解葡聚糖类芽孢杆菌
paenibacillus thiaminlyticus 解硫胶素类芽抱杆菌
Saccharomyces telluris
Beggiatoa alba
Nitrobacter winogradskyi 硝化杆菌
Nitrosomonas europaea 亚硝化单胞菌
Nitrosococcus nitrosus
Photobacterium angustum 狭小发光杆菌
Photobacterium phosphoreum 明亮发光杆菌
Photobacterium leiognathi 鳆发光杆菌
Haloferax denitrificans 反硝化盐富饶菌
Haloferax mediterranei 地中海盐富饶菌
Methanobacterium bryantii 布氏甲烷杆菌
Methanobacterium paluster 沼泽甲烷杆菌
Methanobacterium uliginosum 泥沼甲烷杆菌
Cellulomonas biazotes 双氮纤维单胞菌
Cellulomonas fimi 粪肥纤维单胞菌
Kurthia zopfii 佐氏库特氏菌
Thiosphaera pantotropha
Alcaligenes sp
Chlorobium limicola 泥生绿菌
Erythrobacter longus 长赤细菌
Erothromonas ursincola红单胞菌
Azomonas macrocytogenes 巨胞氮单胞菌
Xanthobacter flavus 黄黄色杆菌
Methylcoccus capsulatus 荚膜甲基球菌
Alteromonas denitrificans 反硝化交替单胞菌
Alteromonas nigrifaciens 产黑交替单胞菌
Telluria mxita 混合地神菌
Bacteroides cellulosovens 溶纤维素拟杆菌
Bacteroides stercoris 粪便拟杆菌
Ilyobacter ploytropus 多营养泥杆菌
Pseudobutyrivibrio ruminis 瘤胃假丁酸弧菌
Syntrophomonas wolfei 澳氏互营养单胞菌
Pimelobacter simplex 简单脂肪杆菌
Pimelobacter tumescens 肿胀脂肪杆菌
Brachybacterium faecium 粪短状杆菌
Jonesia denitrificans 反硝化琼斯氏菌
Rarobacter faecitabidus 渣腐稀有杆菌
Eubacterium formicigenerans 产甲酸真杆菌
Eubacterium nitritogenes 产亚硝酸真杆菌
Eubacterium xylanophilum 嗜聚木糖真杆菌
Exiguobacterium aurantiacum 金橙黄微小杆菌
Synteophobacter wolinii 沃氏互营养杆菌
本发明工艺流程简洁，前段采用多功能池对废水进行预处理，能够根据不同水质采用不同运行方式，这样就适用于不同性质的来水，降低了建造成本，提高了处理能力，同时也能起到节能降耗的作用。后段设置兼氧池对整个系统进行反消化脱总氮，脱总氮效果明显优于现有的A/O工艺。
经本发明处理后，焦化废水氨氮可以控制在15mg/L以下，COD可以控制在100mg/L以下，其他指标也可以达到国家一级排放标准。除焦化废水外，本发明所公开的利用微生物处理高浓度氮废水的方法，也适用于制药废水、发酵废水、食品企业废水等难降解的生产废水，还可以用于市政废水、生活污水的处理。本发明整个过程使用HSBEMBM微生物菌群，由于HSBEMBM微生物菌群的高效力使得处理成本明显低于传统活性污泥方法。
附图说明
图1为常规A/O水处理工艺示意图
图2为本发明实施例工艺流程示意图
注：图中：A：污水 B：污泥回流 C：硝化液回流
具体实施方式
以下实施例是本发明在某废水处理工程中所做的运行试验，该试验为封闭试验，非特定人群不能接触、了解试验过程。
如附图2所示，以多功能池、初沉池、厌氧池、好氧池、兼氧池、二沉池在空间上构成了六个主体单元，其中初沉池设置污泥回流管道至多功能池进水口，好氧池出水口设置硝化液回流管道至厌氧池进水口，二沉池设置污泥回流管道至厌氧池进水口。
实施例一：
高浓度硝基苯工业废水，流量为100m3/h，其COD＞5500mg/L，氨氮＞350mg/L，B/C＝0.27，进入系统前先经过多功能池前设置的气浮池，经气浮池预处理除去油和悬浮物及渣后进入多功能池中，在微量搅拌的情况下废水与多功能池中以活性炭为载体的HSBEMBM
微生物进行生化反应，降解污水中一部分有害物质，同时提高了污水的可生化性，给下段处理创造条件。为了满足多功能池生化反应的需要，为微生物提供营养物磷源，在多功能池内设置了磷盐投加管道。多功能池运行中：
P：4mg/l PH：7.5 水温：30℃
多功能池出水进入初沉池进行泥水分离，污泥回流到多功能池，污泥回流比例1∶1～1∶2，出水流到厌氧池。厌氧池中以进水中的有机物作为反硝化的碳源和能源，以硝化回流液中的硝态氮作为反硝化的氮源，在池中活性炭载体上的HSBEMBM
微生物作用下进行反硝化脱氮反应，使废水中的NH3-N、COD等污染物质得以部分去除和降解。
为了满足厌氧反应池和好氧反应池生化反应的需要，为微生物提供磷和适宜的水温，在好氧、厌氧池考虑了蒸汽加热设施，运行中应根据实际情况进行操作，厌氧池正常运行时可按以下参数进行操作：
溶解氧：＜0.5mg/l P：3-4mg/l
水温：30℃ PH：7～8
厌氧反应池出水流入好氧池由微生物降解废水中的有机物。为了满足生化要求，通过设置的微孔曝气器来增加好氧池废水中的溶解氧，为微生物提供氧和对混合液进行搅拌。另外还可根据情况需要投加纯碱(Na2CO3)及磷盐。纯碱按好氧池混合液流向分段投加，好氧反应池出水通过硝化液回流管回流至厌氧反应池，正常运转时好氧反应池可按以下参数进行操作：
溶解氧(DO)：2-4mg/l P：～3mg/l以上 PH：～7.5
碱度以(CaCO3)计：＞200mg/l MLSS：3g/l左右
适宜水温：25～30℃
为了保证生化处理的有害物质浓度控制在允许范围内，在好氧反应池的进水槽中加入稀释水，好氧反应池上设有消泡水管道，当好氧反应池中泡沫多时，应打开消泡水管道阀门进行消泡。
最后好氧池出水经过兼氧反应池进行反硝化处理，降低出水总氮，然后进入二沉池。
在兼氧反应池进水处设置甲醇投放管道控制流量为2.5～5L/h甲醇(浓度＞99％)。
二沉池完成泥水分离，通过污泥回流管道根据需要将大部分污泥回流至厌氧反应池，根据需要和实际运行状况将富余污泥排放。
如表1所示经本实施例处理后的出水水质为：COD＜150mg/L，T-N＜20mg/L，NH3-N＜3mg/L，污水处理效果明显好于常规A/O工艺。
表1
实施例二：
高浓度焦化废水，其COD约4500mg/L，氨氮约350mg/L，挥发酚约1800mg/L，总氰约70mg/L，进入系统前先经过多功能池前设置的气浮池，经过气浮器的预处理除去油和悬浮物及渣后，进入多功能反应池中，多功能池启用曝气装置，在曝气运行方式下废水与池中以活性炭为载体的HSBEMBM微生物进行生化反应，控制温度在15～40℃，pH值6.5～9.0，溶解氧0.6～3.2mg/L，污泥沉降比SV30为10％～25％，停留时间12～28小时，进水COD指标1500～3500mg/L，出水COD指标400～650mg/L，COD降解效率40％～75％，出水时各种对硝化和反硝化有影响的各种指标不超过50mg/L；从多功能反应池出来的废水再经初沉池，污泥回流至多功能反应池，污泥回流比例1∶1～1∶2，给下段处理创造条件。其他的实施方式同实施例一.
如表2所示经本发明处理后的出水水质为：COD＜150mg/L，T-N＜15mg/L，NH3-N＜3mg/L，效果明显好于用传统A/O工艺。
表2
Claims (6)
1、利用微生物脱总氮的方法，废水依次经过厌氧池、好氧池、和二沉池进行二段生化处理，其特征在于：废水在进入厌氧池之前经过多功能池，所述多功能池内同时设置有曝气管和搅拌装置。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当所处理废水的B/C＜0.3时，多功能池采用搅拌方式运行；所处理废水的B/C≥0.3时，多功能池采用曝气方式运行。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：好氧池的出水进入二沉池之前还经过一个兼氧池。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：当好氧池出水T-N超过20mg/L，所述兼氧池内添加外加碳源，外加碳源流量中的COD与兼氧反应池进水的T-N的比例在3-6之间。
5、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述多功能池、厌氧池、好氧池中添加有微生物菌群和微生物载体。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述多功能池、厌氧池、好氧池和兼氧池中添加有微生物菌群和微生物载体。
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