CN101602547A - 一种强化难降解有机废水生物处理的方法 - Google Patents
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Abstract
一种强化难降解有机废水生物处理的方法，属于环境工程水处理技术领域。其特征是将难降解有机废水A/O生物处理工艺中产生的剩余污泥进行溶胞处理，溶胞混合液直接返回至厌氧反应器或固液分离后上清液返回至厌氧生物反应器，残渣作他用。本发明效果和益处是有效地解决了难降解有机废水生物处理中外源人工合成氧化还原介体随出水流失而造成的二次污染，可大幅度减少微生物外源营养物质，为该类废水提供了一种经济高效、剩余污泥零排放的强化生物处理技术，在染料、炸药、农药及医药等废水的处理中具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，涉及一种强化难降解有机废水生物处理的方法。
背景技术
随着工农业的发展，产生了大量的有毒难降解有机物，如卤代、含偶氮及硝基芳香化合物等等。这些化合物被广泛应用于人们生产和生活中并经过多种途径进入自然环境，呈现长期残留性和高毒性等特点。其中的某些物质具有致畸或致癌作用，可在食物链中生物聚积，严重威胁到人类的生命安全。
含有毒难降解有机物废水的处理有物理、化学和生物法及这些方法的组合。由于生物法具有操作简单、运行成本低，无二次污染的优点，因此是上述废水的首选处理技术。生物处理法可分为好氧法、厌氧法和厌氧-好氧法。其中，厌氧-好氧工艺(A/O)是处理这类废水的最有效方法。这些难降解有机物经水解等厌氧生物处理往往可提高其后续好氧生化性。但厌氧微生物代谢速率慢，尤其对一些顽固性有机污染物，而且该过程需要外源电子供体，增加了处理成本。因此，厌氧处理通常是上述难降解有机物完全生物降解的瓶颈。
已有研究表明，一些人工合成的醌类化合物(如2，6-二磺酸蒽醌，AQDS)作为氧化还原介体可加速电子在电子供体与受体之间的传递，从而大幅度提高污染物的生物转化效率。在适宜电子供体存在下，AQDS可被生物还原为氢醌(限速步骤)，后者作为电子供体可无选择性地还原许多化合物，如卤代及含氮芳香化合物等，并完成AQDS的再生。这种生物-化学组合机理在混合难降解有机物处理中具有独特的优势，尤其是该反应可在胞外进行，对于难以进入细胞内的高极性或结构复杂的有毒难降解有机物，可大幅度提高其生物降解速率。但AQDS等人工合成介体在水处理体系的弊端是这些含醌类化合物昂贵，难以降解，并会随出水而流失，需不断投加，从而造成二次污染。
另外，在难降解有机废水A/O生物处理中会不断产生剩余污泥。通常，污泥处理投资可占整个污水处理投资的25％-65％，传统的污泥处理费用约占污水处理总运行费用的20％-50％。这严重制约了污泥合理处理与利用。目前，污泥溶解技术包括物理法、化学法、生物法及其联用技术，如热水解、超声波、臭氧、酸、碱以及酶解技术等。污泥溶解液已用于产甲烷、产氢以及提高污水脱氮除磷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种强化难降解有机废水生物处理的方法，本方法针对难降解有机废水A/O生物处理中的诸多弊端，提供一种经济高效、剩余污泥零排放的强化难降解有机废水生物处理的方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
将难降解有机废水A/O生物处理工艺中产生的剩余污泥进行溶胞处理，溶胞混合液返回至厌氧反应器或经简单固液分离后残渣作为吸附材料等进一步利用。其原理是经过优化溶胞处理的污泥，释放出大量小分子有机物、挥发性脂肪酸等可作为难降解有机物厌氧生物处理的适宜电子供体；释放的N、P、氨基酸以及维生素可补充或代替微生物的生长因子；活性污泥中含有丰富的以泛醌和甲基萘醌为主的微生物醌类物质，其生物催化性能优良，是理想的氧化还原介体；优化溶胞后的残渣脱水性增强、稳定程度较高，可作为吸附材料等进一步利用，或作为促絮凝物质返回至厌氧反应器；污泥裂解液中的难降解有机物经上述A/O生物处理可得以较彻底降解。
其具体步骤如下：
步骤1.建立难降解有机废水A/O生物处理工艺
进水组成为难降解有机物、易降解有机物、(NH4)2SO4、Na2HPO4、KH2PO4、CaCl2、MgSO4和FeCl3，pH值为6-9。
厌氧和好氧生物反应器中的接种微生物为活性污泥或活性污泥中加入0.1-50％(w/w)难降解有机物降解菌，接种微生物在反应器中浓度为1-30g/L。
污泥驯化以间歇方式进行。每当进水COD去除率达85％以上时，再逐步加大进水中难降解有机物浓度，进入下一轮驯化，直至驯化完成。
污泥驯化完成后，反应器开始连续运行。根据进水COD去除状况，调整基质负荷和水力停留时间，以加速反应器的启动和稳定运行。
反应器整个期间，温度保持在10-40℃，厌氧生物反应器中溶解氧控制在0-0.5mg/L，好氧生物反应器中溶解氧控制在0.5-6mg/L。
步骤2.剩余污泥溶胞处理
将上述厌氧和好氧生物反应器产生的剩余污泥泵入溶胞反应器中，污泥浓度为1-100g/L。采用酶解法、嗜热菌溶解法、高压匀桨法、高速珠磨法、超声破碎法、微波破碎法、冻融法、热水解法、臭氧氧化法、碱解法、酸解法、自溶法中的一种或几种组合，对剩余污泥进行溶胞处理。
步骤3.溶胞混合液返回至厌氧反应器
剩余污泥经上述优化溶胞处理后，溶胞混合液直接泵入上述A/O工艺中厌氧生物反应器，按1-80％(v/v)与进水混合或对溶胞混合液进行固液分离后，上清液泵入厌氧生物反应器，按1-80％(v/v)与进水混合，残渣作他用。
本发明的效果和益处是生物基氧化还原介体可以有效地解决人工合成氧化还原介体随出水流失而造成的二次污染。在厌氧反应器中加入剩余污泥溶胞混合液，可大幅度减少微生物外源营养物质，经济高效，操作简便。剩余污泥溶胞强化工艺为难降解有机废水处理以及剩余污泥处理和利用提供了一条崭新途径，可大幅度提高水中偶氮染料、硝基芳烃或多氯有机物等难降解有机物的厌氧生物转化速率，从而提高难降解有机废水的整个生物处理效率。
附图说明
附图是本发明的工艺流程图。图中虚线为可选择路线。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
实施例1：剩余污泥溶胞混合液强化偶氮染料废水生物处理
[1]建立偶氮染料废水A/O生物处理工艺
进水为偶氮染料模拟废水，其组成为表1所列偶氮染料200mg/L、葡萄糖500mg/L、(NH4)2SO4、Na2HPO4、KH2PO4、微量CaCl2、MgSO4、FeCl3，COD∶N∶P＝100∶5∶1，pH值为7.0。
厌氧和好氧生物反应器中的接种微生物为活性污泥，接种微生物在反应器中浓度均为5g/L。
污泥驯化以间歇方式进行。将原进水稀释4倍作为初始进水，每当进水COD去除率达85％以上时，再逐步加大进水中偶氮染料浓度，进入下一轮驯化，直至驯化完成。
污泥驯化完成后，反应器开始连续运行。根据进水COD去除状况，调整基质负荷和水力停留时间，以加速反应器的启动和稳定运行。
反应器整个期间，温度保持在30±1℃，厌氧生物反应器中溶解氧控制在0.5mg/L以下，好氧生物反应器中溶解氧＞2mg/L。
[2]剩余污泥溶胞处理
将上述厌氧和好氧生物反应器产生的剩余污泥泵入溶胞反应器中，污泥浓度为20g/L。采用超声预处理+热解法对剩余污泥进行溶胞处理。
超声条件如下：功率50W/g污泥；频率25kHz；作用时间15min。
热解条件如下：温度控制在60±1℃；溶解氧＞1mg/L；作用时间48h。
[3]溶胞混合液返回至厌氧反应器
剩余污泥经上述优化溶胞处理后，溶胞混合液直接泵入上述厌氧生物反应器中，按10％(v/v)与进水混合。
进水组成为偶氮染料200mg/L、葡萄糖100mg/L，pH值为7.0。
反应器运行期间，温度保持在30±1℃，厌氧生物反应器中溶解氧控制在0.5mg/L以下，好氧生物反应器中溶解氧＞2mg/L。厌氧生物反应器水力停留时间为24h；好氧生物反应器水力停留时间为36h。
表1所用偶氮染料
实施例2：剩余污泥溶胞混合液强化三硝基甲苯(TNT)废水生物处理
[1]建立TNT废水A/O生物处理工艺
进水为TNT模拟废水，其组成为TNT 80mg/L、葡萄糖300mg/L、(NH4)2SO4、Na2HPO4、KH2PO4、微量CaCl2、MgSO4、FeCl3，COD∶N∶P＝100∶5∶1，pH值为7.0。
厌氧和好氧生物反应器中的接种微生物为活性污泥，接种微生物在反应器中浓度均为5g/L。
污泥驯化以间歇方式进行。将原进水稀释3倍作为初始进水，每当进水COD去除率达85％以上时，再逐步加大进水中TNT浓度，进入下一轮驯化，直至驯化完成。
污泥驯化完成后，反应器开始连续运行。根据进水COD去除状况，调整基质负荷和水力停留时间，以加速反应器的启动和稳定运行。
反应器整个期间，温度保持在30±1℃，厌氧生物反应器中溶解氧控制在0.5mg/L以下，好氧生物反应器中溶解氧＞2mg/L。
[2]剩余污泥溶胞处理
按实施例1进行剩余污泥溶胞处理。
[3]溶胞混合液返回至厌氧反应器
剩余污泥经上述优化溶胞处理后，溶胞混合液直接泵入上述厌氧生物反应器中，按8％(v/v)与进水混合。
进水组成为TNT 80mg/L、葡萄糖60mg/L，pH值为7.0。
反应器运行期间，温度保持在30±1℃，厌氧生物反应器中溶解氧控制在0.5mg/L以下，好氧生物反应器中溶解氧＞2mg/L。厌氧生物反应器水力停留时间为36h；好氧生物反应器水力停留时间为36h。
实施例3：剩余污泥溶胞混合液强化五氯酚废水生物处理
[1]建立五氯酚废水A/O生物处理工艺
进水为五氯酚模拟废水，其组成为五氯酚50mg/L、葡萄糖300mg/L、(NH4)2SO4、Na2HPO4、KH2PO4、微量CaCl2、MgSO4、FeCl3，COD∶N∶P＝100∶5∶1，pH值为7.0。
厌氧和好氧生物反应器中的接种微生物为活性污泥，接种微生物在反应器中浓度均为5g/L。
污泥驯化以间歇方式进行。将原进水稀释3倍作为初始进水，每当进水COD去除率达85％以上时，再逐步加大进水中五氯酚浓度，进入下一轮驯化，直至驯化完成。
污泥驯化完成后，反应器开始连续运行。根据进水COD去除状况，调整基质负荷和水力停留时间，以加速反应器的启动和稳定运行。
反应器整个期间，温度保持在30±1℃，厌氧生物反应器中溶解氧控制在0.5mg/L以下，好氧生物反应器中溶解氧＞2mg/L。
[2]剩余污泥溶胞处理
将上述厌氧和好氧生物反应器产生的剩余污泥泵入溶胞反应器中，污泥浓度为20g/L。采用嗜热菌溶解法对剩余污泥进行溶胞处理。
处理条件如下：
嗜热菌∶剩余污泥＝1∶12(w/w)；
反应器温度控制在60±1℃；溶解氧＞1mg/L；作用时间60h。
[3]溶胞混合液返回至厌氧反应器
剩余污泥经上述优化溶胞处理后，溶胞混合液直接泵入上述厌氧生物反应器中，按8％(v/v)与进水混合。
进水组成为五氯酚50mg/L、葡萄糖50mg/L，pH值为7.0。
反应器运行期间，温度保持在30±1℃，厌氧生物反应器中溶解氧控制在0.5mg/L以下，好氧生物反应器中溶解氧＞2mg/L。厌氧生物反应器水力停留时间为48h；好氧生物反应器水力停留时间为36h。
Claims (1)
1、一种强化难降解有机废水生物处理的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)建立难降解有机废水A/O生物处理工艺；
(2)剩余污泥溶胞处理：将上述厌氧和好氧生物反应器产生的剩余污泥泵入溶胞反应器中，污泥浓度为1-100g/L；采用酶解法、嗜热菌溶解法、高压匀桨法、高速珠磨法、超声破碎法、微波破碎法、冻融法、热水解法、臭氧氧化法、碱解法、酸解法、自溶法中的一种或几种组合，对剩余污泥进行溶胞处理；
(3)溶胞混合液返回至厌氧反应器：将步骤(2)得到的溶胞混合液直接泵入上述A/O工艺中厌氧生物反应器，按1-80％(v/v)与进水混合或对溶胞混合液进行固液分离后，上清液泵入厌氧生物反应器，按1-80％(v/v)与进水混合，残渣作他用。
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