CN101941758A - 聚氨酯固定硝化细菌处理电厂含氮废水的方法 - Google Patents

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徐贞贞
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Abstract

本发明公开了一种聚氨酯固定硝化细菌处理电厂含氮废水的方法，包括以下步骤：(1)从运行1年以上的脱氮污水处理系统中分离筛选高效优势硝化菌，对其进行驯化并扩大培养；(2)采用包埋、吸附法结合的固定化技术将硝化菌固定在软性聚氨酯泡沫填料上投加到流化床反应器中，投加体积为反应器有效体积的25-35％，菌体投加量为1g湿菌种/150mL填料；(3)反应器运行初期采用间歇培养方式，进水为生活污水并投加营养物质，控制C∶N∶P的质量比为100∶15-20∶1，间歇运行10d后，至水中聚乙烯醇溶出较少时(表现为液面上泡沫较少或基本没有)污水处理系统开始正式运行，进行污水脱氮处理。采用本发明的方法提高了污水脱氮处理效率。

Description

聚氨酯固定硝化细菌处理电厂含氮废水的方法
技术领域
本发明涉及一种含氮废水的处理方法，特别涉及一种聚氨酯固定硝化细菌处理电厂含氮废水的方法。
背景技术
在我国一次能源构成和消费中，煤炭所占的比例高达70％，其中燃煤电厂又是我国耗煤和二氧化硫及氮氧化物排放的大户，因此控制燃煤电厂排放的二氧化硫及氮氧化物，是目前我国大气污染控制领域的任务之一。到2007年底，全国已有约50％的火电机组安装了烟气脱硫装置，并有许多燃煤电厂安装了脱硝设备，以减少烟气中氮氧化物(NOx)和硫化物(SOx)的排放，但这些脱氮、脱硫装置都会产生含氮废水。同时随着现代工业的不断发展、化肥的普遍应用以及大量生活污水的排放，废水中氮污染日益严重。最突出的危害是使水体富营养化，溶解氧降低，从而引起水质恶化以至湖泊退化，增加给水处理的困难，严重时造成水体黑臭。近年来沿海频繁发生的赤潮，云南滇池、无锡太湖等蓝藻大规模爆发等事件都与水体氮素含量过高有着密切的关系。而最近的研究表明，含氮有机污染物经氯化消毒处理后，还可以生成毒性更大的亚硝胺类物质。因此，有效降低废水中氮素等营养物浓度，已成为现代废水处理技术的一项重要课题，生物脱氮也正发挥着重要的作用。
传统的生物脱氮理论是含氮有机物在生物处理过程中被异养型氨化菌氧化分解，转化为氨氮；然后由自养型硝化细菌将其转化为硝酸氮，最后再由反硝化细菌将其还原转化成氮气，从水中逸出，完成脱氮目的。目前使用最常见的方法为普通活性污泥法，又称传统活性污泥法，是活性污泥废水生物处理系统的传统方式。系统由曝气池、二次沉淀池和污泥回流管线和设备三部分组成。有机污染物在曝气池内降解，经历了第一阶段的吸附和第二阶段代谢过程，活性污泥也经历一个从池端的对数增长，经减速增长到池末端的内源呼吸期的完全生长周期。
普通活性污泥法在系统运行一段时间后进入稳定期，此时去除效能基本稳定，且随着反应时间的延长，去除效率增加缓慢，从而使污水脱氮处理效率降低。
发明内容
本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种提高污水脱氮处理效率的聚氨酯固定化硝化细菌处理电厂含氮废水的方法。
为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种聚氨酯固定硝化细菌处理电厂含氮废水的方法，包括以下步骤：
一种聚氨酯固定化硝化细菌处理电厂含氮废水的方法，包括以下步骤：
(1)制备聚氨酯固定化硝化细菌
采用包埋、吸附法结合的固定化技术将硝化细菌固定在软性聚氨酯泡沫载体上，制成聚氨酯固定化硝化细菌并将其投加到流化床反应器中，投加体积为反应器有效体积的25-35％，菌体用量为1g湿菌种/150mL载体；
(2)反应器运行初期采用间歇培养方式，进水为生活污水并投加营养物质，控制C∶N∶P的质量比为100∶15-20∶1，间歇运行10d，至水中聚乙烯醇溶出较少时，污水处理系统开始正式运行，进行污水脱氮处理。
所述步骤(1)中，从脱氮污水处理系统的好氧活性污泥中共筛选出了9株高活力的硝化细菌，其中6株属于硝化杆菌属，3株属于硝化球菌属。
所述制备聚氨酯固定化硝化细菌的步骤包括：
(2.1)硝化细菌体培养
将混合菌株接种于装有1000mL普通硝化培养基培养液的三角瓶中培养，在30℃、r.p.m为110的条件下培养5-6d，经过两次转接培养后，以5-15％接种量接种于含10-15％已消毒生活污水的普通硝化培养基培养液中，在30℃、r.p.m为110的条件下培养5-6d，然后以5-15％接种量接种于100L发酵罐中，在30℃、pH值为7.0-8.5、转速125转/分、溶氧1∶1的条件下活化培养使之达到对数生长期，悬浮液浓度OD585为1.0，取出已培养好的菌种培养液以5000转/分离心20min，弃去上清液，将沉淀物用磷酸缓冲液清洗两遍，生理食盐水清洗三遍，再离心5-10min，转速5000转/分，弃去上清液，即得到湿硝化菌体；磷酸缓冲液是pH值为7.5、浓度为0.2mol/L的磷酸氢二钠溶液或磷酸二氢钠溶液；
(2.2)硝化菌悬浮液的配制
按照软性聚氨酯泡沫载体的量及聚乙烯醇的体积，给湿硝化菌体中加蒸馏水配制成硝化细菌悬浮液；
(2.3)聚氨酯固定化硝化菌的制备过程
向16wt％的聚乙烯醇中添加0.016g/L的海藻酸钠，在100℃水浴中溶解后冷却至25-30℃，在25-30℃再加入与聚乙烯醇等体积的硝化菌悬浮液，搅拌均匀后倒入软性聚氨酯泡沫载体中进行吸附，混合液体与载体的体积比为1∶3，菌体投加量为1g湿菌重/150mL填料，所述混合液体指海藻酸钠与聚乙烯醇及硝化菌悬浮液的混合液，1-2h后，加入饱和硼酸溶液进行交联，8-11h搅拌一次，共搅拌三次，24h后用生理食盐水冲洗三次，再用自来水冲洗三次，即得到固定化硝化细菌，所述饱和硼酸溶液为硼酸中添加了0.016g/L的CaCl2溶液，调节饱和硼酸溶液的pH值为6.7。
所述的软性聚氨酯泡沫的外形为球形，直径为0.5-1cm。
所述饱和硼酸溶液的pH值通过加入Na2CO3进行调节。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明从污水处理应用的活性污泥中筛选出了9株高活力的硝化细菌，采用固定化技术把该高硝化活力的混合硝化菌固定到软性聚氨酯泡沫载体上用于流化床反应器，提高了曝气池中微生物的活性、稳定性和数量，可以使高硝化活性的固定化硝化细菌更有效地去除电厂污水中的含氮污染物，从而提高污水脱氮处理效率。本发明采用的软性聚氨酯的亲水性能好，更适合作为生物载体用于污水处理中；采用球形聚氨酯载体作为固定化载体，硝化细菌的固定效果好；本发明采用包埋、吸附法结合的固定化技术将硝化细菌固定在软性聚氨酯泡沫载体上，所制得的固定化小球的使用寿命长，菌体不易流失，处理效能高。
附图说明
图1为本发明实施例固定化硝化菌制备方法流程图；
图2为NH4+-N去除效能曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
一种聚氨酯固定硝化细菌处理电厂含氮废水的方法，包括以下步骤：
(1)购买硝化细菌菌株
菌名：硝化杆菌属(Nitrobacter)，硝化球菌属(Nitrococcus)；9株高效优势硝化菌菌种购买于哈尔滨工业大学水质与环境工程设计研究所，编号分别为：B1、B2、B3、B4、B5、B6、BC1、BC2、BC3。其中B1-B6为6株硝化杆菌，BC1-BC3为3株硝化球菌。
(2)制备聚氨酯固定化硝化细菌
采用包埋、吸附法结合的固定化技术将硝化菌固定在软性聚氨酯泡沫填料上投加到流化床反应器中，投加体积为反应器有效体积的25-35％，优选为反应器有效体积的30％，菌体投加量为1g湿菌种/150mL填料；
(2.1)硝化菌体培养
将混合菌株接种于装有1000mL普通硝化培养基培养液的三角瓶中培养，在30℃、r.p.m为110的条件下培养5-6d，经过两次转接培养后，以5-15％接种量接种于含10-15％已消毒生活污水的普通硝化培养基培养液中，在30℃、r.p.m为110的条件下培养5-6d，然后以5-15％接种量接种于100L发酵罐中，在30℃、pH值为7.0-8.5、转速125转/分、溶氧1∶1的条件下活化培养使之达到对数生长期，悬浮液浓度OD585为1.0，取出已培养好的菌种培养液以5000转/分离心20min，弃去上清液，将沉淀物用磷酸缓冲液清洗两遍，生理食盐水清洗三遍，再离心5-10min，转速5000转/分，弃去上清液，即得到湿硝化菌体；磷酸缓冲液是pH值为7.5、浓度为0.2mol/L的磷酸二氢钠溶液；
(2.2)硝化菌悬浮液的配制
按照软性聚氨酯泡沫载体的量及聚乙烯醇的体积，给湿硝化菌体中加蒸馏水配制成硝化菌悬浮液；
(2.3)固定化硝化菌载体的制作过程
参见图1，向16wt％的聚乙烯醇中添加0.016g/L的海藻酸钠，在100℃水浴中溶解后冷却至25-30℃，在25-30℃再加入与聚乙烯醇等体积的硝化菌悬浮液，搅拌均匀后倒入软性聚氨酯泡沫载体中进行吸附，混合液体与载体的体积比为1∶3，所述混合液体指海藻酸钠与聚乙烯醇及硝化菌悬浮液的混合液，菌体投加量为1g湿菌种/150mL填料，1-2h后，加入饱和硼酸溶液进行交联，8-11h搅拌一次，共搅拌三次，24h后用生理食盐水冲洗三次，再用自来水冲洗三次，即得到固定化硝化细菌，所述饱和硼酸溶液为硼酸中添加了0.016g/L的CaCl2溶液，调节饱和硼酸溶液的pH值为6.7。
上述软性聚氨酯泡沫的外形优选为圆形，这个更有利于固定硝化细菌。
(3)反应器运行初期采用间歇培养方式，进水为生活污水并投加营养物质，控制C∶N∶P的质量比为100∶15-20∶1，间歇运行10d后，至水中聚乙烯醇溶出较少时(表现为液面上泡沫较少或基本没有)污水处理系统开始正式运行，进行污水脱氮处理。
本发明的固定化高效硝化菌具有较强的去除污水中含氮污染物的能力。系统对氨氮的去除首先经历快速降解期，随后进入稳定期，在中温环境条件下(25℃)，普通活性污泥法出水NH4+-N为13.17mg/L，系统去除率为81.7％，而采用本发明的固定化技术把高效硝化菌固定到软性聚氨酯泡沫填料上用于流化床反应器，系统出水NH4+-N为2.17mg/L，去除率为97％，比普通活性污泥法提高了15个百分点。实验结果如图2所示，普通活性污泥法在系统运行5h后进入稳定期，此时去除效能基本稳定在20mg/L左右，且随着反应时间的延长，去除效率增加缓慢，而固定化高效硝化菌用于含氮污水处理，可以看出在2h以后系统出水NH4+-N即在20mg/L以下，且随着时间的延长，去除率进一步降低，进入稳定期后，NH4+-N浓度仍然进一步降低。可见通过驯化并放大硝化菌群的数量，用于流化床反应器可以有效的保证污水出水NH4+-N达到污水一级A排放标准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种聚氨酯固定化硝化细菌处理电厂含氮废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备聚氨酯固定化硝化细菌
采用包埋、吸附法结合的固定化技术将硝化细菌固定在软性聚氨酯泡沫载体上，制成聚氨酯固定化硝化细菌并将其投加到流化床反应器中，投加体积为反应器有效体积的25-35％，菌体用量为1g湿菌种/150mL载体；
(2)反应器运行初期采用间歇培养方式，进水为生活污水并投加营养物质，控制C∶N∶P的质量比为100∶15-20∶1，间歇运行10d，至水中聚乙烯醇溶出较少时，污水处理系统开始正式运行，进行污水脱氮处理。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯固定硝化细菌处理电厂含氮废水的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，从脱氮污水处理系统的好氧活性污泥中共筛选出了9株高活力的硝化细菌，其中6株属于硝化杆菌属，3株属于硝化球菌属。
3.根据权利要求1或2所述的聚氨酯固定化硝化细菌处理电厂含氮废水的方法，其特征在于，
所述制备聚氨酯固定化硝化细菌的步骤包括：
(2.1)硝化细菌体培养
将混合菌株接种于装有1000mL普通硝化培养基培养液的三角瓶中培养，在30℃、r.p.m为110的条件下培养5-6d，经过两次转接培养后，以5-15％接种量接种于含10-15％已消毒生活污水的普通硝化培养基培养液中，在30℃、r.p.m为110的条件下培养5-6d，然后以5-15％接种量接种于100L发酵罐中，在30℃、pH值为7.0-8.5、转速125转/分、溶氧1∶1的条件下活化培养使之达到对数生长期，悬浮液浓度OD585为1.0，取出已培养好的菌种培养液以5000转/分离心20min，弃去上清液，将沉淀物用磷酸缓冲液清洗两遍，生理食盐水清洗三遍，再离心5-10min，转速5000转/分，弃去上清液，即得到湿硝化菌体；磷酸缓冲液是pH值为7.5、浓度为0.2mol/L的磷酸氢二钠溶液或磷酸二氢钠溶液；
(2.2)硝化菌悬浮液的配制
按照软性聚氨酯泡沫载体的量及聚乙烯醇的体积，给湿硝化菌体中加蒸馏水配制成硝化细菌悬浮液；
(2.3)聚氨酯固定化硝化菌的制备过程
向16wt％的聚乙烯醇中添加0.016g/L的海藻酸钠，在100℃水浴中溶解后冷却至25-30℃，在25-30℃再加入与聚乙烯醇等体积的硝化菌悬浮液，搅拌均匀后倒入软性聚氨酯泡沫载体中进行吸附，混合液体与载体的体积比为1∶3，菌体投加量为1g湿菌种/150mL填料，所述混合液体指海藻酸钠与聚乙烯醇及硝化菌悬浮液的混合液，1-2h后，加入饱和硼酸溶液进行交联，8-11h搅拌一次，共搅拌三次，24h后用生理食盐水冲洗三次，再用自来水冲洗三次，即得到固定化硝化细菌，所述饱和硼酸溶液为硼酸中添加了0.016g/L的CaCl2溶液，调节饱和硼酸溶液的pH值为6.7。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯固定化硝化细菌处理电厂含氮废水的方法，其特征在于，所述的软性聚氨酯泡沫的外形为球形，直径为0.5-1cm。
5.根据权利要求4所述的聚氨酯固定硝化细菌处理电厂含氮废水的方法，其特征在于，所述饱和硼酸溶液的pH值通过加入Na2CO3进行调节。
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