CN102153199B

CN102153199B - 一种高盐废水短程脱氮生物处理方法

Info

Publication number: CN102153199B
Application number: CN 201110028711
Authority: CN
Inventors: 崔有为; 丁洁然; 彭永臻
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing Zhonghan Huide Environmental Technology Co., Ltd.
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: CN102153199A

Abstract

本发明公开了一套能够快速构建并维持高盐废水短程脱氮生物处理的装置及方法。装置以SBR生物反应器作为主体，按照间歇的方式运行。高盐废水短程脱氮生物处理的方法是将采集的河海口底泥接种在该装置内，以含盐量为2.8-3.3％的生活污水作为原水连续运行20-40周期后，能够快速构建起嗜盐短程脱氮生物处理体系。构建的嗜盐短程脱氮系统能够对含盐量为2-10％高盐废水稳定高效地处理。实现在不脱盐、不进行盐度稀释的情况下进行高盐废水生物脱氮处理。克服淡水微生物盐度驯化方法启动周期长、不稳定等严重制约工程应用的问题。同时，由于实现了稳定的短程脱氮，进一步减少处理成本，在保证出水水质安全与稳定的前提下，提高处理效率，节省运行能耗和费用。

Description

一种高盐废水短程脱氮生物处理方法

技术领域

本发明属于污水处理、环境保护技术领域，具体涉及一套高盐废水短程脱氮生物处理系统快速构建并稳定维持的技术及装置，尤其是一套直接利用入海河口底泥在实际污水处理工艺中快速高效地构建高盐废水短程脱氮生物系统并实现高盐废水短程脱氮的技术及装置。

背景技术

含盐废水广泛地产生于化工、制药、制革、采油、食品、渔业、海产品加工、海运以及海水代用等众多的工业实践过程中。这些废水大部分的盐度在2%-10%范围内，被称为高盐废水（盐度大于2%）。在世界范围内，高盐废水总量占全球废水总量的5%。而且随着高盐废水产生途径和产量日益增多，高盐废水水量仍以2%的年增长速率增长。成功处理这些废水的案例很少，大量不符合排放标准的高盐废水排放后会污染地表、土壤、沿海海域甚至是地下水，引发包括盐度污染在内的各种环境问题和生态问题。由于高盐工业废水普遍含有较高浓度的氨氮（大部分高盐废水氨氮浓度在0.1-5g·L^-1），造成沿海和河口地区频繁发生富营养化。另一方面，废水脱氮一直都是污水处理的瓶颈。因此，如何有效、经济地实现高盐废水脱氮成为亟待解决的科学和工程难点问题。

目前，含盐废水的处理主要有物理化学和生物法两类方法。研究报道的物理化学方法主要有蒸发、混凝、离子交换、电渗析和反渗透技术。这些物理化学方法的优点是在去除有机污染物的同时，可以通过工艺组合实现含盐废水的脱盐。但是，物理化学方法存在着高投资和高处理成本的弊端。为了减少高盐废水的处理成本，现在很多研究都在尝试通过驯化淡水微生物的方式实现含盐废水的生物处理。但是，这种基于淡水微生物盐度驯化处理高盐废水的方式存在很多弊端：①传统的脱氮活性污泥通过盐度驯化后最大的耐受盐度不超过1-2%。在高盐环境（盐度大于2%）下，经盐度驯化的淡水活性污泥受到严重抑制，脱氮效率低下甚至完全停止；②淡水微生物对盐度具有暂时性的适应性。这意味着盐度变化会导致驯化污泥耐盐能力的迅速消失，对处理系统产生严重的干扰；③启动时间较长。淡水活性污泥适应含盐环境往往需要进行超过50天的盐度驯化，而且盐度越高需要的驯化时间越长；④处理效率不高。经过驯化的淡水微生物对污染物呈现中度的降解能力，因此处理效率不高，出水水质也很难达标。现有的研究证明采用驯化淡水活性污泥在不脱盐、不进行盐度稀释的情况下进行高盐废水生物处理是不可行的。因此，高盐废水生物脱氮需要另辟蹊径。

嗜盐微生物是一类可以生活在高盐环境内的极端微生物，广泛地生长在自然界中的高盐环境内。根据这些微生物最优的盐度生存范围（1-30%），嗜盐微生物分为耐盐菌、轻度嗜盐菌、中度嗜盐菌和极端嗜盐菌。这些微生物在长期的进化过程中形成了独特的在高渗环境中生存的能力，具有极为特殊的生理结构和代谢机制。嗜盐微生物通常是通过代谢作用适应其所处生境而得以存活并发挥作用，其细胞膜、细胞壁结构性成分和功能性成分的稳定性、反应动力学、酶系的性质、代谢途径、及信息传递、蛋白质核酸成分及构象等方面为了适应高盐环境而具有的特异性。这些耐盐机制保证了嗜盐微生物可以在高盐环境内进行新陈代谢和生长。因此，利用嗜盐微生物并工程化将为实现高盐废水生物处理提供解决方案。

短程硝化反硝化脱氮工艺也称为亚硝酸型生物脱氮工艺，其基本原理就是将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，阻止亚硝酸盐的进一步氧化，然后直接利用亚硝酸盐进行反硝化。短程硝化的优势体现在减少能耗，提高反硝化速率，减少反应器容积，节省基建投资等等。为此，如果在高盐废水生物脱氮过程中通过工艺控制实现短程脱氮，将进一步减少高盐废水处理成本，节省基建投资。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高盐废水短程脱氮生物处理的装置及方法。实现在不脱盐、不进行盐度稀释的情况下进行高盐废水生物脱氮处理。同时进一步减少处理成本，克服淡水微生物盐度驯化方法启动周期长、不稳定等严重制约工程应用的问题。在保证出水水质安全与稳定的前提下，提高处理效率，节省运行能耗和费用。

本发明所采取的技术方案是：

一种高盐废水短程脱氮生物处理的装置，包括SBR反应器4、配水箱1、甲醛储备池12，其中的配水箱1中设有提升泵2，并通过进水管3与SBR反应器4连接，甲醛储备池12中设有蠕动泵13，并通过甲醛输送管线14与SBR反应器4连接，曝气泵8依次连接曝气管路9、转子流量计10和曝气头11，其中曝气头11伸入到SBR反应器4内部的底部，SBR反应器4内部还设有加热控温装置19和搅拌叶轮16，其中搅拌叶轮16与SBR反应器4外部的搅拌器15连接，在SBR反应器4的一侧设有排水阀6，在SBR反应器4的底部配置有放空阀7，提升泵2、蠕动泵13、曝气泵8和搅拌器15均分别通过连接线18与定时器17控制。

利用上述的装置进行高盐废水短程脱氮生物处理的方法，主要包括以下步骤：

步骤1，将污泥接种在SBR反应器4内，保证SBR反应器4内挥发性固体浓度在1000mg/L以上；

步骤2，对接种后污泥进行淘洗，去除底泥中大部分砂石，直至固体浓度低于5000mg/L 以下为止；沉淀30-60min直至污泥全部沉淀，泥水界面稳定，打开排水阀6，排出上清液。具体方法是：将接种河底泥的SBR反应器4内的注满清水。开启搅拌器15，调整转速足够大实现泥水混合物均匀地混合。搅拌2-10分钟后，立即停止搅拌，沉淀2-4分钟，然后打开放空阀7排除泥水混合物。当排放的泥水混合物达到总容积的1/4-1/3时，关闭放空阀7。重复上述操作程序，对底泥进行第二次清洗。直至固体浓度低于5000mg/L以下为止。

步骤3，在配水箱1中加入实际生活污水，并投加粗盐配置成盐度为2.8%-3.3%废水，作为反应器的原进水；

步骤4，提升泵2将预先配置好盐度的生活污水从配水箱1中沿着进水管路3引至SBR反应器4中，提升泵2由定时器17控制，在定时器17所设定的时间内完成进水阶段；

步骤5，控制曝气泵8的定时器17开启，曝气泵8将压缩气体沿着曝气管路9传送至曝气头11，由曝气头11将气体分散成细小气泡，供气速率由转子流量计10控制，在定时器17设定的时间内完成好氧硝化反应阶段；

步骤6，控制蠕动泵13的定时器17打开，甲醛储备池12中的甲醛沿着甲醛输送管路14输送到SBR反应器4内，在设定时间完成后定时器17关闭；

步骤7，控制搅拌器15的定时器17开启，带动搅拌叶轮16搅拌混匀泥水混合物，在设定的时间内完成反硝化反应阶段；

步骤8，定时器17关闭，搅拌器15停止搅拌，在设定的时间内完成沉淀；在设定的沉淀时间到达后，根据泥水液面高度，打开位于活性污泥界面之上的排水阀6，排干上清液。

在上述方法中所使用的污泥为取自靠近入海口200-1000米内的河底泥，河水盐度在一般在0.2-3%。河道底泥选取的地段特征要求靠近居住区或者居民活动区。选取底泥质地细腻，颜色发黑。选取时间宜在夏秋季，避免枯水期。

在上述方法的步骤5中通过控制加热控温装置19使反应温度保持在22-24℃。

在上述方法的步骤7中的反硝化反应的时间控制为4-6h。

在上述方法的步骤8中，关闭搅拌器15后，沉淀30-60min。

在上述方法中，首先将步骤4至步骤8重复2-5次，并在其中的步骤5中，调整转子流量计10将SBR反应器4内的溶解氧浓度控制在3-5mg/L，连续曝气时间24-48h；然后再将步骤4至步骤8重复20-40次，并在其中的步骤5中，将连续曝气时间设为4-6h。

本发明具有以下优点：

（1）实现高盐废水的生物脱氮处理，在不进行盐度稀释和脱盐的情况下仍能实现稳定高效的生物处理效果；

（2）对自然界中存在的嗜盐菌群进行利用，并采取措施实现工程化，技术耗费成本低；

（3）优化进水盐度，温度，反应时间等主要参数实现了微生物快速富集，生物系统构建时间短；

（4）实现稳定地高盐废水短程脱氮，进一步节省处理成本和能耗；

（5）构建的生物处理系统可处理盐度范围在2-10%的高盐废水，在应对盐度冲击时，处理效果稳定。

本发明的有益效果体现为：

1、实现了短程硝化，降低25%的氧耗量，从而降低了污水处理成本。由于接种的河底泥在上述反应条件下经过一定时间能够保证稳定的短程硝化，因此能够进一步降低处理成本。

2、提高了硝化和反硝化速率，减少了反应器的体积。短程硝化的实现缩短了硝化反应时间，提高了硝化速率。此外，实现以亚硝酸盐作为电子受体的反硝化，进一步提高反硝化速率。提高的反应速率可以将反应器容积缩小30-40%。反应速度的提高，降低了基建投资和运行成本。

3、本发明构建高盐废水生物系统所需要的时间短，能够快速实现稳定高效地高盐废水生物处理，减少启动时间。此外，启动程序简单便于操作和工程化。

4、处理效果稳定，出水水质安全。由于富集培养的河口底泥为嗜盐菌群，可以适应广泛地的盐度范围。其和淡水盐度驯化微生物相比具有抗冲击能力强，处理效果稳定等优点。保证了出水水质的环境安全性。

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1：一种高盐废水短程脱氮生物处理装置结构示意图；

图1中，1-配水箱；2-提升泵；3-进水管；4-SBR反应器；5-支架；6-排水阀；7-放空阀；8-曝气泵；9-曝气管路；10-转子流量计；11-曝气头；12-甲醛储备池；13-蠕动泵；14-甲醛输送管线；15-搅拌器；16-搅拌叶轮；17-定时器；18-连接线；19-加热控温装置。

图2：在启动和稳定期间SBR反应器4进水氨氮浓度、硝化反应结束后氨氮浓度和氨氮去除率；

图3：在启动和稳定期间SBR反应器4在硝化反应结束后的亚硝酸氮浓度、硝酸氮浓度和亚硝酸积累率。

具体实施方式

实施例1

利用上述的装置进行高盐废水短程脱氮生物处理的方法，主要包括以下实施步骤：

步骤1，在秋季取河北省秦皇岛市内某入海口河段污泥接种在SBR反应器4内，保证SBR反应器4内挥发性固体浓度1000mg/L。取泥段距入海口500米，河水盐度0.5%；

步骤2，对接种后污泥进行淘洗，去除底泥中大部分砂石，直至固体浓度在4000mg/L；沉淀40min直至污泥全部沉淀，泥水界面稳定，打开排水阀6，排出上清液。具体方法是：将接种河底泥的SBR反应器4内的注满清水。开启搅拌器15，调整转速足够大实现泥水混合物均匀地混合。搅拌5分钟后，立即停止搅拌，沉淀2分钟，然后打开放空阀7排除泥水混合物。当排放的泥水混合物达到总容积的1/4时，关闭放空阀7。重复上述操作程序，对底泥进行第二次清洗。如此反复进行三次清洗，最后使固体浓度4000mg/L为止。

步骤3，在配水箱1中加入来自生活小区内的实际生活污水，并投加粗盐配置成盐度为2.8%-3.3%废水，作为反应器的原进水。该生活污水中COD浓度200-260mg/L，氨氮浓度40-50mg/L；

步骤4，提升泵2将预先配置好盐度的生活污水从配水箱1中沿着进水管路3引至SBR反应器4中，提升泵2由定时器17控制，在定时器17所设定的4分钟内完成进水阶段；

步骤5，控制曝气泵8的定时器17开启，曝气泵8将压缩气体沿着曝气管路9传送至曝气头11，由曝气头11将气体分散成细小气泡，供气速率由转子流量计10控制，将SBR反应器4内的溶解氧浓度控制在3-5mg/L，在定时器17设定的24小时曝气时间内完成好氧硝化反应阶段；

步骤6，控制蠕动泵13的定时器17打开，甲醛储备池12中的甲醛沿着甲醛输送管路14输送到SBR反应器4内，在设定2分钟内完成后定时器17关闭；

步骤7，控制搅拌器15的定时器17开启，带动搅拌叶轮16搅拌混匀泥水混合物，在设定的5小时内完成反硝化反应阶段；

步骤8，定时器17关闭，搅拌器15停止搅拌，在设定的40分钟内完成沉淀；打开位于活性污泥界面之上的排水阀6，排干上清液。

在上述方法的步骤5中通过控制加热控温装置19使反应温度保持在22℃。

将上述的步骤4-8重复操作4次后，将上述步骤5中所述的曝气时间改为5小时，重复步骤4-8运行35次。

按照上述步骤在该装置内运行稳定后氨氮去除率100%，硝化反应阶段亚硝酸积累率99%，总氮去除率100%。在培养阶段和稳定阶段的运行数据见图2：在启动和稳定期间SBR反应器4进水氨氮浓度、硝化反应结束后氨氮浓度和氨氮去除率；图3：在启动和稳定期间SBR反应器4在硝化反应结束后的亚硝酸氮浓度、硝酸氮浓度和亚硝酸积累率。

Claims

1.一种利用高盐废水短程脱氮生物处理的装置进行高盐废水短程脱氮生物处理的方法，其特征在于，

所述装置包括，SBR反应器（4）、配水箱（1）、甲醛储备池（12），其特征在于，所述的配水箱（1）中设有提升泵（2），并通过进水管（3）与SBR反应器（4）连接，甲醛储备池（12）中设有蠕动泵（13），并通过甲醛输送管线（14）与SBR反应器（4）连接，曝气泵（8）依次连接曝气管路（9）、转子流量计（10）和曝气头（11），其中曝气头（11）伸入到SBR反应器（4）内部的底部，SBR反应器（4）内部还设有加热控温装置（19）和搅拌叶轮（16），其中搅拌叶轮（16）与SBR反应器（4）外部的搅拌器（15）连接，在SBR反应器（4）的一侧设有排水阀（6），在SBR反应器（4）的底部配置有放空阀（7），提升泵（2）、蠕动泵（13）、曝气泵（8）和搅拌器（15）均分别通过连接线（18）与定时器（17）控制；

所述方法包括以下步骤：

步骤1，将污泥接种在SBR反应器（4）内，保证SBR反应器（4）内挥发性固体浓度在1000mg/L以上；

步骤2，对接种后污泥进行淘洗，直至固体浓度低于5000mg/L以下为止；沉淀30—60min直至污泥全部沉淀，泥水界面稳定，打开排水阀（6），排出上清液；

步骤3，在配水箱（1）中加入实际生活污水，并投加粗盐配置成盐度为2.8%—3.3%的废水，作为反应器的原进水；

步骤4，提升泵（2）将预先配置好盐度的生活污水从配水箱（1）中沿着进水管路（3）引至SBR反应器（4）中，提升泵（2）由定时器（17）控制，在定时器（17）所设定的时间内完成进水阶段；

步骤5，控制曝气泵（8）的定时器（17）开启，曝气泵（8）将压缩气体沿着曝气管路（9）传送至曝气头（11），由曝气头（11）将气体分散成细小气泡，供气速率由转子流量计（10）控制，在定时器（17）设定的时间内完成好氧硝化反应阶段；

步骤6，控制蠕动泵（13）的定时器（17）打开，甲醛储备池（12）中的甲醛沿着甲醛输送管路（14）输送到SBR反应器（4）内，在设定时间完成后定时器（17）关闭；

步骤7，控制搅拌器（15）的定时器（17）开启，带动搅拌叶轮（16）搅拌混匀泥水混合物，在设定的时间内完成反硝化反应阶段；

步骤8，定时器（17）关闭，搅拌器（15）停止搅拌，在设定的时间内完成沉淀；在设定的沉淀时间到达后，根据泥水液面高度，打开位于活性污泥界面之上的排水阀（6），排干上清液；

步骤1中所述污泥为取自靠近入海口200-1000米内的河底泥，河水盐度为0.2-3%。

2.根据权利要求1所述的高盐废水短程脱氮生物处理的方法，其特征在于，在步骤5中通过控制加热控温装置（19）使反应温度保持在22—24℃。

3.根据权利要求1所述的高盐废水短程脱氮生物处理的方法，其特征在于，步骤7中的反硝化反应的时间控制为4—6h。

4.根据权利要求1所述的高盐废水短程脱氮生物处理的方法，其特征在于，在步骤8中，关闭搅拌器（15）后，沉淀30—60min。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的高盐废水短程脱氮生物处理的方法，其特征在于，首先将步骤4至步骤8重复2—5次，并在其中的步骤5中，调整转子流量计（10）将SBR反应器（4）内的溶解氧浓度控制在3—5mg/L，连续曝气时间24—48h；然后再将步骤4至步骤8重复20—40次，并在其中的步骤5中，将连续曝气时间设为4—6h。