CN102249481A - 一种利用微生物处理煤化工废水总氮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用微生物处理煤化工废水总氮的方法，废水依次经过第一好氧池、第一沉淀池、兼氧池、第二好氧池和第二沉淀池进行二段生化处理，第一好氧池、兼氧池、第二好氧池中添加有微生物菌群和微生物载体，废水在进入第一好氧池前先经过Anammox池，该Anammox池中添加有厌氧氨氧化菌及载体活性炭，池内同时设置有曝气装置和搅拌装置。本发明工艺流程简洁，前段采用Anammox池，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。两级A/O与厌氧氨氧化脱总氮，脱总氮效果明显优于现有的A/O工艺。

Description

一种利用微生物处理煤化工废水总氮的方法
技术领域
本发明涉及生化环保领域，尤其是涉及一种利用微生物处理煤化工废水总氮的方法。 
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。2010年2月，环境保护部发布《炼焦工业污染物排放标准》(征求意见稿)，对炼焦企业废水排放增加了总氮考核指标，直接排放废水要求：总氮≤15mg/L；间接排放废水要求：总氮≤30mg/L。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：一种利用微生物处理煤化工废水总氮方法，废水依次经过第一好氧池、第一沉淀池、兼氧池、第二好氧池和第二沉淀池进行二段生化处理，第一好氧池、兼氧池、第二好氧池中添加有微生物菌群和微生物载体，其特征在于：废水在进入第一好氧池前先经过Anammox池，该Anammox池中添加有厌氧氨氧化菌及载体活性炭，池内同时设置有曝气装置和搅拌装置。 
进一步地，所述Anammox池的水温控制在25～35℃，pH控制在6～9，DO(溶解氧)＜0.5mg/l，MLVSS(有效污泥浓度)在3-6g/l。 
第一沉淀池的污泥回流至Anammox池，第二沉淀池的污泥回流至兼氧池，回流比为1∶1～2；第一好氧池的硝化液回流至Anammox池，第二好氧池的硝化液回流至兼氧池，回流比为1∶2～8。 
更进一步地：当所处理废水的B/C＜0.3时，Anammox池采用搅拌方式运行；所处理废水的B/C≥0.3时，Anammox池采用曝气方式运行。其中，B为BOD(生物耗氧量)，C为COD(化学耗氧量)。 
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。 
本发明在Anammox池后设置第一好氧池，第一好氧池将废水中氨氮转化为硝基氮，第一好氧池后设置第一沉淀池，第一沉淀池的污泥回流至Anammox池首部，同时第一好氧池出口设置硝化回流管至Anammox池首部，将第一好氧池中产生的硝基氮带至Anammox池，硝基氮在Anammox池中完成反硝化反应。同时带回的硝基氮与废水中的氨氮发生厌氧氨氧化反应，使硝基氮和氨氮直接反应完成脱氮。 
在厌氧或缺氧的条件下，以NH4 +-N为电子供体，NO2 --N为电子受体，把NH4 +-N、NO2 --N同时转化为N2，称之为厌氧氨氧化，厌氧氨氧化反应的特点是微生物在厌氧条件下，以NH4 +为电子供体，以NO2 -或NO3 -为电子受体，将氨氮和硝态氮变成氮气排入大气中，其主要反应如下： 
NH4 ++NO2 -→N2+2H2O           ΔG＝-358kJ/mol NH4 +
5NH4 ++3NO3 -→4N2+9H2O+2H+    ΔG＝-297kJ/mol NH4 +
上述两种厌氧氨氧化(Anammox)过程的ΔG＜0(G为能量)，说明反应可自发进行，厌氧氨氧化过程的是一个产能的反应，可以提供能量供微生物生长。而且NH4 +与NO2 -反应比NH4 +与NO3 -更容易进行。在缺氧条件下，氨氧化菌可以利用NH4 +作电子供体将NO2 -还原，NH2OH、NH2 NH2、NO和N2O等是重要的中间产物。厌氧氨氧化的途径目前推测有三种：(1)羟氨(NH2OH)和NO2 -生成N2O的反应，而N2O可以进一步转化为氮气，氨被氧化为羟氨；(2)氨和羟氨反应生成联氨(NH2 NH2)，联氨被转化为氮气并生成4个还原性[H]。 
在本发明这种Anammox/O1-A/O2工艺中，ANAMMOX单元处于最前端，进水中将有大量NH4 +存在，而另一种反应底物NO2 -将从第一好氧池通过硝化回流获得。 
如下的一些措施有利于使第一好氧池单元实现NO2 -的积累： 
1)第一好氧池中投加活性炭，能固定细胞，使亚硝化菌富集。 
2)pH：8.2～9.1 
3)DO：0.8-2.5mg/L。 
兼氧池、第二好氧池即为经典的A/O脱氮工艺组合，兼氧池完成反硝化；第二好氧池完成硝化作用，并为兼氧池中的反硝化反应提供相应的NO3 -或NO2 -，其中第二好氧池出水口设置硝化液回流管道至兼氧池进水口。Anammox池、第一好氧池和第一沉淀池构成系统的前段部分，后面的兼氧池、第二好氧池、和第二沉淀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。 
第二好氧池出水中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GB 11894-89。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Anammox池建超越管道至此，当第二好氧池出水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。 
沉淀池完成泥水分离，通过污泥回流管道根据需要将大部分污泥回流至Anammox池或兼氧池，根据需要和实际运行状况将富余污泥排放。 
Anammox池前还可以设置有气浮池，Anammox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。 
本发明工艺流程简洁，前段采用Anammox池，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。两级A/O与厌氧氨氧化脱总氮，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。 
如图2所示，以Anammox池、第一好氧池、第一沉淀池、厌氧池、第二好氧池、第二沉淀池在空间上构成了六个主体单元，其中第一沉淀池设置污泥回流管道至Anammox池进水口，第一好氧池出水口设置硝化液回流管道至Anammox池进水口，第二沉淀池设置污泥回流管道至兼氧池进水口，第二好氧池出水口设置硝化液回流管道至兼氧池进水口。 
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，进入系统前先经过气浮池，经气浮池预处理除去油和悬浮物及渣后进入Anammox池中，在微量搅拌的情况下废水与Anammox池中以活性炭为载体的厌氧氨氧化菌进行生化反应，降解污水中一部分有害物质，提高了污水的可生化性，同时进行反硝化反应和厌氧氨 氧化反应脱氮。为了满足Anammox池生化反应的需要，为微生物提供营养物磷源，在Anammox池内设置了磷盐投加管道。Anammox池运行中： 
P：4mg/l   PH：7.5    水温：30℃ 
Anammox池出水进入第一好氧池进行硝化反应，第一好氧池出水进入第一沉淀池进行泥水分离，污泥回流到Anammox池，污泥回流比例1∶1～1∶2，出水流到兼氧池。兼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 微生物作用下进行反硝化脱氮反应，使废水中的NH3-N、COD等污染物质得以大部分去除和降解。 
为了满足Anammox池和第一好氧池生化反应的需要，为微生物提供磷和适宜的水温，在Anammox池和第一好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，Anammox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 
Anammox池出水流入第一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第一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。纯碱按第一好氧池混合液流向分段投加，第一好氧池出水通过硝化液回流管回流至Anammox池，正常运转时第一好氧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，在第一好氧池的进水槽中加入稀释水，第一好氧池上设有消泡水管道，当第一好氧池中泡沫多时，应打开消泡水管道阀门进行消泡。第一好氧池出水进入第一沉淀池。 
在兼氧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％)。兼氧池和第二好氧池运行参数分别按Anammox池和第一好氧池操作。 
沉淀池完成泥水分离，通过污泥回流管道根据需要将大部分污泥回流至Anammox池或兼氧池，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，进入系统前先经过气浮池，经过气浮器的预处理除去油和悬浮物及渣后，进入Anammox池中，Anammox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厌氧氨氧化菌进行生化反应，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Anammox池出来的废水进入第一好氧池。其他的实施方式同实施例一。 
如表2所示经本实施例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 
Figure BDA0000061334520000062

Claims (4)

1.一种利用微生物处理煤化工废水总氮的方法，废水依次经过第一好氧池、第一沉淀池、兼氧池、第二好氧池和第二沉淀池进行二段生化处理，第一好氧池、兼氧池、第二好氧池中添加有微生物菌群和微生物载体，其特征在于：废水在进入第一好氧池前先经过Anammox池，该Anammox池中添加有厌氧氨氧化菌及载体活性炭，池内同时设置有曝气装置和搅拌装置。
2.如权利要求1所述的一种利用微生物处理煤化工废水总氮的方法，其特征在于：所述Anammox池的水温控制在25～35℃，pH控制在6~9，DO（溶解氧）＜0.5mg/l，MLVSS（有效污泥浓度）在3-6g/l。
3.如权利要求2所述的一种利用微生物处理煤化工废水总氮的方法，其特征在于：第一沉淀池的污泥回流至Anammox池，第二沉淀池的污泥回流至兼氧池，回流比为1：1~2；第一好氧池的硝化液回流至Anammox池，第二好氧池的硝化液回流至兼氧池，回流比为1：2~8。
4.如权利要求3所述的一种利用微生物处理煤化工废水总氮的方法，其特征在于：当所处理废水的B/C＜0.3时，Anammox池采用搅拌方式运行；所处理废水的B/C≥0.3时，Anammox池采用曝气方式运行。
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