CN102583706A - 一种高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法 - Google Patents

一种高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法，包括如下步骤和工艺条件：制备激活生物菌种所需的营养液：无机氮磷A组5～10％、无机氮磷B组1～2％、微量元素0.3～3％、促生物质0.5～1％；制备培养液：组分及质量百分比为0.1～10％生物菌种，0.01～1％载体，0.1～1％激活生物菌种所需的营养液，其余为去氯自来水，控制培养液的氨氮浓度为100～300mg/L；培养条件pH为7～7.8，DO为3.0mg/L以上，温度为20～30℃；培养液排放间歇进行；现场持续投加培养液并采取措施延长生物菌种在曝气池中的停留时间，提高硝化效果。培养液连续投加或间歇投加，本发明降低了投资、运行成本，运行过程便于管理，出水好，取得了显著的进步。

Description

一种高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法
技术领域：
本发明涉及一种水、废水、污水处理，更具体地说涉及一种高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法。
背景技术：
高盐、低碳工业废水的特征是含盐量高、氨氮浓度高、有机成分低。较高的含盐量造成废水的渗透压往往超过一般活性污泥的耐受极限，而且废水中有机成分较低，不能满足活性污泥中异养微生物的营养需求。这就使得一般的活性污泥法和生物膜法无法用来处理这种高氨氮的无机工业废水。目前，处理这种高盐无机氨氮废水主要还是折点氯氯化法、离子交换法、吹脱/气提和化学沉淀法。
折点氯化法是将氯气或次氯酸钠通入废水中将废水中的NH3-N氧化成N2的化学脱氮工艺。处理氨氮废水所需的实际氯气量取决于温度、pH值及氨氮浓度。氧化每克氨氮需要9～10mg氯气。pH值在6～7时为最佳反应区间，接触时间为0.5～2小时。折点加氯法处理后的出水在排放前一般需要用活性碳或二氧化硫进行反氯化，以去除水中残留的氯。1mg残留氯大约需要0.9～1.0mg的二氧化硫。但是该方法运行费用高，副产物氯胺和氯化有机物会造成二次污染，而且氯气本身剧毒，存在安全风险。
离子交换法选用对NH4 +离子有很强选择性的沸石作为交换树脂，从而达到去除氨氮的目的。沸石具有对非离子氨的吸附作用和与离子氨的离子交换作用，它是一类硅质的阳离子交换剂，成本低，对NH4 +有很强的选择性。离子交换法具有工艺简单、投资省去除率高的特点。但再生液为高浓度氨氮废水，仍需进一步处理。
吹脱法是使水作为不连续相与空气接触，利用水中组分的实际浓度与平衡浓度之间的差异，使氨氮转移至气相而去除废水中的氨氮的方法。该方法比较适合处理高浓度氨氮废水处理，但吹脱效率影响因子多，不容易控制，特别是受温度影响比较大，在北方寒冷季节效率会大大降低，而且现在许多吹脱装置考虑到经济性，没有回收氨，直接排放到大气中，造成大气污染。
汽提法是用蒸汽将废水中的游离氨转变为氨气逸出，处理机理与吹脱法一样是一个传质过程，即在高pH值时，使废水与气体密切接触，从而降低废水中氨浓度的过程。传质过程的推动力是气体中氨的分压与废水中氨的浓度相当的平衡分压之间的差。该方法适用于处理连续排放的高浓度氨氮废水，操作条件与吹脱法类似，对氨氮的去除率可达97％以上。但是汽提塔内容易生成水垢，使操作无法正常进行。
化学沉淀法是根据废水中污染物的性质，必要时投加某种化工原料，在一定的工艺条件下(温度、催化剂、pH值、压力、搅拌条件、反应时间、配料比例等等)进行化学反应，使废水中污染物生成溶解度很小的沉淀物或聚合物，或者生成不溶于水的气体产物，从而使废水净化，或者达到一定的去除率。化学沉淀法处理NH3-N是始于20世纪60年代，在90年代兴起的一种新的处理方法，其主要原理就是NH4 +、Mg2 +、PO4 3-在碱性水溶液中生成沉淀。在氨氮废水中投加化学沉淀剂Mg(OH)2、H3PO4与NH4 +反应生成MgNH4PO4·6H2O(鸟粪石)沉淀，该沉淀物经造粒等过程后，可开发作为复合肥使用。但是该方法处理成本比较高。
目前市场上也有针对这种废水的生物处理方法。该方法先向废水中投加有机碳源，然后再利用嗜盐微生物进行处理的方法。但是目前这种方法工艺还不成熟，而且处理成本相对很高。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术不足之处而提供一种投资费用低、出水好，运行过程便于管理的高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法。
本发明的目的是通过以下措施来实现：一种高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法，其特征在于，包括如下步骤和工艺条件：
步骤一、制备营养液：
1)所述激活生物菌种所需的营养液以重量百分比计包括以下组分：无机氮磷A组5～10％、无机氮磷B组1～2％、微量元素0.3～3％、促生物质0.5～1％，所述无机氮磷A组选自尿素、碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐中的一种或一种以上组合，无机氮磷B组选自磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、偏磷酸盐中的一种或一种以上组合，微量元素选自Mg盐、Zn盐、Cu盐、Co盐中的一种或一种以上组合，促生物质选自糖蜜、海带提取物、菠菜叶提取物、苜蓿草叶提取物中的一种或一种以上组合；
步骤二、制备培养液：
1)所述持续生物增效单元培养液的组分为：生物菌种、激活生物菌种所需的营养液、载体、去氯自来水，所述生物菌种为市购产品百特安851硝化菌，所述载体为无机固体粉末物，选自活性碳粉末、沸石粉，硅藻土中的一种或一种以上组合，所述去氯自来水为通过活性碳过滤后的自来水；
2)所述持续生物增效单元培养液组分的质量百分比，0.1～10％生物菌种，0.01～1％载体，0.1～1％激活生物菌种所需的营养液，其余为去氯自来水；控制培养液的氨氮浓度为100～300mg/L；
步骤三、培养微生物：
1)培养：为步骤二所得的培养液提供合适的培养条件pH为7～7.8，DO为3.0mg/L以上，温度为20～30℃；
2)排放：所述培养液排放间歇进行：培养周期为24～120小时，第一次培养结束后，排出50％的菌液，备用，排放结束后，补充进水，并按比例补充营养液和硅藻土粉末，继续培养24小时，再次排放50％的菌液，备用，排放结束后，重复第二次培养过程，直至第20次培养结束，第20次培养结束后，重复上述第1至20次培养过程；
步骤四、现场持续投加培养液：
将步骤二所得处于对数期菌群的培养液按一定比例持续投加到曝气池的进水端，所述培养液的投加量控制为100～1000ppm。培养液可以连续投加或间歇投加，间歇投加时，投加间隔控制在1～48小时，优选控制在1至8小时。同时，采取措施延长生物菌种在曝气池中的停留时间，提高硝化效果。
本发明进一步采取如下措施：
所述的采取措施为在废水处理的曝气池中投加悬浮生物填料，所述悬浮生物填料选自聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫的一种，以圆柱状、球状和蜂窝煤状为主，密度接近于水，在废水中呈悬浮状态。
所述的悬浮生物填料的投加比控制为10～40％。
所述的采取措施为在于曝气池进出口安装了筛网，所述筛网的网眼尺寸小于悬浮生物调料最小直径。
所述营养液以重量百分比计包括以下组分：碳酸铵5～10％、磷酸二氢钾1～2％、ZnCO30.1～1％、MgCO30.1～1％、Co(NO3)20.1～1％、海带提取物0.5～1％。
与现有技术相比，本发明提出的一种高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法，具有如下优点：本发明通过配制激活、培养硝化菌所需的营养液、投加无机固体粉末作为载体，大大提高了硝化菌的培养效果，进而通过持续排放处于对数期的硝化菌，采取延长硝化菌在曝气池中的停留时间达到降低出水氨氮的目的，降低了投资成本、运行费用成本，取得了显著的进步。
具体实施方式：
下面结合实施例对具体实施方式作详细说明：一种高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法，包括如下步骤和工艺条件：
步骤一、制备营养液：
1)所述激活生物菌种所需的营养液以重量百分比计包括以下组分：无机氮磷A组5～10％、无机氮磷B组1～2％、微量元素0.3～3％、促生物质0.5～1％，所述无机氮磷A组选自尿素、碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐中的一种或一种以上组合，无机氮磷B组选自磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、偏磷酸盐中的一种或一种以上组合，微量元素选自Mg盐、Zn盐、Cu盐、Co盐中的一种或一种以上组合，促生物质选自糖蜜、海带提取物、菠菜叶提取物、苜蓿草叶提取物中的一种或一种以上组合。
本步骤针对硝化菌的激活与培养开发了一种营养液，该营养液不仅可以为硝化菌生长所必需的无机氮磷和微量元素，还包括了促生物质，可以加快硝化菌增长速度，缩短培养时间。优化的营养液以重量百分比计包括以下组分：碳酸铵5～10％、磷酸二氢钾1～2％、ZnCO30.1～1％、MgCO30.1～1％、Co(NO3)20.1～1％、糖蜜0.5～1％。
步骤二、制备培养液：
1)所述持续生物增效单元培养液的组分为：生物菌种、激活生物菌种所需的营养液、载体、去氯自来水，所述生物菌种为市购产品百特安851硝化菌，所述载体为无机固体粉末物，选自活性碳粉末、沸石粉，硅藻土中的一种或一种以上组合，所述去氯自来水为通过活性碳过滤后的自来水；
2)所述持续生物增效单元培养液组分的质量百分比，0.1～10％生物菌种，0.01～1％载体，0.1～1％激活生物菌种所需的营养液，其余为去氯自来水；控制培养液的氨氮浓度为100～300mg/L；
本步骤中采用的生物菌种为市购产品百特安851硝化菌，也适用于其它类似硝化菌种。为了提高硝化菌的培养效果，本发明在培养过程中投加了无机固体粉末物质作为载体。载体是活性碳粉末、沸石粉，硅藻土或其它无机固体粉末中的一种或多种组成的混合物。本步骤中所采用的水为去氯自来水，由市政自来水消毒药剂投加量的多少直接影响硝化菌培养。消毒剂投加过量，自来水中含有过量余氯，会直接将复合微生物杀死。为了避免自来水中余氯对培养过程的影响，本发明对进水用自来水进行了除氯处理，典型方法为活性碳过滤。
本发明通过系统的有机负荷率F/M来控制营养液浓度与微生物菌种量之间的关联关系是非常有效的，如果F/M偏低，微生物处于静止期或内源呼吸期，难以实现增殖，甚至数量会减少。如果F/M偏高，容易造成物料的浪费，培养过程不经济。本发明的培养通过调节培养单元的接种量和营养液的投加量来控制F/M，使得微生物既能实现对数增长，又不会造成物料的浪费。具体的做法从实验中找到了平衡范围：微生物的接种量控制在系统容积的0.1～10％，系统中有机营养水平控制在300～500mg/L最适宜。
步骤三、培养微生物：
1)培养：为步骤二所得的培养液提供合适的培养条件pH为7～7.8，DO为3.0mg/L以上，温度为20～30℃；
2)排放：所述培养液排放间歇进行；培养周期为24～120小时，第一次培养结束后，排出50％的菌液，备用，排放结束后，补充进水，并按比例补充营养液和硅藻土粉末，继续培养24小时，再次排放50％的菌液，备用，排放结束后，重复第二次培养过程，直至第20次培养结束，第20次培养结束后，重复上述第1至20次培养过程。
本步骤中，培养液的pH、DO和温度都是微生物培养的重要影响因素。为此，培养过程中必须对系统的pH、DO和温度进行控制。对于培养液的间歇排放及有限排放，可有效地保证培养液中的菌群始终处于对数期。
步骤四、现场持续投加培养液：
将步骤二所得处于对数期菌群的培养液按一定比例持续投加到曝气池的进水端，所述培养液的投加量控制为100～1000ppm；培养液可以连续投加，也可以间歇投加，最好采用连续投加的方式。间歇投加时，投加间隔应控制在1至48小时，优先控制在1至8小时。同时，采取措施延长生物菌种在曝气池中的停留时间，提高硝化效果。
本步骤中除按比例设入培养液外，还采取了如下措施延长生物菌种在曝气池中的停留时间：在废水处理的曝气池中投加悬浮生物填料，所述悬浮生物填料选自聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫的一种，以圆柱状、球状和蜂窝煤状为主，密度接近于水，在废水中呈悬浮状态。试验表明，当悬浮填料的填充比例为曝气池容积的10～40％范围是好的，超过40％以后，硝化效果提高会趋缓。
本发明还在于曝气池进出口安装了筛网，所述筛网的网眼尺寸小于悬浮生物调料最小直径。筛网可防止悬浮生物填料流失。
下面结合具体实施例进一步说明：
实施例1：
某石化废水
步骤一、制备营养液：分别称取8kg(NH4)2CO3，2kg磷酸二氢钾，0.5kgMgSO4，0.2kg Co(NO3)2，1kg糖蜜，混合均匀，加除氯自来水至100kg，搅拌使其溶解。
步骤二、制备培养液：培养系统采用两台宜态科环保的生物在线自动培养器，交替运行。分别3kg称取上述营养液，2kg百特安硝化菌液、1kg100目的硅藻土粉末，搅拌，加除氯自来水至1000kg。
步骤三、培养微生物：培养过程中工艺条件控制为：pH为7～7.8，DO为3.0mg/L以上，温度为20～30℃。培养液排放间歇进行，培养周期为24小时。第一次培养结束后，排出50％的菌液。排放结束后，补充进水，并按比例补充营养液和硅藻土粉末，继续培养24小时，再次排放50％的菌液。排放结束后，重复第二次培养过程，直至第20次培养结束。第20次培养结束后，重复上述第1至20次培养过程。
第六步：现场持续投加培养液：
将步骤二所得处于对数期菌群的培养液持续投加至废水处理系统的曝气池，投加量控制在800ppm，采用连续投加的方式；同时，在曝气池中投加了市购的悬浮生物填料。该悬浮填料投加比例控制在曝气池容积的15％。本实施例还在曝气池进出口分别安装了筛孔直径小于生物填料最小直径的筛网。
经过近2个月的试验，处理设施出水氨氮持续维持在10mg/l以下。
实施例2：
某化肥废水
步骤一、制备营养液：分别称取8kg(NH4)2CO3，2kg磷酸二氢钾，0.5kgMgSO4，0.2kg Co(NO3)2，1kg糖蜜，混合均匀，加除氯自来水至100kg，搅拌使其溶解。
步骤二、制备培养液：培养系统采用两台宜态科环保的生物在线自动培养器，交替运行。分别称取3kg上述营养液，3kg百特安硝化菌液、3kg100目的硅藻土粉末，搅拌，加除氯自来水至1000kg。
步骤三、培养微生物：培养过程中工艺条件控制为：pH为7～7.8，DO为3.0mg/L以上，温度为20～30℃。培养排放间歇进行，培养周期为24小时。第一次培养结束后，排出50％的菌液。排放结束后，补充进水，并按比例补充营养液和硅藻土粉末，继续培养24小时，再次排放50％的菌液。排放结束后，重复第二次培养过程，直至第20次培养结束。第20次培养结束后，重复上述第1至20次培养过程。
第六步：现场持续投加培养液：
将步骤二所得处于对数期菌群的培养液投加至废水处理系统的曝气池，投加量控制在500ppm，采用间歇投加，投加时间间隔为4小时。同时，在曝气池中投加了市购的悬浮生物填料。该悬浮填料投加比例控制在曝气池容积的20％。还在曝气池进出口分别安装了筛孔直径小于生物填料最小直径的筛网。经过近1个月的试验，处理设施出水氨氮持续维持在5mg/l以下。
本发明处理的废水，废水经初沉池去除较大悬浮颗粒后，进入曝气池。持续地向曝气池中投加处于对数期的硝化菌群培养液，在曝气池中，硝化菌进行好氧呼吸，将废水中的氨氮氧化为硝态氮。曝气池出水经泥水分离后，出水直接排放。二沉池排出的污泥，一部分作为回流污泥回流至曝气池，以维持曝气池的运行。另一部分作为剩余污泥和初沉池排出的污泥一起送污泥处理单元进行浓缩脱水。为了在不改变曝气池容积的情况下，延长硝化泥龄，在曝气池中投加密度接近于水的悬浮载体。本发明取得了显著的进步和社会效益。
以上结合实施例作了说明，上述实施例并不构成对本发明的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法，其特征在于，包括如下步骤和工艺条件：
步骤一、制备营养液：
1)所述激活生物菌种所需的营养液以重量百分比计包括以下组分：无机氮磷A组5～10％、无机氮磷B组1～2％、微量元素0.3～3％、促生物质0.5～1％，所述无机氮磷A组选自尿素、碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐中的一种或一种以上组合，无机氮磷B组选自磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、偏磷酸盐中的一种或一种以上组合，微量元素选自Mg盐、Zn盐、Cu盐、Co盐中的一种或一种以上组合，促生物质选自糖蜜、海带提取物、菠菜叶提取物、苜蓿草叶提取物中的一种或一种以上组合；
步骤二、制备培养液：
1)所述持续生物增效单元培养液的组分为：生物菌种、激活生物菌种所需的营养液、载体、去氯自来水，所述生物菌种为市购产品百特安851硝化菌，所述载体为无机固体粉末物，选自活性碳粉末、沸石粉，硅藻土中的一种或一种以上组合，所述去氯自来水为通过活性碳过滤后的自来水；
2)所述持续生物增效单元培养液组分的质量百分比，0.1～10％生物菌种，0.01～1％载体，0.1～1％激活生物菌种所需的营养液，其余为去氯自来水；控制培养液的氨氮浓度为100～300mg/L；
步骤三、培养微生物：
1)培养：为步骤二所得的培养液提供合适的培养条件pH为7～7.8，DO为3.0mg/L以上，温度为20～30℃；
2)排放：所述培养液排放间歇进行：培养周期为24～120小时，第一次培养结束后，排出50％的菌液，备用，排放结束后，补充进水，并按比例补充营养液和硅藻土粉末，继续培养24小时，再次排放50％的菌液，备用，排放结束后，重复第二次培养过程，直至第20次培养结束，第20次培养结束后，重复上述第1至20次培养过程；
步骤四、现场持续投加培养液：
将步骤二所得处于对数期菌群的培养液按一定比例持续投加到曝气池的进水端，所述培养液的投加量控制为100～1000ppm。培养液连续投加或间歇投加，间歇投加时，投加间隔控制在1至48小时，优选控制在1至8小时，同时，采取措施延长生物菌种在曝气池中的停留时间，提高硝化效果。
2.根据权利要求1所述的高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法，其特征在于，所述的采取措施为在废水处理的曝气池中投加悬浮生物填料，所述悬浮生物填料选自聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫的一种，以圆柱状、球状和蜂窝煤状为主，密度接近于水，在废水中呈悬浮状态。
3.根据权利要求2所述的高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法，其特征在于，所述的悬浮生物填料的投加比控制为10～40％。
4.根据权利要求1所述的高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法，其特征在于，所述的采取措施为在于曝气池进出口安装了筛网，所述筛网的网眼尺寸小于悬浮生物调料最小直径。
5.根据权利要求1所述的高盐、低碳工业废水持续生物增效去除氨氮的处理方法，其特征在于，所述营养液以重量百分比计包括以下组分：碳酸铵5～10％、磷酸二氢钾1～2％、ZnCO30.1～1％、MgCO30.1～1％、Co(NO3)20.1～1％、糖蜜0.5～1％。
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