CN102786181A - 生物强化cdro集成技术在含酚废水处理上的运用研究 - Google Patents

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武仕敏
何继莲
李铭刚
文孟良
侯金荣
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Yuxi Shanshui Biotechnology Co Ltd
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Yuxi Shanshui Biotechnology Co Ltd
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Abstract

通过生物强化技术将特效脱酚菌剂与CDRO技术相结合形成生物强化CDRO集成技术,直接用于含酚工业污水处理上,达到膜污染小,寿命长,通透性好的效果,使得高浓度的含酚废水实现深度处理,拓宽了CDRO技术的使用领域。

Description

生物强化CDRO集成技术在含酚废水处理上的运用研究
技术领域
[0001] [0001]本发明涉及微生物高效苯酚降解菌与CDRO膜集成技术在高浓度含酚废水处理上的运用研究,其属于环境保护技术领域,也属于生物强化技术的范畴。
背景技术
[0002] 酚是煤化工废水重要的污染物之一。在含酚废水中,苯酚毒性最大,而通常含酚废水中又以苯酚和甲酚的含量最高。低浓度苯酚就能使蛋白变性;高浓度酚则直接导致蛋质沉淀、引起生物组织深部损伤、坏死乃至整体中毒;含酚废水可直接抑制土壤及水体中其它生物的自生长速度,严重破坏环境生态系统。针对于含酚废水的处理,随着世界各国对环境的重视,含酚废水处理技术也得到不断革新,如物理方法、物化方法和生化方法均得到相应的探究,并在实际运用中取得了一定的成效,但也存在着诸多问题。普通的物化法、化学法、生化法仅能处理含酚浓度较低的污水,而对于高浓度含酚工业废水处理起来比较困难,现正处于投入成本高,而处理效果差的现状。因此,急需探究一种能够对高浓度含酚废水·深度处理的保障性技术,现尝试利用CDRO技术对其进行处理,希望能够在高浓度的含酚废水处理上取得实质性的进展。然而,CDRO膜技术是一种崭新的水处理技术,目前多应用在垃圾填埋场的渗滤液处理和海水淡化上,虽取得了可观的成果,但是由于CDRO膜的购买成本高,投资大,易受污染,需常清洗,日处理水量小等特点致使该技术的推广难度大。针对于此,为了将CDRO技术推广到含酚废水的处理上,就其膜易受污染,需常清洗等特点进行分析,现需要防止膜的污染需从以下三个方面着手:第一,水垢的控制,因高浓度的废水中含有钙离子、钡离子、镁离子、铁离子、铝离子等,其与硫酸根、氢氧根等阴离子聚合而形成水垢,导致膜的阻塞,甚至压力过大而破裂;第二,硅及金属氧化物的去除;第三,微生物污染的防治,微生物污染主要来至于进料水,在传递过程中,微生物也向膜表面迁移并吸附在膜上,在营养物质充沛的条件下大量繁殖,如具有大量的油类和烃类物质其也是引起微生物迅速繁殖的原因,而将CDRO技术运用于含酚废水的处理上,控制酚类等有机污染物质是减少膜污染,增加膜的通透性的最佳手段。因此,现将生物强化技术与CDRO膜技术的集成技术利用到高浓度含酚废水的处理上期望达到膜污染小,寿命长,通透性好的效果。
发明内容
[0003] 本发明旨在通过筛选、驯化及研发出相关高效降解工业废水中酚类物质的微生物菌剂生物强化技术,并结合于CDRO膜技术运用在含酚废水的处理上以实现CDRO膜污染小,寿命长,透水性强,使得含酚工业废水达到高效深度处理的效果。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现上述技术发明目的的。
[0005] 利用化工环境废水及附近土样微生物细菌群,通过在苯酚为唯一碳源的培养基上培养,再经过在高浓度工业含酚污水中数次筛选及驯化后获得菌株。通过进一步采用实际工业含酚废水驯化,得到适宜污水环境的混和菌剂,并用于中试处理。以普通污水处理系统处理结果为空白对照,比较菌剂在工业含酚废水处理上的应用效果。[0006] 将驯化后的苯酚高效降解菌的生物强化技术与CDRO膜技术结合,运用在含酚工业污水的处理上,让高浓度含酚废水得到深度处理,且达到⑶RO膜污染小,寿命长,通透性好的效果。
具体实施方式
[0007] 实例I.菌种选育及定植
I.无机盐培养基配制:将 O. 5g KH2P04、0. 5g K2HP04、0. 2g MgS04、0. 2g CaCL2、0. 2gNaCl、微量FeS04和水置于烧杯中混合均匀,并用NaoH调整其pH至7. 4-7. 6之间,搅拌均匀即制得无机盐基础培养基。
[0008] 2.驯化培养基苯酚浓度设定。将苯酚按照O. 5g/l、l. Og/lU. 5g/l、2. 0g/l、2. 5 g/I浓度添加入上述无机盐培养基中,即为分离和驯化培养基。
[0009] 3.苯酚菌的初步筛选:在上述驯化培养基中(IOOmL)加入5ml的污泥样,放置于28°C,2IOrmp的摇床中培养48h,在显微镜下观察各三角瓶中细菌生长状况。挑取具备微生物生长的培养样进行微生物分离。
[0010] 4.含酚废水细菌的分离纯化。将配制好的无机盐培养液及培养皿置于高压灭菌锅中121°C下灭菌30min,取出培养液与平皿,分别按O. 5g/l、l. Og/lU. 5g/l、2. 0g/l、2. 5g/l浓度添加苯酚溶液,并与培养液混匀,以30ml/皿倒平皿,菌液按10-3、10-4、10-5三个浓度梯度进行稀释,并涂制平皿,280C >2IOrmp温箱中培养48h。挑取单菌落。
[0011] 5.含酚废水细菌苯酚降解定量筛选
5. I苯酚标准曲线建立。用电子天枰称量5. OOg苯酚置于500ml的容量瓶中,加纯净水稀释定溶到500ml作为母液,然后再用移液枪分别精确吸取母液O. 5ml、1.0ml、1.5ml、
2. 0ml,2. 5ml,3. Oml,3. 5ml,4. Oml,4. 5ml,5. Oml 加入到 10 支 50ml 洁净的容量瓶中,并用纯净水定溶至 50ml,编号为 O. Ig/L、0. 2g/L、0. 3g/L、0. 4g/L、0. 5g/L、0. 6g/L、0. 7g/L、0. 8g/L、0. 9g/L、lg/L ;将定溶好的苯酚溶液置于冰箱中冷藏24h后用高效液相色谱仪测定,做苯酚浓度与峰面积关系的标准曲线。高效液相色谱的HPLC溶剂系统为乙睛:纯净水=8 :2 ;色谱柱型号为日本 YMC 酌·专用分析柱(hydrosphere C18。250X4.6 mml. D. S-5um, 12nm),柱温为37°C。结果得出标准曲线方程:y=4382. 7X+24055, R2=0. 9969 ;“y”为苯酚HPLC测定峰面积,“X”为苯酚浓度。
[0012] 5. 2微生物菌株苯酚降解定量筛选。无机盐培养基配制方法同上。培养基灭菌后添加苯酚母液,使培养体系中苯酚浓度达到I. 5g/L。在无菌条件下,用接种针分别从保存好的斜面上挑取细菌菌苔于摇瓶中,置于28. 5°C,200rpm的条件下培养。在此过程中,设置苯酚培养液空白对照(苯酚浓度为I. 5g/L ;不接种细菌)。培养8h后开始采样,每次用标准取样器取样lOOul,再用IOOul蒸馏水稀释,HPLC定量测定培养体系中苯酚浓度,测定方法同上,并计算苯酚降解率。采样时间间隔8h,即第8h、第16h、第24h、第32h、第40h以及第48h采样。选择降解苯酹效率最佳入选菌株。
[0013] 5. 3菌剂制备。采用开放通气发酵搅拌装置(培养罐采用热水循环加热,通用鼓风机通风,通用电机搅拌),采用上述驯化培养基(苯酚浓度I. 0g/L),通过逐级放大的模式,对菌剂进行扩大培养。培养温度28°C,搅拌速率120rpm,通气量5(T300L/min。培养时间24h。
[0014] 5. 4菌剂在污水处理系统中的定植。建设一套处理量5m3/h的生物接触氧化工艺模型,其基本工艺流程由格栅、隔油池、旋流反应桶、气浮池、厌氧池、生物接触氧化池、生物反应器及清水池构成,污水处理走向为:污水首先通过格栅去除其中粗大固形物;再流入旋流反应桶中,通过加入酸或碱调节废水的PH值至6〜9之间,然后废水进入气浮池去除水体中部分有机污染物,接着废水进入厌氧池进行厌氧处理,而后进入生物接触池通过苯酚高效降解菌剂的降解去除酚类等难降解物质,再经沉淀池沉淀出水。通过以上中试系统模型,每168h将培养菌剂(IOOL)加入到生物接触池中,经过30天的细菌前期适应过程后,微生物定置于污水处理系统中。
[0015] 实例2.菌剂在工业高浓度含酚废水上应用
I试验系统建立,利用实例I中的生物接触氧化工艺系统模型。
[0016] 2煤化工废水水质测定。首先从煤化工废水源分别采水样共计50L,混合后经高效液相色谱仪、重铬酸钾法等方法分别测定煤化工污水中的苯酚含量、CODcr、氨氮、硫化物等指标,结果显示为:C (酚)=750. Omg/L、C0Dcr=5035. 10mg/L、C (氨氮)=800. Omg/L、C (硫化物)=40. Omg/L、ph=9. 5、SS=650. 0mg/L、油类=200 mg/L。·
[0017] 3在微生物已定置完成的生物接触氧化工艺系统模型中,进行菌剂降解苯酚试验。具体操作如下:以含酚废水生产企业实际污水处理系统的出水水质作为对照,将含酚工业废水引入模型工艺系统,每间隔8h采取模型系统出水水样一次,即第8h、第16h、第24h、第32h、第40h以及第48h采样,并加以化验分析模型出水水质指标中总酚含量与对照的差异。结果表明:定植菌剂在中试模型中对含酚工艺废水中的酚类物质的降解达到了预计效果,中试模型24h的污水处理出水水质中含酚浓度为0. 05mg/l,酚去除率达到了 95%以上,比对照提闻23%。
[0018] 实例3.酚类物质对⑶RO系统膜的腐蚀及通透性影响试验。
[0019] I试验系统建立。根据⑶RO技术,建立一套每小时处理量为5. Om3的⑶RO中试污水处理系统模型,具体工艺如图I所示。
2.试验内容分为两步进行:第一阶段,通过15天的自来水进水试验,为后续加入酚类物质对膜腐蚀和通透性试验作数据基础;第二阶段,同步进行酚类物质对膜的通透性影响及腐蚀试验。
[0020] 2. I空白试验。首先,将自来水引入⑶RO中试系统,将各污水处理单元清洗干净,并检测自来水中PH、CODcr, NH3-N、浊度以及酚类物质的含量,通过15天的中试系统进水运行的数据显示,进水水质指标如下:PH=6. 7〜7. 1,CODcr=L O〜5. 0mg/L, NH3-N=O. I〜0. 5mg/L,浊度=0. 5-1. O NTU,挥发酚=0. 0005〜0. 002 mg/L ;出水水质指标如下:PH=6. 7 〜7· 1,CODcr=L O 〜4. 0mg/L, NH3-N=O. I 〜0. 3mg/L,浊度=0. I 〜0. 5 NTU,挥发酚=0. 0005〜0. 0018 mg/L。空白试验中旋流反应桶不加酸碱,气浮单元处于停机状态,厌氧和生物接触池中不添加活性污泥,生物反应器不作菌种驯化、扩繁,通过15天的自来水运行后,得出平均每小时水处理量为4. 984m3/h,通透性为99. 684%,膜保持良好。
[0021] 2.2.试验组。试验方法与空白试验相同,仅是向自来水中加入适量的苯酚,使得系统进水中酹类物质的含量形成以下浓度梯度:0. 05mg/l, 0. lmg/1,0. 15mg/l, 0. 2mg/1,0. 25mg/L·该部分试验细分为5个阶段,第一阶段,向自来水中加入苯酚使得自来水中酚类物质的浓度达到0. 05 mg/1,并与空白试验相同,用CDRO系统运行15天对其处理,每天10小时,并检测其进出水水质,以及污水水处理量和膜被腐蚀损坏程度。此外,第二、第三、第四、第五阶段均与第一阶段相同,仅是改变进水中的苯酚浓度,其结果表明:污水处理系统的小时处理水量随着苯酚浓度的增加,膜的通透性随之逐渐下降,通透性依次为98. 4%,83. 5%, 74. 3%, 67. 2%, 53. 3%, 43. 7% ;膜的表面由白色逐渐变成黄白色,然后变成黄色,并且膜的承受水的冲击力逐渐降低。
[0022] 3.试验结论:苯酚物质会对CDRO膜产生腐蚀作用,且容易使膜污染阻塞,导致膜的通透性降低,甚至由于压力而导致膜破裂。
[0023] 实例4.生物强化⑶RO集成技术在高浓度含酚废水处理上应用
I试验系统建立。对实例3中的系统模型开启气浮机,向厌氧池和生物接触池中加入解化集团污水处理系统中的活性污泥,利用生物反应器大量扩繁能够在24小时内对2000ppm的苯酚降解达到95. 0%以上的苯酚降解菌剂,并投放到生物接触氧化池中对废水中的酚类物质进行降解,具体中试系统与空白试验一致,如图I所示。
2试验内容。首先将生物强化CDRO集成技术试验装置运到云南解化集团有限公司,并·对试验装置进行了调试。于2011年8月14日〜2011年9月5日,利用生物强化⑶RO结成技术对解化集团煤化分厂的褐煤气化工业废水的进行处理试验。本试验经两阶段进行,并前后比较。
[0024] 2. I第一阶段,⑶RO膜试验。该阶段利用解化集团煤化分厂现有污水处理系统,选择适当点,用生化前污水作为该试验系统进水,进行膜试验。该部分污水为含酚废水,其主要含有氨、酚、硫化氢、C0D、油等有机杂质,水质较差,处理困难,水质指标如下表:
总氨=800、PH=8. 5 〜10. O、总酚=1000 〜1200、电导率=1000 〜1200 y s/cm、C0D=3500 〜5500 mg/1、挥发酚=300 〜500 mg/1、硫化氢=50 〜100 mg/1、油=100 〜200mg/1、温度=约40〜45°C。试验条件为将生物强化⑶RO集成技术系统中生物反应器关闭,不提供高效苯酚降解菌,对其进行试验。
[0025] 2. 2结果表明废水中的酚类物质未在生物接触池中得到降解,虽然两级CDRO膜柱处理后出水水质有明显改善,总氨去除率为85. 98%,COD也具有较高的去除率,但存在以下问题,开机4小时一级高压泵压力升高到5. 5MPa,被迫停机,拆膜检查,膜表面有大量的油和酚类物质。该试验结果证明,经两级CDRO膜处理,污水水质有较大的提升。但系统进水含油和酚类物质,直接影响了系统的正常运行,增加了反冲洗次数,缩短膜寿命,影响出水水质。
[0026] 2. 3第二阶段,生物强化⑶RO集成技术对含酚污水的处理试验。第二阶段试验与第一阶段相同,利用解化集团煤化分厂现有污水处理系统,选择适当点,用生化前污水作为该试验系统进水,进行试验。进水指标与第一阶段相同,试验条件为在第一试验阶段,生物强化CDRO集成技术系统上开启生物反应器,为生物接触池提供高效苯酚降解菌剂,对含酚废水进行处理试验。经过两天的试验结果表明,总酚降解率到到95. 0%以上,透水率均在90%以上,且出水水质较好,浓缩液电导率低于50000ii s/cm,在实际运用中透水率还有提高的空间。以3000吨/天的污水处理量,90%的透水率计算,每天产生浓缩液300吨/天。
[0027] 2. 4试验结论:根据试验第一阶段和第二阶段的试验结果对比得出,生物强化CDRO集成技术可以深度处理高浓度的含酚废水,且能够防止苯酚及油类物质对膜的污染和腐蚀。附图说明
图I为本发明含酚废水处理生物强化CDRO集成技术工艺图,照图1,本发明具体实施方式采用以下技术方案:它包含格栅(I)、隔油池(2)、旋流反应桶(3)、气浮池(4)、厌氧池
(5)、生物接触池(6)、沉淀池(7)、砂滤器(8)、芯式过滤器(9)、CDR0系统(10)、酸罐(11)、碱罐(12)、生物反应器(13)。·

Claims (3)

1.生物强化CDRO集成技术在含酚废水处理中的运用研究,其特征是:首先含酚废水通过格栅去除其中粗大固形物;再流入旋流反应桶中,通过加入酸或碱调节废水的PH值至6〜9之间,然后废水进入气浮池去除水体中部分有机污染物,接着废水进入厌氧池进行厌氧处理,而后进入生物接触池,通过苯酚高效降解菌剂的降解去除酚类等难降解物质,再经沉淀池沉淀;最后,废水从沉淀池进入砂滤器和芯式过滤器过滤后使得废水符合于⑶RO系统的进水水质要求,经过⑶RO系统处理使得含酚废水达到一级A标。
2.根据权利要求I所描述的生物强化CDRO聚成技术在含酚废水处理中的运用研究,其特征在于所述的生物强化⑶RO聚成系统包括格栅(I)、隔油池(2)旋流反应桶(3)、气浮池(4)、厌氧池(5)、生物接触池(6)、沉淀池(7)、砂滤器(8)、芯滤器(9)、CDRO系统(10)、酸罐(11)、碱罐(12)、生物反应器(13)。
3.根据权利要求I或2所描述的生物强化CDRO聚成技术在含酚废水处理中的运用研究,其特征在于通过生物反应器(13)对苯酚高效降解菌剂扩繁,并延续不断地投加到生物接触池¢)中,使得活性污泥含有大量的高效降解苯酚菌,因而高浓度的酚类物质得到充分的降解,从而避免了 CDRO的系统膜的污染和腐蚀,膜寿命增长,使得CDRO系统膜的透水性增强,产水率增加。
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