CN103373768A

CN103373768A - 一种减少循环水系统中生物粘泥的方法

Info

Publication number: CN103373768A
Application number: CN2012101306547A
Authority: CN
Inventors: 高会杰; 孙丹凤; 韩建华
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2012-04-29
Filing date: 2012-04-29
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2032-04-29
Also published as: CN103373768B

Abstract

本发明涉及一种减少循环水系统中生物粘泥的方法，包括如下内容：在循环水系统中设置生物降解反应器，生物降解反应器中以异氧硝化好氧反硝化脱氮菌剂作为接种物，至少部分循环水进入生物降解反应器进行生化处理，生物降解反应器出水进入循环水系统；所述的异氧硝化好氧反硝化脱氮菌剂含有节杆菌（Arthrobacter creatinolyticus）FDN-1、水氏黄杆菌（Flavobacterium mizutaii）FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)DN-3和甲基杆菌(Methylobacterium phyllosphaerae)SDN-3。本发明方法可以有效减少循环水系统中生物粘泥的产生，提高循环水系统的换热效率，降低腐蚀，提高循环水处理系统的操作稳定性。

Description

一种减少循环水系统中生物粘泥的方法

技术领域

本发明涉及一种工业循环水的生物净化方法，具体的说，是涉及一种控制循环水系统中微生物生长、防止生物粘泥产生的方法。

背景技术

工业循环水系统是用水大户，循环水主要用作冷却介质，负责给热物料换热，这部分水在进装置时温度较低，从装置循环回来时温度较高，因此再度利用时需要经过循环水厂的冷却塔（一般塔内有填料）降温处理。冷却塔大多采用敞开式结构，塔的底部通入空气，水从上往下流，在冷却塔内水和空气相接触可以将水温降低，同时也将空气中的灰尘和大量微生物带入到循环水系统中。循环水系统中微生物大量繁殖产生生物粘泥沉积在换热器上，微生物在生命活动过程中产生气体积聚在管道内，使换热器的换热效率大幅度降低，不能满足工业生产的要求，同时引起设备的严重腐蚀和穿孔，设备腐蚀会缩短使用寿命并存在安全隐患；换热器一旦穿孔引起物料泄漏，泄漏的有机物又成为微生物很好的营养源，进一步促进微生物的生长繁殖，形成恶性循环。循环水中微生物的生长和繁殖是循环水系统能否长期稳定运行的影响因素之一。现有循环水循环一般设置旁滤池，对部分循环水进行过滤处理，利用过滤器内所装的填料，主要用来截留去除水中悬浮物、泥砂、胶体和颗粒性杂质，使浑浊度在10mg/L以下，同时通过部分循环水外排维持循环水水质稳定。

目前循环水处理过程中防止微生物生长的技术大多都是加入某些物质，起到杀死微生物或者对生物粘泥进行剥离和清洗的作用。CN1125697A公开了一种生物净化剂在循环水系统中的应用及其使用方法，主要涉及一种循环水系统中物料泄漏、生物粘泥、菌藻的新的去除和控制方法；涉及一种用生物制剂复配的具备缓蚀、阻垢去污、抑菌多功能的复合型新型水质稳定剂。CN99110817.5公开了一种用于循环水系统的杀菌方法，在含有杀菌剂的循环水中，加入无机碱性化合物，使pH值为9~12。CN00121551.5公开了一种处理循环水系统生物粘泥的方法，该方法包括加入碱性物质，使循环水pH值提高到10~14，对生物粘泥进行碱溶，加入杀生剂杀灭未溶解的生物粘泥。CN200510025392.8公开了一种在循环水系统中控制微生物生长的方法，首先在循环水系统中加入氯化十二烷基二甲基苄基铵和异噻唑啉酮的混合物，然后在循环水系统中加入多元醇磷酸酯。上述加入杀菌剂、表面活性剂和生物酶制剂等方法，在加药初期能够控制循环水系统中微生物的生长，但是微生物本身具有一定的耐受性和抗药性，随着时间的延长，微生物的抗药性增强，则所投加的药剂量会逐渐增大，昂贵的药剂势必增加运行成本，药剂一旦失效后便成为新的污染物。同时杀灭的生物粘泥又释放出COD，给循环水在循环过程中再次带进来的微生物提供了生长所需的营养物质，所以还会有生物再度生长，不能从根本上解决微生物的生长和繁殖及生物粘泥的产生问题。

微生物之所以能够在循环水系统中生长繁殖，最主要的原因是循环水中存在微生物生长所必须的营养物质，给微生物的生长提供了食物来源。如果没有这些微生物可以利用的营养基质，则微生物会自然死亡。现在的已建设循环水处理装置大都通过旁滤池部分排污，这种对循环水系统中少部分水做旁路处理的措施，只能缓解或部分解决循环水中悬浮物所带来的生物粘泥问题，不能有效降解微生物可以利用的物质。US6086772（EP0893412）公开了一种防止循环冷却水系统中生物粘泥产生的方法，该方法是在循环水系统中安装一个臭氧发生器，通过臭氧发生器产生的臭氧来防止生物粘泥的产生，仍然不能对循环水中的污染物起到降解作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种减少循环水系统中生物粘泥的方法。该方法可以把循环水中可生化的物质降解后再让循环水回到装置区，可通过限制底物浓度来控制微生物的生长繁殖，进而降低生物粘泥的产生量，真正解决循环水系统因生物繁殖、粘泥沉积而导致换热器换热效率下降、设备腐蚀、凉水塔布水孔和隔栅堵塞等问题。

本发明减少循环水系统中生物粘泥的方法包括如下内容：在循环水系统中设置生物降解反应器，生物降解反应器中以异氧硝化好氧反硝化脱氮菌剂作为接种物。至少部分循环水进入生物降解反应器进行生化处理，生物降解反应器出水进入循环水系统。本发明方法中，使用的菌剂含有Arthrobacter creatinolyticus FDN-1、Flavobacterium mizutaii FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) DN-3和Methylobacterium phyllosphaerae SDN-3，四种菌株均于2010年3月11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏单位地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号（邮编100101）。FDN-1的保藏编号为CGMCC No.3657，FDN-2的保藏编号为CGMCC No.3659，DN-3的保藏编号为CGMCC No.3658，SDN-3的保藏编号为CGMCC No.3660。其中：节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2、脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3四种菌体的比例为1~5：1~5：1~10：1~3（按菌体体积计，菌体体积为含培养液的菌液在1万转条件下离心分离5min得到的菌体体积，下同）。脱氮菌剂中含有营养液、保藏助剂等常规添加剂，具体的添加剂种类及用量是本领域技术人员熟知的。脱氮菌剂中上述四种菌体的体积之和占脱氮菌剂总体积的10%～60%，优选为20%～50%。

本发明方法中，首先以污水处理厂活性污泥作为菌剂的载体，将脱氮菌剂与活性污泥充分混合后投加到反应器中，共同来完成循环水中常规污染物的净化处理。活性污泥按照MLSS为1000～2000mg/L的投加量投加，反硝化脱氮菌剂按照污泥的体积比0.01%~0.1%来投加。

本发明方法中，污水处理厂活性污泥可以来自炼油污水处理厂或者催化剂污水处理厂或者是某城市污水厂。

本发明方法使用的脱氮菌剂中，脱氮副球菌DN-3菌落呈乳黄色；菌株个体呈椭圆形；革兰氏染色为阴性，接触酶阳性，氧化酶阳性；能利用廉价的碳源。甲基杆菌SDN-3菌落呈橘红色，为革兰氏阴性菌，菌体为杆状，能运动；圆形细小，边缘整齐光滑；接触酶阳性，氧化酶阳性，可利用多种碳源。节杆菌FDN-1菌落颜色为黄色、菌株个体呈棒状，无芽孢，能运动；革兰氏染色为阳性，接触酶阳性，氧化酶阴性，能利用多种碳源。水氏黄杆菌FDN-2菌落颜色为白色、菌株个体呈杆状，无芽孢；革兰氏染色为阴性，接触酶阳性，氧化酶阳性，能利用多种碳源。

本发明方法使用的亚硝酸型脱氮菌剂中的脱氮副球菌DN-3、甲基杆菌SDN-3、节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2在有氧和缺氧环境下均能完成脱氮过程。其中脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3均能以氨氮作为氮源进行异养硝化-好氧反硝化同步脱氮，在脱氮的同时能去除COD；节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2能以亚硝氮为氮源进行反硝化脱氮，在脱氮的同时能去除COD。

本发明方法中，生物降解反应器可以是污水处理领域中能高效处理低浓度废水的各种反应器，如膜生物反应器、曝气生物滤池等。优选曝气生物滤池（BAF），可以同时达到两个目的：1）起到过滤悬浮物的目的，2）降低循环系统中可生物降解物质的浓度，降低药剂使用量。

本发明方法中，生物降解反应器的操作条件一般为：温度:18~38℃、pH:7.5~8.5，溶解氧（DO）:0.5~3.0mg/L。本发明方法中，生化降解反应器处理后出水氨氮一般低于5mg/L，优选低于2 mg/L，COD（铬法，下同）一般低于10mg/L，优选低于5 mg/L。

本发明方法中，进入生化降解反应器的循环水量可以是循环水总重量的5%～50%，优选为10%～20%。进入生化降解反应器的循环水可以取自冷却塔出口或冷却塔入口，也可以是冷却塔出口与冷却塔入口水的混合水，使用混合水的优点在于适宜调整生物降解反应器的进水温度。生化降解反应器出口排水可以直接进入循环水系统，也可以经过进一步过滤后进入循环水系统。

本发明方法中，曝气生物滤池为本领域常规的结构，一般由池体、滤料、承托层、布水布气系统、反冲洗系统、出水系统和自控系统等组成；池体可以为现有技术中所用的任何规格的反应器，反应器内可以使用填料；所用的填料可以是陶粒、焦炭、石英砂、火山岩等。曝气池的规模可以根据循环水量及循环水中污染物浓度来确定。本发明中，可以根据需要设置相应的控制系统，动力系统，监测系统等。

与现有技术采用添加剂处理循环水相比，本发明是采用生物处理方法，将微生物所需的营养源在循环水进装置前处理掉，使得循环水在循环过程中带入的微生物难以生存，进而控制微生物在循环水系统中的生长繁殖。本发明方法使用的脱氮菌剂主要由生长条件相近的异养微生物制备而成，通过短程硝化反硝化过程脱氮，在脱氮的同时去除COD，由于群体效应四种微生物互相配合、互相竞争，可以通过隐性生长的原理实现污泥减量，形成的生物膜不易脱落。

本发明方法是从微生物生长所需的营养物质出发，破坏循环水系统内部微生物的生长环境，从根本上解决微生物生长繁殖问题。由于微生物缺少生长所必须的营养物质，那么在整个循环水循环过程中不再有生物繁殖，则散热器上不再有生物粘泥沉积，则可大大提高散热效率，同时减少设备的腐蚀和穿孔，此外还可以提高循环水系统的浓缩倍数、降低药剂用量。

本发明方法通过研究发现，通过循环水部分生化处理，可以有效控制循环水系统中的氨氮和COD等指标在长期运转过程中处于较低的平衡状态，限制微生物生长，保证循环水长期使用不变质，同时减少循环水排污量，降低了新鲜水的补充量，真正做到节水减排。

附图说明

图1是本发明工艺流程框图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明的方案和效果。

曝气生物滤池是以装载的粒状填料为载体，以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质，充分发挥生物代谢作用，生物絮凝作用，物理过滤作用，膜及填料的物理吸附和截留作用，以及反应器内沿水流方向食物链的生物多级捕食作用，实现污染物的高效去除。本发明采用曝气生物滤池取代旁滤池，一方面可以完成旁滤池的功能，另一方面可以对循环水中的污染物进行降解，减少或切断循环水系统内部微生物的营养源，控制生物粘泥的产生，减少循环水的排污量，提高循环水的浓缩倍数。

本发明中使用的脱氮菌剂可以采用相应的菌种放大培养后混合得到，也可以菌种混合后放大培养得到，这是本领域技术人员熟知的内容。如具体可以采用CN201010536065.x公开的方法等。

实施例使用的脱氮菌剂按CN201010536065.x实施例1所述方法制备，对经过放大培养获得的液态菌悬液A、B、C、D、E进行收集浓缩，收集浓缩采用1万转条件下离心分离5分钟后得到的菌体，加入营养液及保藏剂，得到脱氮菌剂A、B、C、D、E，其中菌体的体积之和约占脱氮菌剂总体积的30%左右。每升营养液中NH₄ ⁺-N 、Fe^2＋、Mg^2＋、K^＋、Ca^2＋这五种阳离子的摩尔配置比例为2000:5:20:20:15，营养液中NH₄ ⁺-N的质量浓度为5~50mg/L。

实施例1

某循环水厂循环水量为2.0万吨/小时，循环水进水COD（铬法，下同）为35.2~69mg/L、氨氮为2.0~8.9mg/L。采用本发明方法，首先取一定量的活性污泥，按照污泥体积比0.05%向污泥中补加反硝化脱氮菌剂，将污泥和菌体进行充分混合，然后按照1000mg/L的投加量投加到反应器中，其中以2000吨/小时的循环水量进入曝气生物滤池（BAF），曝气生物滤池的操作条件为：温度25℃、pH7.6，DO:1.8mg/L。稳定运行后出水中氨氮和COD始终低于5mg/L，完成循环水中常规污染物的净化处理。长期使用后循环水水质基本不变，没有生物粘泥的产生。

实施例2

国内某大型石化炼油厂循环冷却水系统中，循环水总量2.5万吨/小时，控制循环浓缩倍数为2.7，补充水量为600吨/小时，循环水COD为50.2~79mg/L、氨氮为5.2~14.9mg/L。采用曝气生滤池对冷却塔后的循环冷却水进行部分处理，首先取一定量的活性污泥，按照污泥体积比0.08%向污泥中补加反硝化脱氮菌剂，将污泥和菌体进行充分混合，然后按照1500mg/L的投加量投加到反应器中，以15%的循环水量进入曝气生物滤池（BAF），曝气生物滤池的操作条件为：温度32℃、pH7.8，DO:2.5mg/L。稳定运行后出水中氨氮低于5mg/L、COD始终低于20mg/L，完全满足循环水系统的水质要求，同时循环水补充水量降低了40%（因减少了常规旁滤池排污，降低了补充水量），浓缩倍数提高到4.6，循环水水质可以保持长期不变，循环水系统内没有产生生物粘泥。

Claims

1.一种减少循环水系统中生物粘泥的方法，其特征在于包括如下内容：在循环水系统中设置生物降解反应器，生物降解反应器中以异氧硝化好氧反硝化脱氮菌剂作为接种物，至少部分循环水进入生物降解反应器进行生化处理，生物降解反应器出水进入循环水系统；所述的异氧硝化好氧反硝化脱氮菌剂含有节杆菌（Arthrobacter creatinolyticus）FDN-1、水氏黄杆菌（Flavobacterium mizutaii）FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) DN-3和甲基杆菌(Methylobacterium phyllosphaerae) SDN-3，四种菌株均于2010年3月11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，FDN-1的保藏编号为CGMCC No.3657，FDN-2的保藏编号为CGMCC No.3659，DN-3的保藏编号为CGMCC No.3658，SDN-3的保藏编号为CGMCC No.3660。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2、脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3四种菌体的体积比为1~5：1~5：1~10：1~3。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：以污水处理厂活性污泥作为菌剂的载体，将异氧硝化好氧反硝化脱氮菌剂与活性污泥充分混合后投加到反应器中；活性污泥按照MLSS为1000～2000mg/L的投加量投加，异氧硝化好氧反硝化脱氮菌剂按照污泥体积的0.01%~0.1%来投加。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：异氧硝化好氧反硝化脱氮菌剂中含有营养液和保藏助剂，四种菌体的体积之和占脱氮菌剂总体积的10%～60%，优选为20%～50%。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：生物降解反应器是膜生物反应器或曝气生物滤池。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：生物降解反应器的操作温度为18~38℃、pH为7.5~8.5，溶解氧为0.5~3.0mg/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：进入生化降解反应器的循环水量占循环水总重量的5%～50%，优选为10%～20%。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于：进入生化降解反应器的循环水取自冷却塔出口或冷却塔入口，或者是冷却塔出口与冷却塔入口水的混合水。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：生化降解反应器出口排水直接进入循环水系统，或者经过进一步过滤后进入循环水系统。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：生物降解反应器为曝气生物滤池，曝气生物滤池由池体、滤料、承托层、布水布气系统、反冲洗系统、出水系统和自控系统组成。