CN104843863B - 厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺，所述工艺以厌氧氨氧化菌‑脱氮硫杆菌的混培物为主体，在同一反应器中，温度控制在25～35℃，废水pH调至7.5～8.0，水力停留时间为2.5～10h，所述废水中氨以N计、亚硝酸盐以N计、硫化物以S计的浓度分别为40～300mg L‑1、50～390mg L‑1、30～170mg L‑1，并且氨以N计、亚硝酸盐以N计的浓度之比为1：1～1.32，硫化物以S计、氨以N计的浓度之比为1：1.54～1.74；本发明所述工艺是一种新型的以废治废，同步脱氮除硫的经济高效污水处理技术。
Description
(一)技术领域
本发明涉及废水的脱氮除硫工艺，具体涉及一种厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺。
(二)背景技术
氮等营养元素在水体中的积累导致水体富营养化频繁爆发，危害水生生物、破坏生态平衡。同时，油、制药、制革、垃圾渗滤液等富含硫酸盐的废水在厌氧处理过程中产生大量有毒副产物，主要是硫化物，因其具有腐蚀性、生物毒性并且容易逸散出有恶臭气味的H2S气体，对人体健康和环境质量造成危害。在废水排放前需要对上述二次污染物进行深度处理。
传统的脱氮方法主要是硝化—反硝化工艺，该工艺需要补充有机碳源，容易造成异养微生物的迅速繁殖，产生过多的剩余污泥给后续处理造成困扰。新型自养型生物脱氮微生物—厌氧氨氧化菌能够以亚硝酸盐为电子受体，氧化氨氮为氮气，从而实现氮素的“绿色”脱除。比传统的硝化反硝化工艺能耗更低，效率更高，应用前景光明。但厌氧氨氧化工艺会产生一定数量的硝酸盐，需要有效处理。
研究表明，脱氮硫杆菌能够以硝酸盐为电子受体将硫化物氧化成单质硫，实现生物除硫。
目前的污水处理工艺通常将脱氮和除硫分开进行，不仅处理流程复杂，也增加了处理成本。因此亟需研发一种厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫工艺，以还原性硫化物S2-为电子供体，以厌氧氨氧化产物硝酸盐为电子受体，将硝酸盐转化为N2，S2-转化为硫单质，实现对氨、亚硝酸盐和硫化物的同步去除。在上述序列反应中，厌氧氨氧化菌与脱氮硫杆菌虽说亲缘关系较远，生态位重叠较少，但只要调控得当，二者可形成良好的互生关系：厌氧氨氧化微生物的代谢产物硝酸盐被脱氮硫杆菌作为营养加以利用；而脱氮硫杆菌又可以利用对厌氧氨氧化菌有毒性的还原性硫化物S2-，有效缓解硫化物对厌氧氨氧化菌的毒性，促进二者的共存。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺。本发明方法适宜处理轻工、制药、炼油、制革等行业的含氨、亚硝酸盐和硫化物的废水。所述工艺过程在同一反应器中进行，且包括两部分：先利用厌氧氨氧化菌，将废水中的氨和亚硝酸盐转化为氮气并生成部分硝酸盐；于同一反应器中，所生成的硝酸盐与废水中的硫化物在脱氮硫杆菌的作用下，同时转化为N2和硫单质，实现脱氮除硫的目的。
本发明所述的厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫工艺所涉及的生物反应为：
本发明采用如下技术方案：
一种厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺，所述工艺以氧氨氧化菌-脱氮硫杆菌的混培物为主体，在同一反应器中，首先废水中的氨和亚硝酸盐在厌氧氨氧化菌的作用下，转化为氮气并生成硝酸盐，之后所生成的硝酸盐与废水中的硫化物在脱氮硫杆菌的作用下，转化为N2和硫单质，实现同步脱氮除硫；所述工艺的操作条件为：温度控制在25～35℃，废水pH调至7.5～8.0，水力停留时间为2.5～10h，所述废水中氨以N计、亚硝酸盐以N计、硫化物以S计的浓度分别为40～300mg L-1、50～390mg L-1、30～170mg L-1，并且氨以N计、亚硝酸盐以N计的浓度之比为1：1～1.32，硫化物以S计、氨以N计的浓度之比为1：1.54～1.74；
所述的厌氧氨氧化菌-脱氮硫杆菌的混培物按如下方法获得：向硫化物去除率大于90％的脱氮硫杆菌颗粒污泥中以体积比为1:0.8～1.5投加厌氧氨氧化颗粒污泥并混合均匀，控制模拟废水中硫化物以S计的浓度为30～40mg L-1，氨以N计的浓度为40～60mg L-1，亚硝酸盐以N计的浓度为50～70mg L-1，在厌氧，25～35℃，pH为7.5～8.0条件下，通过提高进水流量富集厌氧氨氧化菌-脱氮硫杆菌的混培物，最初水力停留时间为12～10h，当进水中总氮去除率大于80％，总硫去除率大于80％，并且能够维持3日标准偏差小于5％时，缩短水力停留时间为原来的70％～80％，最终达到水力停留时间为6.0～6.5h时，总氮去除率大于90％，总硫去除率大于90％，即获得所述的厌氧氨氧化菌-脱氮硫杆菌的混培物。
本发明所述的废水来自轻工、制药、炼油或制革等行业的生产过程。
本发明所述的反应器可以选自升流式厌氧污泥床反应器反应器或者膨胀颗粒污泥床反应器。
所述的操作条件中，优选所述温度控制在30～35℃；优选所述废水pH调至7.7～8.0；优选所述水力停留时间为2.5～5h；所述废水中，优选氨以N计、亚硝酸盐以N计、硫化物以S计的浓度分别为50～300mg L-1、60～390mg L-1、30～160mg L-1，并且所述氨以N计、亚硝酸盐以N计的浓度之比为1：1.2～1.32，硫化物以S计、氨以N计的浓度之比为1：1.55～1.70。
本发明厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合脱氮除硫工艺与传统的脱氮除硫工艺相比具有如下优点：
(1)本发明所述工艺可实现同步脱氮除硫，简化了工艺的复杂性，构筑物和设备占地面积小，可减少投资；
(2)本发明所述工艺的主导菌群厌氧氨氧化菌与脱氮硫杆菌均为自养菌，无需投加有机碳源，也有效减小了剩余污泥量，运行成本低，“减排”效应突出；
(3)由于脱氮硫杆菌利用厌氧氨氧化菌的代谢产物硝酸盐作为电子受体并将其还原为氮气，避免了体系中硝酸盐发生反硝化生成亚硝酸盐，有效避免或者减小二次污染的可能性，可实现氮素的完全“绿色”脱除；
(4)硫化物基本全部转化为硫单质，为硫单质的成功回收创造前提；
(5)本发明所述工艺是一种新型的以废治废，同步脱氮除硫的经济高效污水处理技术。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
(1)厌氧氨氧化菌-脱氮硫杆菌混培物的获得
以升流式厌氧污泥床反应器(2.5L)为主体反应器，用模拟废水试运行该工艺。向富含脱氮硫杆菌的颗粒污泥(硫化物去除率大于90％)中以体积比为1:1投加厌氧氨氧化颗粒污泥并混合均匀，控制模拟废水中硫化物以S计的浓度为30mg L-1，氨以N计的浓度为40mg L-1，亚硝酸盐以N计的浓度为50mg L-1，在厌氧，30～35℃，pH为7.5～8.0条件下，通过提高进水流量富集厌氧氨氧化菌—脱氮硫杆菌的混培物，最初水力停留时间为10h，当进水中总氮去除率大于80％，总硫去除率大于80％并且能够维持3天时，缩短水力停留时间为原来的80％。最终可达到水力停留时间为6.2h时，总氮去除率为91.2％，总硫去除率为93.7％。
(2)脱氮除硫处理工艺
以步骤(1)富集培养的厌氧氨氧化菌—脱氮硫杆菌的混培物为接种物，将含有氨、亚硝酸盐以及硫化物的废水在同一升流式厌氧污泥床反应器(2.5L)中进行同步脱氮除硫反应，氮素转化为氮气，硫化物被氧化成硫单质，实现对氨、亚硝酸盐以及硫化物的同时去除。
反应器主要的运行参数是：接种时污泥浓度(按总悬浮固体浓度计)15.3g L-1，反应器置于温度为30～35℃的恒温室内，控制pH在7.7～8.0，氨氮浓度为84mg N L-1，亚硝氮浓度为110mg N L-1，硫化物浓度为55mg SL-1，水力停留时间为8h。当总氮去除率大于80％，总硫去除率大于80％并系统稳定3天以上时，进入下一负荷阶段。根据每次氨氮提高幅度为42mg N L-1为标准，同时依据氨以N计、亚硝酸盐以N计的浓度之比为1：1.2，硫化物以S计、氨以N计的浓度之比为1：1.55提高模拟废水中亚硝氮以及硫化物浓度，系统运行90d后，可维持总氮去除率大于85％，总硫去除率大于92％。进一步的提高进水中各基质浓度至氨氮浓度为210mg N L-1，亚硝氮浓度为278mg N L-1，硫化物浓度为130mg SL-1，并且逐步缩短水力停留时间至4h，可使系统总氮容积负荷达到2.9g N(L·d)-1，总氮去除率88.1％～96.4％，总硫容积负荷达到0.78g S(L·d)-1，总硫去除率89.6％～100％。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (7)
1.一种厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺，其特征在于，所述工艺以厌氧氨氧化菌—脱氮硫杆菌的混培物为主体，在同一反应器中，温度控制在25～35℃，废水pH调至7.5～8.0，水力停留时间为2.5～10h，所述废水中氨以N计、亚硝酸盐以N计、硫化物以S计的浓度分别为40～300mg L-1、50～390mg L-1、30～170mg L-1，并且氨以N计、亚硝酸盐以N计的浓度之比为1：1～1.32，硫化物以S计、氨以N计的浓度之比为1：1.33～1.74；
所述的厌氧氨氧化菌—脱氮硫杆菌的混培物按如下方法获得：向硫化物去除率大于90％的脱氮硫杆菌的颗粒污泥中以体积比为1：0.8～1.5投加厌氧氨氧化颗粒污泥并混合均匀，控制模拟废水中硫化物以S计的浓度为30～40mg L-1，氨以N计的浓度为40～60mg L-1，亚硝酸盐以N计的浓度为50～70mg L-1，在厌氧，25～35℃，pH为7.5～8.0条件下，通过提高进水流量富集厌氧氨氧化菌—脱氮硫杆菌的混培物，最初水力停留时间为12～10h，当进水中总氮去除率大于80％，总硫去除率大于80％并且能够维持3日标准偏差小于5％时，缩短水力停留时间为原来的70％～80％，最终达到水力停留时间为6.0～6.5h时，总氮去除率大于90％，总硫去除率为大于90％，即获得所述的厌氧氨氧化菌—脱氮硫杆菌的混培物。
2.如权利要求1所述的厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺，其特征在于，所述反应器选自升流式厌氧污泥床反应器或者膨胀颗粒污泥床反应器。
3.如权利要求1所述的厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺，其特征在于，温度控制在30～35℃。
4.如权利要求1所述的厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺，其特征在于，所述废水pH调至7.7～8.0。
5.如权利要求1所述的厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺，其特征在于，所述水力停留时间为2.5～5h。
6.如权利要求1所述的厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺，其特征在于，所述废水中氨以N计、亚硝酸盐以N计、硫化物以S计的浓度分别为50～300mgL-1、60～390mg L-1、30～160mg L-1。
7.如权利要求1所述的厌氧氨氧化—硫自养反硝化耦合脱氮除硫的废水处理工艺，其特征在于，所述氨以N计、亚硝酸盐以N计的浓度之比为1：1.2～1.32，硫化物以S计、氨以N计的浓度之比为1：1.55～1.70。
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