CN106495314A - 好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法与反硝化反应器 - Google Patents

好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法与反硝化反应器 Download PDF

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Abstract

本发明是一种内循环式的反硝化反应器，包括反应器本体，在反应器本体内设有导流板将其纵向分隔为3个空间，分别为进水区、生物填料区和出水区，生物填料区内设有生物填料；在反应器本体的下部设有曝气头；在反应器本体的底部还连接设有通向反应器本体顶部的反硝化污泥回流管路。本发明还公开了一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法，采用前述内循环式的反硝化反应器，实现好氧耐盐反硝化菌的快速挂膜。该方法能彻底解决生物脱氮系统后端出水硝酸盐和亚硝酸盐高、总氮不达标等问题，同时方法简单，易于操作，实施周期较短，可直接工程化实施。

Description

好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法与反硝化反应器
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法，本发明还公开了该方法使用的一种内循环式的反硝化反应器。
背景技术
高盐废水一般是指总含盐质量分数至少1% 的废水，海水代用等众多的工业实践过程中，含盐量有时甚至高达15~30%，目前高盐废水产出途径和产量不断增加，废水水量以3％的年增长速率逐年增长，高含盐废水如果不能达标排放，则会污染地表、土壤、沿海和河口等，引发诸如富营养化等各种环境问题和生态问题。在对高盐废水的生物脱氮性能研究中，多数是针对于氨氮的去除，但对总氮的去除研究较少，在很多的污水处理厂及实际工程应用中，往往是氨氮达标，而硝酸盐和亚硝酸盐由于反硝化细菌活性低、水力停留时间不足或是内回流不够等种种原因不能够有效去除，从而总氮不达标，而随着废水排放标准的不断完善，总氮指标已进入标准，并且要求越来越严，硝酸盐和亚硝酸盐的有效去除成为亟待解决的问题。
传统的反硝化细菌是一种能引起反硝化作用的细菌。多为异养、兼性厌氧细菌，如反硝化杆菌、斯氏杆菌、萤气极毛杆菌等。以硝酸根或二氧化氮代替氧气作为最终电子受体，在厌氧条件下进行呼吸代谢产生一氧化二氮和氮气的细菌。由于对氧要求苛刻，厌氧反硝化菌是脱氮效率低的主要影响因素之一。20世纪80年代，Robertson等人报道了好氧反硝化细菌和好氧反硝化酶系的存在，并证实了泛养硫球菌在生长过程中，O2和NO3共同存在时，其生长速率比两者单独存在时都高。越来越多的研究证明细菌好氧反硝化的存在，并发现了一些在有氧条件下有较高反硝化率的细菌。同时嗜（耐）盐微生物的存在为高含盐废水生物反硝化处理提供了可能性。
生物膜法指的是在污水处理中加入微生物（硝化菌、反硝化菌）使其附着或固定在生物填料表面，形成一层生物膜长，通过废水与生物膜的接触，进行固液两相的传质，通过生物膜进行有机物的生物降解，来实现污水中氨氮等有害成分的降解。按照运行方式不同，可分为生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等，虽然它们的结构差别很大，但其基本原理相同。生物膜的好坏直接关系到生污水处理装置的处理效果，影响因素包括两个方面，一是挂膜方法，二是生物填料的表面性能。因此要使微生物在填料上的挂膜时间短、见效快，关键在于挂膜前必须有足够量的微生物，且必须适应在废水进入生物反应器的环境下生长，一旦微生物附着在填料上就可以迅速增殖；其次在挂膜时，菌液中的微生物与生物填料之间有较强的粘附力。
虽然生物膜法具有较高的处理效率，对于受有机物及氨氮轻度污染水体有明显的效果。但生物膜法的微生物挂膜技术还存在许多没有解决的问题。如挂膜时间长、生物膜容易脱落、生物量低、氨氮去除效率填料和其支撑结构需要较高的初期投资等缺点，由于目前的文献没有对好氧耐盐反硝化菌的挂膜进行研究，因此对于生物膜污水处理工艺来说，好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法具有重大意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对生物膜用时长、附着度差、操作复杂、生物量低、耐冲击负荷低的缺陷，提供一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法。该方法能彻底解决生物脱氮系统后端出水硝酸盐和亚硝酸盐高、总氮不达标等问题，使得生物填料上的微生物生长状况良好，能够在好氧条件下有效降解高盐废水中的硝态氮和亚硝态氮，保证出水总氮达标排放。
本发明还公开了一种内循环式的反硝化反应器。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种内循环式的反硝化反应器，其特点是：
包括反应器本体，在反应器本体内设有导流板将其纵向分隔为3个空间，分别为进水区、生物填料区和出水区，进水区上部与进水管路连接，出水区上部与出水管路连接，生物填料区内设有生物填料；
在反应器本体的下部设有曝气头（优选微孔曝气头），所述的曝气头与通入反应器本体内的曝气管路连接；曝气管路与曝气装置连接；
在反应器本体的底部还连接设有通向反应器本体顶部的反硝化污泥回流管路。
本发明所述的内循环式的反硝化反应器中，所述的反应器本体的上部优选为圆柱体状，下部优选为锥台状。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现。本发明公开了一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法，其特点是：采用以上技术方案所述的内循环式的反硝化反应器，实现好氧耐盐反硝化菌的快速挂膜，包括如下工艺步骤：
（1）生物填料填充：首先将生物填料加入到反硝化反应器内，填充体积为反应器有效容积的60~90%；
（2）接种菌剂：向反硝化反应器内接种5000~10000mg/L的好氧耐盐反硝化菌剂后，闷曝12~24h；
（3）反应器挂膜：待反应器无污泥流失时开启曝气装置，采用人工模拟废水开始连续进水，控制反应器的温度、溶解氧，初始硝酸盐和亚酸盐混合浓度为150~300mg/L，优选为180~250mg/L，进一步优选为200~240mg/L，使其适应好氧耐盐反硝化菌的生长。水流沿着导流板由上往下流，在生物填料区形成由下而上的液态流；在底部沉积的好氧耐盐反硝化污泥通过内循环管道从反应器顶部流入，在生物填料区形成由上而下的固态流，同时曝气形成的气泡在生物填料区形成由下而上的气态流，三者在生物填料区进行充分混合，形成流化状态，好氧耐盐反硝化菌在生物填料表面附着或生长逐渐形成微生物聚集体。然后维持反应器的温度、溶解氧不变，加大硝酸盐和亚酸盐混合浓度至300~600mg/L，直至生物填料上出现明显的生物膜。
本发明好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法，可以通过以下实际废水运行来进行验证：停止进模拟废水，采用实际含盐废水（盐度10~100mg/L,以NaCl计算）连续进水7~14d，硝酸盐和亚酸盐混合浓度为200~400mg/L，待出水硝酸盐和亚酸盐混合浓度去除率连续7d≥95%以上时，验证反应器挂膜成功。
本发明好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法中，生物填料包括但不限于：悬浮填料、软性填料、组合填料、辫带式填料或碳纤维填料等。
本发明好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法中，好氧耐盐反硝化菌剂来源于但不限于专利（公布号CN104611279A）中公开的红城红球菌（Rhodococcus erythropolis）LH-N13（菌种保藏编号CGMCC No. 6974）制备。还可以采用现有技术中其它好氧耐盐反硝化菌剂。
本发明好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法中，溶解氧控制在0~3.0mg/L、温度控制在10~40℃。溶解氧优选控制在0.1~2.8mg/L、温度优选控制在15~35℃。溶解氧进一步优选控制在0.5~2.0mg/L、温度进一步优选控制在20~25℃。
本发明好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法中，人工模拟废水主要组成包括：由NaNO2（0.5~10g/L）、NaNO3（0.5~10g/L）、KH2PO4或K2HPO4（0.5~10g/L）、MgCl2（0.5~10g/L）、Na2CO3（0.5~10g/L）、葡萄糖或者甲醇（0.5~10g/L），NaCl（质量分数≤10%）、微量元素液。其中微量元素液的成分如下：CoCl2·6H2O（50~150mg/L）、CaCl2（50~150mg/L）、CuSO4·5H2O（10~50mg/L）、ZnSO4·7H2O（50~150mg/L）、FeSO4·7H2O（50~150mg/L）、MnSO4·2H2O（50~150mg/L）。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于：
（1）结合了活性污泥法和生物膜法的优点，通过投加悬浮填料作为微生物附着生长的填料，提高好氧耐盐反硝化菌的固着量，增强抵御外界环境变化的能力和抗冲击负荷的能力；
（2）利用内循环挂膜方式，有力增加反应器中的好氧耐盐反硝化菌浓度，强化微生物挂膜，提高悬浮填料挂膜速度和挂膜厚度。
（3）采用实际废水进行挂膜冲击，提高挂膜稳固性、耐冲击负荷能力、以及抗曝气和液体剪切力的能力，不会由于进水盐浓度的突然升高或降低而丧失耐盐能力，始终能够保持良好的反硝化能力。
（4）本发明方法简单，易于操作，实施周期较短，可直接工程化实施。
（5）本发明内循环式的反硝化反应器设计简单合理，操作方便，有效地保证了本发明方法的实施。
附图说明
图1本发明内循环式的反硝化反应器的一种结构示意图。
具体实施例
以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，一种内循环式的反硝化反应器：
参照图1，参照图1，包括反应器本体1，在反应器本体1内设有导流板5将其纵向分隔为3个空间，分别为进水区、生物填料和出水区，进水区上部与进水管路2连接，出水区上部与出水管路3连接，生物填料区内设有生物填料8；
在反应器本体1的下部设有曝气头6，所述的曝气头6与通入反应器本体1内的曝气管路7连接；曝气管路7与曝气装置连接；
在反应器本体1的底部还连接设有通向反应器本体1顶部的反硝化污泥回流管路4。
实施例2，实施例1所述的内循环式的反硝化反应器：所述的反应器本体1的上部为圆柱体状，下部为锥台状。
实施例3，一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法：采用实施例1或2所述的内循环式的反硝化反应器，实现好氧耐盐反硝化菌的快速挂膜；包括如下工艺步骤：
（1）生物填料填充：首先将生物填料加入到反硝化反应器内，填充体积为反应器有效容积的60%；
（2）接种菌剂：向反硝化反应器内接种5000mg/L的好氧耐盐反硝化菌剂后，闷曝12h；
（3）反应器挂膜：待反应器无污泥流失时开启曝气装置，采用人工模拟废水开始连续进水，控制反应器的温度、溶解氧，初始硝酸盐和亚酸盐混合浓度为150mg/L，使其适应好氧耐盐反硝化菌的生长；水流沿着导流板由上往下流，在生物填料区形成由下而上的液态流；在底部沉积的好氧耐盐反硝化污泥通过内循环管道从反应器顶部流入，在生物填料区形成由上而下的固态流，同时曝气形成的气泡在生物填料区形成由下而上的气态流，三者在生物填料区进行充分混合，形成流化状态，好氧耐盐反硝化菌在生物填料表面附着或生长逐渐形成微生物聚集体；然后维持反应器的温度、溶解氧不变，加大硝酸盐和亚酸盐混合浓度至300mg/L，直至生物填料上出现明显的生物膜。
采用以下方法挂膜进行验证：停止进模拟废水，采用实际含盐废水连续进水7~14d，盐度以NaCl计为10mg/L，硝酸盐和亚酸盐混合浓度为2000mg/L，待出水硝酸盐和亚酸盐混合浓度去除率连续7d大于95%以上时，反应器挂膜成功。
反应器挂膜阶段，溶解氧控制在0.1~2.0mg/L、温度控制在10~25℃。反应器挂膜阶段，人工模拟废水主要组成包括：0.5g/L的NaNO2、0.5g/L的NaNO3、0.5g/L的KH2PO4或K2HPO4、0.5g/L的MgCl2、 0.5g/L的Na2CO3、0.5~10g/L的葡萄糖或者甲醇，质量分数为10%的NaCl、以及适量微量元素液。所述的微量元素液的主要成分包括：50mg/L的CoCl2·6H2O、50mg/L的CaCl2、10mg/L的CuSO4·5H2O、50mg/L的ZnSO4·7H2O、50mg/L的FeSO4·7H2O、50mg/L的MnSO4·2H2O。
实施例4，一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法：采用实施例1或2所述的内循环式的反硝化反应器，实现好氧耐盐反硝化菌的快速挂膜；包括如下工艺步骤：
（1）生物填料填充：首先将生物填料加入到反硝化反应器内，填充体积为反应器有效容积的90%；
（2）接种菌剂：向反硝化反应器内接种10000mg/L的好氧耐盐反硝化菌剂后，闷曝24h；
（3）反应器挂膜：待反应器无污泥流失时开启曝气装置，采用人工模拟废水开始连续进水，控制反应器的温度、溶解氧，初始硝酸盐和亚酸盐混合浓度为300mg/L，使其适应好氧耐盐反硝化菌的生长；水流沿着导流板由上往下流，在生物填料区形成由下而上的液态流；在底部沉积的好氧耐盐反硝化污泥通过内循环管道从反应器顶部流入，在生物填料区形成由上而下的固态流，同时曝气形成的气泡在生物填料区形成由下而上的气态流，三者在生物填料区进行充分混合，形成流化状态，好氧耐盐反硝化菌在生物填料表面附着或生长逐渐形成微生物聚集体；然后维持反应器的温度、溶解氧不变，加大硝酸盐和亚酸盐混合浓度至600mg/L，直至生物填料上出现明显的生物膜。
采用以下方法挂膜进行验证：停止进模拟废水，采用实际含盐废水连续进水7~14d，盐度以NaCl计为100mg/L，硝酸盐和亚酸盐混合浓度为400mg/L，待出水硝酸盐和亚酸盐混合浓度去除率连续7d大于95%以上时，反应器挂膜成功。
反应器挂膜阶段，溶解氧控制在2.0~3.0mg/L、温度控制在25~40℃。反应器挂膜阶段，人工模拟废水主要组成包括： 10g/L的NaNO2、10g/L的NaNO3、10g/L的KH2PO4或K2HPO4、10g/L的MgCl2、 10g/L的Na2CO3、10g/L的葡萄糖或者甲醇，质量分数＝5%的NaCl、以及适量微量元素液。所述的微量元素液的主要成分包括： 150mg/L的CoCl2·6H2O、150mg/L的CaCl2、50mg/L的CuSO4·5H2O、150mg/L的ZnSO4·7H2O、150mg/L的FeSO4·7H2O、150mg/L的MnSO4·2H2O。
实施例5，一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法：采用实施例1或2所述的内循环式的反硝化反应器，实现好氧耐盐反硝化菌的快速挂膜；包括如下工艺步骤：
（1）生物填料填充：首先将生物填料加入到反硝化反应器内，填充体积为反应器有效容积的75%；
（2）接种菌剂：向反硝化反应器内接种7500mg/L的好氧耐盐反硝化菌剂后，闷曝18h；
（3）反应器挂膜：待反应器无污泥流失时开启曝气装置，采用人工模拟废水开始连续进水，控制反应器的温度、溶解氧，初始硝酸盐和亚酸盐混合浓度为230mg/L，使其适应好氧耐盐反硝化菌的生长；水流沿着导流板由上往下流，在生物填料区形成由下而上的液态流；在底部沉积的好氧耐盐反硝化污泥通过内循环管道从反应器顶部流入，在生物填料区形成由上而下的固态流，同时曝气形成的气泡在生物填料区形成由下而上的气态流，三者在生物填料区进行充分混合，形成流化状态，好氧耐盐反硝化菌在生物填料表面附着或生长逐渐形成微生物聚集体；然后维持反应器的温度、溶解氧不变，加大硝酸盐和亚酸盐混合浓度至450mg/L，直至生物填料上出现明显的生物膜。
采用以下方法挂膜进行验证：停止进模拟废水，采用实际含盐废水连续进水7~14d，盐度以NaCl计为50mg/L，硝酸盐和亚酸盐混合浓度为300mg/L，待出水硝酸盐和亚酸盐混合浓度去除率连续7d大于95%以上时，反应器挂膜成功。
反应器挂膜阶段，溶解氧控制在1.2~2.0mg/L、温度控制在15~20℃。反应器挂膜阶段，人工模拟废水主要组成包括：5g/L的NaNO2、6g/L的NaNO3、4g/L的KH2PO4或K2HPO4、5g/L的MgCl2、 4g/L的Na2CO3、7g/L的葡萄糖或者甲醇，质量分数＝1%的NaCl、以及适量微量元素液。所述的微量元素液的主要成分包括：120mg/L的CoCl2·6H2O、80mg/L的CaCl2、35mg/L的CuSO4·5H2O、80mg/L的ZnSO4·7H2O、50~150mg/L的FeSO4·7H2O、120mg/L的MnSO4·2H2O。
实施例3或4或5中，生物填料为悬浮填料、软性填料、组合填料、辫带式填料或碳纤维填料。好氧耐盐反硝化菌剂来源于但不限于：红城红球菌（Rhodococcus erythropolis）LH-N13，保藏号为CGMCC No. 6974。

Claims (9)

1.一种内循环式的反硝化反应器，其特征在于：
包括反应器本体，在反应器本体内设有导流板将其纵向分隔为3个空间，分别为进水区、生物填料区和出水区，进水区上部与进水管路连接，出水区上部与出水管路连接，生物填料区内设有生物填料；
在反应器本体的下部设有曝气头，所述的曝气头与通入反应器本体内的曝气管路连接；曝气管路与曝气装置连接；
在反应器本体的底部还连接设有通向反应器本体顶部的反硝化污泥回流管路。
2.根据权利要求1所述的内循环式的反硝化反应器，其特征在于：所述的反应器本体的上部为圆柱体状，下部为锥台状。
3.一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法，其特征在于：采用权利要求1或2所述的内循环式的反硝化反应器，实现好氧耐盐反硝化菌的快速挂膜；包括如下工艺步骤：
（1）生物填料填充：首先将生物填料加入到反硝化反应器内，填充体积为反应器有效容积的60~90%；
（2）接种菌剂：向反硝化反应器内接种5000~10000mg/L的好氧耐盐反硝化菌剂后，闷曝12~24h；
（3）反应器挂膜：待反应器无污泥流失时开启曝气装置，采用人工模拟废水开始连续进水，控制反应器的温度、溶解氧，初始硝酸盐和亚酸盐混合浓度为150~300mg/L，使其适应好氧耐盐反硝化菌的生长；水流沿着导流板由上往下流，在生物填料区形成由下而上的液态流；在底部沉积的好氧耐盐反硝化污泥通过内循环管道从反应器顶部流入，在生物填料区形成由上而下的固态流，同时曝气形成的气泡在生物填料区形成由下而上的气态流，三者在生物填料区进行充分混合，形成流化状态，好氧耐盐反硝化菌在生物填料表面附着或生长逐渐形成微生物聚集体；然后维持反应器的温度、溶解氧不变，加大硝酸盐和亚酸盐混合浓度至300~600mg/L，直至生物填料上出现明显的生物膜。
4.根据权利要求3所述的一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法，其特征在于：采用以下方法挂膜进行验证：停止进模拟废水，采用实际含盐废水连续进水7~14d，盐度以NaCl计为10~100mg/L，硝酸盐和亚酸盐混合浓度为200~400mg/L，待出水硝酸盐和亚酸盐混合浓度去除率连续7d大于95%以上时，反应器挂膜成功。
5.根据权利要求3或4所述的一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法，其特征在于：生物填料包括但不限于：悬浮填料、软性填料、组合填料、辫带式填料或碳纤维填料。
6.根据权利要求3或4所述的一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法，其特征在于：好氧耐盐反硝化菌剂来源于但不限于：红城红球菌（Rhodococcus erythropolis）LH-N13，保藏号为CGMCC No. 6974。
7.根据权利要求3或4所述的一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法，其特征在于：反应器挂膜阶段，溶解氧控制在0~3.0mg/L、温度控制在10~40℃。
8.根据权利要求3或4所述的一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法，其特征在于：反应器挂膜阶段，人工模拟废水主要组成包括：0.5~10g/L的NaNO2、0.5~10g/L的NaNO3、0.5~10g/L的KH2PO4或K2HPO4、0.5~10g/L的MgCl2、 0.5~10g/L的Na2CO3、0.5~10g/L的葡萄糖或者甲醇，质量分数≤10%的NaCl、以及适量微量元素液。
9.根据权利要求3或4所述的一种好氧耐盐反硝化菌内循环挂膜方法，其特征在于：所述的微量元素液的主要成分包括：50~150mg/L的CoCl2·6H2O、50~150mg/L的CaCl2、10~50mg/L的CuSO4·5H2O、50~150mg/L的ZnSO4·7H2O、50~150mg/L的FeSO4·7H2O、50~150mg/L的MnSO4·2H2O。
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