CN106927576B - 一种提高污水中氮类污染物去除效果的方法 - Google Patents

一种提高污水中氮类污染物去除效果的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体为一种提高污水中氮类污染物去除效果的方法。本发明将陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN‑01进行扩大培养，制成高效氮类降解菌剂。对含氮类污染物的污水进行降解时，缺氧单元中投加高效降解菌剂，好氧单元中投加驯化成功的好氧活性污泥。本发明方法在模拟污水中高浓度硝态氮和亚硝态氮、氨氮共存的条件下，出水水质远高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918‑2002）一级A出水标准（总氮≤15 mg/L；氨氮≤5 mg/L），污水中总氮的去除率高。本发明对环境无二次污染，处理成本较低。

Description

一种提高污水中氮类污染物去除效果的方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种提高污水中氮类污染物去除效果的方法。
背景技术
常规污水生物处理技术对污水中氮类污染物的最高去除率约为50%～60%。在较佳的工艺条件下，采用常规的生物处理技术，处理后的污水无法稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B出水标准（氨氮≤ 8 mg/L；总氮≤ 20 mg/L）。大多数情况下，出水中氨氮浓度可以达标，但总氮无法稳定达标，因出水中含有较高浓度的硝态氮和亚硝态氮。
从2016年1月1日起，新建污水处理厂的出水水质需要执行一级A标准（氨氮≤5mg/L；总氮≤15 mg/L）。而已建污水处理厂（设计出水水质满足一级B标准）需要进行提标改造，对现有污水处理工艺进行升级改造，满足出水一级A标准。而国家环保部将对发布13年后的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）进行首次修订。2015年发布的征求意见稿中规定了污水处理厂污染物的特别排放限值（氨氮≤1.5 mg/L；总氮≤10 mg/L）。目前，采用的污水生物处理技术存在硝化较充分、但反硝化不充分、总氮降解效率低等问题。因此，常规生物处理技术面临更大的挑战。
合成氨工业企业排放的含高浓度氮类污染物废水，采用现有生物处理技术，出水无法满足《合成氨工业水污染物排放标准》（GB13458-2008）（氨氮≤ 25 mg/L；总氮≤ 30mg/L）。而根据环境保护工作的要求，在环境承载能力开始减弱或容易发生严重环境污染问题而需要采取特别保护措施的地区，合成氨工业企业排放的含高浓度氮类污染物废水，出水水质需满足《合成氨工业水污染物排放标准》（GB13458-2008）中的污染物特别排放限值（总氮≤ 20 mg/L；氨氮≤ 15 mg/L）。因此，需对现有处理工艺进行升级改造，使出水水质达到排放标准。
发明内容
针对现有生物处理技术对污水中总氮的去除效率低等问题，本发明的目的在于提供一种操作安全、方便、低耗、对环境无二次污染的“氮类污染物生物强化修复技术”。
本发明将高效氮类降解菌剂投加至新型反应装置中，反应装置的投菌量和运行程序可根据原污水水质进行自动控制，操作方便、安全，氮类污染物降解效率高，对环境无二次污染。
本发明的技术方案具体介绍如下。
本发明提供一种提高污水中氮类污染物去除效果的方法，其采用陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01（基因序列号为Genbank KY393097）扩大培养得到的高效氮类降解菌剂对污水进行缺氧脱氮处理，去除污水中氮类污染物；其中：所述陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01的保藏登记号为CGMCC No.13553。
本发明中，还包括用驯化好的活性污泥对污水进行好氧处理的步骤。
本发明中的方法采用相互联通的缺氧单元和好氧单元（装置）进行处理，先缺氧处理后好氧处理，或者先好氧处理再缺氧处理。
优选的处理污水的装置的结构如下：箱体由隔板分隔为2个单元，包括1个缺氧单元和1个好氧单元；2个单元通过隔板上的开孔互相联通；2个单元中均安装立式搅拌器，好氧单元中还设置安设辫带式填料和管式曝气器；2个单元的上端均设置进水口，中部均设置出水口，底部均设置排泥口。
本发明中，高效氮类降解菌剂的制备方法如下：
（1）在序批式反应器SBR上半部分安放聚合纤维，SBR中投加活性污泥，进行低氧曝气和搅拌；向SBR中的微生物提供营养液，葡萄糖作为碳源，硝态氮、亚硝态氮、氨氮作为氮源，在室温20℃～22℃条件下，连续培养20 d～30 d，在聚合纤维上形成了生物膜；然后对生物膜上富集的氮类降解菌进行分离、筛选，得到陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01；
（2）将陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01，加入液体培养基，在摇床中进行培养45 h～55 h，得到高效氮类降解菌剂。
本发明中，步骤（1）中，所述微生物为活性污泥中的细菌、原生动物、后生动物等微生物；所述营养液为微生物生长所需的营养物质，具体如下 ：0.2 g/L MgSO4, 0.02 g/LCaCl2, 1.0 g/L KH2PO4, 1.0 g/L (NH4)2HPO4, 1.0 g/L K2(NO3)2, 0.05 g/L FeCl3, 20-50 g/L NaCl。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）高效氮类降解菌FDN-01为实验室培养、筛选的菌株，从而使污（废）水中氮类污染物的处理成本大幅降低。
（2）反应装置的结构设计新颖，运行程序可自动调控，操作方便、安全。
（3）高效氮类降解菌剂的加入，大大提高了污（废）水中氮类污染物的降解率。采用本发明方法，污水中的氨氮去除率为100%、总氮去除率达到92%以上，基本在95%~98%。在污水中高浓度硝态氮和亚硝态氮、氨氮共存的条件下，出水水质远高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A出水标准（总氮≤ 15 mg/L；氨氮≤ 5 mg/L）。同时满足2015年发布的征求意见稿中规定的污水处理厂污染物特别排放限值（氨氮≤1.5 mg/L；总氮≤10 mg/L）。
（4）高效氮类降解菌剂的投加量可根据真实环境和实际污（废）水中氮类污染物含量进行及时调整。
附图说明
图1是本发明的FDN-01菌株的在显微镜下的个体形态特征图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细阐述。
实施例中，陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01的获取方法如下：在序批式反应器SBR上半部分安放聚合纤维，SBR中投加活性污泥，进行低氧曝气和搅拌；向SBR中的微生物提供营养液，葡萄糖作为碳源，硝酸钠、亚硝酸钠、氯化铵作为氮源，在室温20℃～22℃条件下，连续培养20 d～30 d，在聚合纤维上形成了生物膜；然后对生物膜上富集的氮类降解菌进行分离、筛选，得到陶厄氏菌株FDN-01。FDN-01菌株具有对氮类污染物具有高选择性去除作用的特点，可以对氮类污染物进行高效降解。
本发明的高效氮类降解菌剂，其菌株为陶厄氏菌（Thauera sp.），是新发现的菌株，该菌株已于2017年1月9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，简称为：CGMCC；地址为：北京市朝阳区大屯路中科院微生物研究所；保藏编号为：CGMCCNo.13553。
图1是本发明的FDN-01菌株的个体形态特征图。
FDN-01菌株为兼性厌氧、革兰氏染色阴性、无芽孢、具极生鞭毛的杆菌。同时，该菌株氧化酶阳性、过氧化氢酶阳性、能以硝酸盐为替代的电子受体进行厌氧呼吸（反硝化）、能在45℃和5.5%NaCl下生长、VP试验阳性、利用苹果酸生长、具有碱性磷酸盐酶、酸性磷酸酶、酯酶（C4）、类脂酯酶（C8）、白氨酸芳胺酶、萘酚-AS-BI-磷酸水解酶、β-葡萄糖甙酶等活性的特点。FDN-01是一株新发现菌株，为陶厄氏菌属（Thauera sp.），Genbank Sequence_ID为KY393097。
本发明采用自行设计的新型反应装置进行去除氮类污染物实验，具体的装置结构描述如下：
该装置的箱体为长方体或圆柱体，箱体材料采用石英玻璃；由隔板分隔为2个单元，包括1个缺氧单元和1个好氧单元；2个单元通过隔板上的开孔互相联通（联通孔的大小，开关时间均可调节）；2个单元中均安装立式搅拌器，仅在好氧单元中安设辫带式填料和管式曝气器；2个单元的上端均设置进水口，中部设置出水口，底部设置排泥口。产生的剩余污泥可通过每个单元的排泥口排出，2个单元均可单独进水、单独排水。装置采用全自动控制，操作方便、安全。
实施例1
在本实施例中，将陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01接入液体培养基，在摇床中进行扩大培养45 h～55 h，得到高效降解菌剂。含氮类污染物的模拟污水，其中氨氮初始浓度为40 mg/L、硝态氮初始浓度为180 mg/L、亚硝态氮初始浓度为40 mg/L。1000 mL模拟污水加入新型反应装置的缺氧单元中，50 mL（5%接菌量）高效降解菌剂同时加入缺氧单元中，菌剂处理污水的时间为3 d。小试试验结果：模拟污水中氨氮去除率为100%、总氮去除率达到95%以上。在污水中高浓度硝态氮和亚硝态氮、氨氮共存的条件下，出水水质远高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A出水标准（总氮≤ 15 mg/L；氨氮≤ 5 mg/L）。同时满足2015年发布的征求意见稿中规定的污水处理厂污染物特别排放限值（氨氮≤1.5 mg/L；总氮≤10 mg/L）。
实施例2
在本实施例中，将陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01接入液体培养基，在摇床中进行扩大培养45 h～55 h，得到高效降解菌剂。含氮类污染物的模拟污水，其中氨氮初始浓度为100 mg/L、硝态氮初始浓度为20 mg/L、亚硝态氮初始浓度为5 mg/L。1000 mL模拟污水加入新型反应装置的好氧单元中，该单元中同时加入已驯化好的500 mL活性污泥。反应12 h后，泥水混合物静止沉淀分离30 min；沉淀后，打开联通孔，1000 mL上清液排入缺氧单元中。20mL（2%接菌量）高效降解菌剂加入缺氧单元中，菌剂处理污水的时间为1 d。小试试验结果：模拟污水中氨氮去除率为100%、总氮去除率达到98%以上，出水水质远高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A出水标准（总氮≤ 15 mg/L；氨氮≤ 5 mg/L）。同时满足2015年发布的征求意见稿中规定的污水处理厂污染物特别排放限值（氨氮≤1.5mg/L；总氮≤10 mg/L）。
实施例3
在本实施例中，将陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01接入液体培养基，在摇床中进行扩大培养45 h～55 h，得到高效降解菌剂。含氮类污染物的模拟污水，其中氨氮初始浓度为100 mg/L、硝态氮初始浓度为120 mg/L、亚硝态氮初始浓度为20 mg/L。1000 mL模拟污水加入新型反应装置的好氧单元中，该单元中同时加入已驯化好的500 mL活性污泥。反应12 h后，泥水混合物静止沉淀分离30 min；沉淀后，打开联通孔，1000 mL上清液排入缺氧单元中。20 mL（2%接菌量）高效降解菌剂加入缺氧单元中，菌剂处理污水的时间为3 d。小试试验结果：模拟污水中氨氮去除率为100%、总氮去除率达到96%以上，出水水质远高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A出水标准（总氮≤ 15 mg/L；氨氮≤ 5 mg/L）。同时满足2015年发布的征求意见稿中规定的污水处理厂污染物特别排放限值（氨氮≤1.5 mg/L；总氮≤10 mg/L）。
实施例4
在本实施例中，将陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01接入液体培养基，在摇床中进行扩大培养45 h～55 h，得到高效降解菌剂。含氮类污染物的模拟污水，其中氨氮初始浓度为60 mg/L、硝态氮初始浓度为100 mg/L、亚硝态氮初始浓度为30 mg/L。1000 mL模拟污水加入新型反应装置的缺氧单元中，20 mL（2%接菌量）高效降解菌剂同时加入缺氧单元中，菌剂处理污水的时间为3 d。菌水混合物静止沉淀分离1 h；沉淀后，打开联通孔，1000 mL上清液排入好氧单元中，该单元中加入已驯化好的500 mL活性污泥。好氧单元的反应时间为6 h。小试试验结果：模拟污水中氨氮去除率为100%、总氮去除率达到92%以上。出水水质高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A出水标准（总氮≤ 15 mg/L；氨氮≤5 mg/L）。
实施例5
在本实施例中，将陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01接入液体培养基，在摇床中进行扩大培养45 h～55 h，得到高效降解菌剂。含氮类污染物和有机物的模拟污水，其中氨氮初始浓度为50 mg/L、硝态氮初始浓度为80 mg/L、亚硝态氮初始浓度为50 mg/L、氯霉素初始浓度为30 mg/L。1000 mL模拟污水加入新型反应装置的缺氧单元中，20 mL（2%接菌量）高效降解菌剂同时加入缺氧单元中，菌剂处理污水的时间为3 d。菌水混合物静止沉淀分离1 h；沉淀后，打开联通孔，1000 mL上清液排入好氧单元中，该单元中加入已驯化好的500 mL活性污泥。好氧单元的反应时间为6 h。小试试验结果：模拟污水中氨氮去除率为100%，总氮去除率达到95%以上，氯霉素去除率为5%左右。
实施例6
在本实施例中，将陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01接入液体培养基，在摇床中进行扩大培养45 h～55 h，得到高效降解菌剂。含有机物的模拟污水，其中氯霉素初始浓度为30mg/L、对氨基苯甲酸初始浓度为30 mg/L。1000 mL模拟污水加入新型反应装置的缺氧单元中，20 mL（2%接菌量）高效降解菌剂同时加入缺氧单元中，菌剂处理污水的时间为3 d。菌水混合物静止沉淀分离1 h；沉淀后，打开联通孔，1000 mL上清液排入好氧单元中，该单元中加入已驯化好的500 mL活性污泥。好氧单元的反应时间为6 h。小试试验结果：模拟污水中氯霉素和对氨基苯甲酸的浓度基本没有变化。

Claims (6)

1.一种提高污水中氮类污染物去除效果的方法，其特征在于，其采用陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01扩大培养得到的高效氮类降解菌剂对污水进行缺氧处理，去除污水中氮类污染物；其中：所述陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01的保藏登记号为CGMCCNo.13553。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括用驯化好的活性污泥对污水进行好氧处理的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用相互联通的缺氧单元和好氧单元装置进行处理，先缺氧处理后好氧处理，或者先好氧处理再缺氧处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，处理污水的装置的结构如下：箱体由隔板分隔为2个单元，包括1个缺氧单元和1个好氧单元；2个单元通过隔板上的开孔互相联通；2个单元中均安装立式搅拌器，好氧单元中还设置安设辫带式填料和管式曝气器；2个单元的上端均设置进水口，中部均设置出水口，底部均设置排泥口。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，高效氮类降解菌剂的制备方法如下：
（1）在序批式反应器SBR上半部分安放聚合纤维，SBR中投加活性污泥，进行低氧曝气和搅拌；向SBR中的微生物提供营养液，葡萄糖作为碳源，硝酸钠、亚硝酸钠、氯化铵作为氮源，在室温20℃～22℃条件下，连续培养20 d～30 d，在聚合纤维上形成了生物膜；然后对生物膜上富集的氮类降解菌进行分离、筛选，得到陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01；
（2）将陶厄氏菌（Thauera sp.）FDN-01，加入液体培养基，在摇床中进行培养45 h～55h，得到高效氮类降解菌剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述微生物包括活性污泥中的细菌、原生动物和后生动物；所述营养液为微生物生长所需的营养物质，具体如下 ：0.2 g/L MgSO4, 0.02 g/L CaCl2, 1.0 g/L KH2PO4, 1.0 g/L (NH4)2HPO4, 1.0 g/L K2(NO3)2,0.05 g/L FeCl3, 20-50 g/L NaCl。
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