CN108658224A - 一种基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，该方法包括：加入污泥后从升流式厌氧反应器的底部利用蠕动泵通入待处理废水，调整进水流速，使水力停留时间控制在2‑8h；调整温度及pH，使温度维持在32‑36度，pH保持在6.5‑8.5；同时进行曝氮气，维持厌氧环境；升流式厌氧反应器运行过程中，采用特定电磁波对升流式厌氧反应器的侧壁进行照射，照射频率为10‑40分钟/天；升流式厌氧反应器运行36～37天后成功启动污泥厌氧氨氧化反应，实现对污水中的氮素的高效脱除。本发明的方法可有效缩短厌氧氨氧化工艺的启动时间，并明显加快厌氧氨氧化菌的富集速度：升流式厌氧反应器的启动时间可缩短47％；运行130天后，厌氧氨氧化菌的富集数量可增加67.6％。

Description

一种基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的 方法
技术领域
本发明涉及一种基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，属于废水生物处理领域。
背景技术
工业化酒精生产作为我国重要的产业，其废水的处理和资源化利用一直受到人们的广泛关注。在酒精生产过程中的废水主要来源于蒸馏馏出液，设备清洗液，冷却液以及酒精漕液，含有较高浓度的有机物和悬浮物，其COD浓度达20000～60000mg/L，废水中残留较多的难降解有机物，对后续的好氧生物处理相当不利。酒精生产过程中由于原料中的含氨基团在发酵中脱落，所以酒精生产废水不仅含有一定量的有机物及悬浮物，同时也含有较高浓度的氨氮。而对于这部分废水的处理，传统的处理方法需要较高成本的投入，并且面临着污泥处置等问题。
厌氧氨氧化工艺是近年蓬勃发展起来的一种新型脱氮工艺，尤其适用于高氨氮废水处理领域，为酒精废水处理提供了新的思路。该工艺是指在厌氧或缺氧条件下，由厌氧氨氧化菌以亚硝氮为电子受体，将氨氮直接转化成氮气，从而避免了有机碳源和氧气的参与，使得脱氮成本大幅降低，成本低，仅为传统技术方法的1/10。因此厌氧氨氧化工艺的高效廉价性得到人们广泛的关注。但是厌氧氨氧化细菌倍增时间长达11天，生长缓慢，工艺启动时间长，严重限制了厌氧氨氧化工艺的工业化发展。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法。
术语说明：
特定电磁波：将电磁波发射极在一定温度下受热激发，发射出特定波段的电磁波，能够对微生物的新陈代谢和生长繁殖产生一定的影响。一定强度的电磁场可以抑制细胞的生长或者导致细胞死亡；而另外一定强度的电磁场可以刺激细胞的分裂增殖和分化。电磁辐射对酶类、膜受体、基因表达也有影响作用，可使其活性增加或降低。
本发明的技术方案如下：
一种基于特定电磁波强化厌氧氨氧化处理高氨氮酒精废水的方法，包括步骤如下：
(1)将活性污泥投加至升流式厌氧反应器的反应区内；
(2)从升流式厌氧反应器的底部利用蠕动泵通入待处理废水，调整进水流速，使水力停留时间控制在2-8h；调整温度及pH，使温度维持在32-36度，pH保持在6.5-8.5；同时进行曝氮气，维持厌氧环境；
(3)升流式厌氧反应器运行过程中，采用特定电磁波对升流式厌氧反应器的侧壁进行照射，照射频率为10-40分钟/天；.
(4)保持升流式厌氧反应器的出水流速与进水流速相同，升流式厌氧反应器运行36～37天后成功启动污泥厌氧氨氧化反应，实现对污水中的氮素的高效脱除。
根据本发明优选的，所述的活性污泥为活性厌氧颗粒污泥，污泥含水率大于等于99wt％。
根据本发明优选的，所述的活性厌氧颗粒污泥污泥取自造纸厂厌氧污水处理装置排出的污泥经过滤、冲洗后制得，活性厌氧颗粒污泥呈黑色，颗粒污泥粒径为0.5～4mm。
根据本发明优选的，步骤(2)通入待处理废水后的污泥浓度为2000-3000mg/L，采用恒温循环水浴装置使升流式厌氧反应器内部温度维持在34-36度，并通入氮气以维持厌氧环境，通入二氧化碳使pH保持在7.0-8.0。
根据本发明优选的，所述特定电磁波由特定电磁波发生器产生，为波长2～25μm不同特有频率和不同能量的综合电磁波。
根据特定电磁波发生器工作原理为将无序聚合体、晶态，氧化物和单质元素等不同状态复合而成电磁波发射极，在一定温度下受热激发，发射出波长从2～25μm的不同特有频率和不同能量的综合电磁波。该波段电池波具有一定的生物亲和性，可以促进细胞的新陈代谢和生长繁殖。
根据本发明优选的，特定电磁波对升流式厌氧反应器的侧壁照射频率为30-40分钟/天，最为优选的，特定电磁波对升流式厌氧反应器的侧壁照射频率为30分钟/天。
进一步本发明优选的，特定电磁波对升流式厌氧反应器侧壁垂直照射，照射距离为30厘米。
根据本发明优选的，所述升流式厌氧反应器的导气管和出水管均设有水封，隔绝氧气维持厌氧环境，每隔6小时向升流式厌氧反应器内曝氮气30分钟维持其厌氧环境，曝气强度为2-10ml/(L·min)。
根据本发明优选的，为了使反应器进水布水均匀，能够与污泥充分接触，在升流式厌氧反应器的底部设置有两层砾石层，下层砾石层的厚度为2～3cm，砾石的平均直径为5～7mm，上层砾石层的厚度为1～2cm，砾石的平均直径为2～5mm，进水管铺置在下层砾石层下方。
根据本发明优选的，升流式厌氧反应器的反应器为立式圆柱形，有效容积为0.5L，反应器进水流速为0.12～0.25L/h，待处理污水在升流式厌氧反应器内水力停留时间为2～4小时。
根据本发明优选的，升流式厌氧反应器的侧壁采用透红外有机玻璃材料，可以阻挡可见光的同时允许特定电磁波的穿透。
根据本发明优选的，所述待处理废水为酒精含氨氮废水。
本发明的方法可以加快厌氧氨氧化菌的富集，不仅可以缩短厌氧氨氧化工艺的启动时间，强化厌氧氨氧化反应器的脱氮性能。而且高的厌氧氨氧化菌浓度强化了反应器的抗冲击负荷能力，面对水力停留时间和氮负荷的变化，能够保持稳定的去除效率，适用于去除工业废水中的氨氮，尤其适用于氨氮浓度较高的酒精废水。
本发明具有如下优点：
(1)本发明所述的方法可有效缩短厌氧氨氧化工艺的启动时间，并可大幅提高厌氧氨氧化菌的富集速度：经特定电磁波照射的反应器可以将启动时间从57天缩短到36天，当进水总氮容积负荷在2760N mg/m3/d左右时，进行特定电磁波照射的反应器总氮去除率可提高17.7％，如图1、2所示；
(2)本发明所述的特定电磁波产生设备廉价易购，电磁波发射极每半年更换一次即可；
(3)本发明所述的方法反应条件温和，在常温常压下就可以进行，无需特定条件；且生成物无有毒有害物质，对环境安全无害；
(4)本发明的方法可以加快厌氧氨氧化菌的富集，不仅可以缩短厌氧氨氧化工艺的启动时间，而且高的厌氧氨氧化菌浓度强化了反应器的抗冲击负荷能力，面对水力停留时间和氮负荷的变化，能够保持稳定的去除效率。
附图说明
图1为应用实验例不进行特定电磁波照射和进行电磁波照射的反应器中进出水氨氮浓度的变化曲线图。
图2为应用实验例不进行特定电磁波照射和进行特定电磁波照射的反应器中厌氧氨氧化菌拷贝数变化的柱形图。
具体实施方式
下面通过实施例并参照附图对本发明作详细描述。有必要指出的是实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
实施例中使用化学试剂均购买于国药集团化学试剂有限公司，均为分析纯。蠕动泵购自保定兰格恒流泵有限公司，型号是BT100-2J。
特定电磁波发生器购自重庆金松康柏医疗器械有限公司，型号是29N。
升流式厌氧反应器采用加入透红外材料的有机玻璃制成。
曝气所用高纯氮气购自济南德洋特种气体有限公司，规格为99.999％。
活性厌氧颗粒污泥由山东一造纸厂厌氧污水处理装置排出的污泥经过滤、冲洗后制得。
实施例1
一种基于特定电磁波强化厌氧氨氧化处理高氨氮酒精废水的方法，包括步骤如下：
(1)将活性厌氧颗粒污泥投加至升流式厌氧反应器的反应区内，污泥含水率大于等于99wt％，所述升流式厌氧反应器的有效容积为0.5L，顶部设有三相分离器，底部设置有两层砾石层，下层砾石层的厚度为3cm，砾石的平均直径为6mm，上层砾石层的厚度为2cm，砾石的平均直径为3mm，进水管铺置在下层砾石层下方，侧壁设有不同高度取样口；
(2)从升流式厌氧反应器的底部利用蠕动泵通入待处理酒精废水，根据升流式厌氧反应器的体积调节蠕动泵转速以控制进水流速，控制进水流速为0.12L/h，使待处理污水在升流式厌氧反应器内水力停留时间为4小时，同时采用加热棒水浴加热方式使升流式厌氧反应器内部温度维持在35度，每隔6个小时向升流式厌氧反应器通入氮气曝气30min，曝气强度为2mL/(L·min)，优选的，在通入待处理废水前也进行氮气曝气30min，曝气强度为5mL/(L·min)，以维持厌氧环境，通入二氧化碳使pH保持在7.5。
(3)升流式厌氧反应器运行过程中，特定电磁波的照射频率为30分钟/天，由升流式厌氧反应器侧壁垂直照入，照射距离为30cm，反应器侧壁采用透红外有机玻璃材料。
(4)保持升流式厌氧反应器的出水流速与进水流速相同，升流式厌氧反应器运行36天后成功启动污泥厌氧氨氧化反应，实现对污水中的氮素的高效脱除，然后进入厌氧氨氧化稳定阶段。稳定运行期间通过调整水力停留时间和进水流速，提高进水总氮负荷，同时检验耐负荷冲击能力。稳定运行期间总氮去除负荷达到2541mg N/L/d，并且面对不断增加的总氮负荷，反应器保持稳定的运行效果，氮去除效果没有出现大幅度的波动。
实施例2
一种基于特定电磁波强化厌氧氨氧化处理高氨氮酒精废水的方法，包括步骤如下：
(1)将活性污泥投加至升流式厌氧反应器的反应区内，污泥含水率大于等于99wt％，所述升流式厌氧反应器的有效容积为0.5L，顶部设有三相分离器，底部设置有两层砾石层，下层砾石层的厚度为3cm，砾石的平均直径为6mm，上层砾石层的厚度为2cm，砾石的平均直径为3mm，进水管铺置在下层砾石层下方，侧壁设有不同高度取样口；
(2)从升流式厌氧反应器的底部利用蠕动泵通入待处理酒精废水，根据升流式厌氧反应器的体积调节蠕动泵转速以控制进水流速，控制进水流速为0.12L/h，使待处理污水在升流式厌氧反应器内水力停留时间为4小时，同时采用加热棒水浴加热方式使升流式厌氧反应器内部温度维持在35度，每隔6个小时向升流式厌氧反应器通入氮气曝气30min，曝气强度为2mL/(L·min)，优选的，在通入待处理废水前也进行氮气曝气30min，曝气强度为5mL/(L·min)，以维持厌氧环境，通入二氧化碳使pH保持在7.5。
(3)升流式厌氧反应器运行过程中，特定电磁波的照射频率为30分钟/天，由升流式厌氧反应器侧壁照入，照射距离为30cm，反应器侧壁采用透红外有机玻璃材料。
(4)保持升流式厌氧反应器的出水流速与进水流速相同，升流式厌氧反应器运行38天后成功启动污泥厌氧氨氧化反应，实现对污水中的氮素的高效脱除，然后进入厌氧氨氧化稳定阶段。稳定运行期间通过调整水力停留时间和进水流速，提高进水总氮负荷，同时检验耐负荷冲击能力。稳定运行期间总氮去除负荷达到2500mg N/L/d，并且面对不断增加的总氮负荷，反应器保持稳定的运行效果，氮去除效果没有出现大幅度的波动，总体运行表现与实施例1平行。
(5)在运行130天之后，升流式厌氧反应器不再进行电磁波的照射，其它运行条件保持不变。反应器运行效果明显下降，运行到145天，总氮去除负荷下降到2250N/L/d。之后又重新加入电磁波的作用，总氮去除效果逐渐回升到之前水平。
对比例1
一种高氨氮废水处理的方法，同实施例1，不同之处在于：
该方法升流式厌氧反应器运行过程中不采用特定电磁波照射。
稳定运行期间通过调整水力停留时间和进水流速，提高进水总氮负荷，同时检验耐负荷冲击能力。稳定运行期间总氮去除负荷达到2150mg N/L/d，面对总氮负荷的增加，表现出明显的波动现象，运行稳定性较差。
应用实验例1:
向实施例1及对比例1的方法中通入人工合成废水，对废水进行处理，利用蠕动泵控制连续流进水，控制水力停留时间为4小时，并利用蠕动泵控制出水回流，控制反应器进水流速为0.125L/h；所述人工合成废水具体成分为：233.5mg(NH4)2SO4/L，320mg NaNO2/L，500mg KHCO3/L，27.2mg KH2PO4/L，120mg MgSO4·7H2O/L，180mg CaCl2·2H2O/L，5.6mgFeSO4，1mL微量元素/L。所述微量元素具体成分为20000mg EDTA/L，430mg ZnSO4·7H2O/L，240mg CoCl2·6H2O/L，990mg MnCl2·4H2O/L，250mg CuSO4·5H2O/L，220mg NaMoO4·2H2O/L，190mg NiCl2·6H2O/L，210mg NaSeO4·6H2O/L，14mg H3BO4/L。
每3天测定一次氮素浓度，据此评价反应器运行状态及厌氧氨氧化启动效果；每30天取污泥样进行一次q-PCR分析，据此评价厌氧氨氧化菌生长富集速度。
对比例1运行过程中未施行特定电磁波作用的反应器运行57天成功启动厌氧氨氧化工艺，运行130天后反应器污泥中厌氧氨氧化菌的q-PCR结果为1.76×107copies/ngDNA；而本发明实施例1运行过程中进行特定电磁波照射的反应器运行36天成功启动厌氧氨氧化工艺，启动时间缩短47％，运行130天后反应器污泥中厌氧氨氧化菌的q-PCR结果为2.95×107copies/ng DNA，厌氧氨氧化菌数量提高了67.6％。

Claims (10)

1.一种基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，包括步骤如下：
(1)将活性污泥投加至升流式厌氧反应器的反应区内；
(2)从升流式厌氧反应器的底部利用蠕动泵通入待处理废水，调整进水流速，使水力停留时间控制在2-8h；调整温度及pH，使温度维持在32-36度，pH保持在6.5-8.5；同时进行曝氮气，维持厌氧环境；
(3)升流式厌氧反应器运行过程中，采用特定电磁波对升流式厌氧反应器的侧壁进行照射，照射频率为10-40分钟/天；.
(4)保持升流式厌氧反应器的出水流速与进水流速相同，升流式厌氧反应器运行36～37天后成功启动污泥厌氧氨氧化反应，实现对污水中的氮素的高效脱除。
2.根据权利要求1所述的基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，其特征在于，所述的活性污泥为活性厌氧颗粒污泥，污泥含水率大于等于99wt％，所述的活性厌氧颗粒污泥污泥取自造纸厂厌氧污水处理装置排出的污泥经过滤、冲洗后制得，活性厌氧颗粒污泥呈黑色，颗粒污泥粒径为0.5～4mm。
3.根据权利要求1所述的基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，其特征在于，步骤(2)通入待处理废水后的污泥浓度为2000-3000mg/L，采用恒温循环水浴装置使升流式厌氧反应器内部温度维持在34-36度，并通入氮气以维持厌氧环境，通入二氧化碳使pH保持在7.0-8.0。
4.根据权利要求1所述的基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，其特征在于，所述特定电磁波由特定电磁波发生器产生，为波长2～25μm不同特有频率和不同能量的综合电磁波。
5.根据权利要求1所述的基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，其特征在于，特定电磁波对升流式厌氧反应器的侧壁照射频率为30-40分钟/天，最为优选的，特定电磁波对升流式厌氧反应器的侧壁照射频率为30分钟/天。
6.根据权利要求1所述的基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，其特征在于，特定电磁波对升流式厌氧反应器侧壁垂直照射，照射距离为30厘米。
7.根据权利要求1所述的基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，其特征在于，所述升流式厌氧反应器的导气管和出水管均设有水封，隔绝氧气维持厌氧环境，每隔6小时向升流式厌氧反应器内曝氮气30分钟维持其厌氧环境，曝气强度为2-10ml/(L·min)。
8.根据权利要求1所述的基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，其特征在于，在升流式厌氧反应器的底部设置有两层砾石层，下层砾石层的厚度为2～3cm，砾石的平均直径为5～7mm，上层砾石层的厚度为1～2cm，砾石的平均直径为2～5mm，进水管铺置在下层砾石层下方。
9.根据权利要求1所述的基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，其特征在于，升流式厌氧反应器的反应器为立式圆柱形，有效容积为0.5L，反应器进水流速为0.12～0.25L/h，待处理污水在升流式厌氧反应器内水力停留时间为2～4小时。
10.根据权利要求1所述的基于特定电磁波技术强化酒精企业高氨氮废水处理的方法，其特征在于，升流式厌氧反应器的侧壁采用透红外有机玻璃材料，可以阻挡可见光的同时允许特定电磁波的穿透；所述待处理废水为酒精含氨氮废水。
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