CN109574399A - 一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，包括以下步骤：1)通过驯养富集硝化细菌，得到富集驯养的硝化污泥；2)污水自流至二沉池，进行固液分离；3)富集驯养的硝化污泥在MBR装置进行污水处理；4)出水进行处理结果分析。本发明具有设备简单、操作简便、费用便宜等优点，且无污染、稳定性高；可有效去除污水中的双氯芬酸，使污水排放达到要求，避免了对环境的污染，处理效果更为经济；弥补了目前净化工艺的不足，改进现有技术对双氯芬酸去除效果差、运行不稳定缺点，填补了国内外有关水源中双氯芬酸去除技术的空白。

Description

一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法
技术领域
本发明属于污水净化技术领域，具体是涉及一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法。
背景技术
双氯芬酸是一种广泛应用于抗炎镇痛的非甾体抗炎药，由于其广泛被使用及持久性，已在环境水体中被大量检出，污水处理厂作为其进入各类水的聚集地被广泛关注。作为一种新型污染物，其生态环境风险研究较少，现有研究表明双氯芬酸会造成印第安秃鹰大量衰减。因此，如何在污水处理系统中有效去除双氯芬酸受到人们的关注。
污水处理工艺作为保障污水安全排放的重要环节，研究不同经济高效的工艺对双氯芬酸去除的影响具有重要意义。目前的强化去除主要包括活性炭吸附、混凝沉淀、氯化消毒及高级氧化对双氯芬酸的去除。这些去除方法虽然可以较好地去除双氯芬酸母体，但高级氧化及消毒可能会造成毒性更强的中间产物产生，同时，经济成本也制约了这些技术的大规模应用。生物处理作为一种毒性削减、经济成本较低的技术理应受到重视。已有大量研究表明氨氧化细菌可以通过产生的氨单加氧酶共代谢去除微污染物，且去除能力较强。但使用硝化细菌强化去除实际污水中的微污染物—双氯芬酸尚无系统的研究。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，可以有效去除污水中的双氯芬酸，使污水处理达到要求。
本发明的技术方案是一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，包括以下步骤：
1)通过在MBR中逐渐提高氨氮负荷并逐步降低有机碳负荷驯养富集硝化细菌，进行周期为三个月的富集的硝化细菌驯养，再将活性污泥与富集的硝化细菌混合，得到富集驯养的硝化污泥；
2)使污水自流至二沉池，进行固液分离，分离得到上清液和沉淀物；
3)将步骤1)分离的上清液泵入富集驯养的硝化污泥的MBR中，MBR中控制硝化污泥浓度为1000mg/L，添加碳酸氢钠调节pH为7.5±0.5，曝气控制溶解氧为2-4mg/L，HRT为0.5-10h，通过泵入污泥硝化液的高氨氮废水维持氨氧化速率(SAOR)为0.05～0.4mg NH4 +-N/gMLSS min；
4)收集步骤3)出水进行结果分析，然后送入接触消毒池与ClO2反应消毒，最后接触池出水排至城市污水管网。
进一步地，步骤3)中调节pH的碳酸氢钠为500mg/L，通过实时pH计测量并按需添加碳酸氢钠储备液至pH为7.5±0.5，以确保硝化细菌生长所需要的pH值环境。
进一步地，步骤3)溶解氧通过溶氧仪测定，通过调节曝气装置阀门控制DO为2-4mg/L，防止在产生厌氧不易沉降。
进一步地，步骤3)中SAOR的调节，先通过预实验确定富集的硝化细菌的氨氧化能力，然后根据预实验结果投加污泥硝化液维持SAOR为0.05mg NH4 +-N/g MLSS min，降低好氧时间，提高短程硝化，节省更多的曝气能耗。
进一步地，步骤3)通过搅拌器在速率为700～900r/min条件下，脉冲曝气处理4～6h，脉冲频率为10～15min；所述膜元件为装有聚氨酯泡沫材料和沸石填料的中空纤维膜，强化了对有机物的分解，缓解了膜组器的污染。
进一步地，步骤1)中硝化细菌的富集步骤如下：现将硝化细菌与进水的质量比为1:10，溶解氧保持在6mg/L条件下，脉冲曝气处理2～3h，静置过滤取上清液；将上清液泵入MBR反应器中，在温度为15～25℃条件下，调节pH值为7.2～7.8，控制溶解氧为1.2～1.5mg/L，接种污泥浓度为15-18g/L，然后加入富养培养液，保持进水量不变，初始氨氮质量浓度为20～300mg/L，当氨氮浓度降至20mg/L时，增加进水的氨氮的浓度，其提高幅度为40～130mg/L，进行富集培养，便于硝化细菌成为优势菌群。
进一步地，步骤1)中富集培养液由以下组份按照质量比为1:1:5:2:2:3:1:2的MgCl2·6H2O、CaCl2、NaHCO3、KH2PO4、NH4Cl、FeSO4·7H2O、丙酮酸钠、微量元素，并对富养培养液在温度为85～100℃、转速为85～110r/min条件下灭菌10～15min，
进一步地，在进行富集培养过程中，先通过进水进行搅拌处理，通过对污水按照回流比为110～115％在MBR反应器进行往复停留，停留时间为1:1.5，往复停留期间用电磁棒进行不断搅拌处理，同时进行污泥分离，将分离后的污泥先在搅拌转速为200～300r/min条件下搅拌处理，然后在超声波频率为25～80KHz条件下，处理5～10min，控制浓缩系数为0.85～0.95，以回流比为80～98％进行回流处理；最后将处理后的污水静置沉淀，污泥回流仍在进行，沉淀完成后，停止污泥回流，排水处理，进行富集处理，提高抗冲击负载能力，膜有利于污泥截留，减轻反应器的处理负荷。
进一步地，步骤1)中对MBR反应器中添加硝化细菌生长促进剂，按照重量份比为2:3:1:2:1的CuSO 4·5H2O、磷酸羟胺、总黄酮、复硝酚钠、硫酸钙组成，上述按照重量份比与水完全溶解，在搅拌速率为150-300r/min条件下，通过微波加热到55～70℃，处理20～25min，按照5-10mg/L投加。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明具有设备简单，操作简便、费用便宜，且无污染、稳定性高；
2)本发明的方法可有效去除污水中的双氯芬酸，是污水达到排放标准，避免了污水中剩余的双氯芬酸可能会对下游生物造成的毒害影响；
3)弥补了目前污水净化工艺的不足，改进了现有技术对双氯芬酸去除效果较差的缺点，填补了国内关于污水中双氯芬酸去除技术的空白；
4)本发明通过对硝化细菌进行富集驯化处理，能够筛选、富集、固定优势菌种，保证硝化细菌具有较强的适应性，同步脱除总氮、氨氮。
附图说明
图1为本发明的硝化细菌去除污水的装置；
图2为本发明的富集驯化硝化污泥的MBR装置；
图3为本发明的HRT对双氯芬酸去除效果的影响结果图；
图4为本发明的SAORs对双氯芬酸去除效果的影响结果图；
图5为本发明的双氯芬酸的多反应监测参数表；
其中，1-pH/曝气调节进口、2-蠕动泵、3、高氨氮硝化储备液、4-进水槽、5-水位平衡池、6-膜生物反应器、7-气泵、8-出水口。
具体实施方式
实施例1
一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，包括以下步骤：
1)通过在MBR中逐渐提高氨氮负荷并逐步降低有机碳负荷驯养富集硝化细菌，进行周期为三个月的富集的硝化细菌驯养，再将活性污泥与富集的硝化细菌混合，得到富集驯养的硝化污泥；
2)使污水自流至二沉池，进行固液分离，分离得到上清液和沉淀物；
3)将步骤1)分离的上清液泵入富集驯养的硝化污泥的MBR中，MBR中控制硝化污泥浓度为1000mg/L，调节pH的碳酸氢钠为500mg/L，通过实时pH计测量并按需添加碳酸氢钠储备液至pH为6，溶解氧通过溶氧仪测定，通过调节曝气装置阀门控制DO为2mg/L，其曝气为脉冲曝气，脉冲频率为10min处理4h；所述膜元件为装有聚氨酯泡沫材料和沸石填料的中空纤维膜，HRT为0.5h，先通过预实验确定富集的硝化细菌的氨氧化能力，然后通过泵入污泥硝化液的高氨氮废水维持氨氧化速率SAOR为0.05mg NH4 +-N/g MLSS min；
4)收集步骤3)出水进行结果分析，然后送入接触消毒池与ClO2反应消毒，最后接触池出水排至城市污水管网。
实验例2
一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，包括以下步骤：
1)通过在MBR中逐渐提高氨氮负荷并逐步降低有机碳负荷驯养富集硝化细菌，进行周期为三个月的富集的硝化细菌驯养，再将活性污泥与富集的硝化细菌混合，得到富集驯养的硝化污泥；
2)使污水自流至二沉池，进行固液分离，分离得到上清液和沉淀物；
3)将步骤1)分离的上清液泵入富集驯养的硝化污泥的MBR中，MBR中控制硝化污泥浓度为1000mg/L，调节pH的碳酸氢钠为500mg/L，通过实时pH计测量并按需添加碳酸氢钠储备液至pH为7.5，溶解氧通过溶氧仪测定，通过调节曝气装置阀门控制DO为3mg/L，其曝气为脉冲曝气，脉冲频率为13min处理5h；所述膜元件为装有聚氨酯泡沫材料和沸石填料的中空纤维膜，HRT为5h，先通过预实验确定富集的硝化细菌的氨氧化能力，然后通过泵入污泥硝化液的高氨氮废水维持氨氧化速率SAOR为0.2mg NH4 +-N/g MLSS min；
4)收集步骤3)出水进行结果分析，然后送入接触消毒池与ClO2反应消毒，最后接触池出水排至城市污水管网。
实施例3
一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，包括以下步骤：
1)通过在MBR中逐渐提高氨氮负荷并逐步降低有机碳负荷驯养富集硝化细菌，进行周期为三个月的富集的硝化细菌驯养，再将活性污泥与富集的硝化细菌混合，得到富集驯养的硝化污泥；
2)使污水自流至二沉池，进行固液分离，分离得到上清液和沉淀物；
3)将步骤1)分离的上清液泵入富集驯养的硝化污泥的MBR中，MBR中控制硝化污泥浓度为1000mg/L，调节pH的碳酸氢钠为500mg/L，通过实时pH计测量并按需添加碳酸氢钠储备液至pH为8，溶解氧通过溶氧仪测定，通过调节曝气装置阀门控制DO为4mg/L，其曝气为脉冲曝气，脉冲频率为13min处理15h；所述膜元件为装有聚氨酯泡沫材料和沸石填料的中空纤维膜，HRT为10h，先通过预实验确定富集的硝化细菌的氨氧化能力，然后通过泵入污泥硝化液的高氨氮废水维持氨氧化速率SAOR为0.4mg NH4 +-N/g MLSS min；
4)收集步骤3)出水进行结果分析，然后送入接触消毒池与ClO2反应消毒，最后接触池出水排至城市污水管网。
实施例4
一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，包括以下步骤：
1)通过在MBR中逐渐提高氨氮负荷并逐步降低有机碳负荷驯养富集硝化细菌，步骤如下：现将硝化细菌与进水的质量比为1:10，溶解氧保持在6mg/L条件下，脉冲曝气处理3h，静置过滤取上清液；将上清液泵入MBR反应器中，在温度为25℃条件下，调节pH值为7.8，控制溶解氧为1.5mg/L，接种污泥浓度为18g/L，然后加入按照质量比为1:1:5:2:2:3:1:2的MgCl2·6H2O、CaCl2、NaHCO3、KH2PO4、NH4Cl、FeSO4·7H2O、丙酮酸钠、微量元素，并对富养培养液在温度为100℃、转速为110r/min条件下灭菌15min，保持进水量不变，初始氨氮质量浓度为300mg/L，当氨氮浓度降至20mg/L时，增加进水的氨氮的浓度，其提高幅度为130mg/L，先通过进水进行搅拌处理，通过对污水按照回流比为115％在MBR反应器进行往复停留，停留时间为1:1.5，往复停留期间用电磁棒进行不断搅拌处理，按照重量份比为2:3:1:2:1的CuSO 4·5H2O、磷酸羟胺、总黄酮、复硝酚钠、硫酸钙组成，上述按照重量份比与水完全溶解，在搅拌速率为300r/min条件下，通过微波加热到70℃，处理25min，按照10mg/L投加,同时进行污泥分离，将分离后的污泥先在搅拌转速为300r/min条件下搅拌处理，然后在超声波频率为80KHz条件下，处理10min，控制浓缩系数为0.95，以回流比为98％进行回流处理；最后将处理后的污水静置沉淀，污泥回流仍在进行，沉淀完成后，停止污泥回流，排水处理，进行富集培养，进行周期为三个月的富集的硝化细菌驯养，再将活性污泥与富集的硝化细菌混合，得到富集驯养的硝化污泥；
2)使污水自流至二沉池，进行固液分离，分离得到上清液和沉淀物；
3)将步骤1)分离的上清液泵入富集驯养的硝化污泥的MBR中，MBR中控制硝化污泥浓度为1000mg/L，调节pH的碳酸氢钠为500mg/L，通过实时pH计测量并按需添加碳酸氢钠储备液至pH为8，溶解氧通过溶氧仪测定，通过调节曝气装置阀门控制DO为4mg/L，其曝气为脉冲曝气，脉冲频率为13min处理15h；所述膜元件为装有聚氨酯泡沫材料和沸石填料的中空纤维膜，HRT为10h，先通过预实验确定富集的硝化细菌的氨氧化能力，然后通过泵入污泥硝化液的高氨氮废水维持氨氧化速率SAOR为0.4mg NH4 +-N/g MLSS min；
4)收集步骤3)出水进行结果分析，然后送入接触消毒池与ClO2反应消毒，最后接触池出水排至城市污水管网。
结果分析
取30mL水样用0.45μm混合纤维膜过滤，过滤后存于4℃冰箱中以待后续的固相萃取操作以及随之的双氯芬酸的定量。每个实验重复三次，取平均值±标准偏差进行分析。简单的实验流程如图1所示。
(A)液质联用检测双氯芬酸
所选用的液质联用仪器为美国AB公司的API4000液质联用仪，采用电喷雾离子源(ESI)，负电离多反应监测模式(MRM)。多反应监测的参数见图5。
液相分离选用的色谱柱为Acquity UPLC BEH C18色谱柱(2.1×50mm,1.7um)，柱温保持在30℃。所选用的流动相为水(A)和甲醇(B)，两相中均加入0.1％的氨水。流动相使用前超声脱气。液相流速为0.1mL/min，采用等度洗脱，等度洗脱的程序为10％A:90％B。进样量为5μL，采用自动进样器进样。
(B)双氯芬酸去除率分析
本文中双氯芬酸的浓度单位为μg/L
双氯芬酸的去除率＝(1-Ct/C0)×100％，C0为初始浓度，Ct为反应时间t时的双氯芬酸剂浓度。
经分析可知：
1、HRT对双氯芬酸去除的影响
图1显示了HRT对双氯芬酸去除的影响情况，如图3所示，随着HRT从0.5h到10h，双氯芬酸的去除率逐步提高。HRT为0.5h时，双氯芬酸去除率仅为21.84％，HRT从1h延长至2h，双氯芬酸去除率提高幅度较明显，从27.49％上升至55.14％。当HRT从2h延长至10h，HRT缓慢上升，从55.14％至76.79％。考虑到污水处理厂运行经济成果和去除率提高的幅度，选定HRT为6h较为合适。
2、SAOR对双氯芬酸去除的影响
图2显示了初始SAOR对双氯芬酸去除的影响，如图4所示，双氯芬酸的去除随着初始SAOR的提升而提高。当SAOR为0.05mg NH4-N/g MLSS min时，其去除率为57.05％。当SAOR为0.4mg NH4-N/g MLSS min时，其去除率为85.66％，由于随着SAOR提升其双氯芬酸去除率的提升幅度均较小，另外考虑到出水氨氮浓度达标等问题，选定SAOR为0.05mg NH4-N/gMLSS min。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过在MBR中逐渐提高氨氮负荷并逐步降低有机碳负荷驯养富集硝化细菌，进行周期为三个月的富集的硝化细菌驯养，再将活性污泥与富集的硝化细菌混合，得到富集驯养的硝化污泥；
2)使污水自流至二沉池，进行固液分离，分离得到上清液和沉淀物；
3)将步骤1)分离的上清液泵入富集驯养的硝化污泥的MBR中，MBR中控制硝化污泥浓度为1000mg/L，添加碳酸氢钠调节pH为7.5±0.5，曝气控制溶解氧为2-4mg/L，HRT为0.5-10h，通过泵入污泥硝化液的高氨氮废水维持氨氧化速率(SAOR)为0.05-0.4mg NH4 +-N/g MLSSmin；
4)收集步骤3)出水进行结果分析，然后送入接触消毒池与ClO2反应消毒，最后接触池出水排至城市污水管网。
2.如权利要求1所述的一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，其特征在于，所述步骤3)中调节pH的碳酸氢钠为500mg/L，通过实时pH计测量并按需添加碳酸氢钠储备液至pH为7.5±0.5。
3.如权利要求1所述的一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，其特征在于，所述步骤3)溶解氧通过溶氧仪测定，通过调节曝气装置阀门控制DO为2-4mg/L。
4.如权利要求1所述的一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，其特征在于，步骤3)中SAOR的调节，先通过预实验确定富集的硝化细菌的氨氧化能力，然后根据预实验结果投加污泥消化液维持SAOR为0.05mg NH4 +-N/g MLSS min。
5.如权利要求1所述的一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，其特征在于，所述步骤3)中曝气为脉冲曝气，脉冲频率为10～15min处理4～6h；所述膜元件为装有聚氨酯泡沫材料和沸石填料的中空纤维膜。
6.如权利要求1所述的一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，其特征在于，所述步骤1)中硝化细菌的富集步骤如下：现将硝化细菌与进水的质量比为1:10，溶解氧保持在6mg/L条件下，脉冲曝气处理2～3h，静置过滤取上清液；将上清液泵入MBR反应器中，在温度为15～25℃条件下，调节pH值为7.2～7.8，控制溶解氧为1.2～1.5mg/L，接种污泥浓度为15-18g/L，然后加入富养培养液，保持进水量不变，初始氨氮质量浓度为20～300mg/L，当氨氮浓度降至20mg/L时，增加进水的氨氮的浓度，其提高幅度为40～130mg/L，进行富集培养。
7.如权利要求6所述的一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，其特征在于，所述富集培养液由以下组份按照质量比为1:1:5:2:2:3:1:2的MgCl2·6H2O、CaCl2、NaHCO3、KH2PO4、NH4Cl、FeSO4·7H2O、丙酮酸钠、微量元素，并对富养培养液在温度为85～100℃、转速为85～110r/min条件下灭菌10～15min。
8.如权利要求6所述的一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，其特征在于，在进行富集培养过程中，先通过进水进行搅拌处理，通过对污水按照回流比为110～115％在MBR反应器进行往复停留，停留时间为1:1.5，往复停留期间用电磁棒进行不断搅拌处理，同时进行污泥分离，将分离后的污泥先在搅拌转速为200～300r/min条件下搅拌处理，然后在超声波频率为25～80KHz条件下，处理5～10min，控制浓缩系数为0.85～0.95，以回流比为80～98％进行回流处理；最后将处理后的污水静置沉淀，污泥回流仍在进行，沉淀完成后，停止污泥回流，排水处理，进行富集处理。
9.如权利要求6所述的一种基于富集硝化细菌强化去除污水中双氯芬酸的方法，其特征在于，并对富养培养液在温度为85～100℃、转速为85～110r/min条件下灭菌10～15min。
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