CN111675438A - 一种利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法 - Google Patents
一种利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于污水处理技术领域,具体提供了一种利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法,将制革废水经物化法预处理、缺氧池‑曝气池生物处理后出水作为富集反应器进水,将生化系统缺氧池和好氧池活性污泥混合后作为富集反应器接种污泥,控制富集反应器运行参数,实现厌氧氨氧化菌的快速富集。本发明一方面利用废水代替人工配置的培养基为菌种提供营养,降低了富集成本,另一方面该工艺下富集的厌氧氨氧化菌对制革废水适应性强,对其有害成分的耐受性高,缩短了后期制革废水厌氧氨氧化工艺脱氮产业化应用的调试周期,保证了废水脱氮效果。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域,具体提供了一种利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法。
背景技术
制革废水存在毒性强、氨氮高、碳氮比低等特点,采用传统硝化-反硝化工艺脱氮,需要外加大量的碳源和纯碱,且曝气量大、能耗高,造成污水处理成本高。而厌氧氨氧化是指在缺氧条件下以亚硝态氮为电子受体将氨氮转化为氮气的过程,作为新型生物脱氮工艺的代表,与传统的脱氮工艺相比具有无需外加碳源、污泥产率低、能耗和曝气量低等优点,可极大降低整体污水运营成本,为极具应用前景的污水处理新技术。
但厌氧氨氧化菌的富集培养和厌氧氨氧化工程化应用存在诸多难点。比如厌氧氨氧化菌在普通活性污泥中丰度极低、且生长缓慢、世代周期长、对基质成分和浓度比较敏感、对环境要求苛刻等特点,造成采用普通活性污泥富集培养周期过长,且需要人工配置满足菌种生长需求的培养基,菌种富集培养的成本较高。另外,接种普通活性污泥,反应器启动困难,接种富集培养后的活性污泥,种源不足、价格昂贵,且存在不同水质富集培养的活性污泥通用性差等问题,导致厌氧氨氧化工程化应用严重受限。
因此如何提供一种方法使得所获得的厌氧氨氧化菌对制革废水适应性更强,且处理效果更好,成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明针对上述技术存在的不足,提供一种利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法,将制革废水经物化法预处理、缺氧池-曝气池生物处理后出水作为富集反应器进水,将生化系统缺氧池和好氧池活性污泥混合后作为富集反应器接种污泥,控制富集反应器运行参数,实现厌氧氨氧化菌的快速富集。本发明一方面利用废水代替人工配置的培养基为菌种提供营养,降低了富集成本,另一方面该工艺下富集的厌氧氨氧化菌对制革废水适应性强,对其有害成分的耐受性高,缩短了后期制革废水厌氧氨氧化工艺脱氮产业化应用的调试周期,保证了废水脱氮效果。
与现有技术相比,本发明的主要创新点有两个,分别为:
1、通过处理后的废水代替人工配水进行厌氧氨氧化菌的富集,一方面降低了成本,不需要购买药剂配水后进行富集;另一方面降低了劳动强度,直接用处理后废水,省去了人工配水的工序;
2、采用处理制革废水代替人工配水富集的厌氧氨氧化菌,在后续工业化应用中,对制革废水的适应性、抗冲击性更强,经过大量的实验后证实市售通过人工配置培养基富集培养的厌氧氨氧化菌种在处理皮革废水过程中受到冲击、厌氧氨氧化活性受到抑制,表现出对该水质的不适应性;而通过本发明的技术方案获得的厌氧氨氧化菌种,虽然富集用水和活性污泥均来自不同厂家,但都属于皮革废水,水质相似,富集培养出的菌种通用性较好抗冲击能力强,明显优于现有技术。
本发明提供的具体技术方案是:
一种利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法,包括以下步骤:
(1)废水预处理:向制革废水预处理系统絮凝沉淀池内投加化学药剂,去除废水中的对微生物有毒害作用的离子及悬浮物,沉淀出水后上清液作为生化系统进水;
(2)废水生化处理:预处理后废水依次经过缺氧池和好氧池进行生化处理,通过生化系统工艺控制,生物降解去除废水中的大部分COD,将氨氮部分转化为亚硝态氮,生化处理出水满足厌氧氨氧化富集反应器的进水要求;
(3)厌氧氨氧化菌富集培养:生化处理后废水作为进水,接种生化系统活性污泥,控制富集反应器运行参数,进行富集培养。
所述步骤(1)中对微生物有毒害作用的离子为S2-、Cr3+及其他有害离子;
所述步骤(1)中化学药剂为氧化钙、硫酸亚铁、聚合硫酸、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺中的一种或几种;
所述步骤(1)中制革废水原水指标为氨氮≤2000mg/L,化学需氧量COD≤4000mg/L;
所述步骤(1)中化学药剂的添加量为0.01-10kg/m3;
化学药剂的作用是絮凝沉淀,其加入后对于废水的氨氮和COD几乎无影响,只是去除了有害离子和大的颗粒悬浮物,为后续微生物的使用提供条件;
所述步骤(2)中生化系统工艺:缺氧池:温度20-30℃,pH 7.0-7.5,溶解氧0.2-0.5mg/L;好氧池:温度20-30℃,pH 7.5-8.0,溶解氧通过微曝气和推流搅拌共同控制在1.0-2.0mg/L;硝化液回流比为100%-300%;
所述步骤(2)中生化处理出水为COD<200mg/L、氨氮和亚硝态氮的质量比为1:0.9-1:1.4;经过上述处理后的废水中,氨氮和亚硝态氮是培养厌氧氨氧化菌的底物,这样就完全满足厌氧氨氧化菌富集的需求;且该工艺是用处理后的制革废水进行培养,比人工配制的培养基成分更接近于制革废水,故该工艺下富集的厌氧氨氧化菌对制革废水适应性强,缩短了后期制革废水厌氧氨氧化工艺脱氮产业化应用的调试周期,保证了废水脱氮效果;
所述步骤(3)中接种活性污泥为按照步骤(2)生化工艺下的缺氧池和好氧池活性污泥的混合物,两者质量比为2:1-6:1,接种后富集反应器内活性污泥浓度为0.4-1.5gMLSS/L;
所述步骤(3)中富集反应器为升流式厌氧污泥床反应器(UASB)、内循环厌氧生物反应器(IC)、厌氧膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)、厌氧折流板反应器(ABR)中的一种。
所述步骤(3)中富集反应器运行参数为:pH 7.2-7.5,溶解氧<0.2mg/L,温度30-35℃,水力停留时间为1-24h;
厌氧氨氧化菌对培养液的成分比较敏感,除对氨氮、亚硝态氮的含量和两者比例有要求外,对一些微量元素也有需求,一般通过人工配置的培养液进行菌种的富集培养,因此培养液的成本较高。另外,厌氧氨氧化菌生长缓慢、时代周期长的特点,造成菌种富集培养周期较长,进而导致整个富集培养过程耗费的原材料成本高。
本发明利用制革废水营养丰富、氨氮含量高的特点,经物化法预处理后,可将其中大部分的S2-、Cr3+等对微生物有毒害作用的离子去除,而后通过生化缺氧-好氧处理,一方面除去绝大部分可生化的COD,另一方面系统进水氨氮含量高、pH高,在好氧池很容易产生短程硝化作用,将氨氮部分转化为亚硝态氮。因此,通过生化系统工艺控制,将出水氨氮和亚硝态氮控制在合适的比值,加之无机营养丰富,完全满足厌氧氨氧化菌种富集培养的要求。
厌氧氨氧化菌在普通生化系统活性污泥中丰度极低,导致在工程化应用过程中接种菌泥严重不足,而接种富集培养后的活性污泥又价格昂贵,严重制约了厌氧氨氧化的工程化应用。而本发明所采用的制革废水生化系统缺氧池中溶解氧低,通过硝化液回流其中又含有一定量的氨氮和亚硝态氮,能够满足厌氧氨氧化菌生长的基本条件,因此通过长期的运行,制革废水生化系统活性污泥较普通生化系统活性污泥中厌氧氨氧化菌的丰度要高,以此作为厌氧氨氧化富集培养的接种污泥,可大大缩短富集培养的周期。
因此,本发明较现有技术有如下先进性和创造性,极大的推进了厌氧氨氧化工艺在污水脱氮,特别是在制革废水脱氮方面的工程化应用:
(1)采用制革工业废水代替配置培养液作为厌氧氨氧化菌种富集进水,一方面降低了原材料成本,另一方面省去人工配水工序,简化了工艺流程、降低了劳动强度;
(2)用制革废水生化系统活性污泥作为厌氧氨氧化菌种富集的接种活性污泥,提高了活性污泥中厌氧氨氧化菌的初始丰度,缩短了富集培养周期;
(3)采用本发明方法富集的厌氧氨氧化菌种对制革废水的适应性强,对制革废水中残留的有害成分耐受性高,可以直接应用于制革废水厌氧氨氧化反应器的启动,启动周期短、运行平稳。
附图说明
图1为利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的流程图。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式,对本发明的上述内容做进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围,除特殊说明外,下述实施例中均采用常规现有技术完成。
实施例1
一种利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法,具体步骤包括:
制革厂A废水(氨氮1000-1200mg/L、COD 3000-3500mg/L)进絮凝沉淀池后加入聚合硫酸铁0.8kg/m3、硫酸亚铁1.5kg/m3,反应20min,接着加入聚丙烯酰胺0.03kg/m3,反应15min,最后加入氧化钙3.2kg/m3,将原水中的悬浮物和对微生物有毒性的离子沉淀至物化污泥中,完成废水的预处理。
预处理后废水进入缺氧池,缺氧池的工艺参数为:温度25±2℃、pH 7.0-7.2、溶解氧0.2-0.3mg/L,停留时间20-24h,控制出水COD<1500mg/L进好氧池;进入好氧池后,好氧池工艺参数为:温度25±2℃、pH 7.5-7.8、通过微曝气和推流搅拌共同控制溶解氧1.0±0.1mg/L,停留时间70-72h,控制出水COD<200mg/L、氨氮和亚硝态氮的质量比值为1:1.1,硝化液回流比为300%。好氧池出水沉淀后取上清,作为厌氧氨氧化富集反应器的进水。
采用UASB反应器作为厌氧氨氧化菌种富集反应器,向反应器内按质量比4:1接种上述工艺中缺氧池和好氧池活性污泥,接种后反应器内活性污泥浓度为1.2g MLSS/L,从底部进生化处理后废水,控制反应器参数pH 7.3-7.4,溶解氧<0.2mg/L,温度35℃,水力停留时间为8-10h,进行菌种富集培养,检测氨氮、亚硝态氮和总氮的变化,计算降解率和脱除率。
按本方法连续富集110天,氨氮降解率>95%、亚硝态氮降解率>95%、总氮脱除率>85%,厌氧氨氧化菌种富集完成,经检测富集反应器内活性污泥中厌氧氨氧化菌的丰度>10%,满足产业工程化应用需求。
实施例2
一种利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法,具体步骤包括:
制革厂B废水(氨氮300-400mg/L、COD 800-1000mg/L)进絮凝沉淀池后加入硫酸亚铁0.3kg/m3,反应20min,接着加入聚丙烯酰胺0.01kg/m3,反应15min,最后加入氧化钙1.1kg/m3,将原水中的悬浮物和对微生物有毒性的离子沉淀至物化污泥中,完成废水的预处理。
预处理后废水进入缺氧池,缺氧池的工艺参数为:温度30℃、pH 7.0-7.2、溶解氧0.2-0.3mg/L,停留时间12-14h,控制出水COD<500mg/L进好氧池;进入好氧池后,好氧池工艺参数为:温度30℃、pH 7.7-7.8、通过微曝气和推流搅拌共同控制溶解氧1.5±0.1mg/L,停留时间28-30h,控制出水COD<200mg/L、氨氮和亚硝态氮的质量比值为1:1.3,硝化液回流比为200%。好氧池出水沉淀后取上清,作为厌氧氨氧化富集反应器的进水。
采用EGSB反应器作为厌氧氨氧化菌种富集反应器,向反应器内按质量比3:1接种上述工艺中缺氧池和好氧池活性污泥,接种后反应器内活性污泥浓度为0.8g MLSS/L,从底部进生化处理后废水,控制反应器参数pH 7.3-7.4,溶解氧<0.2mg/L,温度33℃,水力停留时间为2-4h,进行菌种富集培养,检测氨氮、亚硝态氮和总氮的变化,计算降解率和脱除率。
按本方法连续富集90天,氨氮降解率>95%、亚硝态氮降解率>95%、总氮脱除率>85%,厌氧氨氧化菌种富集完成,经检测富集反应器内活性污泥中厌氧氨氧化菌的丰度>10%,满足产业工程化应用需求。
实施例3
一种利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法,具体步骤包括:
制革厂C废水(氨氮500-550mg/L、COD 1500-1800mg/L)进絮凝沉淀池后加入硫酸亚铁0.4kg/m3,反应20min,接着加入聚合氯化铝0.6kg/m3,反应15min,加入聚丙烯酰胺0.01kg/m3,反应15min,最后加入氧化钙2.8kg/m3,将原水中的悬浮物和对微生物有毒性的离子沉淀至物化污泥中,完成废水的预处理。
预处理后废水进入缺氧池,缺氧池的工艺参数为:温度30℃、pH 7.3-7.4、溶解氧0.2-0.3mg/L,停留时间18-20h,控制出水COD<700mg/L进好氧池;进入好氧池后,好氧池工艺参数为:温度30℃、pH 7.5-7.6、通过微曝气和推流搅拌共同控制溶解氧1.1±0.1mg/L,停留时间48-50h,控制出水COD<200mg/L、氨氮和亚硝态氮的质量比值为1:1.2,硝化液回流比为150%。好氧池出水沉淀后取上清,作为厌氧氨氧化富集反应器的进水。
采用ABR反应器作为厌氧氨氧化菌种富集反应器,向反应器内按质量比5:1接种上述工艺中缺氧池和好氧池活性污泥,接种后反应器内活性污泥浓度为1.4g MLSS/L,从底部进生化处理后废水,控制反应器参数pH 7.4-7.5,溶解氧<0.2mg/L,温度35℃,水力停留时间为5-6h,进行菌种富集培养,检测氨氮、亚硝态氮和总氮的变化,计算降解率和脱除率。
按本方法连续富集95天,氨氮降解率>95%、亚硝态氮降解率>95%、总氮脱除率>85%,厌氧氨氧化菌种富集完成,经检测富集反应器内活性污泥中厌氧氨氧化菌的丰度>10%,满足产业工程化应用需求。
实验例
取制革厂C经生化系统处理后的废水,建立四组厌氧氨氧化生化反应体系,分别添加通过实施例1、2、3富集培养的厌氧氨氧化菌以及市售厌氧氨氧化菌(通过人工配置培养基富集培养的),控制相同的反应条件,跟踪检测氨氮、亚硝态氮和总氮的变化,计算降解率和脱除率,具体结果见表1。
表1不同来源厌氧氨氧化菌种脱氮检测
从表1中可以看出,市售通过人工配置培养基富集培养的厌氧氨氧化菌种在处理皮革废水过程中受到冲击、厌氧氨氧化活性受到抑制,表现出对该水质的不适应性。而实施例1、2、3中的厌氧氨氧化菌种,虽然富集用水和活性污泥均来自不同厂家,但都属于皮革废水,水质相似,富集培养出的菌种通用性较好。因此,通过本发明方法富集培养的菌种对制革废水适应性强,脱氮效果好,能极大缩短厌氧氨氧化反应器在处理该类污水中的启动时间,具有极大的应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法,其特征在于:具体步骤包括:
(1)废水预处理:向制革废水预处理系统絮凝沉淀池内投加化学药剂,去除废水中的对微生物有毒害作用的离子及悬浮物,沉淀出水后上清液作为生化系统进水;
(2)废水生化处理:预处理后废水依次经过缺氧池和好氧池进行生化处理,通过生化系统工艺控制,生物降解去除废水中的大部分COD,将氨氮部分转化为亚硝态氮,生化处理出水满足厌氧氨氧化富集反应器的进水要求;
(3)厌氧氨氧化菌富集培养:生化处理后废水作为进水,接种生化系统活性污泥,控制富集反应器运行参数,进行富集培养;
所述步骤(1)中化学药剂为氧化钙、硫酸亚铁、聚合硫酸、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺中的一种或几种;
所述步骤(1)中化学药剂的添加量为0.01-10kg/m3;
所述步骤(2)中生化系统工艺:缺氧池:温度20-30℃,pH 7.0-7.5,溶解氧0.2-0.5mg/L;好氧池:温度20-30℃,pH 7.5-8.0,溶解氧通过微曝气和推流搅拌共同控制在1.0-2.0mg/L;硝化液回流比为100%-300%;
所述步骤(3)中接种活性污泥为按照步骤(2)生化工艺下的缺氧池和好氧池活性污泥的混合物,两者质量比为2:1-6:1,接种后富集反应器内活性污泥浓度为0.4-1.5g MLSS/L;
所述步骤(3)中富集反应器运行参数为:pH 7.2-7.5,溶解氧<0.2mg/L,温度30-35℃,水力停留时间为1-24h。
2.根据权利要求1所述利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法,其特征在于:所述步骤(1)中对微生物有毒害作用的离子为S2-、Cr3+及其他有害离子。
3.根据权利要求1所述利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法,其特征在于:所述步骤(1)中制革废水原水指标为氨氮≤2000mg/L,化学需氧量COD≤4000mg/L。
4.根据权利要求1所述利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法,其特征在于:所述步骤(2)中生化处理出水为COD<200mg/L、氨氮和亚硝态氮的质量比为1:0.9-1:1.4。
5.根据权利要求1所述利用制革废水及其生化系统活性污泥富集厌氧氨氧化菌的方法,其特征在于:
所述步骤(3)中富集反应器为升流式厌氧污泥床反应器、内循环厌氧生物反应器、厌氧膨胀颗粒污泥床反应器、厌氧折流板反应器中的一种。
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- 2020-06-18 CN CN202010563884.7A patent/CN111675438A/zh active Pending
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