CN113651433A - 皮革废水处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微生物废水处理技术领域，尤其涉及皮革废水处理系统及方法。本发明提供的皮革废水处理系统及方法能够在皮革废水中达到有效脱氮及污泥减量的目的，射流布水混合消化系统进水不会出现堵塞问题，可降低废水中的SS，投资比常规厌氧池省60％，且本发明中异养硝化菌菌剂容易生产，材料易得，成本低廉，工艺简单，经济效益巨大。

Description

皮革废水处理系统及方法
技术领域
本发明属于微生物废水处理技术领域，尤其涉及皮革废水处理系统及方法。
背景技术
随着皮革工业的迅速发展，制革废水对环境的危害越来越大。目前，市场环境竞争日益激烈，皮革及其制品的发展潜力不容忽视，制革废水水质水量波动大、成分复杂、污染负荷重、产泥量大，含有不易生物降解的有机物、无机盐类以及Cr3+和S2-等有毒化合物，是一种较难治理的工业废水。此外，皮革废水脱氮是皮革废水治理的关键之一，传统生物脱氮技术首先需要在好氧条件下经自养硝化菌将氨氮氧化为亚硝氮或硝氮，再于厌缺氧条件下经异养反硝化菌还原生成含氮气体，由于现实污水处理环境复杂，这两个部分在真实的生态系统中，比较难实现，因此造成皮革污水的处理效果不佳。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了皮革废水处理系统及方法，目的是为了解决制革废水水质水量波动大、成分复杂、污染负荷重、产泥量大，含有不易生物降解的有机物、无机盐类以及Cr3+和S2-等有毒化合物，以及传统生物脱氨技术由于现实污水处理环境复杂，造成皮革污水的处理效果不佳的技术问题。
本发明提供的皮革废水处理系统，具体技术方案如下：
皮革废水处理系统，包括射流布水混合消化系统，所述射流布水混合消化系统中投放有异养硝化菌的微生物菌剂。
在某些实施方式中，所述射流布水混合消化系统包括处理池、中间水池和沉淀池，所述处理池中部设有生物膜，所述生物膜将所述处理池分为曝气区和射流混合区，所述中间水池连接有菌体投放池，所述中间水池连接所述射流混合区，所述菌体投放池中投放有所述异养硝化菌的微生物菌剂且与所述曝气区连接，所述曝气区的顶部与所述沉淀池连通，所述沉淀池的底区与所述中间水池连通。
进一步，还包括曝气搅拌装置，所述曝气搅拌装置包括鼓风机和多个曝气管，多个所述曝气管伸入所述曝气区的底区且均与所述鼓风机连接。
进一步，所述射流混合区底区设有多个第一射流混合器和多个第二射流混合器，多个所述第一射流混合器和多个所述第二射流混合器均通过主水管与循环泵相连，所述循环泵分别从所述射流混合区和所述中间水池进行取水，并通过所述第一射流混合器和所述第二射流混合器向所述射流混合区内喷射布水，多个所述第二射流混合器均通过主气管与所述鼓风机连接，所述曝气区设置吸水管，所述吸水管与所述第二射流混合器的引射管路连通。
在某些实施方式中，所述异养硝化菌为鹤羽田代尔夫特菌KHN-HT01，保藏编号为CCTCC NO：M2017664，所述异养硝化菌的微生物菌剂中异养硝化菌的活菌含量≥1×109CFU/mL。
本发明还提供了皮革废水处理方法，基于上述系统，将异养硝化菌的微生物菌剂投放在菌剂投放池中，将皮革废水引入射流布水混合消化系统，并将菌剂投放池中的异养硝化菌的微生物菌剂引入所述射流布水混合消化系统进行处理。
在某些实施方式中，包括如下步骤：
S1，将异养硝化菌的微生物菌剂投放在菌剂投放池中；
S2，将皮革废水引入中间水池，并将菌剂投放池中的异养硝化菌的微生物菌剂引入所述中间水池；
S3，将中间水池的废水通过循环泵被第一射流混合器和所述第二射流混合器喷入射流混合区内；
S4，在射流混合区内的废水不断上涨通过生物膜溢流至曝气区，并将菌剂投放池中的异养硝化菌的微生物菌剂引入所述曝气区中，开启曝气搅拌装置对曝气区中的废水进行处理；
S5，吸水管将曝气区的硝化液吸入射流混合器混合注入射流混合区，并可通过调节阀控制抽吸硝化液回流量。
S6，在曝气区中的废水，水位不断上涨，并溢流至沉淀池中，沉淀池中废水经沉淀处理后，沉淀池中上层液达到排放标准从顶部出水口溢流排出，沉淀池中下层混悬液再引入中间水池进行循环处理。
在某些实施方式中，所述异养硝化菌的微生物菌剂的投放浓度为终浓度10-100mg鹤羽田代尔夫特菌KHN-HT01菌体/L污水。
进一步，所述异养硝化菌的微生物菌剂的制备方法如下：将鹤羽田代尔夫特菌KHN-HT01菌种接种于添加了0.4g/L NH4Cl和2g/L乙酸钠的基础培养基中，培养至对数期，再将菌悬液离心，收集菌体并用基础培养基重悬菌体，饥饿处理1d后，获得的菌液即为所述异养硝化菌的微生物菌剂。
本发明具有以下有益效果：射流布水混合消化系统设有含有大量水解细菌、酸化菌的生物膜，利用水解菌、酸化菌将水中不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，从而改善废水的可生化性，吸附大量悬浮物SS，减少污泥浓度，因此射流搅拌消化处理皮革废水可减少污泥产量。
而异养氨氧化-好氧反硝化菌则突破了上述传统微生物脱氮理论，这类微生物可以在异养好氧条件下同时实现氨氧化和反硝化，并同步去除有机物，因此能够极大的简化微生物脱氮工艺，具有重要的应用价值。异养硝化和好氧反硝化菌不仅仅能使硝化过程和反硝化成过程同步进行成为可能，而且生长速率远大于自养菌，大大缩短了生长周期。硝化过程的产物可直接成为反硝化过程的底物，避免了硝化产物积累对硝化反应的抑制作用，大大提高生物脱氮效率。整个过程能保持酸碱相对平衡，反硝化作用的产物能够补充环境碱度，从而是使pH保持在一定范围之内。大部分异养硝化和好氧反硝化菌环境适应性强，适合治理皮革废水。
因此本发明提供的皮革废水处理系统及方法，能够在皮革废水中达到有效脱氮及污泥减量的目的。射流布水混合消化系统进水不会出现堵塞问题，可降低废水中的SS，投资比常规厌氧池省60％，且本发明中异养硝化菌菌剂容易生产，材料易得，成本低廉，工艺简单，经济效益巨大。
附图说明
图1是本发明提供的皮革废水处理系统的平面结构示意图；
图2是本发明实施例2中第一轮试验中对氨氮和COD的去除率变化图；
图3是本发明实施例2中第二轮试验中对氨氮和COD的去除率变化图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图1-3，对本发明进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供的皮革废水处理系统，具体技术方案如下：
皮革废水处理系统，包括射流布水混合消化系统，射流布水混合消化系统中投放有异养硝化菌的微生物菌剂。射流布水混合消化系统包括处理池1、中间水池2和沉淀池3，处理池1中部设有生物膜11，生物膜11将处理池1分为曝气区12和射流混合区13，曝气区12设置吸水管64与所示第二射流混合器62的引射管路相连，将消化区硝化液吸入射流混合器62混合注入射流混合区13，并可通过回流调节阀65控制抽吸硝化液回流量。中间水池2连接有菌体投放池4，中间水池2连接射流混合区13，菌体投放池4中投放有异养硝化菌的微生物菌剂且与曝气区12连接，曝气区12的顶部与沉淀池3连通，沉淀池3的底区与中间水池2连通。其中，中间水池2用于将废水与异养硝化菌的微生物菌剂进行混合，并且用于将从沉淀池3中的经沉淀处理后具有污泥的悬浮液进行中转进行下一轮处理。生物膜11用于对菌体进行富集。
还包括曝气搅拌装置，曝气搅拌装置包括鼓风机51和多个曝气管52，多个曝气管52伸入曝气区12的底区且均与鼓风机51连接。鼓风机51向曝气管52通入气体进行曝气，处理池1中曝气区12为好氧池，用于对废水好氧处理。
射流混合区13底区设有多个第一射流混合器61和多个第二射流混合器62，多个第一射流混合器61和多个第二射流混合器62均通过主水管与循环泵63相连，循环泵63分别从射流混合区13和中间水池2进行取水，并通过第一射流混合器61和第二射流混合器62向射流混合区13内喷射布水，多个第二射流混合器62均通过主气管与鼓风机51连接。处理池1中射流混合区13为厌氧池，第一射流混合器61和第二射流混合器62对水池进行射流混合，曝气区12设置硝化液的吸水管64与所示第二射流混合器62的引射管路相连，将曝气区12硝化液吸入第二射流混合器62混合注入射流混合区13，并可通过回流调节阀65控制抽吸硝化液回流量，当需要对射流混合区进行曝气混合时，只许关闭回流控制阀65并开启射流通气阀66即可。射流混合器的孔径为4-10cm，喷口流速达到10-15m/s，不会发生堵塞，第二射流混合器62与鼓风机51连通，亦可以每间隔一周～一个月对射流混合区13进行曝气，便于处理池1的清理，并减少硫化氢细菌的产生，降低安全风险。
异养硝化菌为鹤羽田代尔夫特菌(Delftia tsuruhatensis)KHN-HT01，分离于垃圾渗滤液污水处理系统(其16S rDNA测序结果见Genbank MG543680)，保藏编号为CCTCCNO：M 2017664。异养硝化菌的微生物菌剂中异养硝化菌的活菌含量≥1×10 9CFU/mL。
本实施例还提供了皮革废水处理方法，基于上述系统，将异养硝化菌的微生物菌剂(终浓度10～100mg鹤羽田代尔夫特菌KHN-HT01菌体/L污水)投放在菌剂投放池中，将皮革废水引入射流布水混合消化系统，并将菌剂投放池中的异养硝化菌的微生物菌剂引入所述射流布水混合消化系统进行处理。具体地步骤如下：
S1，将异养硝化菌的微生物菌剂投放在菌剂投放池中；
S2，将皮革废水引入中间水池2，并将菌剂投放池中的异养硝化菌的微生物菌剂引入所述中间水池2；
S3，将中间水池2的废水通过循环泵63被第一射流混合器61和所述第二射流混合器62喷入射流混合区13内；
S4，在射流混合区13内的废水不断上涨通过生物膜11溢流至曝气区12，并将菌剂投放池中的异养硝化菌的微生物菌剂引入所述曝气区12中，开启曝气搅拌装置对曝气区12中的废水进行处理；
S5，曝气区12设置吸水管与所示第二射流混合器62的引射管路相连，将曝气区12硝化液吸入射流混合器混合注入射流混合区13，并可通过调节阀控制抽吸硝化液回流量。
S6，在曝气区12中的废水，水位不断上涨，并溢流至沉淀池3中，沉淀池3中废水经沉淀处理后，沉淀池3中上层液达到排放标准从顶部出水口溢流排出，沉淀池3中下层混悬液再引入中间水池2进行循环处理。
其中，异养硝化菌的微生物菌剂的制备方法如下：将鹤羽田代尔夫特菌KHN-HT01菌种接种于添加了0.4g/L NH4Cl和2g/L乙酸钠的基础培养基中，培养至对数期，再将菌悬液离心，收集菌体并用基础培养基重悬菌体，饥饿处理1d后，获得的菌液即为异养硝化菌的微生物菌剂。
实施例2
本实施例中，异养硝化菌Delftia tsuruhatensis HT01的基础培养基为：MgSO4·7H2O 0.05g/L；K2HPO41g/L；NaCl 2g/L；FeSO4·7H2O 0.4g/L；NaHCO3 1.5g/L；CaCl2·2H2O 0.5g/L；微量元素1mL/L；纯水。
微量元素(1L)：CuSO4·5H2O 0.075g；ZnSO4·7H2O 0.3g；CoCl2·6H2O 0.375g；MnCl2·2H2O 0.3g；EDTA 0.5g；NaMoO4·2H2O 0.22g；H3BO4 0.014g；纯水1L。
常规碳源培养基：在基础培养基中添加0.4g/L NH4Cl作为唯一氮源，再分别添加2g/L蔗糖、葡萄糖、果糖、柠檬酸钠、丁二酸钠、甘蔗糖蜜或乙酸钠作为唯一碳源。
以皮革污水为实验材料，该污水由于盐度较高(约20000mg/L)而不适于自养氨氧化菌的生长，实验期间污水的COD与氨氮的波动范围分别为4350～5355mg/L和687～768mg/L。实验分两轮进行，第一轮实验中，实验组为向1吨污水中接种3.5L以乙酸钠为唯一碳源的对数期D.tsuruhatensis HT01菌液，同时向污水中加入1.4kg乙酸钠，并在通气培养至第3、4、5、6天时各补加1.4kg乙酸钠，继续培养至第7天，期间测量污水中的COD与氨氮浓度。对照组为未加入菌液(但按照与实验组相同的剂量补加了乙酸钠)，空白组则既不加菌液，也不加乙酸钠。试验期间的水温为21～23℃，溶氧为3.22～5.59mg/L，pH为7.8～8。
为模拟污水序批处理的效果，又开展了第二轮试验：取第一轮培养至第7天的实验组污水0.5吨，加入0.5吨未经处理的污水，同时加入1.4kg乙酸钠，并在培养至第2天时补加乙酸钠1.4kg，并继续培养至第3天，期间测量污水中的COD与氨氮浓度。对照组与空白组的设置及试验过程中的水温、溶氧及pH的变化均与第一轮试验相同。
第一轮试验中对氨氮和COD的去除率变化见图2。可见，接种HT01并补充碳源(乙酸钠)后，污水中氨氮和COD的去除率均显著高于对照组与空白组(p<0.05)，至第一轮试验结束时(第7天)，试验组的氨氮和COD去除率分别达到47％和79％，而对照组只有28％和49％的去除率，空白组的去除率更是仅为15％和36％，说明HT01明显促进了皮革污水中氨氮与COD的同步去除。
第二轮试验的中对氨氮和COD的去除率变化见图3。与第一轮试验的结果类似，试验组的氨氮和COD的去除率也显著高于对照组与空白组(p<0.05)。
对比这两轮现场污水中试验，第二轮试验至第3天时，试验组的氨氮去除率即达到了49％，甚至高于第一轮试验中第7天时的氨氮去除率(47％)。由于第一轮试验中HT01的接种量仅为0.35％，而第二轮试验的换水率为50％，说明HT01能够在第一轮的试验中持续生长，并积累了更多的生物量，所以在第二轮试验中表现出了更快的脱氨速度。此外，两轮试验终点时，试验组的总氮去除率(平均为22％)也明显高于对照组和空白组(平均为11％)，也说明该菌在本次中试中能够去除皮革污水中的部分总氮。
实施例3
辛集市某皮业有限公司皮革废水使用了实施例1提供的皮革废水处理系统及方法，该皮业废水系统日处理废水1800m3/d，未投入实施例1中提供的皮革废水处理系统前的日排泥量未60吨(干泥)/每天，初沉池PAC用量200kg/d，PAM用量8kg/d，实施例1中提供的皮革废水处理系统投入使用后排泥量40吨(干泥)/每天，初沉池PAC停止使用，PAM用量5kg/d，脉冲厌氧池不仅可以减少污泥量，还可减少药剂用量，为企业减少运行费用。
上述仅本发明较佳可行实施例，并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的技术人员，在本发明的实质范围内，所作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.皮革废水处理系统，其特征在于，包括射流布水混合消化系统，所述射流布水混合消化系统中投放有异养硝化菌的微生物菌剂。
2.根据权利要求1所述的皮革废水处理系统，其特征在于，所述射流布水混合消化系统包括处理池、中间水池和沉淀池，所述处理池中部设有生物膜，所述生物膜将所述处理池分为曝气区和射流混合区，所述中间水池连接有菌体投放池，所述中间水池连接所述射流混合区，所述菌体投放池中投放有所述异养硝化菌的微生物菌剂且与所述曝气区连接，所述曝气区的顶部与所述沉淀池连通，所述沉淀池的底区与所述中间水池连通。
3.根据权利要求2所述的皮革废水处理系统，其特征在于，还包括曝气搅拌装置，所述曝气搅拌装置包括鼓风机和多个曝气管，多个所述曝气管伸入所述曝气区的底区且均与所述鼓风机连接。
4.根据权利要求3所述的皮革废水处理系统，其特征在于，所述射流混合区底区设有多个第一射流混合器和多个第二射流混合器，多个所述第一射流混合器和多个所述第二射流混合器均通过主水管与循环泵相连，所述循环泵分别从所述射流混合区和所述中间水池进行取水，并通过所述第一射流混合器和所述第二射流混合器向所述射流混合区内喷射布水，多个所述第二射流混合器均通过主气管与所述鼓风机连接，所述曝气区设置吸水管，所述吸水管与所述第二射流混合器的引射管路连通。
5.根据权利要求1所述的皮革废水处理系统，其特征在于，所述异养硝化菌为鹤羽田代尔夫特菌KHN-HT01，保藏编号为CCTCC NO：M 2017664，所述异养硝化菌的微生物菌剂中异养硝化菌的活菌含量≥1×10 9CFU/mL。
6.皮革废水处理方法，基于权利要求1-5任一项所述的皮革废水处理系统，其特征在于，将异养硝化菌的微生物菌剂投放在菌剂投放池中，将皮革废水引入射流布水混合消化系统，并将菌剂投放池中的异养硝化菌的微生物菌剂引入所述射流布水混合消化系统进行处理。
7.根据权利要求6所述的皮革废水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将异养硝化菌的微生物菌剂投放在菌剂投放池中；
S2，将皮革废水引入中间水池，并将菌剂投放池中的异养硝化菌的微生物菌剂引入所述中间水池；
S3，将中间水池的废水通过循环泵被第一射流混合器和所述第二射流混合器喷入射流混合区内；
S4，在射流混合区内的废水不断上涨通过生物膜溢流至曝气区，并将菌剂投放池中的异养硝化菌的微生物菌剂引入所述曝气区中，开启曝气搅拌装置对曝气区中的废水进行处理；
S5，吸水管将曝气区的硝化液吸入射流混合器混合注入射流混合区，并可通过调节阀控制抽吸硝化液回流量；
S6，在曝气区中的废水，水位不断上涨，并溢流至沉淀池中，沉淀池中废水经沉淀处理后，沉淀池中上层液达到排放标准从顶部出水口溢流排出，沉淀池中下层混悬液再引入中间水池进行循环处理。
8.根据权利要求7所述的皮革废水处理方法，其特征在于，所述异养硝化菌的微生物菌剂的投放浓度为终浓度10-100mg鹤羽田代尔夫特菌KHN-HT01菌体/L污水。
9.根据权利要求8所述的皮革废水处理方法，其特征在于，所述异养硝化菌的微生物菌剂的制备方法如下：将鹤羽田代尔夫特菌KHN-HT01菌种接种于添加了0.4g/L NH4Cl和2g/L乙酸钠的基础培养基中，培养至对数期，再将菌悬液离心，收集菌体并用基础培养基重悬菌体，饥饿处理1d后，获得的菌液即为所述异养硝化菌的微生物菌剂。
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