申请日2016.11.24
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C02F3/12
摘要
本发明公开了一种低温下好氧生化处理高盐废水的方法，该方法是在温度6～9.5℃的条件下，采用活性污泥，并投加一定浓度的外源保护剂，按Na+浓度计以盐度为2‑20g/L的高盐废水为原进水，在SBR反应器中重复进水、曝气、静置沉淀、排水的工艺周期。该方法对处理装置并无特殊要求，操作简单，过程可控性强。对运行中不可避免受到的盐度冲击和温度影响，采用人工添加外源保护剂有效提高处理过程的稳定性和效率，具有见效快、不残留、成本低、有一定持续性的特点。
权利要求书
1.一种低温下好氧生化处理高盐废水的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1：在温度6～9.5℃条件下，将活性污泥加入至SBR反应器内;
S2：称取外源保护剂投加至SBR反应器内;
S3：以按Na+浓度计盐度为2～20g/L的高盐废水为原进水，在SBR反应器中重复进水、曝气、静置沉淀、排水的工艺周期。
2.根据权利要求1所述的低温下好氧生化处理高盐废水的方法，其特征在于：所述曝气阶段溶解氧在2-3mg/L，曝气量为2.2-3L/h。
3.根据权利要求1所述的低温下好氧生化处理高盐废水的方法，其特征在于：一个工艺周期控制在8-12h。
4.根据权利要求3所述的低温下好氧生化处理高盐废水的方法，其特征在于：所述工艺周期，其中进水0.2～0.4h，曝气6～7h，静置0.5～1h，排水0.3～0.5h，排水比为50%～60%。
5.根据权利要求1所述的低温下好氧生化处理高盐废水的方法，其特征在于：所述步骤S1中，SV30值在35～40%之间。
6.根据权利要求1所述的低温下好氧生化处理高盐废水的方法，其特征在于：所述步骤S3中，加入高盐废水后，污泥浓度MLSS为5500-7500mg/L。
7.根据权利要求1-6任一所述的低温下好氧生化处理高盐废水的方法，其特征在于：所述外源保护剂为海藻糖、甜菜碱、胆碱、蔗糖、脯氨酸或KCl中至少一种。
8.根据权利要求1-6任一所述的低温下好氧生化处理高盐废水的方法，其特征在于：所述外源保护剂每次添加浓度为0.5～1mM/L，间隔6～9d添加一次。
9.根据权利要求1-6任一所述的低温好氧生化处理高盐废水的方法，其特征在于：所述工艺周期由时间控制器控制每个阶段的运行时间。
说明书
一种低温下好氧生化处理高盐废水的方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种低温下好氧生化处理高盐废水的方法。
背景技术
高盐有机废水由于含有一定的盐浓度使得生物处理面临挑战，在低温条件下显得更为严峻。废水中高浓度的盐在一定程度上会对微生物产生毒害作用，抑制其活性，导致污水生物处理效率降低，这是因为水中盐浓度越高，溶液的水势就会越低，细胞内的自由水就会从高水势的细胞内流向低水势的细胞外，造成细胞质壁分离和细胞死亡;另一方面，低温引起酶活性下降，对微生物的活性带来很大影响，导致在一定程度上影响系统的稳定。总的来说，在低温条件下，温度和盐度冲击的耦合作用会进一步降低出水水质。
目前肝素钠废水和榨菜生产废水由于含高浓度的盐和生产的不稳定性带来的盐度突变导致生物处理效果不太理想，加上冬季污水处理系统运行时好氧段面临的低温冲击，导致氨氮、磷酸盐等指标去除率更低。肝素钠是抗凝血、降血脂和抗炎的常用药剂，但在其常用的酶解法生产过程中往往会产生高盐、高有机物、高氨氮浓度的“三高”废水，而榨菜生产工艺中一般只有腌制环节产生的废水被用来蒸发进行盐的回收，考虑到成本问题，后续环节产生的高盐有机废水混合厂区生活污水一起进行生物处理。这两种高盐有机废水(以下统称“高盐废水”)用普通物化法难以达到预期的净化效果，还易造成二次污染，现有的主流生物处理工艺以“厌氧+好氧”模式为主，处理成本相对较低，处理过程对温度、pH等指标要求较为严格，特别是在低温条件下，微生物不仅受到盐度的胁迫，还同时受到低温的不利影响，导致处理效率在冬季极其不稳，效率很低，运行难度很大。因而，针对这一情况，寻求一种在生物处理中能快速、有效缓解低温和盐毒性的负面效应的途径成为本领域值得探究的重要问题之一。
外源保护剂是一种微生物的保护剂，其在高盐条件下能被微生物吸收进入细胞内部，平衡内外渗透压，抑制盐和低温等不利因素对微生物的毒害作用。经研究发现，这类保护剂的原材料在自然界大量存在，生产成本相对较低，其推广应用具有良好的现实可行性。
发明内容
本发明的目的是解决低温高盐废水处理效率低下和系统不稳定的问题，为其提供一种操作简单、见效快、效率高、稳定性强的好氧生化处理高盐废水的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种低温下好氧生化处理高盐废水的方法，具体包括以下步骤：
S1：在温度6～9.5℃条件下，将活性污泥加入至SBR反应器内;
S2：称取外源保护剂投加至SBR反应器内;
S3：以按Na+浓度计盐度为2-20g/L的高盐废水为原进水，在SBR反应器中重复进水、曝气、静置沉淀、排水的工艺周期。
需要说明的是，上述温度范围是指系统生化处理时的反应温度。且本发明中对pH值无特殊要求，根据监测值显示，各反应器的pH一般在6.5-7.5之间变化，在正常范围内。
上述技术方案中，进一步对活性污泥进行了驯化处理。经发明人研究发现，低温下，普通活性污泥经驯化后处理高盐废水时脱氮除磷可以达到更好的效果。需要说明的是，活性污泥的培养驯化处理可以采用本领域常规方法进行，本发明采用的驯化处理方法将在具体实施例中详细陈述。污泥驯化阶段可根据普通生活污水活性污泥特性，自行设定配方中各营养物质的浓度进行污泥的预驯化。
上述技术方案中，外源保护剂是一种微生物的保护剂，至少可在两方面起作用：一方面在盐度冲击时，能被微生物吸收进入细胞内部，平衡内外渗透压，抑制钠盐对微生物的毒害作用，维持微生物活性;另一方方面，经发明人的实验研究发现，在低温条件下，外源保护剂能作为低温保护剂，在一定程度上减小温度冲击带来的影响。本发明中，添加外源保护剂的目的即是抑制钠盐对微生物的毒害作用和温度冲击带来的影响，维持微生物活性从而提高出水水质。为了达到上述目的，该外源保护剂可以选用但不限于海藻糖、甜菜碱、胆碱、蔗糖、脯氨酸或KCl中的一种，优选甜菜碱、海藻糖或蔗糖，凡在本发明的思想指导下，在本领域常用外源保护剂中选取的其它外源保护剂也属于本发明的保护范围。
上述技术方案中，外源保护剂添加方案优选分次添加、每次添加浓度为0.5～1mM/L、每次添加间隔时间为6～9d时，可以达到更好的处理效果。此外，外源保护剂可以在不同的时期加入，如曝气开始前、曝气过程中、静置阶段或其它阶段，优选在系统曝气开始前投加外源保护剂，此时添加对脱氮除磷的效果更好。
上述技术方案中，曝气目的一是提供氧气，二是起到搅拌作用，使系统处于完全混合状态。溶解氧的大小对菌体生长和产物的形成及产量都会产生不同的影响，尤其对系统脱氮影响较明显。曝气量大小决定水中的溶解氧的含量，进而影响系统硝化过程。基于上述目的和实际影响，优选进水0.2～0.4h，曝气6～7h，静置沉淀0.5～1h，，排水0.3～0.5h，排水比为50%～60%，进一步优选进水0.2～0.3h，曝气6～6.5h，静置0.7～1h，排水0.3～0.4h，工艺周期由时间控制器控制每个阶段的运行时间。优选溶解氧在2-3mg/L，曝气量为2.2-3L/h，进一步优选曝气量为2.4～2.8L/h。值得说明的是，本发明对于工艺周期中进水、曝气、静置、沉淀以及排水阶段的各操作参数并没有特殊的限制，可根据实际情况进行相应的改变。凡在本发明的思想指导下，采用本领域中常规工艺周期操作参数的其它操作参数，也属于本发明的保护范围。
上述技术方案中，步骤S1中，优选SV30(活性污泥沉降比)值在35～40%之间。
上述技术方案中，步骤S3中，加入高盐废水后，污泥浓度MLSS为5500-7500mg/L，优选污泥浓度MLSS为6000～7000mg/L。
低温条件下，由于盐度冲击和低温的耦合作用，使系统中微生物面临一个更恶劣的生存环境，微生物不仅要对抗盐度冲击带来的负面影响，同时也要面临低温引起的微生物活性降低，双重负面影响直接影响一些指标的去除率和系统的稳定。因此，主要创新点在于：低温条件下，将外源保护剂和SBR工艺结合起来对高盐废水进行处理，达到了意想不到的废水处理效果。这次首次在低温条件下，将外源保护剂和SBR工艺结合起来处理高盐废水，因而该处理方法属于开创性的发明创造。现有技术中，对保护剂之一甜菜碱的研究较多，且多用于厌氧阶段，提高产期效率。发明人在工厂调研中发现，低温下好氧工段因为封闭保温代价很高，难以如厌氧工段般用较小的代价封闭甚至加热保温来保证稳定的处理效果，其硝化效果很不稳定，导致氨氮去除率很低，调节起来难度大。本发明基于对外源保护剂低温下作用效果的研究，将其和好氧SBR工艺结合，可以实现以较低的代价获得较高效和较稳定的氨氮去除效果，特别是在低温条件下系统同时受到盐度冲击的影响时效果显著。本发明人通过长期大量的实验探索发现，低温条件下，外源保护剂的作用在较高盐度(2-20g/L)条件下才能体现出来(以氨氮去除作为主要指标之一时，钠离子浓度高于2g/L时添加保护剂就会起到正效应)，低盐度下可能更多地作为一种有机质被微生物利用。当在曝气开始前投加外源保护剂可以达到良好的处理效果，其次在好氧端分批次添加，可有效地改善出水水质，一定程度上维持系统的相对稳定。
本发明的有益效果是：本发明提供的好氧生化处理高盐废水的方法，针对低温条件下盐度的冲击，外源保护剂不仅能作为渗透压调节剂，也能起到低温保护剂的作用，对处理装置并无特殊要求，操作简单，过程可控性强。对运行中不可避免受到的盐度冲击和系统盐度稳定后温度冲击带来的影响，采用外源保护剂有效提高高盐废水处理过程的稳定性和效率，具有见效快、不残留、成本低、有一定持续性的特点。在低温条件下、2-20g/L盐度范围内，各指标去除率分别能达到COD：85%，氨氮：96%，磷酸盐：65%，TOC：80%。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的和意义，下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
在下列实施例中，采用人工配水模拟高盐废水进行相应的实验。人工配水具体为每升水中葡萄糖、氯化钙、酵母膏、磷酸二氢钾、淀粉、碳酸氢钠、奶粉的投加量分别是0.8-1.2g、0.04、0.3g、0.05g、0-0.1g、0.7-1g、0-0.1g，配水加盐后盐度为2-20g/L，盐度均以Na+浓度计。配水加盐之前提前留取一部分进水水样，一方面用来进行初始浓度的测定，另一方面是为了避免盐度冲击引起监测值误差太大。
下述具体实施例中用到的驯化/未驯化的活性污泥，其活化培养和驯化的具体方法步骤如下：将从城镇污水处理厂取来的高浓度活性污泥分装3-5L到有效体积为15-20L的大桶中，利用曝气装置进行闷曝，闷曝时长1-2d，常规曝气量，闷曝期间不进配水。闷曝结束后，根据实验设计需求，采用上述人工配水作为进水，一次性提高到设定盐度(如10g/L)以便和未驯化组进行对比，从视觉角度观察盐度冲击带来的宏观变化。进水前几个周期进水量以2L、4L、6L的递增方式添加，直到最后一次进水后混合液的有效体积达到15-20L为止。每天根据培养的效果定期排水和排泥，每次进水量和排水量保持一致，污泥泥龄取20d，这样每天的排泥量可以根据桶中混合液的有效体积和泥龄的比值计算得出。驯化期间，每天测定混合液的SV30、pH值，并定期对活性污泥进行镜检，实验开始前几个周期对系统出水的CODCr、氨氮、磷酸盐、TOC等常规指标进行检测，直到出水达到相应要求再正式开展实验。显然，活性污泥的培养和驯化方法及具体参数不限于前述，也可采用本领域中其它常规方法进行活性污泥的培养和驯化。
在以下实施例中将用到的装置仪器如下：
石英烧杯(2000mL)，作为SBR反应器;曝气机;曝气细管;曝气头;时间控制器(科德定时器，型号为TW-K11)。
实施例1
S0：将从传统城镇生活污水处理厂获得的普通活性污泥进行活化培养，活化适应人工配水后开展试验。
S1：在温度8.2℃的条件下，移取步骤S0中未经驯化的活性污泥1L加入至石英烧杯内，SV30值为36%;
S2：称取甜菜碱2mM投加至石英烧杯内;
S3：将盐度为10g/L的高盐废水1L加入至石英烧杯中，依次在石英烧杯中进行曝气、静置、排水，溶解氧在2.4-2.8mg/L，曝气量为2.5-3L/h，废水冲击盐度为10g/L。
系统每天运行两个8小时周期，停运一个8小时周期，运行周期的具体设计为进水0.5h，曝气6.5h，静置0.75h，排水(包括取水样)0.25h，排水比为50%。
在相同操作条件、步骤及参数下，分别将外源保护剂替换为海藻糖、KCl、蔗糖和胆碱，以及设置未添加外源保护剂的空白组作为对比实验例。将取得的水样进行过滤，按照相应的标准方法进行指标的监测，监测指标主要为氨氮、磷酸盐。氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法《水质铵的测定纳氏试剂比色法》(HJ535-2009)进行测定;磷酸盐采用钼钒酸显色分光光度法进行测定。
按照上述方法，较未添加任何保护剂的对比实验例而言，10g/L盐度冲击下，系统在盐度突变阶段，添加甜菜碱、KCl、海藻糖、蔗糖、胆碱的反应器就脱氮而言，去除率相较空白组提高2%、7.6%、7%、7.5%、3.7%，突变期平均提高8.1%、5.6%、5.3%、5.9%、3.8%，稳定期平均提高8.2%、6.5%、6.4%、5.4%、0.9%;对于除磷，甜菜碱、海藻糖、KCL和蔗糖效果较好。综合脱氮除磷效果，甜菜碱、海藻糖和蔗糖效果较好。
实施例2
S0：将从传统城镇生活污水处理厂获得的普通活性污泥进行活化培养和驯化处理，驯化盐度10g/L，获得驯化的活性污泥;
S1：在温度7.5℃的条件下，移取步骤S0中获得的驯化的活性污泥1L加入至石英烧杯内，SV30值为37%;
S2：称取甜菜碱2mM投加至石英烧杯内;
S3：将以Na+计盐度为20g/L的高盐废水高盐废水1L加入至石英烧杯中，依次在石英烧杯中进行曝气、静置、排水，溶解氧在2.3-2.6mg/L，曝气量为2.3-2.8L/h，废水冲击盐度为20g/L。
系统每天运行两个8小时周期，停运一个8小时周期，运行周期的具体设计为进水0.5h，曝气6.5h，静置0.75h，排水(包括取水样)0.25h，排水比为50%。
在相同操作条件、步骤及参数下，分别将外源保护剂替换为海藻糖、KCl、蔗糖和胆碱，以及设置未添加外源保护剂的空白组作为对比实验例。将取得的水样进行过滤，按照相应的标准方法进行指标的监测，监测指标主要为氨氮、磷酸盐。氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法《水质铵的测定纳氏试剂比色法》(HJ535-2009)进行测定;磷酸盐采用钼钒酸显色分光光度法进行测定。
按照上述方法，较未添加任何保护剂的对比实验例而言，20g/L盐度冲击下，系统在盐度突变阶段第一周期，去除率相较空白组提高0-5%，突变期平均提高0-5.2%，系统盐度稳定后，各反应器稳定期较对照组平均提高0-3%。对于除磷，盐度冲击和低温的耦合作用虽然对系统磷酸盐去除率有很大影响，但添加外源保护剂的反应器较对照组在盐度冲击阶段有不同程度的提高，变化范围为0-5.6%，其中甜菜碱、海藻糖和蔗糖组效果表现较好。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。