申请日2013.04.11
公开(公告)日2013.07.03
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明是一种高含盐废水生物脱氮处理装置，该装置采用厌氧-复合生物膜反应器作为主体，按照连续的方式运行。其中复合生物膜反应器中采用生物填料，由生物膜法与活性污泥法结合的复合生物反应区。本发明还公开了一种高含盐废水生物脱氮处理的方法，该方法是将采集的含盐底泥接种在装置中，以含盐量15g/L~75g/L的模拟氨氮废水作为进水，连续运行10~40次后，加入实际的高含盐工业废水够，连续运行5~20次，可以快速构建高含盐废水生物脱氮处理系统。构建的生物脱氮处理系统能够对含盐量为1.5~10%高盐废水稳定高效的处理。实现在不脱盐、不进行盐度稀释的情况下进行生物脱氮处理。克服淡水微生物盐度驯化时间较长、不稳定等严重制约工程应用的问题，同时能够进一步降低处理成本，在保证出水水质安全与稳定的前提下，提高处理效率，节省运行能耗和费用。
权利要求书
1.一种高含盐废水生物脱氮处理装置，其特征在于：该装置包括厌氧反应器、复合生物膜反应器、碳源补加槽、进水槽和沉淀池;
所述的进水槽通过进水管路与厌氧反应器连接，在进水管路上设有第一提升泵;
所述的碳源补加槽通过补加管路与厌氧反应器连接，在补加管路上设有蠕动泵;
所述的厌氧反应器内设有第一加热控温装置和搅拌叶轮，搅拌叶轮与厌氧反应器外的搅拌器连接;
所述的厌氧反应器通过输送管路与复合生物膜反应器连接，在输送管路上设有第二提升泵;复合生物膜反应器内设有第二加热控温装置、生物填料和曝气头，曝气头通过曝气管路与复合生物膜反应器外的曝气泵连接，曝气管路上设有转子流量计;
在复合生物膜反应器与厌氧反应器之间连接设有带第一回流泵的回流管路;复合生物膜反应器还通过溢流管道与沉淀池连接;沉淀池上还连接设有上清液排出管路，沉淀池底部设有带排空阀的排空管路，排空管路与厌氧反应器之间连接有污泥回流管路，污泥回流管路上设有第二回流泵。
2.根据权利要求1所述的高含盐废水生物脱氮处理装置，其特征在于：所述的生物填料为毛绒团状填料，填料层高度占复合生物膜反应器总高度的40~80%;所述的毛绒团状填料为软性的塑料或者纤维制成的毛绒团状悬挂填料，单个填料直径为150mm~250mm，填料悬挂间距为50mm~150mm。
3.一种利用权利要求1或2所述的装置进行高含盐废水生物脱氮处理的方法，其特征在于，其步骤如下：
(1)将污泥样品分别接种到厌氧反应器、复合生物膜反应器、沉淀池内，并保持合适浓度的挥发性固体物VSS;所述的污泥样品取自盐场、盐碱地或者盐湖的污泥，盐度为0.5~10%;
(2)对接种后的污泥样品进行活化培养，将生物填料放入复合生物膜反应器内，关闭蠕动泵、第一提升泵，开启第二回流泵、第一回流泵;每天在厌氧反应器中加入液体培养基A，在复合生物膜反应器、沉淀池内加入液体培养基B，最终使上述三个装置内挥发性污泥浓度VSS≥2000mg/L;所述的液体培养基A为：1gKNO3、1gKNO2、0.2gMgSO4·7H2O、0.1g(NH4)6MO7O24·4H2O、0.5gK2HPO4、10g C6H12O6、0.5g蛋白胨、蒸馏水1000 mL;所述的液体培养基B为：1g尿素、1gNa2CO3、0.2gMgSO4·7H2O、0.1g(NH4)6MO7O24·4H2O、0.5g K2HPO4 、10g C6H12O6、0.5g蛋白胨、蒸馏水1000 mL;
(3)在进水槽中加入模拟氨氮废水，并投加工业氯化钠配制成适合浓度的含盐废水，作为后续处理装置的原进水;模拟氨氮废水的质量浓度为50mg/L~350mg/L;所述的氨氮废水是由尿素、或氯化铵、或硫酸铵或其混合物配制而成;
(4)用第一提升泵将进水槽中的废水沿着进水管路进入厌氧反应器，与通过回流管路、第一回流泵回流的复合生物膜反应器中的污泥悬浊液相混合;开启蠕动泵，碳源补加槽中的碳源沿着补加管路进入厌氧反应器内，在设定的水力停留时间内完成生物反硝化;第一加热控温装置和第二加热控温装置的温度维持在在20℃~45℃;
(5)厌氧反应器的出水经过输送管路、第二提升泵进入复合生物膜反应器，曝气泵将压缩空气沿着曝气管路传送至曝气头，由曝气头将气体分散成细小气泡，供气速率由转子流量计控制，在设定的水力停留时间内完成好氧硝化阶段;
(6)复合生物膜反应器出水通过溢流管道进入沉淀池内，在设定的时间内完成沉淀，上清液通过上清液排出管路排出，沉淀池底部污泥通过污泥回流管道、第二回流泵进入厌氧反应器内，适量补充污泥;
(7)待运行数周期之后，将进水槽中原有的模拟氨氮废水换成实际的高含盐工业污水，再按照步骤(4)-(6)运行。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，挥发性固定悬浮物的浓度≥500mg/L。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，以一定的浓度梯度加入模拟氨氮废水，具体方法如下：初期加入氨氮质量浓度为50 mg/L，待出水氨氮浓度稳定≤15mg/L时，逐渐提高氨氮浓度，每次提高的幅度为5mg/L~20mg/L，最终氨氮加入质量浓度为350mg/L。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，进水槽中含盐废水质量浓度为15g/L~75g/L。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(4)中碳源补加槽中的碳源，是由葡萄糖、或甲醇、或乙酸钠配制而成。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，生物反硝化的水力停留时间为2~8h;步骤(5)中，生物硝化的水力停留时间8~24h;步骤(6)中沉淀池的水力停留时间1h~4h。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，进水槽中加入模拟氨氮废水时，重复步骤(3)~步骤(6)，运行周期为10~40次。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(7)中，当进水槽中模拟氨氮废水换成实际高含盐废水后，重复步骤(4)~步骤(6)，运行周期为5~20次。
说明书
一种高含盐废水生物脱氮处理装置及其方法
技术领域
本发明属于污水处理、环境保护技术领域，具体涉及一种高含盐废水生物脱氮处理系统快速构建并稳定运行的装置及方法，尤其是一种利用盐场污泥快速构建高含盐废水生物脱氮处理系统并实现高含盐废水生物脱氮的装置及方法。
背景技术
高含盐废水一般指总含盐量(以NaCl含量计)至少为1%的废水，广泛存在于化工、制药、制革、食品、采油、海产品加工等行业。一些工业产品过程排放的有机废水盐度甚至超过20%，与其他废水混合后，盐浓度也往往超过3%。由于高盐工业废水普遍含有高浓度的氨氮(1000~5000mg/L左右)，如果不能达标排放，则不符合标准的高盐废水会污染地表、土壤、沿海和河口等，引发诸如富营养化等各种环境问题和生态问题。普通生化处理对高盐含氨氮废水难以稳定运行，一直是污水处理的瓶颈。而很多企业利用清水稀释至0.8%以下进行处理，这样不仅造成水资源的浪费，同时也增加处理设施及排污总量。因此，如何有效、经济地实现高含盐废水生物脱氮处理成为亟待解决的科学和工程难点问题。
世界范围内高盐废水约占全球废水总量的5%，且仍以每年2%的年增长速率增长。而目前高含盐废水处理主要有物理化学法和生物法两种方法。其中前者主要包括蒸发、混凝、离子交换、萃取、反渗透等技术，优点在于去除有机污染物的同时，实现含盐废水的脱盐。但是存在投资及运行成本较高的缺点。生物法处理高含盐废水是近几年研究的热点，取得了一定的成果。研究表明盐度会抑制硝化菌的生长，硝化反应对盐浓度和盐冲击都敏感。M.F.Rose等处理含盐废水时发现50g/L的NaCl系统中氨氮的去除率只有48%，而没有NaCl系统中氨氮的去除率高达94%。G.H.Chen等发现硝化反应过程中，硝化细菌对盐度比亚硝化细菌更敏感，在达到一定盐度后硝化过程会出现亚硝酸的大量积累。研究证实高盐环境中可以进行反硝化，P.vander Hoek等发现NaCl或者Na2CO3为30g/L时能够进行反硝化反应。大部分的研究结果表明反硝化率随着进水盐度增加而降低，但是S.Yoshie等通过试验得出盐度为10%的反硝化活性高于盐度为2%的的反硝化活性，2%的盐度下嗜盐菌反硝化和非嗜盐反硝化菌可能共存，并且互相竞争底物，然而10%盐度下可能会导致嗜盐菌反硝化菌占统治地位，从而提高反硝化效率。
近几年来，很对学者采用淡水微生物的方式实现含氨氮废水的生物处理，但是这种方法存在很多弊端：
(1)处理效率低。传统的脱氮污泥通过盐度梯度驯化后，最大耐受盐度≤20g/L。在高盐环境(盐度>2%)下，经过盐度驯化的淡水活性污泥收到严重抑制，脱氮效率低下甚至完全停止。
(2)适应性较差。淡水微生物受盐度冲击负荷影响，盐度的变化会导致驯化污泥耐盐能力的消失，严重干扰处理系统的稳定性。
(3)启动时间较长。淡水活性污泥适应含盐环境往往需要超过30多天的驯化时间，而且随着盐度的增高，驯化时间越长。
目前研究证明驯化淡水活性污泥在不脱盐、不进行盐度稀释的情况下进行高含盐废水生物脱氮处理是不可行的，因此需要寻找另外的方法进行生物脱氮。
嗜盐微生物是一类生活在高盐环境内的极端微生物，广泛存在于盐场、盐湖、土壤等高盐环境内。根据盐度生存范围(1~30%)，嗜盐微生物分为耐盐菌、轻度嗜盐菌、中度嗜盐菌和极端嗜盐菌。这些嗜盐微生物在长期的进化过程中形成独特的高渗环境中生存的能力，具有极为特殊的生理结构和代谢机制。嗜盐微生物的细胞膜、细胞壁结构性成分和功能性成分的稳定性、反应动力学、酶系的性质、代谢途径及信息传递、蛋白质核酸成分及构象等方面为适应高盐环境而具有特异性。这些耐盐机制保证了嗜盐微生物在高盐环境内进行新陈代谢和生长。
传统的厌氧-复合生物膜反应器能够实现微生物的生物硝化和反硝化作用，而对于高盐条件下氨氮废水的处理，研究较少。因此本发明在传统厌氧-复合生物膜反应器的基础上进行改进，在复合生物膜反应器中添加生物填料，通过维持较多脱氮微生物的生物量提高微生物的硝化作用。同时进一步减少废水的处理成本，节省基建投资。专利申请号CN 102153199A 公开一套能够快速构建并维持高盐废水短程脱氮生物处理的装置及方法，其中装置主体采用SBR生物反应器作为主体，按照间歇方式运行，成功构建2%~10%的高盐废水处理系统，以河海口底泥接种在装置里，处理含盐量2.8%~3.3%的生活污水。
发明内容
[0008] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够克服传统微生物驯化脱氮启动周期长、去除率较低、不稳定等制约工程化应用的问题，实现在不脱盐、不进行盐度稀释的情况下进行含盐废水生物脱氮处理的高含盐废水生物脱氮处理的装置。
本发明所要解决的另一个问题是还提供了应用上述装置进行高含盐废水生物脱氮处理的方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种高含盐废水生物脱氮处理装置，其特点是：该装置包括厌氧反应器、复合生物膜反应器、碳源补加槽、进水槽和沉淀池;
所述的进水槽通过进水管路与厌氧反应器连接，在进水管路上设有第一提升泵;
所述的碳源补加槽通过补加管路与厌氧反应器连接，在补加管路上设有蠕动泵;
所述的厌氧反应器内设有第一加热控温装置和搅拌叶轮，搅拌叶轮与厌氧反应器外的搅拌器连接;
所述的厌氧反应器通过输送管路与复合生物膜反应器连接，在输送管路上设有第二提升泵;复合生物膜反应器内设有第二加热控温装置、生物填料和曝气头，曝气头通过曝气管路与复合生物膜反应器外的曝气泵连接，曝气管路上设有转子流量计;
在复合生物膜反应器与厌氧反应器(之间连接设有带第一回流泵的回流管路;复合生物膜反应器还通过溢流管道与沉淀池连接;沉淀池上还连接设有上清液排出管路，沉淀池底部设有带排空阀的排空管路，排空管路与厌氧反应器之间连接有污泥回流管路，污泥回流管路上设有第二回流泵。
本发明所述的高含盐废水生物脱氮处理装置中：所述的生物填料优选为毛绒团状填料，填料层高度占复合生物膜反应器总高度的40~80%;所述的毛绒团状填料为软性的塑料或者纤维制成的毛绒团状悬挂填料，单个填料直径为150mm~250mm，填料悬挂间距为50mm~150mm。
本发明还提供了一种利用以上技术方案所述的装置进行高含盐废水生物脱氮处理的方法，其特点是，其步骤如下：
(1)将污泥样品分别接种到厌氧反应器、复合生物膜反应器、沉淀池内，并保持合适浓度的挥发性固体物VSS;所述的污泥样品取自盐场、盐碱地或者盐湖的污泥，盐度为0.5~10%;
(2)对接种后的污泥样品进行活化培养，将生物填料放入复合生物膜反应器内，关闭蠕动泵、第一提升泵，开启第二回流泵、第一回流泵;每天在厌氧反应器中加入液体培养基A，在复合生物膜反应器、沉淀池内加入液体培养基B，最终使上述三个装置内挥发性污泥浓度VSS≥2000mg/L;所述的液体培养基A为：1gKNO3、1gKNO2、0.2gMgSO4·7H2O、0.1g(NH4)6MO7O24·4H2O、0.5gK2HPO4、10g C6H12O6、0.5g蛋白胨、蒸馏水1000 mL;所述的液体培养基B为：1g尿素、1gNa2CO3、0.2gMgSO4·7H2O、0.1g(NH4)6MO7O24·4H2O、0.5g K2HPO4 、10g C6H12O6、0.5g蛋白胨、蒸馏水1000 mL;
(3)在进水槽中加入模拟氨氮废水，并投加工业氯化钠配制成适合浓度的含盐废水，作为后续处理装置的原进水;模拟氨氮废水的质量浓度为50mg/L~350mg/L;所述的氨氮废水是由尿素、或氯化铵、或硫酸铵或其混合物配制而成;
(4)用第一提升泵将进水槽中的废水沿着进水管路进入厌氧反应器，与通过回流管路、第一回流泵回流的复合生物膜反应器中的污泥悬浊液相混合;开启蠕动泵，碳源补加槽中的碳源沿着补加管路进入厌氧反应器内，在设定的水力停留时间内完成生物反硝化;第一加热控温装置和第二加热控温装置的温度维持在在20℃~45℃;
(5)厌氧反应器的出水经过输送管路、第二提升泵进入复合生物膜反应器，曝气泵将压缩空气沿着曝气管路传送至曝气头，由曝气头将气体分散成细小气泡，供气速率由转子流量计控制，在设定的水力停留时间内完成好氧硝化阶段;
(6)复合生物膜反应器出水通过溢流管道进入沉淀池内，在设定的时间内完成沉淀，上清液通过上清液排出管路排出，沉淀池底部污泥通过污泥回流管道、第二回流泵进入厌氧反应器内，适量补充污泥;
(7)待运行数周期之后，将进水槽中原有的模拟氨氮废水换成实际的高含盐工业污水，再按照步骤(4)-(6)运行。
以上所述的本发明方法中，进一步优选的技术特征或者技术方案是：
1.步骤(1)中，挥发性固定悬浮物的浓度≥500mg/L。
2.步骤(3)中，以一定的浓度梯度加入模拟氨氮废水，具体方法如下：初期加入氨氮质量浓度为50 mg/L，待出水氨氮浓度稳定≤15mg/L时，逐渐提高氨氮浓度，每次提高的幅度为5mg/L~20mg/L，最终氨氮加入质量浓度为350mg/L。
3.步骤(3)中，进水槽(3)中含盐废水质量浓度为15g/L~75g/L。
4.步骤(4)中碳源补加槽(1)中的碳源，是由葡萄糖、或甲醇、或乙酸钠配制而成。
5.步骤(4)中，生物反硝化的水力停留时间为2~8h;步骤(5)中，生物硝化的水力停留时间8~24h;步骤(6)中沉淀池的水力停留时间1h~4h。
6.步骤(3)中，进水槽(3)中加入模拟氨氮废水时，重复步骤(3)~步骤(6)，运行周期为10~40次。
7步骤(7)中，当进水槽(3)中模拟氨氮废水换成实际高含盐废水后，重复步骤(4)~步骤(6)，运行周期为5~20次。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明将传统的厌氧-好氧装置进行改进，采用厌氧-复合生物膜反应器进行含盐废水的生物脱氮处理，脱氮微生物接触并降解生物填料截留的有机物，减少污泥的损失，具有较高的容积负荷及微生物浓度。
(2)本发明采用厌氧-复合生物膜反应器进行含盐废水的生物脱氮处理，提高了硝化和反硝化速率，减少了装置的体积大小。反应速度的提高，降低了基建投资和运行成本。
(3)本发明构建的一种高含盐废水生物脱氮处理的装置及方法，处理效果稳定，耐受较大的冲击负荷。由于采用盐场的污泥样品，里面含有大量的嗜盐菌群，适应广泛的盐度范围。
(4)本发明构建的一种高含盐废水生物脱氮处理的装置及方法启动时间短，能够快速稳定实现含盐废水生物托处理，操作简单方便，利于工程化的推广。