申请日2011.03.10
公开(公告)日2012.09.19
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及一种生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，包括采用厌氧生物滤池-三相好氧生物循环流化床耦合工艺处理焦化废水，分为挂膜期和正式运行期;在挂膜期，首先在厌氧生物滤池-三相好氧生物循环流化床耦合工艺反应器内加入膜支撑载体，然后投加睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testosteroni)CGMCC No.4630进行挂膜，挂膜完成后在系统内形成生态岛系统。经过本发明工艺的处理，焦化废水COD去除率可达到94%以上，NH3-N去除率达到98%以上，出水能达到国家污水排放标准(GB9878-1996)的一级排放标准和回用标准，能够实现废水100%回用。
翻译权利要求书
1.一种生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，其特征在于：包括采用厌氧 生物滤池-三相好氧生物循环流化床耦合工艺处理焦化废水，分为挂膜期和正式运行 期;在挂膜期，首先在厌氧生物滤池-三相好氧生物循环流化床耦合工艺反应器内加 入膜支撑载体，然后投加睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testosteroni)CGMCC No.4630进行挂膜，挂膜完成后在系统内形成稳定的生态岛系统，然后进行焦化废 水生物强化处理。
2.根据权利要求1所述的生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，其特征在 于：所述的厌氧生物滤池-三相好氧生物循环流化床耦合工艺以焦化废水为碳源和氮 源，焦化废水处理的环境条件为：温度为25-30℃，pH为7.0-8.5。
3.根据权利要求1所述的生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，其特征在 于：先将睾丸酮丛毛单胞菌CGMCC No.4630纯菌进行扩大培养得到睾丸酮丛毛单 胞菌CGMCC No.4630菌液，扩大培养条件为：pH为7.0-7.2的LB培养基，在 150red/min、30℃摇床条件下培养8-10h。
4.根据权利要求3所述的生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，其特征在 于：所述的睾丸酮丛毛单胞菌CGMCC No.4630菌液投加入厌氧生物滤池-三相好氧 生物循环流化床耦合工艺中的生物流化床段，睾丸酮丛毛单胞菌CGMCC No.4630 菌液与普通污泥活化后混合液以1∶4-1∶2的比例混合后投加至生物流化床进行挂膜， 挂膜方式采用前7天闷爆培养后连续进水方式。
5.根据权利要求4所述的生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，其特征在 于：所述的闷爆培养期间每日进水为含有5%-7%LB培养基的焦化废水，连续进水 时进水为纯焦化废水，并在COD 50-600mg/L之间逐渐增加焦化废水浓度。
6.根据权利要求1所述的生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，其特征在 于：所述的三相好氧生物循环流化床反应器中膜支撑载体为聚丙烯材质悬浮生物载 体，载体投加体积为反应器容积的30%～40%;厌氧生物滤池中的载体为聚丙烯材质 悬浮生物载体，投加体积为反应器容积的60%～80%。
7.根据权利要求1所述的生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，其特征在 于：所述的生态岛系统由菌群、原生动物及藻类构成，其中厌氧生物滤池内共49 种菌，β-protebacteria菌为优势菌属，占39.20%;好氧生物流化床内共31种细菌， 其中β-protebacteria菌为优势菌属，占47.69%。
8.根据权利要求7所述的生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，其特征在 于：所述的原生动物为表壳虫类;所述的藻类为硅藻门。
说明书
一种生物膜生物强化焦化废水高效处理方法
技术领域
本发明涉及一种生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，属于环境保护和难降 解工业废水处理领域，特别适用于焦化废水，也同样适用于处理高COD、高氨氮的 工业废水，能够实现高效去除COD和高效脱氮。
技术背景
焦化废水为炼制焦碳或制煤气过程中产生的难生物降解的高浓度有毒有机废 水，主要来源于钢铁冶金和炼焦行业的焦化厂。焦化废水中主要含有氨氮(NH3-N)、 氰化物、酚类化合物、多环芳香族化合物和含氮、氧、硫的杂环化合物及脂肪族化 合物等污染物质，具有“三致”作用，对人体健康和生态环境威胁巨大。除了组成复 杂外，焦化废水还具有水质变化幅度大、可生化性差、毒性大等特点。
目前，处理焦化废水的方法很多，但国内大多数焦化厂的焦化废水仍然以生物 处理为主，普遍采用活性污泥法和A2O(厌氧-缺氧-好氧)工艺。A2O工艺的效 果优于活性污泥法，但是，经过A2O工艺处理的焦化废水往往也很难达到国家排放 标准(GB8978-1996)中的二级排放标准，特别是COD和NH3-N这两个指标很难 同时达标，GB8978-1996中的一级和二级排放标准是COD和NH3-N分别低于 100mg/L、150mg/L和15mg/L、25mg/L。COD难以达标的主要原因是焦化废水中 含有一定量的难生物降解的有机物，这些难降解有机物在生物反应器中往往不能被 有效去除而直接进入出水中，导致出水COD、NH3-N偏高，此外，由于焦化废水具 有毒性，当毒性有机物达到一定浓度范围时，硝化细菌将受到抑制，导致氨氮不能 有效去除，难以达标。结合目前我国焦化废水的处理技术，寻找高效稳定、成本低 廉、便于管理的生物处理方法成了我国焦化废水处理领域的重要任务。
生物膜生物强化技术是指为提高废水处理系统的处理能力，而在此生物膜法处 理系统中投加具有特定功能的菌属、微生物、营养物或基质类似物。其中的菌属可 以是从自然界中经过分离、驯化、富集、筛选、培养而得到的优势菌种，通常源于 被废水污染的土壤中或者污水处理厂的排水中;也可以是通过基因组合技术得到的 工程菌种。与目前使用最广泛的活性污泥法相比，生物膜法生物强化技术拥有以下 几点优势：提高对目标污染物的去除效果;减少污泥产生，改善污泥性能;加快系 统启动，减少系统故障，增强系统稳定性。
目前，生物膜生物强化技术在焦化废水处理中尚无工程应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有生物处理焦化废水的不足之处，结合前人的相关研 究及理论，提供一种高效稳定、成本低廉、便于管理的生物处理焦化废水工艺，使 焦化废水经处理后能够达到相关国家排放标准，解决我国国内焦化废水难以处理的 现状。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种生物膜生物强化焦化废水高效处理方法，包括采用厌氧生物滤池-三相好氧 生物循环流化床耦合工艺处理焦化废水，分为挂膜期和正式运行期;在挂膜期，首 先在厌氧生物滤池-三相好氧生物循环流化床耦合工艺反应器内加入膜支撑载体，然 后投加睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas testosteroni)进行挂膜，上述菌株已于2011 年3月3日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)保藏， 地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院生物研究所，保藏编号：CGMCC No.4630;挂膜完成后在系统内形成稳定的生态岛系统，进行焦化废水生物强化处理。
所述的厌氧生物滤池-三相好氧生物循环流化床耦合工艺以焦化废水为碳源和 氮源，焦化废水处理的环境条件为：温度为25-30℃，pH为7.0-8.5。
先将睾丸酮丛毛单胞菌CGMCC No.4630纯菌进行扩大培养得到睾丸酮丛毛单 胞菌CGMCC No.4630菌液，扩大培养条件为：pH为7.0-7.2的LB培养基，在 150red/min、30℃摇床条件下培养8-10h。
所述的睾丸酮丛毛单胞菌CGMCC No.4630菌液投加入厌氧生物滤池-三相好氧 生物循环流化床耦合工艺中的生物流化床段，睾丸酮丛毛单胞菌CGMCC No.4630 菌液与普通污泥活化后混合液以1∶4-1∶2的比例混合后投加至生物流化床进行挂膜， 挂膜方式采用前7天闷爆培养后连续进水方式。
所述的闷爆培养期间每日进水为含有5%-7%LB培养基的焦化废水，连续进水 时进水为纯焦化废水，并在COD 50-600mg/L之间逐渐增加焦化废水浓度。
所述的三相好氧生物循环流化床反应器中膜支撑载体为聚丙烯材质悬浮生物 载体，载体投加体积为反应器容积的30%～40%;厌氧生物滤池中的载体为聚丙烯材 质悬浮生物载体，投加体积为反应器容积的60%～80%。
所述的生态岛系统由菌群、原生动物及藻类构成，其中厌氧生物滤池内共49 种菌，β-protebacteria菌为优势菌属，占39.20%;好氧生物流化床内共31种细菌， 其中β-protebacteria菌为优势菌属，占47.69%。
所述的原生动物为表壳虫类;所述的藻类为硅藻门。
此生态岛系统对焦化废水有良好的降解消纳作用，可以将废水COD浓度从1196 mg/L降到64.8mg/L，NH3-N浓度从102mg/L降到1.43mg/L，出水均达到国家一 级排放标准和回用标准，可实现100%回用。
基于焦化废水水质变动大的特点，对该工艺的相关工艺参数进行了试验研究， 将生物反应器的设计参数确定如下：水力停留时间为14-18小时，回流比为4∶1-3∶1， 曝气量为1.00-1.25L/min。在此参数下进行运行，COD可从1195.95ml/L降低到 64.82mg/L，去除率为94.58%;氨氮可以从102.1mg/L降到1.428mg/L，去除率为 98.60%。出水COD和氨氮指标均能达到国家一级排放标准，水质达到回用标准。
本发明生物强化焦化废水处理方法的优点及用途：
(1)该技术具有较高的容积负荷和抗冲击能力。焦化废水的水质波动较大， 尤其是氨氮，焦化废水的进水NH3-N氨氮浓度一般在100mg/L～600mg/L之间波动， 对处理系统的冲击很大，该技术均采用生物强化法，生物量大，生物活性强，不仅 容积负荷高，而且抗冲击能力强，可以满足焦化废水的特点，保证废水达标排放。
(2)该技术投加睾丸酮丛毛单胞菌CGMCC No.4630为焦化废水高效降解菌， 系统正常运行后，形成优势菌属为β-protebacteria菌属。睾丸酮丛毛单胞菌CGMCC No.4630生长不受焦化废水中有毒物质及高浓度污染物的影响，对环境适应性强， 能够在焦化废水中保持一定的微生物量。β-protebacteria优势菌属对含氮有机物有很 强的降解效果，对总氮的去除有关键作用，对长链有机物的断链、大分子有机物向 小分子转化都有积极的作用，此过程是焦化废水中污染物彻底被去除的限制性环 节。
(3)该技术中形成的优势微型生物舟型藻对整个体系的运转起到积极作用。 舟型藻含有叶绿体，能够进行光合作用产生氧气，这反应器中的细菌提供了很好的 溶解氧源，可以代替部分曝气效果，进一步降低动力消耗，节省成本。舟型藻所提 供氧源具有分布均匀，溶解成分高等优点。
(4)本技术所形成的优势原生动物表壳虫对系统剩余污泥的减少及保持藻类 和菌类活性有重要作用。表壳虫为食藻、食菌、食碎屑者，减少死亡藻类和死亡菌 类的产生，进而减少了剩余污泥的产生，还能通过优胜劣汰的生态法则保持藻类和 菌类的生物活性，保持生物膜厚度与或活性。
(5)经过该工艺的处理，焦化废水COD去除率可达到94%以上，NH3-N去除 率达到98%以上，出水能达到国家污水排放标准(GB9878-1996)的一级排放标准 和回用标准，能够实现废水100%回用。
总之，本发明的工艺方法利用所形成的独特生态岛具有处理焦化废水，处理效 果好、减少污泥产量、水力负荷高、运行稳定。