申请日2009.10.27
公开(公告)日2011.05.11
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明公开了一种同步硝化反硝化处理含氨污水方法，首先培养脱氮颗粒污泥，然后以该脱氮颗粒污泥采用同步硝化反硝化过程处理含氨污水。其中脱氮颗粒污泥的培养方法过程为：首先将接种污泥接入好氧反应器中，用高氨氮低COD废水进行好氧污泥的富集培养，然后分离筛选好氧反硝化菌并进行驯化培养，再将驯化培养好的好氧反硝化菌接种到硝化颗粒污泥中进行脱氮颗粒污泥培养即可获得脱氮颗粒污泥。本发明采用培养驯化好的同步硝化反硝化污泥处理催化剂含氨污水，具有污染物去除率高、能耗物耗低等特点，能够在同一反应器中完成硝化反硝化作用，实现了短程同步硝化反硝化工艺在实际污水处理中的应用。
翻译权利要求书
1.一种同步硝化反硝化处理含氨污水方法，其特征在于包括两部分，首先培养脱氮颗粒污泥，然后以该脱氮颗粒污泥采用同步硝化反硝化过程处理含氨污水;
所述的脱氮颗粒污泥的培养方法包括以下内容：
(1)将接种污泥接入好氧反应器中，用高氨氮低COD废水进行好氧污泥的富集培养，以获得能耐受高氨氮的脱氮菌群;
(2)从步骤(1)富集菌群中分离筛选好氧反硝化菌;
(3)将步骤(2)中筛选的好氧反硝化菌进行驯化培养;
(4)将步骤(3)获得的好氧反硝化菌接种到步骤(1)的硝化颗粒污泥中进行脱氮颗粒污泥培养;当氨氮和总氮去除率达50%以上时即可获得驯化好的脱氮颗粒污泥;
将上述培养的同步硝化反硝化脱氮颗粒污泥按照投加后污泥浓度为800-4000mg/L投加到曝气反应器中处理含氨污水，处理条件为：温度18-40℃，溶解氧0.1～7mg/L，pH7-10，按COD浓度和氨氮浓度比值计的C/N≥1∶1。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：含氨污水的氨氮浓度为100～2000mg/L。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：含氨污水处理过程中，采用批次进水或者连续进水方式。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：在含氨污水处理过程中，遇到处理效果出现波动时，补充驯化好的脱氮颗粒污泥，保持稳定的污水处理效果。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：脱氮颗粒污泥的培养方法步骤(1)富集脱氮污泥采用逐渐提高基质氨氮浓度的方式进行富集，培养过程培养液氨氮初始浓度为100～600mg/L，最终氨氮浓度为700～2000mg/L，培养液COD值100～1000mg/L;当培养液氨氮浓度降低至150mg/L以下时，提高基质氨氮浓度同时补加碳源保证培养液COD浓度不低于100mg/L，每次提高氨氮浓度50～400mg/L。
6.按照权利要求1或5所述的方法，其特征在于：脱氮颗粒污泥的培养方法步骤(1)中接种污泥选取炼油或催化剂污水处理厂的活性污泥，富集培养条件为：温度20～40℃，pH 6.0～9.0，溶解氧大于2mg·L-1。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：脱氮颗粒污泥的培养方法步骤(1)富集培养条件为：pH 6.5～8.0;溶解氧为2～10mg·L-1。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：脱氮颗粒污泥的培养方法步骤(2)采用平板稀释法或平板划线法对富集活性污泥内的菌群进行分离纯化。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：脱氮颗粒污泥的培养方法步骤(3)中好氧反硝化菌驯化培养过程为：将纯化的好氧反硝化菌株接种到含有亚硝氮的液体培养基中，然后采取逐渐提高氮源和碳源的方式进行梯度驯化。
10.按照权利要求1或9所述的方法，其特征在于：脱氮颗粒污泥的培养方法步骤(3)中好氧反硝化菌驯化培养过程为：从固体平板上用接菌环挑取部分菌落接入装有培养液的反应器中培养，以NO2--N计初始氮源浓度为50～200mg/L，以COD计初始碳源浓度为500～1000mg/L，控制生长驯化过程中反应系统的碳源和氮源的质量比为1∶1～10∶1，直到总氮和COD浓度分别低于15mg/L和60mg/L时终止反应。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于：好氧反硝化菌培养条件为：温度为20～35℃，pH为6.5～9.8，溶解氧为0.5～5mg·L-1。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：脱氮颗粒污泥的培养方法步骤(4)采取逐渐提高基质浓度的方式培养颗粒污泥，硝化颗粒污泥按照接种后反应器内污泥浓度为500～3000mg/L来投加，好氧反硝化菌按照反应器体积3%～25%的接种量进行接种;过程包括：将步骤(1)获得的亚硝化颗粒污泥和(3)获得的好氧反硝化菌悬液接入含有氨氮的液体培养液中进行驯化，培养过程中采取菌体转接、批次换水或者批次补料的方式，并逐渐提高氮源和碳源浓度，最终达到欲处理废水中氮和碳的浓度。
13.按照权利要求1或12所述的方法，其特征在于：脱氮颗粒污泥的培养方法步骤(4)培养颗粒污泥的过程为，培养液初始氨氮浓度为100～300mg/L，最终氨氮浓度为400～1500mg/L，维持碳氮质量比为1∶1～10∶1;当反应液氨氮浓度降低至100mg/L以下时，提高基质氨氮浓度同时补加碳源保证培养液COD浓度不低于100mg/L，每次提高氨氮浓度50～200mg/L;驯化温度为20～35℃，pH为6.5～10.0，溶解氧为0.5～5mg·L-1。
说明书
同步硝化反硝化处理含氨污水方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体地说涉及一种同步硝化反硝化颗粒污泥处理催化剂生产等过程排放的含氨污水的生化处理方法。
背景技术
含氨废水是对环境有重要影响的一类废水，如某些催化剂生产外排废水中含有大量的氨氮，同时具有外排水量高、氨氮浓度差别大等特点。一般采取的处理措施为污污分流-分治的策略，即污水中超高浓度(2000～20000mg/L)的氨氮可以采用汽提方法回收氨，氨氮含量低于15mg/L这部分废水可以回用或者直接排放。对于15～1000mg/L的中等浓度含氨废水处理采用汽提方法将显著增大催化剂的生产成本，传统生物法作为常规废水处理的终端技术，在处理高氨氮、低碳源废水时，由于碳源不能满足反硝化的要求，因此总氮去除率不高。目前这部分中等浓度氨氮污水的治理已成为催化裂化催化剂生产企业环保的首要问题。
CN1359863A公开了一种物理化学-生化综合治理催化裂化催化剂生产氨氮污水的方法，该方法是将高、低含量氨氮污水先经物理化学方法预处理，混合后再生化法处理;氨氮>1000mg/L的污水采取逆向汽提;氨氮<300mg/L的污水与生活污水混合加甲醇后进入厌氧反硝化和好氧硝化处理工序，该方法的生物处理过程采用传统脱氮工序，不适宜处理氨氮含量高、COD(化学需氧量，一般表示有机化合物的含量)含量低的污水。
传统生物脱氮技术多根据硝化菌和反硝化菌生长条件的不同，将硝化和反硝化过程安排在两个不同的反应器内进行，或者在同一反应器内顺次进行(SBR)，所以系统复杂，能耗较大，并且管理不便。近几年的研究工作证明硝化反应和反硝化反应可以在同一反应器内同时进行，称为同步硝化反硝化过程(SND)。这一新型脱氮工艺不仅克服了传统生物脱氮过程存在的一些问题，而且在降低能耗和物耗等方面具有突出的优势，特别是以亚硝酸盐氮进行的SND工艺具有更明显的优点。例如在硝化阶段可减少供氧量，从而减少了曝气量、降低25%的能耗;在反硝化阶段节省40%有机碳源，降低了运行费用;亚硝态氮(NO2--N)的反硝化速率通常比硝态氮(NO3--N)的反硝化速率高63%;反应器总容积可减少30～40%左右;反硝化过程产生的碱可部分中和硝化过程产生的酸，减少化学试剂消耗等，符合目前大力提倡的节能减排要求，已经成为污水处理领域的研究热点。
同步硝化反硝化形成机理已经形成了三种理论解释，即宏观环境解释、微观环境理论和生物学解释，它们已经在大量不同的研究中得到证实并被普遍接受。宏观环境的SND工艺主要采用悬浮活性污泥法，由于污泥絮体中微缺氧区的形成往往会出现不稳定现象，导致SND处理效果会出现波动。从微生物理论来看，尽管某些具有脱氮功能的好氧反硝化菌被分离纯化，但是单一的菌体直接应用易随水流失，必须采取固定化或者生物膜法，然而这些工艺过程均比较复杂而且运行效果不稳定。微观环境的SND工艺主要是利用颗粒污泥进行生物脱氮，颗粒污泥是大量细菌聚集生长形成的具有良好沉降性能的颗粒状微生物聚集体，是反应器实现高效运行的关键和前提。利用颗粒污泥进行生物脱氮的优势在于：颗粒污泥具有的良好活性以及沉降性能，可维持生物反应器内较高的生物相浓度，从而提高生物脱氮的效率;与利用载体固定微生物方法比较，颗粒污泥天然的生物层分布确保了最佳的生物反应效率，保证了高效的生物脱氮。因此培养高效、高活性且性能稳定的脱氮颗粒污泥，可以增加反应器内的生物量，提高SND运行稳定性和处理效能，真正实现SND工艺应用于实际工程。特别是当条件控制不好污水处理系统受到冲击时，需要补加一定量高效颗粒污泥来稳定SND的处理效率。
中国专利CN1884134A公开了一种两段式同步硝化反硝化处理氨氮废水方法。该方法是筛选出对环境有较强适应能力的异养硝化细菌和好氧反硝化细菌，构建同步硝化反硝化污泥体系处理含氨废水。该方法采用分别驯化然后在合并驯化的方法，过程复杂，驯化时间长，所用的细菌驯化培养液中采用琥珀酸钠作为碳源，是一种价格较高的碳源，应用于实际工程进行颗粒污泥的大规模培养势必带来成本的增加，目前还不适于大规模工业使用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种同步硝化反硝化处理含氨污水方法，通过培养性能优良的脱氮颗粒污泥，使含氨污水的同步硝化反硝化过程真正适用于工业规模使用。
本发明同步硝化反硝化处理含氨污水方法包括两部分，首先培养脱氮颗粒污泥，然后以该脱氮颗粒污泥采用同步硝化反硝化过程处理含氨污水。
其中脱氮颗粒污泥的培养方法包括以下内容：
(1)将接种污泥接入好氧反应器中，用高氨氮低COD(化学需氧量)废水进行好氧污泥的富集培养，以获得能耐受高氨氮的脱氮菌群;
(2)从步骤(1)富集菌群中分离筛选好氧反硝化菌;
(3)将步骤(2)中筛选的好氧反硝化菌进行驯化培养;
(4)将步骤(3)获得的好氧反硝化菌接种到步骤(1)的硝化颗粒污泥中进行脱氮颗粒污泥培养;当氨氮和总氮去除率达50%以上时即可获得驯化好的脱氮颗粒污泥。
将上述培养的同步硝化反硝化脱氮颗粒污泥按照投加后MLSS(污泥浓度)为800-4000mg/L投加到曝气反应器中处理含氨污水，处理条件为：温度18-40℃，最适温度25-35℃;溶解氧0.1～7mg/L，pH7-10，C/N≥1∶1(C/N按COD浓度和氨氮浓度比值计，浓度单位mg/L)，C/N优选为1∶1～5∶1。在上述条件下，可以保证较高的氨氮转化率和总氮去除率，处理后使催化剂污水中的氨氮和总氮指标能够符合达标排放要求。含氨污水为一切适合生物法处理的低COD、高氨氮污水，氨氮浓度一般为100～2000mg/L的污水，如催化剂生产过程排放的含氨污水、尿素生产过程排放的含氨污水等，采用批次进水或者连续进水方式，最好采取连续进水方式进行处理。在含氨污水处理过程中，遇到处理效果出现波动时，可以随时补充驯化好的脱氮颗粒污泥，保持稳定的污水处理效果。
本发明方法中，脱氮颗粒污泥培养过程步骤(1)富集脱氮污泥可以为本领域现有任何方法，优选逐渐提高基质氨氮浓度的方式进行富集。培养过程培养液氨氮初始浓度为100～600mg/L，最终氨氮浓度为700～2000mg/L，优选1000～1500mg/L，培养液COD值100～1000mg/L。当反应液氨氮浓度降低至150mg/L以下时，提高基质氨氮浓度同时补加碳源保证培养液COD浓度不低于100mg/L，每次提高氨氮浓度50～400mg/L。接种污泥可以选取本领域常用的具有硝化作用的活性污泥，优选取自炼油和催化剂污水处理厂的活性污泥。所述富集培养条件为：温度20～40℃;pH 6.0～9.0，优选6.5～8.0;DO(溶解氧)大于2mg·L-1，优选2～10mg·L-1。
本发明方法中，脱氮颗粒污泥培养过程步骤(2)采用平板稀释法或平板划线法对富集活性污泥内的菌群进行分离纯化，培养基可以是本领域常用的培养基。具体操作：取一定量的泥水混合物稀释不同的倍数后接种于含有亚硝酸盐氮的固体培养基平板中，25～35℃恒温静置培养，培养液中除了含有硝酸盐外，还含有Fe2+、Mg2+、K+、Ca2+等金属离子以及磷酸根离子等，选取单菌落稀释不同的倍数后接种于同样的固体平板进行分离，重复上述操作直到获得纯化菌株。
本发明方法中，脱氮颗粒污泥培养过程步骤(3)将纯化的好氧反硝化菌株接种到含有亚硝氮的液体培养基中，然后在不同总氮浓度条件下进行脱氮能力驯化。具体方法：采取逐渐提高氮源和碳源的方式进行梯度驯化，从固体平板上用接菌环挑取部分菌落接入装有一定量培养液的反应器中培养，初始氮源浓度(以NO2--N计)为50～200mg/L，初始碳源浓度(以COD计)为500～1000mg/L，定期检测培养液中氮源和碳源浓度，控制生长驯化过程中反应系统的碳源和氮源的质量比(按COD浓度和氨氮浓度计)为1∶1～10∶1，如果碳源不足补加碳源，如果碳源过剩则补加氮源，直到总氮和COD浓度分别低于15mg/L和60mg/L时终止反应。培养条件为：温度为20～35℃;pH为6.5～9.8，优选7.0～8.5;DO(溶解氧)为0.5～5mg·L-1，优选为1～3mg·L-1。
本发明方法中，脱氮颗粒污泥培养过程步骤(4)采取逐渐提高基质浓度的方式培养颗粒污泥，硝化颗粒污泥按照接种后反应器内污泥浓度(MLSS)为500～3000mg/L来投加，好氧反硝化菌按照体积比为3～25%的接种量进行接种。具体过程：将步骤(1)获得的亚硝化颗粒污泥和(3)获得的好氧反硝化菌悬液按照适宜的接种量接入含有氨氮的液体培养液中进行驯化，碳源可以是任何微生物能够利用的有机碳源。培养过程中采取菌体转接、批次换水或者批次补料的方式，并逐渐提高氮源和碳源浓度，最终达到欲处理废水中氮和碳的浓度。如果欲处理废水氨氮浓度较低，可以直接用欲处理废水进行脱氮能力驯化。驯化过程中，培养液初始氨氮浓度为100～300mg/L，最终氨氮浓度为400～1500mg/L，优选500～1000mg/L，保证碳氮比为1∶1～10∶1。当反应液氨氮浓度降低至100mg/L以下时，提高基质氨氮浓度同时补加碳源保证培养液COD浓度不低于100mg/L，每次提高氨氮浓度50～200mg/L。驯化温度为20～35℃;pH为6.5～10.0，优选7.5～8.5;DO为0.5～5mg·L-1，优选为1～3mg·L-1。
本发明方法中，脱氮颗粒污泥培养过程中所需的氨氮可以是一切能够作为微生物氮源的化合物，如(NH4)2SO4，尿素等，这里首选(NH4)2SO4作为氮源;所需的亚硝态氮可以是一切亚硝酸盐，如NaNO2、KNO2等;所需的COD可通过加入葡萄糖、甲醇或琥珀酸钠，以及其它一些含碳有机化合物或者COD浓度较高的污水等。
本发明方法中，脱氮颗粒污泥培养过程中均使用生长促进剂，包含Fe2+、Mg2+、K+、Ca2+这四种金属阳离子，可采用常用物质进行配置，四种金属阳离子的摩尔配置比例为1∶(4-8)∶(5-15)∶(1-5);其中Fe2+是以FeSO4·7H2O或者FeCl2的形式加入;Mg2+是以MgSO4·7H2O或者MgCl2的形式加入;K+是以KH2PO4和/或K2HPO4的形式加入;Ca2+是采用CaCO3或者CaCl2的形式加入。
本发明方法采用高氨氮废水对接种污泥进行脱氮污泥的驯化，从驯化的好氧污泥中筛选好氧反硝化菌，再将该菌株驯化培养后与硝化颗粒污泥混合制备脱氮颗粒污泥，处理含氨污水时，能够实现同步硝化反硝化脱氮，可以节省碳源和碱度。本发明获得的脱氮颗粒污泥中，负责硝化脱氨氮的细菌主要是自养硝化菌，负责反硝化脱氮的细菌是好氧反硝化菌。本发明采用培养驯化好的颗粒污泥处理催化剂含氨污水，能够在同一反应器中完成硝化反硝化作用，对于C/N为2-3左右的污水处理过程中不需补加碳源，对于pH大于8.5的污水处理过程中不需调节pH，具有污染物去除率高、能耗、物耗低、运行成本低等特点，实现了短程硝化反硝化工艺在实际污水处理中的应用。