申请日2019.10.29
公开(公告)日2020.01.03
IPC分类号C02F3/30; C02F3/32; C02F3/34; C02F103/10; C02F101/16
摘要
本发明涉及一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法。该方法所述处理稀土废水系统由待处理的氨氮废水输送系统、废水处理池、曝气混合装置、菌液添加系统、pH调节药剂添加系统和监测控制系统构成且依序分布在废水处理池上;所述的监测控制系统由监测系统和控制器构成。该方法首先将氨氮废水、光合自异养混合菌液注入兼氧池中，在持续不断地向兼氧池注入待处理的氨氮废水过程中，兼氧池的水体向厌氧池溢入，厌氧池也注满后，厌氧池的水体向好氧池溢入，最后通过尾水排放管向外排放达标出水。本发明通过在线监测传感器，实时全程监控指标变化。可根据矿区的空间情况，建设成本低。经处理后的氨氮指标符合排放标准。吨处理成本极低效益极其显著。
权利要求书
1.一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法，其特征是：
1)处理稀土废水系统：
所述的处理稀土废水系统，由待处理的氨氮废水输送系统、废水处理池、曝气混合装置、菌液添加系统、pH调节药剂添加系统和监测控制系统构成，其中菌液系统、pH调节药剂添加系统依序分布在废水处理池上，温控系统、曝气混合装置分布在废水处理池内底部之上;曝气混合装置、pH调节药剂添加系统、菌液添加系统分别通过对应的输气管、输液管、输送管与处理池间接相连;所述的监测控制系统由监测系统和控制器构成，监测系统中的氨氮在线监测传感器、pH值在线监测传感器、溶解氧在线监测传感器设置于废水处理池的内侧壁上;微处理器分别与氨氮在线监测传感器、pH值在线监测传感器、溶解氧在线监测传感器相连，微处理器定时接收各传感器氨氮含量、pH值、溶解氧数据，微处理控制器与菌液添加系统、通气混合装置和pH调节药剂添加系统相连。
2)处理稀土废水方法：
(1)通过氨氮废水输送系统的氨氮废水抽水泵和氨氮废水输水管将矿区汇聚的高污染待处理的氨氮废水输送至兼氧池中，同时通过菌液添加系统的混合菌液输送管将光合自异养混合菌液同步注入兼氧池中，氨氮废水与光合自异养混合菌液的体积比为1：0.2～0.5;
(2)兼氧池注满待处理的氨氮废水与光合自异养混合菌液后，启动曝气混合装置，对兼氧池中的水体进行持续通气搅动、混匀;
(3)通气搅拌10～20分钟后，开启监测控制系统，测定兼氧池中水体pH值、含氧量和水温;
(4)在兼氧池中的水体指标符合要求后，持续通气搅拌，持续通气10～100小时后开始持续不断地向兼氧池注入待处理的氨氮废水，通过氨氮废水输送系统的氨氮废水流量调节阀，控制流量;
(5)在持续不断地向兼氧池注入待处理的氨氮废水过程中，兼氧池的水体通过一级溢水管向厌氧池溢入，当厌氧池也注满后，厌氧池的水体通过二级溢水管向好氧池溢入;
(6)当厌氧池或好氧池有水体进入时，设置在厌氧池和好氧池中的曝气混合装置自动启动，对水体进行持续不断通气搅动，同时控制系统也实时跟踪监测厌氧池水体pH值和水温数据、好氧池中水体pH值、含氧量和水温数据;
当兼氧池氨氮含量大于等于100mg/L，或厌氧池氨氮含量大于等于50mg/L，或好氧池氨氮含量大于等于20mg/L时，菌液添加系统自动将一单位体积的光合自异养混合菌液注入至相应的处理池中，每注入一次为固定的一单位体积，直至处理池中的氨氮含量低于设置指标;
(7)好氧池待处理的氨氮废水，通过好氧池尾水排放管向外排放达标出水。
3)所述的光合自异养菌液，由自养菌和异养菌以1：0.1～0.7的体积比混合构成。
2.根据权利要求1所述的一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法，
其特征是所述的废水处理池分别由兼氧池、厌氧池和好氧池串联构成，处理池的内侧面进行防渗漏处理，兼氧池和厌氧池之间、厌氧池和好氧池之间通过对角线范围的一级溢水管、二级溢水管连接。
3.根据权利要求1所述的一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法，
其特征是所述的通气混合装置，由鼓风机、输气管、曝气盘和输气孔构成，曝气盘分布于兼氧池、厌氧池的底部，输气孔设置于好氧池的底部;输气管通过自动控制分流阀分别与兼氧池、厌氧池和好氧池的底部的曝气盘和输气孔连接;所述的一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法，其特征是所述的处理稀土废水的系统，在废水处理池的底面上，还设置了若干个水体温度加热棒，必要时通电进行加热，提高水体温度;所述的菌液添加系统由菌液罐、自动控制分流阀、流量计、输液管构成，与自动控制分流阀相连的输液管分别开口于兼氧池、厌氧池和好氧池内;所述的pH调节药剂添加系统由pH调节药剂储存罐、输送泵、输送管和流量计构成，输送管中设置有自动控制分流阀，输送管通过自动控制分流阀分别开口于兼氧池、厌氧池和好氧池内。
4.根据权利要求1所述的一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法，
其特征是所述的监测控制系统由监测系统和控制器构成，控制器与菌液添加系统、曝气混合装置和pH调节药剂添加系统相连;控制器中设置有微处理器，其中微处理器内部含有存储器和模数转换器，或根据需要在微处理器的外部扩展存储器和模数转换器。
5.根据权利要求1所述的一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法，
其特征是所述的监测系统由氨氮在线监测传感器、pH值在线监测传感器、溶解氧在线监测传感器构成;微处理器分别与氨氮在线监测传感器、pH值在线监测传感器、溶解氧在线监测传感器相连，微处理器定时接收各传感器氨氮含量、pH值、溶解氧数据，微处理器根据获得的数据决定是否启动pH调节药剂添加系统中pH调节药剂输入泵、通气混合装置中的鼓风机;同时pH值在线监测传感器实时监测pH值，一旦发现超标微处理器控制添加pH调节药剂校正pH;所述的氨氮在线监测传感器，位于兼氧池、厌氧池和好氧池处理池的内侧壁的水体中，通过信号传输导线和微处理器相连，实时将浓度数据发送给微处理器，当氨氮浓度数值达到设定值时，微处理器发出指令，菌液输液泵启动，菌液添加系统自动将一单位体积的光合自异养混合菌液注入至相应的处理池中，提高处理池水体中的菌液浓度和作用能力。
6.根据权利要求5所述的一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法，其特征是所述的pH值在线监测传感器，位于尾水处理池的内侧壁的水体中，通过信号传输导线和微处理器相连，实时将pH值数据发送给微处理器;所述的溶解氧在线监测传感器，位于兼氧池和好氧池的内侧壁的水体中，通过信号传输导线和微处理器相连，实时将兼氧池和好氧池溶解氧数据发送给微处理器。
7.根据权利要求1所述的一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法，
其特征是所述的持续不断地向兼氧池注入待处理的氨氮废水过程，设定待处理的氨氮废水中氨氮浓度为NQ(mg/L)，处理后尾水氨氮浓度为NH(mg/L)，根据尾水氨氮浓度排放指标要求，持续不断注入待处理的氨氮废水的流速以每日注入兼养池的流量为：
式中体积V为处理池的总体积。
8.根据权利要求1所述的一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法，
其特征是所述的一单位体积的光合自异养混合菌液，按体积量计为对应处理池的3%。
9.根据权利要求1所述的一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法，
其特征是所述的自养菌由小球藻、栅藻、螺旋藻、紫球藻和红球藻按照等体积比混合构成;
所述的异养菌由红螺菌和绿螺菌按照等体积比混合构成;
所述的小球藻、栅藻、紫球藻和红球藻用BG11培养基培养，所述的螺旋藻使用Zarrouk氏培养基培养;
所述的红螺菌和绿螺菌等光合菌由下述配方培养：NH4C1 1.0g，CH3COONa 3.5g，MgC120.1g，CaC12 0.1g，KH2PO4 0.6g，K2HPO4 0.4g，酵母膏0.1g，水1000mI，pH7.2。
说明书
一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法
技术领域
本发明涉及一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法。
背景技术
南方离子型稀土是我国宝贵不可再生的重要战略性资源，目前主要采用原地浸矿开采工艺，用硫酸铵为浸矿剂，当矿山开采后存留大量含高浓度氨氮废水，以及由外渗或雨水带出的氨氮废水，这些氨氮废水长达十几年都会影响当地的地表水质，因而需要高效、安全且经济可行的配套氨氮净化处理技术。当前国内外处理氨氮废水工艺主要有蒸氨法、折点氯法、化学沉淀法、反渗透膜法和生物脱氨法等，其中生物脱氨法成本相对低廉，但因现有菌株对碳源的需求量高，稀土废水中又几乎不含碳源，需要大量补入糖质碳源，成本仍然昂贵而无法在产业中推广应用。另一方面，当矿山成片进行开采时，存留大量含高浓度氨氮废水，更难以处理。因此，氨氮污染造成环境问题成为现今限制我国稀土产业发展的全行业关键性难题。本发明开辟了因地制宜的独特思路，利用矿山自身的地理条件，构建将通过分离和选育光合自养型微生物，以空气中的CO2为碳源，以太阳光为能源，大量吸收氨氮并合成有机碳源和菌体供后续的硝化和反硝化微生物生长及脱氨氮，最终将稀土采矿污水中的氨氮净化至国家《稀土工业污染物排放标准》(GB26451-2011)要求的15mg/L以下，实现无需外加糖质碳源，使氨氮处理成本根本性降低，为稀土行业健康稳定发展奠定基础。
发明内容
针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种能够长期运行有效发挥净水作用的一种规模化室外池微生物处理稀土废水的方法。
为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：
1)处理稀土废水系统
所述的处理稀土废水系统，由待处理的氨氮废水输送系统、废水处理池、曝气混合装置、菌液添加系统、pH调节药剂添加系统和监测控制系统构成，其中菌液系统、pH调节药剂添加系统依序分布在废水处理池上，温控系统、曝气混合装置分布在废水处理池内底部之上;曝气混合装置、pH调节药剂添加系统、菌液添加系统分别通过对应的输气管、输液管、输送管与处理池间接相连;所述的监测控制系统由监测系统和控制器构成，监测系统中的氨氮在线监测传感器、pH值在线监测传感器、溶解氧在线监测传感器设置于废水处理池的内侧壁上;微处理器分别与氨氮在线监测传感器、pH值在线监测传感器、溶解氧在线监测传感器相连，微处理器定时接收各传感器氨氮含量、pH值、溶解氧数据，微处理控制器与菌液添加系统、通气混合装置和pH调节药剂添加系统相连。
所述的处理稀土废水的系统，在废水处理池的底面上，还设置了若干个水体温度加热棒，必要时通电进行加热，提高水体温度。
所述的废水处理池分别由兼氧池、厌氧池和好氧池串联构成，处理池的内侧面进行防渗漏处理，兼氧池和厌氧池之间、厌氧池和好氧池之间通过对角线范围的一级溢水管、二级溢水管连接;所述的通气混合装置，由鼓风机、输气管、曝气盘和输气孔构成，曝气盘分布于兼氧池、厌氧池的底部，通过曝气有利于搅动水体，输气孔设置于好氧池的底部，有利于水体溶氧。输气管通过自动控制分流阀分别与兼氧池、厌氧池和好氧池的底部的曝气盘和输气孔连接。
所述的菌液添加系统由菌液罐、自动控制分流阀、流量计、输液管构成，与自动控制分流阀相连的输液管分别开口于兼氧池、厌氧池和好氧池内。
所述的pH调节药剂添加系统由pH调节药剂储存罐、输送泵、输送管和流量计构成，输送管中设置有自动控制分流阀，输送管通过自动控制分流阀分别开口于兼氧池、厌氧池和好氧池内。
所述的监测控制系统由监测系统和控制器构成，控制器与菌液添加系统、曝气混合装置和pH调节药剂添加系统相连;控制器中设置有微处理器，其中微处理器内部含有存储器和模数转换器，或根据需要在微处理器的外部扩展存储器和模数转换器。
所述的监测系统由氨氮在线监测传感器、pH值在线监测传感器、溶解氧在线监测传感器构成。微处理器分别与氨氮在线监测传感器、pH值在线监测传感器、溶解氧在线监测传感器相连，微处理器定时接收各传感器氨氮含量、pH值、溶解氧数据，微处理器根据获得的数据决定是否启动pH调节药剂添加系统中pH调节药剂输入泵、通气混合装置中的鼓风机。同时pH值在线监测传感器实时监测pH值，一旦发现超标微处理器控制添加pH调节药剂校正pH。
所述的氨氮在线监测传感器，位于兼氧池、厌氧池和好氧池处理池的内侧壁的水体中，通过信号传输导线和微处理器相连，实时将浓度数据发送给微处理器。当氨氮浓度数值达到设定值时，微处理器发出指令，菌液输液泵启动，菌液添加系统自动将一单位体积的光合自异养混合菌液注入至相应的处理池中，提高处理池水体中的菌液浓度和作用能力。
所述的pH值在线监测传感器，位于尾水处理池的内侧壁的水体中，通过信号传输导线和微处理器相连，实时将pH值数据发送给微处理器。
所述的溶解氧在线监测传感器，位于兼氧池和好氧池的内侧壁的水体中，通过信号传输导线和微处理器相连，实时将兼氧池和好氧池溶解氧数据发送给微处理器。
2)处理稀土废水方法：
(1)通过氨氮废水输送系统的氨氮废水抽水泵和氨氮废水输水管将矿区汇聚的高污染待处理的氨氮废水输送至兼氧池中，同时通过菌液添加系统的混合菌液输送管将光合自异养混合菌液同步注入兼氧池中，氨氮废水与光合自异养混合菌液的体积比为1：0.2～0.5。
(2)兼氧池注满待处理的氨氮废水与光合自异养混合菌液后，启动曝气混合装置，对兼氧池中的水体进行持续通气搅动、混匀。
(3)通气搅拌10～20分钟后，开启监测控制系统，测定兼氧池中水体pH值、含氧量和水温。其中水温在18℃至35℃、含氧量在1.0～2mg/L、pH值大于等于6属于正常范围，符合处理要求。
当冬季水体水温偏低时，监测控制系统启动电加热器以提高水温;
曝气的流量根据要求的含氧量在1.0～2mg/L范围内进行实时调节;
当pH值小于6时，添加石灰水或碳酸氢钠水溶液进行调节。
(4)在兼氧池中的水体指标符合要求后，持续通气搅拌，持续通气10～100小时后开始持续不断地向兼氧池注入待处理的氨氮废水，通过氨氮废水输送系统的氨氮废水流量调节阀，控制流量。
设定待处理的氨氮废水中氨氮浓度为NQ(mg/L)，处理后尾水氨氮浓度为NH(mg/L)，根据尾水氨氮浓度排放指标要求，持续不断注入待处理的氨氮废水的流速以每日注入兼养池的流量为：
式中体积V为处理池的总体积。
(5)在持续不断地向兼氧池注入待处理的氨氮废水过程中，兼氧池的水体通过一级溢水管向厌氧池溢入，当厌氧池也注满后，厌氧池的水体通过二级溢水管向好氧池溢入。
(6)当厌氧池或好氧池有水体进入时，设置在厌氧池和好氧池中的曝气混合装置自动启动，对水体进行持续不断通气搅动，同时控制系统也实时跟踪监测厌氧池水体pH值和水温数据、好氧池中水体pH值、含氧量和水温数据。
当兼氧池氨氮含量大于等于100mg/L，或厌氧池氨氮含量大于等于50mg/L，或好氧池氨氮含量大于等于20mg/L时，菌液添加系统自动将一单位体积的光合自异养混合菌液注入至相应的处理池中，每注入一次为固定的一单位体积，直至处理池中的氨氮含量低于设置指标。
所述的一单位体积的光合自异养混合菌液，按体积量计为对应处理池的3%。
当兼氧池、厌氧池和好氧池水体pH值小于6.0时，启动pH调节药剂添加系统中的pH调节药剂的输送泵向相应的处理池中的水体注入石灰水或碳酸氢钠水溶液以调节pH值;当pH值达到6.0时停止加pH调节溶液。
当兼氧池和好氧池含氧量低于1.0mg/L或高于2.0mg/L时，曝气混合装置对对应的处理池加大或减少曝气量。
当兼氧池、厌氧池或好氧池的水温低于18℃时，启动电加热器以提高水温。
(7)好氧池待处理的氨氮废水，通过好氧池尾水排放管向外排放达标出水。
经检测，最终处理后的稀土采矿废水中的氨氮含量最低达到4mg/L，最高也仅达到12mg/L，优于国家《稀土工业污染物排放标准》(GB26451-2011)15mg/L的排放要求。
本发明所述的光合自异养菌液，由自养菌和异养菌以1：0.1～0.7的体积比混合构成。
所述的自养菌由小球藻、栅藻、螺旋藻、紫球藻和红球藻按照等体积比混合构成。
所述的异养菌由红螺菌和绿螺菌按照等体积比混合构成。
所述的小球藻、栅藻、紫球藻和红球藻用BG11培养基培养，所述的螺旋藻使用Zarrouk氏培养基培养。
所述的红螺菌和绿螺菌等光合菌由下述配方培养：NH4C1 1.0g，CH3COONa3.5g，MgC12 0.1g，CaC12 0.1g，KH2PO4 0.6g，K2HPO4 0.4g，酵母膏0.1g，水1000mI，pH7.2。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：
1、本发明通过在处理系统中装配的氨氮在线监测传感器、pH值在线监测传感器、溶解氧在线监测传感器，从而实时有效全程监控处理池中水体指标的变化。
2、本发明采用室外设置水池的方式，可根据矿区的空间情况，因地制宜，建设成本低，便于推广应用。
3、本发明提供的微生物处理方法，效果极其显著，经处理后的氨氮指标可降低至4mg/L，最高也仅达到12mg/L，符合国家《稀土工业污染物排放标准》(GB26451-2011)的要求。
4、由于处理过程无需额外加糖(碳源)，废水吨处理成本极低，仅仅为目前添加葡萄糖法的十分之一左右，效益极其显著，更便于推广应用。（发明人王明兹;冯鹏;姚灵丹;陈必链;吴钦缘）