CN102849857A - 一种高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法 - Google Patents
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- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高盐度、高氨氮废水处理方法，该方法采用间歇活性污泥法，通过交替提高培养液盐度或氨氮浓度的方法进行硝化污泥的富集，经过驯化得到耐高盐和耐高氨氮的硝化细菌，驯化的高效硝化菌能够处理500mg/L浓度氨氮、含盐量35g/L以内的高盐度废水，可使出水氨氮浓度达10mg/L以内，达到国家一级排放标准，对处理化工厂、皮革厂、炼油厂等高盐、高氨氮废水具有很好的效果，可克服现有技术中硝化菌不能同时处理高盐和高氨氮废水的不足，具有重要的经济效应和社会效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水的处理方法，具体涉及一种通过培养耐高盐度、耐高浓度氨氮硝化细菌处理高盐度高氨氮废水的方法，属于生物环保技术领域。
背景技术
氮素污染是引起水体富营养化的重要原因之一，控制水中含氮化合物对维持水体清洁以及防止水体富营养化具有重要作用，近年来引起了广泛的重视和研究。石油、化工和化肥等行业的外排含氮废水，如皮革废水具有污染物浓度高、成份复杂、排放量大的特点，达标排放难度大；特别是这些废水大多具有高盐的特点（含盐量大于15g/L），造成污水可生化性差，给治理带来了较大困难，给环境造成相当大的压力。
目前针对高盐度、高氨氮废水的处理方法主要有物理方法、化学方法、生物方法等，但由于物理、化学法运行费用较高、处理效果不理想、同时极易造成二次污染而难以在实际应用中推广；传统生物法在处理低氨氮废水时具有很大优势，但遇废水氨氮浓度过高时，会抑制微生物的代谢作用，从而使微生物失去降解能力。并且由于条件限制，在污水处理前一般不会进行脱盐处理，因此在实际应用中，筛选耐盐高效微生物对于氨氮的降解提供了生化降解的可行性。
中国专利，公开号为CN 101239751 A公开了一种高浓度氨氮废水的处理方法，其采用间歇式活性污泥法，通过逐渐提高培养液氨氮浓度的方法，从活性污泥中富集培养硝化细菌，可去除高浓度氨氮（大于500mg/L），但所富集的硝化细菌，无法耐受高盐环境，对于高盐高氨氮废水，如皮革废水，处理效果较差。
中国专利，公开号为 CN 101195507 A 公开了一种氨氮废水处理的方法，包括载体，硝化菌，利用扩散阻力在颗粒内部产生的氧浓度梯度形成的好氧区、缺氧区和缺氧区，在载体内部形成适合硝化和反硝化两个过程有机结合的环境，在颗粒污泥表层由于氧的存在而进行氨的氧化反应，颗粒内部因为缺氧条件下利用氨的氧化产物进行反硝化反应，从而实现单级生物脱氮，实现了同时硝化和反硝化，达到了很高的脱氮率。但所富集的硝化细菌，无法耐受高盐环境，对于高盐高氨氮废水，如皮革废水，处理效果较差。
中国专利，公开号为 CN 101987767 A 公开了一种高氨氮和盐度稀土废水的膜分离和吹脱组合处理方法，其方法步骤为：废水预处理后经过盘式过滤器对进行初步过滤处理，进入吹脱装置，回收脱除的氨气后，进入膜分离装置，其中产水回用，浓缩液回到前一步吹脱装置回收脱除的氨气后，再次回到膜分离步骤。这样的工艺优点在于：出水水质好可直接回用，但所需成本太高，使用寿命短，人工操作困难。
《环境工程》2008年4月第26卷第2期，于德爽、张勇等人发表《高盐度废水污泥驯化及微生物相研究》一文中在进水COD 为800～1000mg/L、氨氮80～100mg/L，含盐量17.5g/L的条件下，驯化培养了可有效降解氨氮的活性污泥。但由于COD高，异养菌对自养的硝化细菌形成竞争抑制，硝化细菌培养周期长，且在活性污泥中所占比例低。同时，所培养的硝化细菌，无法有效去除高氨氮的废水。
《环境工程学报》2010年3月第四卷第3期，赵凯峰、王淑莹等发表《NaCl盐度对耐盐活性污泥沉降性能及脱氮的影响》一文中对硝化菌的耐盐能力进行了研究，当盐度在20 g/L范围内时，氨氮去除率依然可以维持在99%以上，表明硝化菌的耐盐能力强，但在其研究中所选的氨氮浓度控制在65 mg/L范围内，对于高浓度氨氮废水没有进一步研究。
制革废水具有高盐度高氨氮的特点，一般采用物化预处理和好氧生物处理组合工艺，但普通的硝化菌脱氮不仅增加投资和用地面积，而且出水水质氨氮浓度依然很高。生物强化技术是为了提高废水处理***的处理能力，而向该***中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的复合菌，以去除某一种或某一类有害物质的方法。针对皮革废水高盐度、高氨氮浓度的特点，筛选耐盐高效硝化菌对废水进行生物强化处理，在工业生产中具有重要意义。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术不能高效处理高盐和高氨氮废水的不足，提供一种采用间歇活性污泥法驯化培养耐高盐度、高氨氮的硝化菌，并用该耐高盐、高氨氮的硝化细菌处理500 mg/L浓度氨氮、含盐量35 g/L以内的高盐度废水，可使出水氨氮浓度达10 mg/L以内，实现达标排放。
技术方案：为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：
一种高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，其包括以下步骤：
采用间歇活性污泥法，通过逐级提高培养液氨氮和盐度的方法进行富集，采用NaCl、KCl模拟高盐度，初始盐浓度为5 g/L，最终盐浓度为30～35 g/L，氨氮初始浓度为30～60mg/L，最终浓度为400～500mg/L，COD浓度为50mg/L～150mg/L；硝化细菌的富集培养采取交替进行的方式，一个富集培养周期包括两个阶段：第一阶段：耐盐硝化细菌的培养和富集，培养条件为：含盐量，以NaCl、KCl计为5g/L，氨氮浓度为30～60mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度为25~30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，第一阶段不投加任何外加碳源，第一阶段驯化时间为2至4天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，进入第二阶段：高浓度氨氮的高效硝化细菌的筛选和富集；第二阶段的培养条件为：含盐量，以NaCl、KCl计5g/L，氨氮浓度100～150mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度25至30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，在第二阶段，视菌胶团形成情况，加入适量有机碳，使COD浓度在50mg/L～150mg/L之间，以此刺激异养菌生长，促进菌胶团形成，第二阶段驯化时间为4至6天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，完成第二阶段，两个阶段构成了一个驯化周期；按上述交替进行的方法逐级提高培养液氨氮和盐度的浓度，硝化细菌的富集共分4个驯化周期，使最终盐浓度为30～35 g/L，最终氨氮浓度为400～500mg/L，最终可筛选得到可处理氨氮浓度500 mg/L、含盐量35 g/L以内的高盐度、高氨氮废水，出水氨氮浓度可以达到10 mg/L以内的耐高盐度、高浓度氨氮的硝化细菌。
本发明所述的活性污泥可选自本领域采用的含硝化细菌的活性污泥，优选来自于高效氨氮去除能力的污水处理厂，即对初始氨氮高于100mg/L，盐度高于5g/L废水中的氨氮去除效率80%以上的活性污泥。
以上所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，硝化细菌的富集培养采取交替进行的方式逐级提高培养液氨氮和盐度的浓度，共富集培养4个驯化周期，培养过程中培养液含盐量的初始盐浓度为5 g/L，上升梯度为5～10 g/L；氨氮初始盐浓度为30～60mg/L，氨氮浓度的上升梯度为80～100 mg/L。
作为优选方案，以上所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，所述的培养液按下列方法制备得到：取酸水解酪素2.5g，酵母膏8g，蛋白胨5.3g，柠檬酸三纳6g，KCI 5g，MgSO4.7H2O 15.5g，氯化钙 0.4g，硫酸铁0.015g，NaCl60.5g溶于1000ml自来水中，调整pH值为7至8即得。本发明通过大量实验筛选富集培养液，高效硝化细菌所需微量元素通过制备所述培养基来给予，硝化菌在该培养液中繁殖速度快。
培养液的盐度采用浓度分别为15g/L和5g/L的 NaCl和KCl模拟， K+可作为拮抗剂，降低Na+对微生物的毒害。
在传统的经验式硝化细菌培养液中，常加入CaCO3，其作用有：一是为硝化细菌提供碳源；二是与培养液中酸反应，可起pH缓冲作用，但CaCO3微溶，易沉积于反应器底部，无法随换水而排出，影响硝化细菌的生长。本发明经过大量实验筛选，在培养液中加入NaHCO3替代CaCO3，可解决CaCO3沉积所带来的问题，所述的培养液的缓冲试剂是浓度为0.15～0.2mg/L的硼酸和浓度为40～60mg/L的碳酸氢钠；它们与溶液中其它离子，一同构成培养液的缓冲溶液，使pH维持在7至8，作为优选维持在7.5～7.8范围内。
作为优选方案，以上所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，硝化细菌的富集培养方法为将溶液置于摇床上，摇床转速110转/分钟，培养温度为20至30℃，培养时间为48小时。
作为优选方案，以上所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，第一个驯化周期中第一阶段驯化时间约为4天，第二阶段驯化时间约为6天，从第二个驯化周期起，每一阶段硝化细菌驯化时间延长。
作为优选方案，以上所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，在第二阶段，视菌胶团的形成情况，所述富集培养液中的COD可通过投加甲醇或葡萄糖获得，具体加入量可根据所处理废水的COD确定，使COD浓度在50mg/L～150mg/L之间，本发明氨氮的投入以NH4Cl形式加入。
由于硝化细菌轻，易浮于水面，随排水流失，因此，在培养过程中，加入少量活性炭，可以促进菌胶团的形成。
本发明提供的高盐度、高氨氮废水处理方法，采用间歇活性污泥法（实验对比表明：间歇工艺耐盐能力优于连续流），以活性污泥富集培养硝化细菌污泥，硝化细菌的富集培养采取交替进行的方式，即一个培养周期包括两个阶段： 耐盐硝化细菌的培养和富集；高浓度氨氮的高效硝化细菌的筛选和富集。
本发明针对高盐度、高氨氮废水的特点，采取交替提高培养液盐度或氨氮浓度的方法进行硝化污泥的富集，经过以NaCl和KCl模拟盐度，添加多种微量元素，在不加或少加碳源的条件下，经过48天的培养，筛选出符合条件的硝化细菌，并使硝化细菌成为优势种群。最终的菌群，可耐受盐度35g/L、氨氮浓度达到500mg/L的废水，并使出水氨氮浓度降低到10mg/L以下。通过此发明方法获得的高效硝化细菌，可满足大多数工业上高盐度、高氨氮废水的处理要求。
有益效果：本发明提供的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法和现有技术相比具有以下优点：本发明根据大量实验筛选出硝化菌培养基组成，本发明针对高盐度、高氨氮废水的特点，采用间歇活性污泥法，通过交替提高培养液盐度或氨氮浓度的方法进行硝化污泥的富集，经过驯化得到耐高盐和耐高氨氮的硝化细菌，实验结果表明，驯化的高效硝化菌能够处理500 mg/L浓度氨氮、含盐量35 g/L以内的高盐度废水，可使出水氨氮浓度达10 mg/L以内，实现国家一级达标排放，对处理皮革厂等高盐、高氨氮废水具有很好的效果，可克服现有技术中硝化菌不能处理耐高盐和耐高氨氮的废水的缺点，对环境保护具有非常重要的意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
一种高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，包括以下步骤：
采用间歇活性污泥法，通过逐级提高培养液氨氮和盐度的方法进行富集，采用NaCl、KCl模拟高盐度，初始盐浓度为5 g/L，最终盐浓度为30～35 g/L，氨氮初始浓度为30～60mg/L，最终浓度为400～500mg/L，COD浓度为50mg/L～150mg/L；硝化细菌的富集培养采取交替进行的方式，一个富集培养周期包括两个阶段：第一阶段：耐盐硝化细菌的培养和富集，培养条件为：含盐量，以NaCl、KCl计为5g/L，氨氮浓度为30～60mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度为25~30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，第一阶段不投加任何外加碳源，第一阶段驯化时间为4天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，进入第二阶段：高浓度氨氮的高效硝化细菌的筛选和富集；第二阶段的培养条件为：含盐量，以NaCl、KCl计5g/L，氨氮浓度100～150mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度25至30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，在第二阶段，视菌胶团形成情况，加入适量甲醇，使COD浓度在50mg/L～150mg/L之间，以此刺激异养菌生长，促进菌胶团形成，第二阶段驯化时间为6天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，完成第二阶段，两个阶段构成了一个驯化周期；然后进入第二个驯化周期的第一阶段：耐盐硝化细菌的培养和富集，培养条件为：含盐量，以NaCl、KCl计为15g/L，氨氮浓度为100～150mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度为25~30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，第一阶段不投加任何外加碳源，第一阶段驯化时间为5天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，进入第二个驯化周期的第二阶段：培养条件为：含盐量，以NaCl、KCl计15g/L，氨氮浓度180～230mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度25至30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，在第二阶段，视菌胶团形成情况，加入适量甲醇，使COD浓度在50mg/L～150mg/L之间，以此刺激异养菌生长，促进菌胶团形成，第二阶段驯化时间为7天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，完成第二个驯化周期；然后取第二个驯化周期筛选得到的硝化菌进行第三个驯化周期的第一阶段：耐盐硝化细菌的培养和富集，培养基内含盐量，以NaCl、KCl计为25g/L，氨氮浓度为180～230mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度为25~30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，第一阶段不投加任何外加碳源，第一阶段驯化时间为5天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，进入第三个驯化周期的第二阶段：培养基内含盐量，以NaCl、KCl计25g/L，氨氮浓度280～330mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度25至30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，在第二阶段，视菌胶团形成情况，加入适量甲醇，使COD浓度在50mg/L～150mg/L之间，以此刺激异养菌生长，促进菌胶团形成，第二阶段驯化时间为8天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，完成第三个驯化周期；然后取第三个驯化周期后的硝化菌进行第四个驯化周期的第一阶段：耐盐硝化细菌的培养和富集，培养基内含盐量，以NaCl、KCl计为35g/L，氨氮浓度为280～330mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度为25~30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，第一阶段不投加任何外加碳源，第一阶段驯化时间为6天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，进入第四个驯化周期的第二阶段：培养基内含盐量，以NaCl、KCl计35g/L，氨氮浓度380～500mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度25至30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，在第二阶段，视菌胶团形成情况，加入适量甲醇，使COD浓度在50mg/L～150mg/L之间，以此刺激异养菌生长，促进菌胶团形成，第二阶段驯化时间为8天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，完成第四个驯化周期。按上述交替进行的方法逐级提高培养液氨氮和盐度的浓度，硝化细菌的富集共分4个驯化周期，最终得到可处理氨氮浓度500 mg/L、含盐量35 g/L以内的高盐度、高氨氮废水，出水氨氮浓度可以达到10 mg/L以内的耐高盐度、高浓度氨氮的硝化细菌。
以上所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，硝化细菌的富集培养采取交替进行的方式逐级提高培养液氨氮和盐度的浓度，共富集培养4个驯化周期，培养过程中培养液含盐量的上升梯度为5～10 g/L，氨氮浓度的上升梯度为80～100 mg/L。
以上所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，所述的培养液按下列方法制备得到：取酸水解酪素2.5g，酵母膏8g，蛋白胨5.3g，柠檬酸三纳6g，KCI 5g，MgSO4.7H2O 15.5g，氯化钙 0.4g，硫酸铁0.015g，NaCl60.5g溶于1000ml自来水中，缓冲试剂是浓度为0.15～0.2mg/L的硼酸和浓度为40～60mg/L的碳酸氢钠。调整pH值为7至8即得。
以上所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，硝化细菌的富集培养方法为将溶液置于摇床上，摇床转速110转/分钟，培养温度为20至30℃，培养时间为48小时。
实施例2 高盐度、高浓度氨氮废水处理实验
取石油厂、化工厂、化肥厂和皮革厂排放的高盐、高氨氮废水，采用本发明实施例1方法驯化得到的耐盐、耐氨氮高效硝化菌污染按10%体积比接种到各污水中进行处理2天，具体实验结果如表1所示：
表1 高盐度、高浓度氨氮废水处理结果
由表1的实验结果表明，本发明采用间歇活性污泥法，通过交替提高培养液盐度或氨氮浓度的方法进行硝化污泥的富集，经过四个周期驯化得到耐高盐和耐高氨氮的硝化细菌能高效处理石油厂、化工厂、化肥厂和皮革厂等排放的高盐、高氨氮，高COD值的废水，处理后的废水的氨氮小于10mg/L，达到国家污水一级排放标准，具有重要的经济效应和社会效应。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用间歇活性污泥法，通过逐级提高培养液氨氮和盐度的方法进行富集，采用NaCl、KCl模拟高盐度，初始盐浓度为5 g/L，最终盐浓度为30～35 g/L，氨氮初始浓度为30～60mg/L，最终浓度为400～500mg/L，COD浓度为50mg/L～150mg/L；硝化细菌的富集培养采取交替进行的方式，一个富集培养周期包括两个阶段：第一阶段：耐盐硝化细菌的培养和富集，培养条件为：含盐量，以NaCl、KCl计为5g/L，氨氮浓度为30～60mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度为25~30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，第一阶段不投加任何外加碳源，第一阶段驯化时间为2至4天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，进入第二阶段：高浓度氨氮的高效硝化细菌的筛选和富集；第二阶段的培养条件为：含盐量，以NaCl、KCl计5g/L，氨氮浓度100～150mg/L，活性污泥浓度为20～25g/L，温度25至30℃，pH为7～8，DO为4～6mg/L，在第二阶段，视菌胶团形成情况，加入适量有机碳，使COD浓度在50mg/L～150mg/L之间，以此刺激异养菌生长，促进菌胶团形成，第二阶段驯化时间为4至6天，以氨氮出水浓度作为指标，当氨氮出水浓度小于10mg/L时，完成第二阶段，两个阶段构成了一个驯化周期；按上述交替进行的方法逐级提高培养液氨氮和盐度的浓度，硝化细菌的富集共分4个驯化周期，最终得到可处理氨氮浓度500 mg/L、含盐量35 g/L以内的高盐度、高氨氮废水，出水氨氮浓度可以达到10 mg/L以内的耐高盐度、高浓度氨氮的硝化细菌。
2.根据权利要求1所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，其特征在于，硝化细菌的富集培养采取交替进行的方式逐级提高培养液氨氮和盐度的浓度，共富集培养4个驯化周期，培养过程中培养液含盐量的上升梯度为5～10 g/L，氨氮浓度的上升梯度为80～100 mg/L。
3.根据权利要求1所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，其特征在于，所述的培养液按下列方法制备得到：取酸水解酪素2.5g，酵母膏8g，蛋白胨5.3g，柠檬酸三纳6g，KCI 5g，MgSO4.7H2O 15.5g，氯化钙 0.4g，硫酸铁0.015g，NaCl60.5g溶于1000ml自来水中，调整pH值为7至8即得。
4.根据权利要求3所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，其特征在于，所述的培养液的缓冲试剂是浓度为0.15～0.2mg/L的硼酸和浓度为40～60mg/L的碳酸氢钠。
5.根据权利要求1所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，其特征在于，硝化细菌的富集培养方法为将溶液置于摇床上，摇床转速110转/分钟，培养温度为20至30℃，培养时间为48小时。
6.根据权利要求1所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，其特征在于，第一个驯化周期中第一阶段驯化时间为4天，第二阶段驯化时间为6天，从第二个驯化周期起，每一阶段硝化细菌驯化时间延长。
7.根据权利要求1至6任一项所述的高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，其特征在于，在第二阶段，视菌胶团的形成情况，加入甲醇或葡萄糖，使COD浓度在50mg/L～150mg/L之间。
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