申请日2015.10.21
公开(公告)日2017.08.29
IPC分类号C02F3/28; C02F9/14; C02F11/04; C02F101/00; C02F103/00
摘要
本发明提供对含有抑制性化合物的高强度废水进行净化的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将至少一种高强度废水与至少一种次级污泥混合以形成混合浆料，其总化学需氧量(TCOD)负载值高达4g TCOD/g挥发性悬浮固体/天;和(b)在厌氧条件下将混合浆料加入到脱毒反应器中，所述厌氧条件任选地包含厌氧细菌和兼性厌氧细菌的微生物群以提供经脱毒的流出物。
权利要求书
1.对含有抑制性化合物的高强度废水进行净化的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将至少一种高强度废水与至少一种二级污泥混合以形成混合浆料，该浆料的总化学需氧量(TCOD)负载值最高达4g TCOD/g挥发性悬浮固体/天;和
(b)在厌氧条件下将混合浆料加入到脱毒反应器中以提供经脱毒的流出物，所述厌氧条件任选地包含厌氧细菌和兼性厌氧细菌的微生物群。
2.如权利要求1所述的方法，其中，随后在厌氧反应器中处理所述经脱毒的流出物以产生生物气。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，随后在有氧反应器中处理所述经脱毒的流出物以精制废水。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，混合浆料中至少一种高强度废水与至少一种二级污泥的比例为1:1至5:1。
5.如权利要求4所述的方法，其中，混合浆料中至少一种高强度废水与至少一种二级污泥的比例为2:1至5:1(例如2.5:1至4:1，如3:1)。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述高强度废水包含有机和/或无机抑制性化合物。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述高强度废水是高强度工业废水。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，未添加其他化学品。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述脱毒反应器步骤的水力保留时间为1天至5天。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述脱毒反应器步骤的pH为4-7.5(例如约5.5)。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述脱毒反应器步骤的反应温度保持在30至60℃。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，混合浆料的总化学需氧量(TCOD)负载值为1g TCOD/g挥发性悬浮固体/天至4g TCOD/g挥发性悬浮固体/天(例如2.2g TCOD/g挥发性悬浮固体/天)。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当所述脱毒反应器包括厌氧细菌和兼性厌氧细菌的微生物群时，该厌氧细菌和兼性厌氧细菌的微生物群由权利要求1-12中任一项的方法产生，然后在对流出物实施进一步处理之前对所述经脱毒的流出物实施净化步骤，之后将生物质返回脱毒反应器。
14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该方法可包括在步骤(a)之前对高强度水和/或至少一种二级污泥的预处理步骤，该预处理步骤可包括UV光、超声波、蒸汽处理、研磨和碾磨中的一种或多种。
15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一种二级污泥可以是可从废水处理厂的有氧阶段获得的生物污泥。
16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述混合浆料的溶解性化学需氧量与TCOD的比例为0.3:1至0.95:1(例如0.5:1或0.8:1)。
说明书
用于高强度废水脱毒的方法
技术领域
本发明描述了一种用于高强度废水的厌氧脱毒方法，以使随后可进行更有效的生物处理。
背景
本说明书中对优先公布的文件的列举或讨论不应被视为承认该文件是现有技术的一部分或是公知常识。
快速工业化造成了大量高强度废水的产生。由于存在大量的有机和无机化合物这种废水的性质可能是复杂的,且其可能是抑制性(inhibitory)的。这种废水的主要来源包括来自石油工业、农业食品工业、农药、化学和制药工业、塑料、造纸和纸浆加工以及染料和油漆制造业的废水。在这些工业过程中产生的污染物可包括吸电子化合物，例如偶氮染料、氯硝基苯、硝基芳族化合物、卤化脂族烃/芳族化合物和准金属，其可以在常规需氧废水处理中抑制或保持不受影响(Van der Zee F.P.和Cervantes F.J.,(2009)Biotechnol.Adv.,27:256-277)。
由于其对微生物代谢途径的影响，存在于工业流出物中的抑制性化合物对厌氧处理过程更为有害(Chen等,(2008)Bioresour.Technol.,99:4044–4064;Bulich等.,(1982)Process Biochem.,17:45-47)，因此废水处理厂的性能可能受到较低的化学需氧量(COD)去除效率的影响(Chelliapan等,(2006)Water Res.,40(3),507-516)，甚至可能导致最终处理无效(Rodgers和Brunce,(2001)Water Res.,35:2101-2111;Van der Zee等,(2001)Biotechnol.Bioeng.,75:691-701)。最大限度地减少对废水处理过程的这种潜在威胁需要对流入物进行预处理。常用的预处理方法是高级氧化方法，例如臭氧、UV催化氧化、过氧化氢或其组合(Munter等,(2001).Proc.Estonian Acad.Sci.Chem.,50:59–80)。已经公开了涉及含有污染物(如无机氰化物和/或有机腈、亚硝酸根离子、酚衍生物或苯酚和甲醛)的溶液和废水的脱毒的若干发明(参见美国专利编号4,340,490、3,970,554和4,280,914)。然而，由于各种物理、化学和光化学方法的固有局限性，其他技术(如生物预处理(脱毒))仍在继续研究中。
利用厌氧生物过程的废水处理由于甲烷形式的能量回收的可能性而受到极大关注。诸如升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧顺序间歇反应器(AnSBR)和厌氧过滤器(AN)的厌氧技术具有处理高强度工业废水的潜力。在厌氧条件下，废水中的污染物经过还原转化(Field等,(1995).Anton.Leeuw.Int.J.G.,67:47-77.)。据报道，厌氧微生物涉及广泛的污染物的降解(Harwood等,(1999).FEMS Microbiol.Rev.,22:439-458)。如果有毒物质经微生物矿化或生物转化，则废水的抑制作用可能会大幅降低(Sierra-Alvarez等，(1994).Wat.Sci.Tech.,29(5-6):353-363)。然而，许多不同的顽固性化合物的还原转化由于电子转移的限制而非常缓慢地进行，并且可在抑制作用被充分缓解之前导致厌氧生物反应器的崩溃。
所提出的发明是一种高性价比和快速的脱毒方法，其中微生物可以在还原条件下有效地使高强度废水脱毒，并且所得到的代谢物可以进一步用作微生物的底物。在一个非限制性示例中，随后的处理可通过用于甲烷形式的能量产生的厌氧微生物来进行。
发明内容
本发明的第一方面提供对含有抑制性化合物的高强度废水进行净化的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将至少一种高强度废水与至少一种二级污泥混合以形成混合浆料，该浆料的总化学需氧量(TCOD)负载值最高达4g TCOD/g挥发性悬浮固体/天;和
(b)在厌氧条件下将混合的浆料加入到脱毒反应器中，所述厌氧条件任选地包含厌氧细菌和兼性(facultative)厌氧细菌的微生物群，以提供脱毒的流出物。
在本发明的某些实施方式中，可随后在厌氧反应器中处理所述脱毒流出物以产生生物气(biogas)。另外或者替代性地，可随后在有氧反应器中处理所述脱毒流出物以精制(polishing)废水。
在本发明的进一步的实施方式中，所述至少一种二级污泥可以是可从废水处理厂的有氧阶段获得的生物污泥。
在某些实施方式中，混合浆料中至少一种高强度废水与至少一种二级污泥的比例可以是1:1至5:1。例如，混合浆料中至少一种高强度废水与至少一种二级污泥的比例可以是2:1至5:1(例如2.5:1至4:1，如3:1)。
在某些实施方式中，高强度废水可：
(i)包含有机和/或无机抑制性化合物;和/或
(ii)是高强度工业废水。
在本发明的另一个实施方式中，可不添加其他化学品。在本发明的另外或替代性实施方式中，在步骤(a)之前，可在预处理步骤中对高强度水和/或至少一种二级污泥施加UV光、超声波、蒸汽处理、研磨和碾磨中的一种或多种。
在本发明的另一实施方式中，脱毒反应器步骤：
(i)水力保留时间可以是1天至5天;以及/或
(ii)pH可以是4-7.5(例如约5.5);以及/或
(iii)反应温度可保持在30至60℃。
在本发明的某些实施方式中，混合浆料的总化学需氧量(TCOD)负载值可为1gTCOD/g挥发性悬浮固体/天至4g TCOD/g挥发性悬浮固体/天(例如2.2g TCOD/g挥发性悬浮固体/天)。在本发明的另一个或进一步的实施方式中，所述混合浆料的溶解性化学需氧量与TCOD的比例可以是0.3:1至0.95:1(例如0.5:1或0.8:1)。
在本发明的某些实施方式中，当所述脱毒反应器包括厌氧细菌和兼性厌氧细菌的微生物群时，该厌氧细菌和兼性厌氧细菌的微生物群由上述方法产生，然后在对流出物实施进一步处理之前对所述经脱毒的流出物实施净化步骤，之后将生物质返回脱毒反应器。
