申请日2012.04.29
公开(公告)日2013.10.30
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16; C02F3/34
摘要
本发明涉及一种含盐污水的生物脱氮方法，包括如下内容：向污水生化处理系统中投加脱氮菌剂，启动同时硝化和反硝化生物脱氮处理过程，污水处理的温度为18-40℃，溶解氧为0.1~5mg/L，pH为7.0-9.0;所述的脱氮菌剂中含有科氏葡萄球菌(Staphylococcuscohnii)FSDN-C，节杆菌(Arthrobactercreatinolyticus)FDN-1和水氏黄杆菌(Flavobacteriummizutaii)FDN-2中的一种或两种，同时含有脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)DN-3和甲基杆菌(Methylobacteriumphyllosphaerae)SDN-3中的一种或两种。本发明方法可以有效处理盐含量较高的污水，提高了污泥的吸附性和絮凝性，对废水水质的适用范围宽，对含盐污水的耐受冲击能力强，在去除氨氮和COD等污染物的同时，明显提高污水的处理效果。
权利要求书
1.一种含盐污水的生物脱氮方法，其特征在于包括如下内容：向污水生化处理系统中投加脱氮菌剂，启动同时硝化和反硝化生物脱氮处理过程，污水处理的温度为18-40℃，溶解氧为0.1~5 mg/L，pH为7.0-9.0;所述的脱氮菌剂中含有科氏葡萄球菌(Staphylococcus cohnii)FSDN-C，节杆菌(Arthrobacter creatinolyticus)FDN-1和水氏黄杆菌(Flavobacterium mizutaii)FDN-2中的一种或两种，同时含有脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) DN-3和甲基杆菌(Methylobacterium phyllosphaerae) SDN-3中的一种或两种，五种菌株分别于2011年7月14日和2010年3月11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏编号分别为CGMCC NO.5062、CGMCC No.3657、CGMCC No.3659、 CGMCC No.3658、CGMCC No.3660。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：污水处理的温度为25-35℃，溶解氧为0.2~2mg/L，pH为7.5-8.5。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：脱氮菌剂中含有营养液和保藏助剂，脱氮菌剂中菌体的体积之和占脱氮菌剂总体积的10%～60%，优选为20%～50%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：含盐污水水质特征为，氨氮浓度30~600 mg/L， COD浓度为300~3000mg/L，BOD浓度为200~2000 mg/L，含盐质量分数为0.5%~5%，pH为6~10。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：脱氮菌剂在生化处理系统内活性污泥浓度为2000~5000mg/L之间时进行投加。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于：脱氮菌剂需分批次投加，每隔2~5天投加一次，直到出水氨氮浓度低于50 mg/L，总氮浓度低于50 mg/L并能稳定运行一周以上停止投加，同时硝化和反硝化启动阶段结束，进入稳定运转操作阶段。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：出水氨氮浓度低于15mg/L，总氮浓度低于25mg/L并能稳定运行一周以上停止投加脱氮菌剂，同时硝化和反硝化启动阶段结束，进入稳定运转操作阶段。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：脱氮菌剂的首次投加量按照每小时处理污水体积的0.1%~10%投加，以后逐次递减，每次比上一次投加的菌体量递减30%~50%。
9.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于：微生物菌剂中，节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2按任意比例混合但必须包含其中一种，脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3按照任意比例进行混合但必须包含其中一种;“科氏葡萄球菌FSDN-C、“节杆菌FDN-1和/或水氏黄杆菌FDN-2”与“脱氮副球菌DN-3和/或甲基杆菌SDN-3”三类菌体的体积比为1：0.1~10：0.1～10。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：“科氏葡萄球菌FSDN-C、“节杆菌FDN-1和/或水氏黄杆菌FDN-2”与“脱氮副球菌DN-3和/或甲基杆菌SDN-3”三类菌体的体积比为1：0.2~5：0.2～5。
说明书
一种含盐污水的生物脱氮方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体地说涉及一种含盐污水的生物处理方法。特别涉及一种利用特殊微生物菌剂来完成氨氮、总氮和CODcr的脱除，实现用于含盐废水处理微生物菌剂的产业化、商品化。
背景技术
近年来，随着工农业的发展，对工业废水、垃圾填埋场渗滤水以及城市污水的排放限制越来越严格，污水处理技术越来越受到重视，特别是含氨废水的达标排放成为环保领域的处理难题。废水中的氨氮虽然可采用汽提吹脱、离子交换、化学氧化等物理化学方法进行处理，但这些方法存在副产物二次污染和处理效率低等问题。相比之下，生物法是控制水体氨氮污染的较好方法。
传统生物法作为常规污水处理的终端技术，在处理含氨污水时常常以牺牲负荷来实现废水中氨氮污染物的达标排放。污水中含量较低的无机盐类在微生物生长过程中起着促进酶反应、维持膜平衡和调节渗透压的重要作用。但盐浓度过高时会抑制微生物的生长并降低微生物的活性，给生物处理带来一定的难度。尽管从工艺和污水处理构筑物等方面都进行了多次大量的改进，在污水处理过程中起到一定的效果，但是由于负责脱氨氮的主体活性污泥没有变化，所以氨氮的去除效果仍然不是很理想。氨氮超标问题直接影响到催化剂生产企业废水的全面达标和正常生产，成为制约企业发展的瓶颈，对氨氮废水治理成为催化剂生产企业的首要环保问题。因此研究开发经济、实用、安全的含盐污水生物脱氮技术，对保护环境、造福人类有重要意义。
不管是传统的微生物附着型废水处理构筑物还是新开发的高效生物膜处理系统，负责脱氮的微生物主要是自养硝化菌。自养细菌自身的增殖速度慢、在混合培养的活性污泥系统中无法与异养细菌竞争、难以获得较高的生物量、硝化效率低，导致自养微生物脱氮系统抗冲击能力弱、硝化作用不完全、总氮去除率低。所以一些新型的、效果更好的脱氮微生物，如异养硝化细菌、好氧反硝化细菌等相继被发现。
异养硝化细菌生长速度快、细胞产率高、要求溶解氧浓度低、对环境的适应能力也强，与自养型硝化菌相比，虽然单位生物量的异养菌氧化铵盐的速率比自养菌慢，但其总体的氧化铵盐的速率并不比自养菌慢。有些异养微生物可在缺少有机碳源的条件下，进行氨的氧化获得生长所需的能量，也可以在有机物存在的条件下进行氨氧化，不获得能量，是一种次代谢过程，氨的氧化不受有机物的限制。因此异养硝化细菌作为一种新型的脱氮微生物倍受关注。国内外研究者在异养硝化微生物筛选、功能代谢途径、酶和基因等方面进行了广泛的研究，但是目前仍仅停留在实验室研究阶段，真正将异养硝化菌应用于实际工程中处理废水的实例并不多见。
CN101302485A公开了一种异养硝化微生物菌剂、其培养方法和用途，该菌剂含有嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophiliastrain DN 1.1)和恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida strain DN 1.2)，该菌剂能够有效脱除水体中的氨氮和总氮，还可以同时去除有机废水中的COD，适用于高浓度养殖废水处理。该菌剂在处理氨氮浓度为455~600mg/L的猪场废水时，实验运行至94~95h，对废水中氨氮的去除率达87%~88%，处理出水氨氮含量为59~72mg/L;处理95h后能够将进水790mg/L的总氮处理至164mg/L，总氮去除率为79.2%。CN200910021020.7公开了一种降氨氮和亚硝酸氮的水质改良微生态制剂的制备方法，该发明的微生态制剂属于水产养殖技术及生态环境保护技术领域。上述微生物菌剂在处理含盐含氨废水中的使用效果有限，需要针对含盐含氨污水研制适宜的菌剂和改进水处理方法。
发明内容
生物强化技术给污水处理领域提供了新思路，但现有的生物制剂均不适合含盐污水的脱氮处理。本发明公开了一种含盐污水的生物脱氮方法，采用添加生长条件相近的脱氮微生物、通过同步硝化反硝化工艺，解决含盐污水中氨氮污染物的达标排放问题。
本发明含盐污水的生物脱氮方法包括如下内容：向污水生化处理系统中投加脱氮菌剂，启动同时硝化和反硝化生物脱氮处理过程，污水处理的温度为18-40℃，最适温度为25-35℃，溶解氧为0.1~5 mg/L，优选为 0.2~2mg/L，pH为7.0-9.0，优选为7.5-8.5。脱氮菌剂中含有科氏葡萄球菌(Staphylococcus cohnii)FSDN-C， Arthrobacter creatinolyticus FDN-1和Flavobacterium mizutaii FDN-2中的一种或两种，同时含有脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) DN-3和Methylobacterium phyllosphaerae SDN-3中的一种或两种，五种菌株分别于2011年7月14日和2010年3月11日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏单位地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号(邮编100101)。FSDN-C保藏编号为CGMCC NO.5062，保藏时间为2011年7月14日;FDN-1保藏编号为CGMCC No.3657，保藏时间为2010年3月11日;FDN-2保藏编号为CGMCC No.3659，保藏时间为2010年3月11日;DN-3保藏编号为CGMCC No.3658，保藏时间为2010年3月11日;SDN-3 保藏编号为CGMCC No.3660，保藏时间为2010年3月11日。脱氮菌剂中含有营养液、保藏助剂等常规添加剂，脱氮菌剂中上述菌体的体积之和占脱氮菌剂总体积的10%～60%，优选为20%～50%。
本发明方法中，含盐污水水质特征为：氨氮浓度30~600 mg/L， COD(Cr法，以下同)浓度为300~3000mg/L，BOD浓度为200~2000 mg/L，含盐质量分数为0.5%~5%，pH为6~10。
本发明方法中，脱氮菌剂含有异养硝化细菌和反硝化细菌、生长繁殖速度快，而且投加后在短期内不能排泥，因此，脱氮菌剂需要在系统内活性污泥浓度为2000~5000mg/L之间时进行投加，如果污水生化处理系统内活性污泥浓度大于5000mg/L需要先排泥后再投加微生物菌剂。
本发明方法中，脱氮菌剂需分批次投加，每隔2~5天投加一次，直到出水氨氮浓度低于50 mg/L优选低于15mg/L，总氮浓度低于50 mg/L优选低于25mg/L并能稳定运行一周以上可停止投加，同时硝化和反硝化启动阶段结束，进入稳定运转操作阶段。
本发明方法中，首次投加量按照每小时处理污水体积的0.1%~10%投加脱氮菌剂，以后逐次递减，每次比上一次投加的菌体量递减30%~50%。投加后污水处理系统在三个月内不能排泥。对于间歇处理反应器，每小时处理污水体积为每个处理周期内平均每小时处理污水体积。
本发明方法中涉及的微生物菌剂中，科氏葡萄球菌FSDN-C菌落颜色为白色，菌株个体呈球状，无芽孢，革兰氏染色为阳性，接触酶阳性，氧化酶阴性，能利用多种碳源。节杆菌FDN-1菌落颜色为黄色、菌株个体呈棒状，无芽孢，能运动;革兰氏染色为阳性，接触酶阳性，氧化酶阴性，能利用多种碳源。水氏黄杆菌FDN-2菌落颜色为白色、菌株个体呈杆状，无芽孢;革兰氏染色为阴性，接触酶阳性，氧化酶阳性，能利用多种碳源。脱氮副球菌DN-3菌落呈乳黄色;菌株个体呈椭圆形;革兰氏染色为阴性，接触酶阳性，氧化酶阳性;能利用廉价的碳源。甲基杆菌SDN-3菌落呈橘红色，为革兰氏阴性菌，菌体为杆状，能运动;圆形细小，边缘整齐光滑;接触酶阳性，氧化酶阳性，可利用多种碳源。
本发明菌剂中的科氏葡萄球菌FSDN-C、节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2、脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3在有氧和缺氧环境下均能完成脱氮过程。其中科氏葡萄球菌FSDN-C能以亚硝氮为氮源进行反硝化脱氮，在脱氮的同时能去除COD;节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2能以亚硝氮为氮源进行反硝化脱氮，在脱氮的同时能去除COD;脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3均能以氨氮作为氮源进行异养硝化-好氧反硝化同步脱氮，在脱氮的同时能去除COD。
本发明微生物菌剂中，节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2可以按任意比例混合但必须包含其中一种，脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3也可以按照任意比例进行混合但必须包含其中一种。“科氏葡萄球菌FSDN-C、“节杆菌FDN-1和/或水氏黄杆菌FDN-2”与“脱氮副球菌DN-3和/或甲基杆菌SDN-3”三类菌体的比例为1：0.1~10：0.1～10，优选为1：0.2~5：0.2～5。(按菌体体积计，菌体体积为培养后在每分钟1万转条件下离心分离5分钟后的得到的菌体体积，下同)。本发明微生物菌剂中，可以含有适宜的添加剂，如营养物质、保藏助剂等，具体的添加剂种类及用量是本领域技术人员熟知的。
本发明废水处理微生物菌剂的一种具体制备方法包括以下内容：
1、将本发明科氏葡萄球菌FSDN-C、节杆菌FDN-1、水氏黄杆菌FDN-2、氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3分别接种于固体培养基上进行活化;
2、用接菌环取平板上的菌落分别接种于相应的液体培养液中，在温度25~35℃、150~240rpm好氧条件下震荡培养1~3天至对数生长期，获得液体菌剂种子液;
3、将上述种子液放大培养后收集菌体，过滤浓缩后按所需的比例混合，加入所需的营养液等所需的添加剂，即为本发明微生物菌剂。每种菌的种子液可以单独放大培养，也可以FDN-1种子液和FDN-2种子液按比例混合共同放大培养，DN-3种子液和SDN-3种子液按比例混合共同放大培养，也可以是四种菌的种子液混合进行放大培养。
本发明微生物菌剂所涉及的科氏葡萄球菌FSDN-C的菌体活化和种子液培养所用的培养基配方为：牛肉膏：5~10g/L，蛋白胨：8~15g/L，NaNO2：0.4~1.0g/L，甲醇：0.25~1.0mL/L。本发明微生物菌剂所涉及的节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2的菌体活化和种子液培养所用的培养基配方为：牛肉膏：3~7g/L，蛋白胨：7~13g/L，NaNO2：0.8~1.5g/L，固体培养基加入1.5~2.5%的琼脂。本发明微生物菌剂所涉及的脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3的菌体活化和种子液培养所用的培养基配方为：硫酸铵：0.1~0.5g/L，KNO3:0.5~1.0g/L，丁二酸钠2~8g/L，甲醇：0.25~1.0mL/L，固体培养基加入2%的琼脂;此外培养液中还含有少量的铁离子和镁离子等。培养条件均为：温度为20~35℃、150~240rpm震荡培养至对数期即可收获菌体用于制备微生物菌剂。
本发明微生物菌剂放大培养所用的培养液可以是自配或者实际废水，培养液中的总氮和氨氮浓度为100mg/L~1000mg/L，碳氮质量比5：1~15:1;培养条件为温度15℃～35℃;pH6.5～10.0;溶解氧低于3.0mg/L。本发明所用的放大培养反应器可以是各种适宜结构，具有良好的曝气和搅拌系统。培养过程中pH值不需要调节。
上述放大培养的菌体浓缩后得到浓度较高的菌悬液，将这些菌悬液加入营养液或者营养液和保护剂的混合液后可以制备成液态菌剂，也可以利用本领域现有的方法制备成干粉状的菌剂。可以采用塑料袋、塑料瓶或者塑料桶等耐储存、防冻、便于运输等材质的容器或者设备进行包装。包装方法采用本领域现有常规技术，包装量为50~5000g/包(袋或者瓶)包装后的菌剂可以根据具体情况在室温或者低温条件下保存。室温保存保质期为1~6个月，低温保存保质期为1~5年，保存后活性降低率小于10%。
本发明所用的浓缩方法可以通过离心或者过滤等不影响菌体活性的方法。
本发明菌剂制备过程首先进行菌体活化;然后进行种子液培养，最后将种子液放大培养后收集菌体、浓缩、包装并保存备用。所获得的微生物菌剂耐受性和适应性强，抗冲击性好，总氮的去除负荷高、处理效果好;可以直接投加到废水处理系统中或者与活性污泥混合或者在各种填料上挂膜后处理废水，使用性能好;经过一定时间保藏的微生物菌剂恢复速度快，生物活性高，可实现脱氮微生物的产业化、商品化。
本发明提出的含盐污水生物脱氮方法，主要是通过直接投加由科氏葡萄球菌FSDN-C、节杆菌(Arthrobacter creatinolyticus)FDN-1、水氏黄杆菌(Flavobacterium mizutaii)FDN-2、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) DN-3和甲基杆菌(Methylobacterium phyllosphaerae) SDN-3等菌株组成的脱氮菌剂来实现的。所述不同的微生物互相配合、互相竞争底物，特别是补充科氏葡萄球菌FSDN-C后，增强了污水处理系统的耐盐性能，提高了污泥的吸附性和絮凝性。由于群体效应对废水水质的适用范围宽，对含盐污水的耐受冲击能力强，在去除氨氮和COD等污染物的同时，明显提高污水的处理效果。
具体实施方式
本发明提出的一种含盐污水的生物处理方法，所用的液态菌剂生长速度快，收集量大，菌剂具有较强的耐受性和适应性，具有较好的抗冲击性;可以直接投加到废水处理厂活性污泥中使用，也可以在适宜的生化反应器内处理含盐含氨污水。
实施例1 微生物菌剂的制备方法
1、菌体活化：科氏葡萄球菌FSDN-C的菌体活化和种子液培养所用的培养基配方为：牛肉膏：6g/L，蛋白胨：8g/L，NaNO2：0.6g/L，甲醇：0.5mL/L;节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2的活化培养基配方为：牛肉膏:5g/L，蛋白胨:10g/L，NaNO2:1g/L，加入2.0%的琼脂;脱氮副球菌DN-3 的活化培养基配方为：KNO3:1g/L，丁二酸钠:8g/L，KH2PO4:1g/L，FeCL2:0.5g/L，加入2.0%的琼脂;甲基杆菌SDN-3的活化培养基配方为：硫酸铵:0.5g/L，甲醇:0.75mL/L，KH2PO4:1g/L，FeCL2:0.5g/L;加入2%琼脂。在平板上涂布均匀后放置在温度为30℃恒温培养箱中进行活化。
2、用接菌环刮取平板上的菌体分别接种于相应的液体培养液中，在温度25~35℃、150~240rpm好氧条件下震荡培养1~3天至对数生长期，获得液体菌剂种子液;培养基配方同活化培养基配方，不用加琼脂。
3、将上述科氏葡萄球菌FSDN-C作为Ⅰ号种子液，将上述节杆菌FDN-1和水氏黄杆菌FDN-2混合作为Ⅱ号种子液(菌体按照1:1和0.5:1两种比例组合分别编号Ⅱ-1和Ⅱ-2)，将上述脱氮副球菌DN-3和甲基杆菌SDN-3混合作为Ⅲ号种子液(菌体按照1:1和0.5:1两种比例组合分别编号Ⅲ-1和Ⅲ-2)，Ⅰ号种子液、Ⅱ号种子液中的任一组或任一种微生物与Ⅲ号种子液中的任一组或任一种微生物再按照1:1:1和1:2:3两种比例混合分别在具有良好搅拌系统的反应器中进行放大培养，培养液中的氨氮浓度为200mg/L~800mg/L，碳氮质量比5：1~10：1;培养条件为温度25℃～35℃;pH6.5～10.0;溶解氧低于3.0mg/L。
对经过放大培养获得的液态菌悬液A(种子液Ⅰ、种子液Ⅱ-1和种子液Ⅲ-1混合比例1:1:1)、B(种子液Ⅰ、种子液Ⅱ-2和种子液Ⅲ-2混合比例1:2:3)、C(种子液Ⅰ、种子液Ⅱ-1和种子液Ⅲ-2混合比例1:1:1)、D(种子液Ⅰ、节杆菌FDN-1和种子液Ⅲ-2混合比例1:2:3)、E(种子液Ⅰ、种子液Ⅱ-2和脱氮副球菌DN-3混合比例1:1:3)进行收集、浓缩，然后加入菌悬液两倍体积的营养液。每升营养液中NH4+-N 、Fe2+、Mg2+、K+、Ca2+这五种阳离子的摩尔配置比例为2000:5:20:20:15，再加入菌悬液体积2.5%的保藏剂后分装到500ml的塑料瓶中，置-70℃条件下保存备用。
实施例2
某化工厂含盐污水水质特征为：氨氮60~100 mg/L， COD(Cr法，以下同)300~1000mg/L，BOD浓度为200~700，含盐质量分数为2~5%， pH8.5。
系统长期运行过程中温度为25℃左右、溶解氧为0.1~4.5mg/L，pH为7.8~8.2。由于盐的影响导致系统内氨氮去除效果差，处理后总氮浓度高达150mg/L，活性污泥的SVI大于200 mL/g。采用本发明方法向污水处理系统中投加菌剂，首次按照所处理污水量的1.5%向污水处理系统中投加菌剂A，以后每隔三天投加一次，每次比上一次投加的菌体量递减30%。完成5次投加后系统运行一周，分析检测出水氨氮和硝态氮浓度均低于两种菌体均停止投加。在三个月内没有排泥的情况下，出水总氮浓度始终低于25mg/L，COD去除率大于85%，活性污泥的SVI为150 mL/g。由此可见，采用本方案实现了含盐污水的生物脱氮处理，同时改善污泥的沉降性能。
实施例3
某化工厂含盐污水水质特征为：氨氮100~300 mg/L， COD(Cr法，以下同)500~600mg/L，BOD浓度为200~300，含盐质量分数为1~2%，pH7.8。
系统长期运行过程中温度为28℃左右、溶解氧为1.0~5.5mg/L，pH为8.0~8.2。系统长期运行过程中氨氮去除率只有50%。采用本发明方法，首次按照所处理污水量的5%向污水处理系统中投加菌剂C，以后每隔五天投加一次，每次比上一次投加的菌体量递减40%。完成6次投加后系统运行一周，分析检测出水氨氮去除率达85%，两种菌体均停止投加。在三个月内没有排泥的情况下，出水氨氮和总氮去除率一直稳定在85%以上，实现了含盐污水的生物脱氮处理。
实施例4
某化工厂含盐污水水质特征为：氨氮浓度400~500 mg/L， COD(Cr法，以下同)浓度为2000mg/L左右，BOD浓度为1500左右，含盐质量分数为0.5~2%， pH8.7。系统长期运行过程中温度为24℃左右、溶解氧为2.0~6.5mg/L，pH为8.2~8.5。系统长期运行过程中氨氮去除率只有60%。采用本发明方法，首次按照所处理污水量的8%向污水处理系统中投加菌剂E，以后每隔3天投加一次，每次比上一次投加的菌体量递减50%。完成8次投加后系统运行一周，分析检测出水氨氮去除率达90%，两种菌体均停止投加。在三个月内没有排泥的情况下，出水氨氮和总氮去除率一直稳定在90%以上，实现了含盐污水的生物脱氮处理。
