申请日2007.05.18
公开(公告)日2008.11.19
IPC分类号C02F9/14; C02F3/34; C02F3/30; C02F101/38; C02F1/66; C12N1/20; C02F101/16; C02F3/12
摘要
本发明公开了一种高氨氮浓度废水生化处理方法，首先在硝化污泥富集池中培养富集硝化菌的活性污泥，然后将富集硝化菌的活性污泥引入高氨氮、低COD废水的硝化处理池中，硝化处理后的污水进入反硝化池进行反应硝化脱氮处理。其中富集硝化菌活性污泥的培养过程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来进行富集，所用富集培养液包括微量元素Fe、Mg、Na和K及缓冲液，富集培养液中还特别包括浓度为0.01～0.05g/Lr的Ca2+，培养过程中氨氮最终浓度为300mg/l～1200mg/l，COD≤200mg/l。本发明方法可以有效处理高氨氮浓度、低COD值的废水，处理方法简单，成本低。
权利要求书
1、一种高氨氮浓度废水生化处理方法，包括以下内容：
(1)在硝化污泥富集池中培养富集硝化菌的活性污泥;
(2)将富集硝化菌的活性污泥引入高氨氮、低COD废水的硝化处理池中;
(3)步骤(2)进行硝化处理后的污水进入反硝化池进行反应硝化脱氮处 理，反硝化脱氮处理后的废水可以排放或进一步处理利用;
其中步骤(1)富集硝化菌活性污泥的培养过程如下：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来进行富集，所用富集培养液包括微 量元素Fe、Mg、Na和K及缓冲液，所述的富集培养液中还包括Ca2+，Ca2+浓度 为0.01～0.05g/L，Ca2+采用CaCl2的形式加入，培养过程中氨氮初始浓度为 50mg/L～200mg/L，最终浓度为300mg/L～1200mg/L，COD≤200mg/L。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中培养过程中最终氨 氮浓度为500mg/L～1000mg/L;所述的富集培养液中，Fe2+的浓度为2mg/L～14 mg/L，Mg2+浓度为10～20m g/L，Na+浓度为200～1000mg/L，K+浓度为20～ 70mg/L;所述的缓冲液为KH2PO4、K2HPO4和NaHCO3中的一种或多种，其浓度 为50～300mg/L。
3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述硝化细菌富集培养的条件 为：温度为20～30℃;pH为6.0～9.0;污泥沉降比为15%～25%;溶解氧为大 于2mg·L-1。
4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的硝化细菌富集培养通过 逐渐提高培养液氨氮浓度的方法培养富集硝化菌的活性污泥，每次加入培养液 后，当氨氮浓度降至10mg/L以下，提高预加入培养液中氨氮的浓度，其提高幅 度为50～200mg/L，直至与所处理废水中氨氮浓度相适应。
5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)和步骤(2)采用Na2CO3 或NaHCO3溶液调整系统pH值，pH值控制为6.0～9.0。
6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的高氨氮、低COD 废水中，氨氮的浓度为300～1200mg/L，氨氮容积负荷为375～850g NH4 + -N/m3·d，COD≤200mg/L。
7、按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的高氨氮、低COD 废水中，氨氮的浓度为500mg/L～1000mg/L，氨氮容积负荷为450～800g NH4 + -N/m3·d，COD≤100mg/L。
8、按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)采用间歇式活性污泥 法进行硝化反应过程，其中富集硝化菌的活性污泥引入量占所需污泥量的10v %～50v%;间歇式活性污泥工艺按间歇式进水、曝气、沉降、排水工序周期性 进行，每天为1～3个周期，进水时间占每个周期的1%～30%，曝气时间占每个 周期的70%～96%，沉降时间占每个周期的2%～40%，排水时间占每个周期的 1%～30%，控制反应器内pH值为6.0～9.0，氧溶解量为2～10mg/L，温度为20～ 30℃。
9、按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的反硝化脱氮反 应池中，加入富集反硝化脱氮菌的活性污泥;富集反硝化脱氮菌活性污泥的富 集方法可以为：采用硝化处理后的污水，其主要成分为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮， 外加碳源至C∶N原子比为3∶1～8∶1，采用厌氧培养，氧溶解量为<1mg/L，采用 搅拌器搅拌，搅拌速率100～300r/min;温度为15～40℃;pH为7.5～8.5;初始污泥 沉降比为20～50%，批次进水或连续进水，保持自然pH。
10、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，首先运行硝化污泥富集池 和脱氮污泥富集池20天～2个月;然后运行处理高氨氮废水的硝化反应池和脱 氮反应池，同时把硝化污泥富集池和脱氮污泥富集池中经过富集含有高浓度硝 化菌和脱氮菌的过剩的污泥分别接种到硝化反应池和脱氮反应池。
说明书
一种高氨氮浓度废水生化处理方法
技术领域
本发明涉及一种含氨氮废水的处理方法，具体地说涉及一种接种硝化菌/脱 氮菌增进氨氮生化处理能力的高氨氮浓度废水生化处理方法。
背景技术
随着工农业的迅速发展，氨氮对水污染的问题日益严重，近年来去除和控 制废水中含氮化合物的问题引起了广泛的重视和研究。氨氮废水主要来自煤气、 焦炭、化肥以及炼油催化剂等生产过程，以及垃圾填埋场的渗滤液。
去除废水中氨氮的方法有物理化学方法和微生物法。物理化学方法有蒸汽 气提法、空气气提法、预先氧化的活性碳吸附法以及离子交换法等(周轲.合成氨 厂含氨废水治理技术的进展.兰化科技，1994，(3)：61-63)。但是这些方法存在很多问 题，譬如效率低，产生副产物造成二次污染。相比之下，利用硝化菌群(氨氧 化菌和亚硝酸盐氮氧化菌)和反硝化菌群(硝酸盐氮氧化菌)处理含氮废水更 加普遍也更有效。在微生物处理过程中，氨氮在硝化菌作用下被转化为硝态氮， 后者进一步被反硝化菌转化为游离的氮气，其中硝化作用是整个氮转化过程的 限制步骤(Regan J M，Harrington GW，Noguera DR，Ammonia-and nitrite- oxidizing bacterial communities in a pilot-scale chloraminated dringking water distribution system.Appl & Environ Microbiol，2002，68(1)：73-81)。硝化菌的两大 菌群协同作用，共同将氨氮转化为硝态氮。硝化细菌中负责硝化功能的酶是亚 硝酸氧化还原酶-Nor，由norB基因编码。硝化菌利用氧化无机氮作为唯一的 能量来源，因此生长速率及其缓慢，而且现有常采用的分离纯化方法如最大可 能数、极限稀释、选择性平板等也不能有效地获得硝化菌(Aakra ù，Utker JB，Nes IF，and Bakken LR.An evaluated improvement of the extinction dilution method for isolation of ammonia-oxidizing bacteria.J Microbiol Methods，1999，39：23-31)，这些 都严重限制了人们对硝化细菌的研究与应用。
硝化和反硝化既可在活性污泥反应器中进行，又可在生物膜反应器中进行， 而实际应用最多的还是活性污泥法，硝化菌和反硝化菌处在同一活性污泥中。 目前发现和使用的硝化菌的好氧和自养特性与反硝化菌的缺氧和异氧特性明显 不同，脱氮过程通常需在两个反应池中独立进行，如Bardenpho工艺、UCT工 艺(University of Capetwon)、双沟式氧化沟工艺等，或在一个反应器中顺次进 行如SBR(Sequencing Batch Reactor，序批式反应器)。当混和污泥进入好氧池 或处于好氧状态时情况则相反，硝化菌工作，反硝化菌处于抑制状态。但是不 管传统的微生物附着型污水处理构筑物，如生物虑池、生物转盘和淹没式生物 虑池，还是新开发的一些高效生物膜处理系统，如两相流化床、三相流化床、 厌氧流化床，电极-生物膜法等，这些方法所采用的硝化菌群多为自养菌，增 殖较慢且难以维持较高生物浓度，因此抗冲击能力弱，高浓度氨氮和亚硝酸盐 会抑制硝化菌的生长，使硝化作用不完全，导致总氮去除率很低。为了提高总 氮去除率，通常需要提高活性污泥的污泥龄或增大暴气池体积。
CN1354786A公开了一种活性污泥中高浓度硝化细菌的培养方法，是以下水 污泥和屎尿污泥作为接种污泥，以污泥脱水滤液或硝化脱离液为培养液，其中 的氨氮浓度为100～300mg/L，氨氮浓度高于300mg/L会对菌体的生长产生抑制 作用，所富集的硝化细菌不能耐受高浓度的氨氮。根据该方法的介绍，其富集 的硝化细菌主要用于COD值很高的水污泥和屎尿污泥的减量加工过程，如果用 于氨氮浓度高于300mg/L以上的水处理厂产生的污水，必须用海水或淡水等稀 释到300mg/L以下再处理，并且需要辅以大量的补充COD。
《同济大学学报》1999年第27卷第3期中，屈计宁等人发表的“高效硝化 细菌的富集技术研究”一文，是富集用于处理氨氮浓度低于300mg/L、富含有机 物的废水的硝化细菌，并指出碳氮比为1.7时最适宜于氨氮的去除。该方法所得 的硝化细菌不适合处理氨氮浓度高且有机物含量少、甚至不含有机物的废水。
对于一类特殊的含氨氮废水，如炼油催化剂生产废水，此类废水中主要含 有悬浮物(SS，300～1000mg/L)、氨氮(NH4 +-N，200～5000mg/L)等污染物，同 时，其有机物浓度低(即化学需氧量COD值低)，上述现有方法均不能有效处 理。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种可以有效处理高氨氮浓度、低COD 值的废水的处理方法，本发明方法具有氨氮去除率高，反应容积负荷大等优点。
本发明高氨氮浓度废水生化处理方法包括以下内容：
(1)在硝化污泥富集池中培养富集硝化菌的活性污泥;
(2)将富集硝化菌的活性污泥引入高氨氮、低COD废水的硝化处理池中;
(3)步骤(2)进行硝化处理后的污水进入反硝化池进行反应硝化脱氮处 理，反硝化脱氮处理后的废水可以排放或进一步处理利用。
其中步骤(1)富集硝化菌活性污泥的培养过程如下：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来进行富集，所用富集培养液包括微 量元素Fe、Mg、Na和K及缓冲液，所述的富集培养液中还包括Ca2+，Ca2+浓度 为0.01～0.05g/L，Ca2+是采用CaCl2的形式加入的。其中氨氮(NH4 +-N)初始浓 度为50mg/L～200mg/L，最终浓度为300mg/L～1200mg/L，优选为500mg/L～ 1000mg/L;化学需氧量(COD)≤200mg/L。
本发明方法步骤(1)中所述的富集培养液中，微量元素Fe、Mg、Na和K可 采用常规的用量和常用物质引入，优选如下：Fe是以FeSO4·7H2O的形式加入的， Fe2+的浓度为2mg/L～14mg/L，最好为3～11mg/L;Mg是以MgSO4·7H2O的形 式加入的，Mg2+浓度为10～20m g/L;Na是以NaCl2、Na2CO3和/或NaHCO3的形 式加入，Na+浓度为200～1000mg/L;K是以KH2PO4和/或K2H PO4的形式加入， K+浓度为20～70mg/L;所述的缓冲液为KH2 PO4、K2H PO4和NaHCO3中的一种 或多种，其浓度为50～300mg/L。
步骤(1)所述的富集培养液中所需的COD可通过加入葡萄糖或甲醇，具体 的加入量可根据所处理废水中的COD来确定，与废水COD值相适应。所述的活 性污泥可以选取本领域常用的含硝化细菌的活性污泥，优选取自炼油污水处理 厂的活性污泥和催化剂污水处理厂的活性污泥。所述硝化细菌富集培养的条件 为：温度为20～30℃;pH为6.0～9.0，优选6.5～8.0;SV(污泥沉降比)为15 %～25%;DO(溶解氧)为大于2mg·L-1，优选为2～10mg·L-1。通过逐渐提高 培养液氨氮浓度的方法培养富集硝化菌的活性污泥，具体如下：每次加入培养 液后，当氨氮浓度降至10mg/L以下，最好是用GB 7479蒸馏滴定法检测不出水 中氨氮浓度，即低于0.2mg/L时，提高预加入培养液中氨氮的浓度，其提高幅度 为50～200mg/L，直至与所需处理废水中氨氮浓度相适应。
步骤(1)和步骤(2)采用Na2CO3或NaHCO3溶液调整系统pH值，pH值一 般为6.0～9.0，优选6.5～8.0。
步骤(2)所述的高氨氮、低COD废水中，氨氮(NH4 +-N)的浓度为300～ 1200mg/L，优选为500mg/L～1000mg/L，氨氮容积负荷为375～850g NH4 + -N/m3·d，优选为450～800g NH4 +-N/m3·d，COD≤200mg/L，优选为≤100mg/L。 在处理过程中，可以将步骤(2)中的部分含硝化菌的活性污泥排入步骤(1) 中的硝化菌富集培养池中。
步骤(2)的废水硝化处理操作条件和步骤(3)的反硝化脱氮处理条件可 以按本领域一般知识确定。如硝化过程一般可以采用间歇式活性污泥法，其中 富集硝化菌的活性污泥引入量可以占所需污泥量的10v%～50v%，可以连续加 入，也可以间断加入，一般在间歇式活性污泥工艺中的进水操作时加入即可。 间歇式活性污泥工艺按间歇式进水、曝气、沉降、排水工序周期性进行，每天 为1～3个周期，进水时间占每个周期的1%～30%，曝气时间占每个周期的70 %～96%，沉降时间占每个周期的2%～40%，排水时间占每个周期的1%～30 %。控制反应器内pH值为6.0～9.0，氧溶解量为2～10mg/L，温度为20～30℃。 pH调节剂为Na2CO3和NaHCO3中的一种或两种。
步骤(3)的反硝化脱氮反应池中，也可以加入富集反硝化脱氮菌的活性污 泥。富集反硝化脱氮菌活性污泥的富集方法可以为：采用硝化处理后的污水， 其主要成分为亚硝酸盐氮(NO2-N)和硝酸盐氮(NO3-N)，外加碳源至C∶N(原 子比)为3∶1～8∶1，碳源可以是一切体现COD的有机物，如葡萄糖，甲醇等， 或废水。采用厌氧培养，氧溶解量为<1mg/L，采用搅拌器搅拌，搅拌速率100～300 r/min;温度为15～40℃;pH为7.5～8.5;初始污泥沉降比为20～50%，批次进水或 连续进水，保持自然pH。脱氮菌来源与上述硝化菌来源相同。上述硝化及反硝 化脱氮过程的具体操作条件可以根据废水的水质及所需的处理深度，由本领域 技术人员按本领域知识进行调整。
本发明方法可以有效处理高NH4 +-N浓度、低COD值的废水，废水处理后可 以达到排放标准，也可以进一步处理并利用。与现有微生物处理方法相比，本 发明方法可以处理高NH4 +-N浓度、低COD值的废水，不需过多外加碳源，处理 成本低。与现有物理处理方法相比，本发明方法具有处理效果好、流程简单、 设备少、运转费用低等特点。
本发明方法通过培养富集的硝化菌活性污泥，使其适应于高NH4 +-N浓度、 低COD值的废水处理过程。特别是在所述的富集培养液中，加入适量的Ca2+， 一方面为硝化细菌生长提供微量元素，另一方面由于硝化细菌具有附着于固体 颗粒表面生长的特性以及硝化细菌的比重轻易浮于水面的特点，所以生成一定 量的CaCO3沉淀会增大硝化细菌的附着表面，也减少了硝化细菌在换水过程中的 流失。此外，以Ca2+的形式加入，还可以在调节培养液pH值过程中起到缓冲作 用。但Ca2+的加入量不能过高，否则生成大量的CaCO3破坏硝化细菌的生长环境。
本发明针对氨氮含量高(NH4 +-N含量1000mg/L左右)、有机物含量少(COD 含量低于200mg/L)的废水的特点，通过逐渐提高基质氨氮质量浓度的方法，并 采用适宜的以无机盐为主要组分的培养液，在不加入其它碳源或只加入少量有 机物的情况下，使污泥中的原生动物、后生动物、真菌以及碳化菌等杂菌的生 长明显受到抑制，有利于硝化细菌成为优势菌群，并耐受越来越高的氨氮浓度， 最终达到处理浓度高达1200mg/L、容积负荷高达850gNH4 +-N/m3·d的氨氮废水， 使污水中高浓度氨氮能够降到10mg/L以下。
