專利名稱：一種控制污水生化處理過程硝化反應(yīng)進程的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有效控制含氨氮污水生化處理過程中硝化反應(yīng)進程的方法，尤其是涉及一種以亞硝酸鹽為電子受體的微生物菌劑控制硝化反應(yīng)進程的方法。
背景技術(shù)：
短程硝化-反硝化又稱亞硝酸型生物脫氮技術(shù)，就是將硝化過程控制在NO2-N階段而終止，隨后進行亞硝酸鹽反硝化脫氮，與傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)相比，短程硝化-反硝化生物脫氮技術(shù)能縮短水力停留時間，可節(jié)省25%的能耗和40%的碳源，同時可以減少剩余污泥處理量。作為一種新型的生物脫氮技術(shù)成為污水處理領(lǐng)域的研究熱點之一。目前，短程硝化反硝化主要采用懸浮活性污泥法，由于系統(tǒng)內(nèi)污泥濃度低，存在反應(yīng)器效率低、運行條件較苛刻等問題，出現(xiàn)亞硝酸鹽積累后如何維持其長期穩(wěn)定存在是短程生物脫氮技術(shù)的關(guān)鍵。通常情況下氨氧化過程形成的亞硝酸鹽可以完全被氧化成硝酸鹽。雖然通過控制溫度、溶解氧、PH和污泥齡等外界條件能夠?qū)е孪趸^程中HNO2積累，但大多數(shù)都處在實驗室研究階段，目前的研究結(jié)果表明，只有高溫的控制手段可以達到較好的穩(wěn)定性。有些條件如高溫等在實際工程中也難以實現(xiàn)，所以到目前為止，經(jīng)NO2--N途徑在實際工程中實現(xiàn)生物脫氮的成功應(yīng)用并不多見。只有荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)開發(fā)的SHARON工藝僅用來處理污水處理廠中污泥消化液。CN200610023388.2公開了一種利用顆粒污泥進行亞硝酸鹽脫氮的方法，本發(fā)明雖然具有系統(tǒng)內(nèi)污泥濃度高、反應(yīng)器效率高、工藝簡單等優(yōu)點，但反硝化顆粒污泥需要在15-30°C條件下培養(yǎng)30 - 90天后才能`獲得，所處理廢水中的亞硝酸氮濃度為10-200mg/L。CN1837091A公開了一種A/0工藝短程硝化反硝化污水處理控制系統(tǒng)及其在線控制方法。該工藝通過在好氧池中設(shè)置DO傳感器和pH傳感器，在缺氧池中設(shè)置ORP傳感器，內(nèi)循環(huán)控制器動態(tài)控制系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)回流量，曝氣器控制器動態(tài)控制系統(tǒng)的曝氣量；曝氣量控制低溶解氧濃度，主要是通過特定手段進行控制而實現(xiàn)的。CN201458826U公開了一種短程硝化反硝化生物反應(yīng)器，通過生物反應(yīng)區(qū)、回流區(qū)和氣提區(qū)組成的一體化裝置實現(xiàn)短程硝化反硝化。以上所述的方法均是采用外界條件控制，一方面在系統(tǒng)啟動過程中污泥馴化時間較長，另一方面長期運行后在線儀器是否能夠準確控制將直接影響脫氮效果。如果脫氮系統(tǒng)啟動時直接投加能夠?qū)崿F(xiàn)短程硝化反硝化的微生物菌劑，則可以大大縮短系統(tǒng)的啟動時間，能大幅度提高系統(tǒng)的脫氮速率，還能夠有效控制硝化反應(yīng)進程，在外界條件如溶解氧波動的情況下也能實現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化反硝化。因此依靠微生物本身來控制反應(yīng)進程是穩(wěn)定實現(xiàn)短程硝化反硝化脫氮技術(shù)的適宜手段。CN101302485A公開了一種異養(yǎng)硝化微生物菌劑、其培養(yǎng)方法和用途，該菌劑含有嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌(51 teno trophomonas mal tophiIias train DN I.I)和惡臭假單胞菌{Pseudomonas put da strain DN 1.2),該菌劑能夠有效脫除水體中的氨氮和總氮,還可以同時去除有機廢水中的C0D，適用于高濃度養(yǎng)殖廢水處理。CN200910021020.7公開了一種降氨氮和亞硝酸氮的水質(zhì)改良微生態(tài)制劑的制備方法，該微生態(tài)制劑屬于水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)及生態(tài)環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有短程硝化反硝化工藝中硝化反應(yīng)進程難以穩(wěn)定控制、脫氮效率低等問題，本發(fā)明從負責(zé)脫氮的微生物入手，通過向污水中投加利用亞硝酸鹽進行反硝化脫氮的微生物菌劑來實現(xiàn)硝化反應(yīng)過程控制。本發(fā)明控制污水生化處理過程硝化反應(yīng)進程的方法，包括如下過程:含氨污水采用生化處理方法進行脫氮處理，在生化處理的硝化過程中加入微生物菌劑，微生物菌劑為亞硝酸型脫氮微生物菌劑，微生物菌劑包括:節(jié)桿菌crea tinolyti cus )FDN-1 和水氏黃桿菌 iFlavobacterium mizutaii) FDN-2,節(jié)桿菌 FDN-1 于 2010 年 3 月 11日保藏于“中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心”，保藏單位地址為“北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院3號”，其保藏號為CGMCC N0.3657 ;水氏黃桿菌FDN-2于2010年3月11日保藏于“中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心”，保藏單位地址為“北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號”，其保藏號為CGMCC N0.3659 ;同時含氨污水生化處理溫度為18-40°C，優(yōu)選為 25-35° C，溶解氧為 0.1 3mg/L，pH 為 7-9。本發(fā)明方法中，含氨污水生化處理可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的生化處理方法，具體如氧化溝法工藝、SBR (間歇式活性污泥法工藝)、A0 (缺氧-好氧工藝)或AAO (厭氧-缺氧-好氧工藝)。上述含氨污水生化處理方法的具體過程和條件是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。本發(fā)明方法中，含氨污水生化處理過程中，微生物菌劑在生化處理的好氧硝化反應(yīng)階段加入，同時控制好氧硝化反應(yīng)階段的操作條件，以適應(yīng)微生物菌劑充分發(fā)揮作用。當污水氨氮濃度為10(T500mg/L時，微生物菌劑加入量為微生物菌劑占污水體積的
0.029Γ0.10% ;當污水氨氮濃度為500mg/L 1500mg/L時，微生物菌劑加入量為微生物菌劑占污水體積的0.109Γ0.50%ο在上述條件下，可以保證在較高的氨氮轉(zhuǎn)化率情況下實現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化反硝化，處理后使污水中的氨氮和總氮去除率均能達到80%以上。含氨污水為一切適合生物法處理的氨氮污水，氨氮濃度一般為10(T1500 mg/L, COD (鉻法，下同)濃度一般為15(T4000mg/L。含氮污水可以采用批次進水或者連續(xù)進水方式，最好采取連續(xù)進水方式進行處理。本發(fā)明方法使用的菌劑中，兩種菌的含量可以按照任意比例混合，優(yōu)選節(jié)桿菌FDN-1和水氏黃桿菌FDN-2的菌體體積比為0.2:Γ :5。節(jié)桿菌FDN-1和水氏黃桿菌FDN-2可以單獨放大培養(yǎng)為菌體，然后收集菌體按體積為0.2:Γ1:5的比例混合為菌劑；也可以單獨培養(yǎng)種子液，然后兩種菌的種子液按體積比0.2:Γ1:5的比例混合進行放大培養(yǎng)并收集得到菌劑。大量實驗表明，上述兩種菌劑生產(chǎn)方式中，均可以獲得相近性能的微生物菌齊U。微生物菌劑中還可以含有適宜的添加劑，如營養(yǎng)物質(zhì)、保藏助劑等。本發(fā)明方法中的節(jié)桿菌FDN-1菌落顏色為黃色、菌株個體呈棒狀，無芽孢，能運動；革蘭氏染色為陽性，接觸酶陽性，氧化酶陰性，能利用多種碳源。水氏黃桿菌FDN-2菌落顏色為白色、菌株個體呈桿狀，無芽孢；革蘭氏染色為陰性，接觸酶陽性，氧化酶陽性，能利用多種碳源。
本發(fā)明方法使用的菌劑中，節(jié)桿菌FDN-1和水氏黃桿菌FDN-2在有氧和缺氧環(huán)境下均能以亞硝氮為氮源進行反硝化脫氮，在脫氮的同時能去除C0D。本發(fā)明方法中兩個菌株的液體培養(yǎng)基為:牛肉膏:5g/L，蛋白胨:10g/L，NaNO2:lg/L，固體培養(yǎng)基加入2%的瓊脂。菌株的培養(yǎng)條件為在溫度為3(T35°C、15(T240rpm震蕩培養(yǎng)至對數(shù)期即可收獲菌體用于制備微生物菌劑。本發(fā)明方法使用的微生物菌劑的一種具體制備方法包括以下內(nèi)容:
1、將本發(fā)明節(jié)桿菌FDN-1和水氏黃桿菌FDN-2分別接種于固體培養(yǎng)基上進行活化；
2、用接菌環(huán)刮一環(huán)菌液接種于牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)液中，在溫度25 35°C、15(T240rpm好氧條件下震蕩培養(yǎng)f 3天至對數(shù)生長期，獲得液體菌劑種子液；
3、將上述種子液放大培養(yǎng)后收集菌體、濃縮即為本發(fā)明方法使用的菌劑。本發(fā)明微生物菌劑所涉及微生物的菌體活化和種子液培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基配方:牛肉膏:3 7g/L，蛋白胨:7 13g/L，NaNO2:0.8 1.5g/L，固體培養(yǎng)基加入1.5 2.5%的瓊脂。本發(fā)明微生物菌劑放大培養(yǎng)所用的培養(yǎng)液可以是自配或者實際的含亞硝酸鹽氮廢水，培養(yǎng)液中的亞硝氮濃度為100mg/L 1000mg/L，碳氮質(zhì)量比2:Γ 0:1 ;培養(yǎng)條件為溫度 15°C 35°C ；pH6.5 10.0 ;溶解氧低于 1.0mg/L。本發(fā)明所用的放大培養(yǎng)反應(yīng)器可以是各種適宜結(jié)構(gòu)，具有良好的曝氣和攪拌系統(tǒng)。培養(yǎng)過程中PH值不需要調(diào)節(jié)。本發(fā)明方法中，使用的微生物菌劑為液態(tài)菌劑或固態(tài)菌劑，上述放大培養(yǎng)的菌體濃縮后得到濃度較高的菌懸液，將這些菌懸液加入營養(yǎng)液或者營養(yǎng)液和保護劑的混合液后可以制備成液態(tài)菌劑，液態(tài)菌劑以MLSS計的濃度一般為10 20g/L (MLSS表示懸浮固體濃度)，也可以利用本領(lǐng)域現(xiàn)有的方`法制備成干粉狀的菌劑?？梢圆捎盟芰洗⑺芰掀炕蛘咚芰贤暗饶蛢Υ?、防凍、便于運輸?shù)炔馁|(zhì)的容器或者設(shè)備進行包裝。包裝方法采用本領(lǐng)域現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)，包裝量為5(T5000g/包(袋或者瓶)包裝后的菌劑可以根據(jù)具體情況在室溫或者低溫條件下保存。室溫保存保質(zhì)期為I飛個月，低溫保存保質(zhì)期為I飛年，保存后活性降低率小于10%。本發(fā)明所用的濃縮方法可以通過離心或者過濾等不影響菌體活性的方法。本發(fā)明菌劑制備過程首先進行菌體活化；然后進行種子液培養(yǎng)，最后將種子液放大培養(yǎng)后收集菌體、濃縮、包裝并保存?zhèn)溆谩Ｋ@得的微生物菌劑耐受性和適應(yīng)性強，抗沖擊性好，總氮的去除負荷高、處理效果好。本發(fā)明提出的利用微生物菌劑有效控制污水生化處理過程硝化反應(yīng)進程的方法，采用以亞硝酸鹽作為電子受體的微生物菌劑進行反硝化脫氮，能及時去除亞硝酸鹽，降低繼續(xù)發(fā)生硝化反應(yīng)的底物濃度，限制硝化細菌將亞硝酸鹽進一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，保證硝化反應(yīng)只進行到亞硝酸階段，在脫氮的同時還能有效脫除廢水中的C0D。兩種微生物互相配合、互相競爭底物,總氮去除速率高于任何一種微生物單獨使用時的去除速率，由于群體效應(yīng)所以對廢水的耐受沖擊能力比純化的菌體強、對廢水水質(zhì)的適用范圍寬，廢水處理效果好，脫氮速率快，能夠穩(wěn)定控制短程反硝化的進程，真正實現(xiàn)短程硝化反硝化脫氮。
具體實施方式
本發(fā)明提出一種控制污水生化處理過程硝化反應(yīng)進程的方法。本發(fā)明所用的液態(tài)菌劑生長速度快，收集量大，菌劑具有較強的耐受性和適應(yīng)性，具有較好的抗沖擊性；其中負責(zé)反硝化的微生物以亞硝酸鹽為電子受體，可以及時降解系統(tǒng)內(nèi)的亞硝氮，減少了繼續(xù)發(fā)生硝化反應(yīng)的底物，將硝化反應(yīng)穩(wěn)定控制在亞硝酸階段而直接進行反硝化。實施例1微生物菌劑的制備
1、將本發(fā)明節(jié)桿菌FDN-1和水氏黃桿菌FDN-2分別接種于牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基上在溫度為30°C恒溫培養(yǎng)箱中進行活化，培養(yǎng)基配方為:牛肉膏:5g/L，蛋白胨:10g/L，NaNO2:lg/L，加入 2.0% 的瓊脂。2、用接菌環(huán)刮一環(huán)固體菌接種于牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)液中，在溫度25 35°C、15(T240rpm好氧條件下震蕩培養(yǎng)f 3天至對數(shù)生長期，獲得液體菌劑種子液；培養(yǎng)基配方為:牛肉膏:5g/L，蛋白胨:10g/L, NaNO2:lg/L。3、將上述節(jié)桿菌FDN-1和水氏黃桿菌FDN-2種子液按照1:1和0.5:1兩種比例組合分別在具有良好攪拌系統(tǒng)的反應(yīng)器中進行放大培養(yǎng)，培養(yǎng)液中的亞硝氮濃度為200mg/L 800mg/L，碳氮質(zhì)量比2:Γ 0:1 ;培養(yǎng)條件為溫度25。。 35°C ；ρΗ6.5 10.0 ;溶解氧低于 1.0mg/L ο對經(jīng)過放大培養(yǎng)獲得的液態(tài)菌懸液A (種子液混合比例1:1)和B (種子液混合比例0.5:1)進行收集、濃縮，然后加入菌懸液兩倍體積的營養(yǎng)液。每升營養(yǎng)液中NO2' Fe2+、Mg2+、K +、Ca2 +這五種離子的摩爾配置比例為2000:5:20:20:15 (N02_的摩爾濃度為15mol/L 45mol/L )，再加入菌懸液體積2.5%的保藏劑后分裝到500ml的塑料瓶中得到微生物菌劑A菌體的濃度以MLSS表示為15g/L 18g/L和微生物菌劑B菌體的濃度以MLSS表示為12g/L 15g/L，置-70°C條件下保存?zhèn)溆谩嵤├?對催化劑廢水脫氮過程的控制
實驗在2個100L的SBR(間歇式活性污泥法)反應(yīng)器中進行，以甲醇作為碳源進行補加，使得碳氮質(zhì)量比為3:1，氨氮濃度為800mg/L。首先在兩個反應(yīng)器中加入相同濃度的硝化活性污泥，其中一個補加300mL實施例1的微生物菌劑B。在反應(yīng)初始階段一次性進水，將2Ih分為3個循環(huán)，每個循環(huán)分為曝氣4.5h和攪拌2.5h兩個階段。溫度26°C左右、pH7.8-8.5、曝氣階段溶解氧0.5 mg/L 2.0mg/L，處理時間均為21h。對某一曝氣階段的亞硝化率和結(jié)束時氨氮及總氮去除率進行比較。只加活性污泥時，亞硝化率只有29%，氨氮和總氮去除率分別為77.8%和43.7% ;補加微生物菌劑B后亞硝化率達91%，氨氮和總氮去除率分別為82.2%和71.5%?？梢娧a加微生物菌劑B后將硝化反應(yīng)主要控制在亞硝酸階段，同時總氮的去除率明顯提高。 實施例3對某污水處理廠SBR脫氮系統(tǒng)的控制
某污水處理廠以氮肥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含氨廢水為主，采用SBR工藝進行處理，平均進水氨氮濃度為475mg/L，COD濃度為1100mg/L。處理后氨氮平均去除率為80%左右，取實施例I獲得的微生物菌劑A和微生物菌劑B (兩者體積比為1:1)按照0.10%投加到系統(tǒng)內(nèi)，操作條件為溫度29°C、ρΗ7.8-8.2、溶解氧0.5 mg/L 1.0mg/L,運行3天后，亞硝化率提高到90%，同時氨氮去除率達90%以上。實施例4對某污水處理廠 A/0脫氮過程的控制
某污水處理廠的A/0脫氮系統(tǒng)長期運行時氨氮去除率為80%以上，總氮去除率低于60%，系統(tǒng)中檢測到有大量未反應(yīng)的硝酸鹽氮。按照0.2%的投加量向曝氣池中投加實施例1的微生物菌劑A，操作條件為溫度30°C、pH8.0-8.8、溶解氧0.1 mg/L 1.5mg/L，穩(wěn)定后總氮去除率始終在90%以上，亞硝化率提高了 29%，說明加菌劑后總氮去除率明顯提高并且將硝化反應(yīng)進程穩(wěn)定控制在亞硝酸階段`。
權(quán)利要求
1.一種控制污水生化處理過程硝化反應(yīng)進程的方法，包括如下過程:含氨污水采用生化處理方法進行脫氮處理，其特征在于:在生化處理的硝化過程中加入微生物菌齊U，微生物菌劑為亞硝酸型脫氮微生物菌劑，微生物菌劑包括:節(jié)桿菌 6 rcreatinolyticus) FDN-1 和水氏黃桿菌 iFlavobacterium mizutaii) FDN-2,節(jié)桿菌 FDN-1于2010年3月11日保藏于“中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心”，其保藏號為CGMCC N0.3657 ;水氏黃桿菌FDN-2于2010年3月11日保藏于“中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心”，其保藏號為CGMCC N0.3659 ;同時含氨污水生化處理溫度為18-40°C，溶解氧為 0.1 3mg/L，pH 為 7-9。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:含氨污水生化處理方法為氧化溝法工藝、SBR、AO 或 AAO。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:含氨污水生化處理過程中，微生物菌劑在生化處理的好氧硝化反應(yīng)階段加入，微生物菌劑加入量按如下指標之一確定:(I)當污水氨氮濃度為10(T500mg/L時，微生物菌劑加入量為微生物菌劑占污水體積的0.029Π).10% ；(2)當污水氨氮濃度為500mg/L 1500mg/L時，微生物菌劑加入量為微生物菌劑占污水體積的 0.10% 0.50%ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:含氨污水的氨氮濃度為10(T1500mg/L,COD 濃度為 15(T4000mg/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:微生物菌劑中，兩種菌的含量為節(jié)桿菌FDN-1和水氏黃桿菌FDN-2的菌體體積比為0.2:Γ :5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:微生物菌劑制備方法為以下方法之一:(I)節(jié)桿菌FDN-1和水氏黃桿菌FDN-2可以單獨放大培養(yǎng)為菌體，然后收集菌體按體積為0.2:Γ1:5的比例混合為菌劑；(2)單獨培養(yǎng)種子液，然后兩種菌的種子液按體積比0.2:Γ1:5的比例混合進行放大培養(yǎng)并收集得到菌劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:微生物菌劑中含有營養(yǎng)物質(zhì)和保藏助劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、5、6或7所述的方法，其特征在于:微生物菌劑為液態(tài)菌劑或固態(tài)菌劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:液態(tài)菌劑以MLSS計的濃度為10 20g/L0
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:含氮污水生化處理采用批次進水或者連續(xù)進水方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了控制污水生化處理過程硝化反應(yīng)進程的方法，是通過向污水生化處理過程中投加利用亞硝酸鹽進行反硝化脫氮的微生物菌劑來實現(xiàn)的，含氨污水處理溫度為18-40℃，溶解氧為0.1~3mg/L，pH為7-9。本發(fā)明采用以亞硝酸鹽作為電子受體的微生物菌劑進行反硝化脫氮，能及時去除亞硝酸鹽，降低繼續(xù)發(fā)生硝化反應(yīng)的底物濃度，保證硝化反應(yīng)只進行到亞硝酸階段，在脫氮的同時還能有效脫除廢水中的COD，廢水處理效果好，脫氮速率快，能夠穩(wěn)定控制短程反硝化的進程，真正實現(xiàn)短程硝化反硝化脫氮。
文檔編號C02F3/34GK103102016SQ201110353738
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者高會杰, 孫丹鳳, 許謙 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院