亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工藝的製作方法
2023-12-08 07:39:36 3
專利名稱：亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及生物脫氮汙水處理工藝，特別是一種亞硝化菌-厭氧
氨氧化菌固定化與中溫(20 25°C)汙水處理工藝。
(二)
背景技術：
早在1975年Voet就發現在硝化過程中亞硝酸鹽積累的現象並首 次提出了短程硝化反硝化生物脫氮 (Short cut nitrification denitrification， SHARON)機理，也可稱為不完全或稱簡捷硝化一反 硝化生物脫氮，其方法就是將硝化過程控制在/ZM^階段而終止，隨 後進行反硝化。SHARON工藝是荷蘭Delft技術大學開發的脫氮新工 藝，其基本原理是簡捷硝化一反硝化，即將氨氮氧化控制在亞硝化階 段，然後對亞硝酸根進行反硝化，即M/4+ —M)2-— AT2。而這種廢水 處理方法的特點使氨氮的亞硝化成為可能。通過這一途徑脫氮，優點 是十分明顯的不僅能大大節省曝氣量，而且能大大減少反硝化階段 中碳源的投加，反應器的體積也能相應減少，但是該工藝方案的運行 溫度為30 35'C (高溫)，只適用於特定的汙水處理。在中溫(20 25°C)下實現亞硝酸鹽的穩定積累未見報導。
近年來脫氮工藝研究中，研究人員發現了厭氧氨氧化工藝 -ANAMMOX工藝(Anaerobic Ammonium Oxidation)。研究表明，
W02-作為電子受體進行如下反應
麗4+ +甜2-一^2 +2//20 AG=-358 kJ'mol"
根據化學熱力學理論，上述反應的AG〈0，說明反應可自發進 行。厭氧氨氧化過程的總反應是一個釋放能量的反應，從理論上講， 可以提供能量供微生物生長。研究表明，厭氧氨氧化菌屬光敏性微生 物，光能抑制其活性，在pH6.7 8.3範圍內，當溫度從15'C升到30°C 時，厭氧氨氧化速率隨之增大，但升至35"C時，反應速率下降，最 適溫度在3(TC左右。Jetten等認為，厭氧氨氧化反應的溫度範圍為 20 43°C，最佳溫度為40°C。而有研究認為，厭氧氨氧化菌本身不 具有增殖能力。有研究人員在3(TC採用生物膜法在厭氧折流板反應 器中長達110d的啟動運行後，獲得了除氮率90%以上的處理效果。 但在20 25'C的中溫下實現厭氧氨氧化的快速啟動未見報導。
近年來，歐洲的學者在生物脫氮方面又取得了突破性的進展，在 SHARON工藝和ANAMMOX工藝基礎上提出了 SHARON--ANAMMOX聯合工藝。
SHARON工藝的原理可用以下方程式表示 勝4+ + M703— +0.75O2—0.5層4+ + 0.5M92-+ 092+1.5//20 根據上述兩方程式可以得到SHARON-ANAMMOX聯合工藝的
方程式
2層4+ + 2 //CCV + 1 5 (92 一 2C<92 + W + 5//2(9 汙水經SHARON過程進行氨氮的亞硝化，將50% AW:-W轉化 為M9f-W，然後出水進行ANAMMOX過程，剩餘的AW:和生成的等 摩爾量的M)J經厭氧氨氧化菌(自養菌)作用生成A^逸出，這樣就完 成了汙水脫氮而且無需再添加碳源。SHARON—ANAMMOX生物脫 氮技術問世僅有幾年的時間，目前只有荷蘭鹿特丹的Dokhaven汙水 廠用該技術處理其泥區的廢水。目前投入運行的SHARON工藝運行 溫度為30 35°C，但對於水量較大的城市汙水和絕大多數工業廢水 無法達到並維持30 35'C的水溫進行處理。
發明內容
本發明的目的是針對上述存在的技術問題，提供一種亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工藝，該工藝可以在不消耗有機 碳源、酸鹼中和劑和減少氧氣消耗量的情況下實現廢水的生物脫氮， 與現有的SHARON-ANAMMOX工藝相比，本發明將汙水處理溫度 降到20 25°C，有著巨大的節能效益並更適合我國汙水處理環境， 具有很高的應用價值。
本發明的技術方案
一種亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工藝，其特 徵在於由亞硝化菌固定化工藝和厭氧氨氧化菌固定化工藝組成並在 厭氧折流板反應器中、在20 25X:情況下，實現上述兩個工藝的聯 合，進口汙水含氮濃度在100mg丄"以下，中間部分經過亞硝化反應 生成亞硝酸鹽，其餘的氨再與亞硝酸鹽進行厭氧氨氧化反應生成氮氣 逸出系統，使汙水中的氮在中溫的條件下高效脫除；所述亞硝化菌固 定化工藝是指優化適合亞硝酸鹽累積的條件，在配製的培養液中富集 培養亞硝化菌群，採用高分子材料製成的填料實現生物膜固定亞硝化 菌並得到亞硝酸鹽的累積；所述厭氧氨氧化菌固定化工藝是指通過生 物菌群混培法培養和馴化厭氧氨氧化菌群，採用高分子材料或無機材 料來固定厭氧氨氧化菌形成球狀顆粒，實現氨和亞硝酸鹽的同步脫 除。 一種上述亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工藝， 其特徵在於亞硝化菌增殖培養工藝包括加抑制劑和不加抑制劑兩 種；溫度為20'C 25t:時，須添加抑制劑次氯酸鹽，其濃度為有效 氯含量3 5mg七"；同時控制溶解氧(DO)濃度為0.5mg七"；溫度 為25'C以上時，不添加抑制劑。
一種上述亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工藝， 其特徵在於厭氧氨氧化菌群是通過生物菌群混培法，經過60天的 馴化培養獲得；培養過程中以銨鹽與亞硝酸鹽做為生長基質，每20 天離心分離菌種更換培養基，並採取避光、除氧、隔氧措施。
一種上述亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工 藝，其特徵在於亞硝化菌固定化工藝中，作為固定化載體的高 分子填料為全塑性夾片維綸醛化絲。
一種上述亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工
藝，其特徵在於在厭氧氨氧化菌固定化工藝中選擇的作為載體
的高分子材料或無機鹽為海藻酸鈉、聚乙烯醇(PVA)、硅藻土、
明膠、瓊脂、活性炭和爐灰中的一種或兩種以上的混合物。 一種上述亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工
藝，其特徵在於在厭氧氨氧化菌固定化工藝中，固定化方式釆 用包埋法；包埋法固定化中所用交聯劑為除鎂鹽外的二價水溶性 金屬鹽類、硼化物及其混合物；其重量百分比為載體42.3 47.2%、離心分離後的菌體3.0 16.2%、交聯劑0.45 0.9%、其 餘為水。
一種上述亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工藝， 其特徵在於厭氧折流板反應器的結構特徵為組合單元式，可根據汙 水處理工藝需要調整組合單元個數。
本發明的優點是1)載體本身的環境有利於生物細胞的增殖， 可達到一個較高的菌體濃度，同時，固定化狀態又不至於造成菌體流 失，因此又可進一步大幅度提高參加反應的微生物濃度，提高反應效 率；2)傳統的生物脫氮技術耗能大，亞硝化反硝化工藝與傳統工藝 相比可以節約供氧25%，本發明比亞硝化反硝化還可節約供氧50%;
且不消耗碳源，以CH3OH計可節約碳源40%，具有巨大的節能效益， 是符合可持續發展戰略的創新工藝；3)本發明為生物脫氮技術，該 技術可以在不消耗有機碳源、酸鹼中和劑和減少氧氣消耗量的情況下 實現廢水的生物脫氮，與現有的SHAR0N-ANAMM0X高溫(30 35°C) 工藝比，本發明將汙水處理溫度降到20 25°C，反應啟動周期為55 天，有巨大的節能效益，更適合我國國情，有很高的應用價值。 具體實施例方式
實施例
1) 亞硝化菌固定化工藝
①亞硝化菌的富集培養將500niL的液體活性汙泥加入到2L的 亞硝化細菌培養基，亞硝化培養基控制溫度3(TC、 pH7.5 8.0，每 隔7天更換一次培養基；更換培養基之前進行離心分離，將分離後的 菌液加入到新培養基中，培養基中氨氮含量為100mg L—、富集培養 的時間為3個月，將該富集培養液離心分離得到菌種。
②20'C亞硝化菌固定化取前述菌種5g，放入裝有模擬汙水的 折流板反應器中，內充填全塑性夾片維綸醛化絲高分子填料；控制模 擬汙水pH7. 5 8. 0、溶解氧0, 5 mg L-'、溫度為20。C，抑制劑為次 氯酸鈉，初始有效氯3mg L—'，連續培養14天，在填料表面形成均 勻的生物膜，實現亞硝酸鹽的積累。
2) 厭氧氨氧化菌固定化工藝
① 厭氧氨氧化菌的增殖是通過生物菌群混培法實現，即採用汙水 處理廠厭氧活性汙泥經過60天的馴化培養得到的，培養過程中以銨 鹽與亞硝酸鹽做為生長基質，每20天離心分離菌種更換培養基，並 採取避光、除氧、隔氧措施。
② 稱取6g海藻酸鈉，加熱溶解在體積為108mL、濃度為0.9%的 生理鹽水中，冷卻後與80mL厭氧氨氧化細菌懸浮液充分攪拌混合， 用注射器滴入重量百分濃度為3%的CaCl2溶液中，冰浴、攪拌後形 成小球，放置固化24小時；以上所有涉及厭氧氨氧化菌的操作均採 取避光措施。
3) 亞硝化-厭氧氨氧化折流板反應器聯合工藝 將固定化亞硝化菌與固定化厭氧氨氧化菌分別置於由六個折流
板反應器組合單元串聯組成的裝置中；進口通入模擬汙水，模擬汙水 成分含無機鹽，其中含氨氮量為100 mg*L—'、 pH調至8.0、加入抑 製劑次氯酸鹽，其有效氯為4 mg L—'、水力停留時間為2天。連續 測量厭氧折流板反應器出水口三種氮離子濃度，測量結果表明聯合 工藝運行30天後，出口氨氮濃度為L0mgN'L—'、亞硝酸氮為 2. 2mgN L—'、硝態氮為6. 3mgN L—'，氨氮脫除率為99%，總氮脫除率 為90. 5%。
權利要求
1. 一種亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工藝，其特徵在於由亞硝化菌固定化工藝和厭氧氨氧化菌固定化工藝組成並在厭氧折流板反應器中、在20～25℃情況下，實現上述兩個工藝的聯合，進口汙水含氮濃度在100mg·L-1以下，中間部分經過亞硝化反應生成亞硝酸鹽，其餘的氨再與亞硝酸鹽進行厭氧氨氧化反應生成氮氣逸出系統，使汙水中的氮在中溫的條件下高效脫除；所述亞硝化菌固定化工藝是指優化適合亞硝酸鹽累積的條件，在配製的培養液中富集培養亞硝化菌群，採用高分子材料製成的填料實現生物膜固定亞硝化菌並得到亞硝酸鹽的累積；所述厭氧氨氧化菌固定化工藝是指通過生物菌群混培法培養和馴化厭氧氨氧化菌群，採用高分子材料或無機材料來固定厭氧氨氧化菌形成球狀顆粒，實現氨和亞硝酸鹽的同步脫除。
2. 根據權利要求1所述的亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫 汙水處理工藝，其特徵在於亞硝化菌增殖培養工藝包括加抑制劑和 不加抑制劑兩種；溫度為20℃ 25℃:時，須添加抑制劑次氯酸鹽， 其濃度為有效氯含量3 5 mg L-1;同時控制溶解氧(DO)濃度為0. 5 mg L-1;溫度為25℃以上時，不添加抑制劑。
3. 根據權利要求1所述的亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫 汙水處理工藝，其特徵在於厭氧氨氧化菌群是通過生物菌群混培法， 經過60天的馴化培養獲得；培養過程中以銨鹽與亞硝酸鹽做為生長 基質，每20天離心分離菌種更換培養基，並採取避光、除氧、隔氧 措施。
4. 根據權利要求、1所述的亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工藝，其特徵在於亞硝化菌固定化工藝中，作為固定化載體的高分子填料為全塑性夾片維綸醛化絲。
5. 根據權利要求1所述的亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工藝，其特徵在於在厭氧氨氧化菌固定化工藝中選擇的作為載體的高分子材料或無機鹽為海藻酸鈉、聚乙烯醇(PVA)、硅藻土、明膠、瓊脂、活性炭和爐灰中的一種或兩種以上的混合物。
6. 根據權利要求1所述的亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中 溫汙水處理工藝，其特徵在於在厭氧氨氧化菌固定化工藝中， 固定化方式採用包埋法；包埋法固定化中所用交聯劑為除鎂鹽外 的二價水溶性金屬鹽類、硼化物及其混合物；其重量百分比為載體42.3 47.2％、離心分離後的菌體3.0 16.2％、交聯劑 0. 45 0. 9％、其餘為水。
7. 根據權利要求1所述的亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫 汙水處理工藝，其特徵在於厭氧折流板反應器的結構特徵為組合單 元式，可根據汙水處理工藝需要調整組合單元個數。
全文摘要
一種亞硝化菌-厭氧氨氧化菌固定化與中溫汙水處理工藝，由亞硝化菌固定化工藝和厭氧氨氧化菌固定化工藝組成並在厭氧折流板反應器中、在20～25℃情況下，實現上述兩個工藝的聯合，進口汙水含氮濃度在100mg·L-1以下，中間部分經過亞硝化反應生成亞硝酸鹽，其餘的氨再與亞硝酸鹽進行厭氧氨氧化反應生成氮氣逸出系統，使汙水中的氮在中溫的條件下高效脫除。本發明的優點是1)載體本身的環境有利於生物細胞的增殖，可提高參加反應的微生物濃度，提高反應效率；2)在不消耗有機碳源、酸鹼中和劑和減少氧氣消耗量的情況下實現廢水的生物脫氮，且將汙水處理溫度降到20～25℃，有巨大的節能效益。
文檔編號C02F3/28GK101205099SQ20061013044
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月20日 優先權日2006年12月20日
發明者宋忠喜, 崔連成, 楊志生, 梁寶臣 申請人:天津理工大學