專利名稱：非缺氧反硝化特征的高濃度有機(jī)廢水微生物缺氧處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境工程與廢水處理工程領(lǐng)域，尤其涉及一種不以缺氧反硝化反應(yīng)為特征的、以去除有機(jī)物為主要目標(biāo)的高濃度有機(jī)廢水微生物缺氧處理工藝。該方法與工藝特別適用于厭氧處理工藝不能直接處理的高油、高氮、高硫、高鹽等類型的高濃度有機(jī)廢水。
背景技術(shù)：
高濃度有機(jī)廢水廣泛分布于發(fā)酵工業(yè)(包括醫(yī)藥發(fā)酵與食品發(fā)酵業(yè)等)、食品加工工業(yè)(如制糖業(yè)、水產(chǎn)品加工業(yè)、食用油加工業(yè)等)、化工工業(yè)(如石油加工、煤炭焦化工業(yè)等)等工業(yè)領(lǐng)域，其主要特征為COD濃度極高，達(dá)數(shù)萬甚至幾十萬mg/L。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年排放的酒精工業(yè)廢水約1,200萬t，味精工業(yè)廢水250～400萬t，檸檬酸工業(yè)廢水110萬t，淀粉工業(yè)廢水1,600萬t，這些高濃度有機(jī)廢水一旦直接排放所造成的污染程度遠(yuǎn)高于低濃度有機(jī)廢水，因此，必須將其凈化至國家排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排放。
常規(guī)好氧生物處理工藝(溶解氧一般大于1-2mg/L以上)在進(jìn)水BOD5濃度大于1,000mg/L時(shí)常因缺氧而無法進(jìn)行，另外在好氧條件下每去除1kg COD需耗電13-18kwh，處理成本較高，因此常規(guī)好氧生物處理工藝不適用于高濃度有機(jī)廢水。常規(guī)缺氧處理工藝(溶解氧0-0.5mg/L)目前主要用于反硝化脫氮過程，其原理為缺氧條件下兼性異養(yǎng)細(xì)菌利用或部分利用廢水中原有的有機(jī)物碳源為電子供體，以進(jìn)水中或好氧段出水的硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行無氧呼吸，分解有機(jī)質(zhì)，同時(shí)將硝酸鹽中的氮還原成氣態(tài)氮，由此可見，常規(guī)缺氧反硝化過程中有機(jī)物的去除是以硝酸鹽的存在為前提的，其適用范圍具有一定的局限性，目前該工藝主要應(yīng)用于生活污水脫硝氮處理，未用于高濃度有機(jī)廢水的直接處理。與常規(guī)好氧、缺氧處理工藝相比，常規(guī)厭氧處理工藝(溶解氧為0mg/L)能夠適應(yīng)較高的有機(jī)物濃度，并具有剩余污泥產(chǎn)生量少、負(fù)荷高、產(chǎn)物可回收等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水的直接處理，然而，由于厭氧微生物對(duì)油份的親和性低，也不能適應(yīng)過高的鹽度，高氮、高硫成分的厭氧產(chǎn)物對(duì)厭氧微生物有較高的毒性，等等，因此厭氧處理工藝的應(yīng)用存在局限性，通常不能用于高油、高氮、高硫、高鹽等類型高濃度有機(jī)廢水的直接處理，而需要增加諸如除油、脫氮、脫硫、脫鹽等預(yù)處理工序，這一方面增加了處理成本，另一方面預(yù)處理效果極容易影響后續(xù)處理的穩(wěn)定性和效果。
近年來，有許多專利技術(shù)通過篩選獲得性能優(yōu)良的微生物菌株用于處理高濃度有機(jī)廢水，收到了較好的效果，如申請(qǐng)?zhí)枮?1110557.7，名稱為色拉油加工廢水處理方法及裝置，公開號(hào)為1380262A的發(fā)明專利申請(qǐng)就公開了一種采用自然選育的酵母菌在好氧條件下連續(xù)處理高濃度色拉油加工廢水，在去除大部分油和COD后再利用常規(guī)好氧生物處理法作為末端處理使出水達(dá)標(biāo)的處理工藝。該技術(shù)要求在好氧條件下運(yùn)行，由于廢水濃度較高時(shí)氧氣的傳質(zhì)系數(shù)較低，在好氧條件下所需要的動(dòng)力消耗較高，大幅度提高了運(yùn)行成本，因此盡管該技術(shù)擁有較高的有機(jī)物去除效率，其應(yīng)用范圍仍受到一定限制，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，目前該技術(shù)僅應(yīng)用于40,000mg/L COD的進(jìn)水水平，并由于成本原因至今未得到大規(guī)模推廣。其它相關(guān)專利技術(shù)則側(cè)重于高濃度有機(jī)廢水中有機(jī)質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化回收利用，它一般采用典型的生物批量發(fā)酵技術(shù)，采用特殊菌種發(fā)酵特定廢水以獲得特定產(chǎn)品(如生物體或中間產(chǎn)物)為最終目的，在處理廢水的同時(shí)通過生物轉(zhuǎn)化作用獲得有效產(chǎn)品并予以回收。如申請(qǐng)?zhí)枮?9119084.X，名稱為利用味精工業(yè)產(chǎn)生的有機(jī)廢水生產(chǎn)生物殺蟲劑的方法，授權(quán)公告號(hào)為1120664C的發(fā)明專利申請(qǐng)就公開了一種利用味精工業(yè)生產(chǎn)的高濃度有機(jī)廢水生產(chǎn)蘇云金芽孢桿菌生物殺蟲劑的方法，它利用味精工業(yè)廢水和經(jīng)過馴化的蘇云金芽孢桿菌在發(fā)酵罐中大量批量培養(yǎng)蘇云金芽孢桿菌，發(fā)酵液適當(dāng)處理后可獲得殺蟲效果良好且對(duì)高毒生物無毒或微毒的液態(tài)或固態(tài)微生物殺蟲劑。由于所使用微生物菌劑對(duì)于培養(yǎng)基有較高的要求，該技術(shù)需要較多的預(yù)處理工序，并需要在味精工業(yè)廢水中添加多種營養(yǎng)物，因此并不能作為高濃度有機(jī)廢水的通用處理技術(shù)。
由此可見，現(xiàn)有廢水生物處理技術(shù)在處理高濃度有機(jī)廢水(尤其是厭氧處理工藝不能直接處理的高油、高氮、高硫、高鹽型高濃度有機(jī)廢水)時(shí)距離成本-效果兼顧、適應(yīng)面廣的要求還有一定距離。開發(fā)一種新型的高濃度有機(jī)廢水生物處理技術(shù)，并使之適應(yīng)不同廢水類型并具有投資運(yùn)行成本較低、處理效果較好的特點(diǎn)具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)某些高濃度有機(jī)廢水處理工藝復(fù)雜、處理技術(shù)適應(yīng)面窄的現(xiàn)狀，提供一種不以缺氧反硝化反應(yīng)為特征、進(jìn)水濃度與厭氧工藝進(jìn)水水平相當(dāng)?shù)矢叩奈⑸锶毖跆幚砉に?。通過對(duì)廢水處理微生物主體和操作參數(shù)等因子的設(shè)計(jì)與控制，本專利技術(shù)能夠直接處理某些非厭氧處理工藝廢水類型(如高氮型、高硫型、高油型、高鹽型等高濃度有機(jī)廢水)，簡化了這些高濃度有機(jī)廢水“預(yù)處理+厭氧技術(shù)”的處理模式，降低了處理成本，提高了處理效率，可在一定范圍內(nèi)作為厭氧工藝的替代技術(shù)。
本發(fā)明的特征在于，所述高濃度有機(jī)廢水微生物缺氧處理工藝基于兼氧微生物在缺氧條件下的反應(yīng)特征、對(duì)特定碳源的利用能力和對(duì)生境較強(qiáng)的適應(yīng)能力，以不同類型的兼氧微生物為處理主體，在缺氧反應(yīng)條件下通過酵解途徑高效分解高濃度有機(jī)廢水中的有機(jī)成分，生成低級(jí)有機(jī)酸、醇類及其它中間體等產(chǎn)物，反應(yīng)特征與厭氧工藝部分階段類似，又因?yàn)橛醒鯕夤┙o而具有與厭氧工藝不同的特征，能夠直接處理某些非厭氧處理工藝廢水類型(如高氮型、高硫型、高油型、高鹽型等高濃度有機(jī)廢水)。
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有生物處理工藝處理某些高濃度有機(jī)廢水時(shí)存在的缺點(diǎn)，提供一種投資少、運(yùn)行成本低、工藝簡單、應(yīng)用范圍廣的高濃度有機(jī)廢水處理方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)1、節(jié)約成本傳統(tǒng)的好氧處理工藝不適用于高濃度有機(jī)廢水，耗能巨大，厭氧工藝在處理某些高濃度有機(jī)廢水存在的工藝復(fù)雜、投資大、處理成本高等缺點(diǎn)，相對(duì)而言，本專利技術(shù)可節(jié)省運(yùn)行投資成本。
2、高效本發(fā)明采用缺氧微生物群落，在懸浮培養(yǎng)條件下，本專利技術(shù)對(duì)高濃度有機(jī)成分的去除效率低于好氧工藝，但較厭氧工藝為高。
3、適應(yīng)范圍廣適用于某些厭氧處理工藝無法勝任的高氮型、高硫型、高油型、高鹽型等廢水類型。
4、簡單易行可沿用處理設(shè)施，在調(diào)整工況后投加新菌種，并可根據(jù)處理特征的變化調(diào)整操作參數(shù)。
5、剩余污泥量少污泥產(chǎn)量與厭氧工藝相近，遠(yuǎn)低于好氧工藝。
6、資源回收在處理過程中產(chǎn)生產(chǎn)物如醇類、低級(jí)有機(jī)酸、酶、菌體等可作為產(chǎn)品回收。
具體實(shí)施例方式
以下詳細(xì)說明本發(fā)明的工作原理和實(shí)施方式本發(fā)明所述的微生物缺氧處理工藝可以充分利用已有的廢水處理構(gòu)筑物，只需增加少量空氣管網(wǎng)，并從后續(xù)好氧處理段分出部分供氣量即可，不需額外能耗。在本專利技術(shù)實(shí)施的微生物培養(yǎng)過程中，首先在構(gòu)筑物中加入相應(yīng)高濃度有機(jī)廢水，再接種不同來源的微生物種源，在缺氧條件下培養(yǎng)至一定微生物量，然后再通入廢水在缺氧條件下開始高濃度有機(jī)廢水的連續(xù)處理過程。為縮短微生物培養(yǎng)周期，也可采用批量或連續(xù)方式篩選適應(yīng)水質(zhì)、沉降性好的微生物群落(包括不同類型的微生物種類)后再用于水處理構(gòu)筑物中微生物的擴(kuò)大培養(yǎng)。
實(shí)施例1某發(fā)酵工業(yè)廢水，其水質(zhì)特征如表1所示，為典型的高氮型高濃度有機(jī)廢水，現(xiàn)有技術(shù)類型在生物處理工序之前需增加預(yù)處理脫氮工序。本發(fā)明在原有構(gòu)筑物中接種微生物源，批量培養(yǎng)缺氧微生物，當(dāng)MLSS達(dá)到16g/L后直接通入未經(jīng)稀釋的該發(fā)酵廢水開始連續(xù)處理，水力停留時(shí)間2-3d，各項(xiàng)出水指標(biāo)如表1所示。出水中酒精度為1％，低級(jí)有機(jī)酸濃度為0.5％，采用常規(guī)分離手段即獲得相應(yīng)純產(chǎn)品。
表1某發(fā)酵工業(yè)廢水經(jīng)微生物缺氧處理前后的指標(biāo)值

實(shí)施例2某含油廢水，其特征見表2，為典型的高油型高濃度有機(jī)廢水，現(xiàn)有處理工藝均采用“除油工序+生物處理工藝”。本發(fā)明以未經(jīng)稀釋的該廢水作為培養(yǎng)基采用批量培養(yǎng)篩選方案獲得沉降性極好兼氧性細(xì)菌、酵母菌等微生物群落，經(jīng)50L發(fā)酵罐好氧培養(yǎng)后獲得用于現(xiàn)場的微生物種源。將微生物種源投加到已加入該類有機(jī)廢水的構(gòu)筑物中(原為厭氧柱)，啟動(dòng)周期為5天，然后通人未經(jīng)稀釋的廢水開始連續(xù)處理，其出水指標(biāo)見表2所示。
表2某含油廢水經(jīng)微生物缺氧處理工藝處理前后的指標(biāo)值

權(quán)利要求
1.一種非缺氧反硝化特征的高濃度有機(jī)廢水微生物缺氧處理工藝，其特征在于它基于兼氧微生物在缺氧條件下的反應(yīng)特征、對(duì)特定碳源的利用能力和對(duì)生境的適應(yīng)能力，通過對(duì)廢水處理微生物主體和操作參數(shù)等因子的設(shè)計(jì)與控制，以不同類型兼氧微生物為處理主體，在缺氧反應(yīng)條件下處理高濃度有機(jī)廢水。
2.如權(quán)利要求1所述的高濃度有機(jī)廢水微生物缺氧處理工藝，其特征在于反應(yīng)在缺氧條件下進(jìn)行(溶氧濃度為0-0.5mg/L)，微生物通過酵解途徑高效分解高濃度有機(jī)廢水中的有機(jī)成分，生成有機(jī)酸、醇類及其它中間體等產(chǎn)物，反應(yīng)特征與厭氧工藝部分階段類似，但因?yàn)橛醒鯕夤┙o而具有不同的特征。
3.如權(quán)利要求1所述的高濃度有機(jī)廢水微生物缺氧處理工藝，其特征在于能夠直接處理某些厭氧工藝無法直接處理的廢水類型，如高氮型、高硫型、高油型、高鹽型等高濃度有機(jī)廢水。
4.如權(quán)利要求1所述的高濃度有機(jī)廢水微生物缺氧處理工藝，其特征在于廢水處理主體微生物為兼氧微生物(包括細(xì)菌、酵母菌等不同群落)，水處理構(gòu)筑物中的微生物培養(yǎng)過程可在投加微生物種源后直接缺氧培養(yǎng)至一定微生物量來實(shí)現(xiàn)，也可以批量或連續(xù)方式篩選適應(yīng)水質(zhì)、沉降性好的微生物群落(包括不同類型的微生物種類)后再用于水處理構(gòu)筑物中微生物的缺氧或好氧型擴(kuò)大培養(yǎng)。
5.如權(quán)利要求1所述的高濃度有機(jī)廢水微生物缺氧處理工藝，其特征在于擴(kuò)大培養(yǎng)與水處理過程均在開放式反應(yīng)器中進(jìn)行，無須專門的無菌環(huán)境。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的高濃度有機(jī)廢水微生物缺氧處理工藝，其特征在于該技術(shù)可在一定范圍內(nèi)作為厭氧工藝的替代技術(shù)并與其它技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用形成組合工藝，反應(yīng)器構(gòu)型可采用矩形、圓形、不規(guī)則形狀等多種型式，微生物生長形式可采用諸如接觸氧化、懸浮培養(yǎng)等。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)某些高濃度有機(jī)廢水處理工藝復(fù)雜、處理技術(shù)適應(yīng)面窄的現(xiàn)狀，涉及一種不以缺氧反硝化反應(yīng)為特征、投資運(yùn)行成本較低、進(jìn)水濃度與厭氧工藝進(jìn)水水平相當(dāng)?shù)矢叩母邼舛扔袡C(jī)廢水微生物缺氧處理工藝。通過對(duì)廢水處理微生物主體和操作參數(shù)等特征因素的設(shè)計(jì)，本發(fā)明技術(shù)能夠直接處理某些非厭氧工藝廢水類型(如高氮型、高硫型、高油型、高鹽型等高濃度有機(jī)廢水)，簡化了這些高濃度有機(jī)廢水“預(yù)處理+厭氧技術(shù)”的處理模式，降低了處理成本，提高了處理效率，并可在一定范圍內(nèi)作為厭氧工藝的替代技術(shù)。本發(fā)明技術(shù)可以充分利用已有的廢水處理構(gòu)筑物，投資運(yùn)行成本較低。
文檔編號(hào)C02F3/28GK1740101SQ20051000856
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者鄭少奎, 楊志峰, 張燕燕 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)