專(zhuān)利名稱：一種廢水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與含氮廢水處理技術(shù)有關(guān)，特別是指一種可在同一反應(yīng)槽內(nèi)同時(shí)進(jìn)行硝 化、自營(yíng)性脫硝、異營(yíng)性脫硝及化學(xué)需氧量去除的廢水處理方法。
背景技術(shù)：
家庭廢水、畜牧業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)廢水、垃圾掩埋場(chǎng)滲出水以及工業(yè)廢水之中，都含有大 量的有機(jī)氮及氨氮，而目前用于處理含氮廢水的方法中，以生物硝化脫硝法在業(yè)界最被廣 泛使用，也較為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。傳統(tǒng)的生物硝化脫硝反應(yīng)如圖1所示，首先微生物會(huì)先將有機(jī)氮氨化 (Ammonification)，水解成NH4+或NH3,接著將氨氮(NH4+_N)轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽氮(Ν02__Ν)，再 由亞硝酸鹽氮繼續(xù)氧化成硝酸鹽氮(NO3--N)，這些步驟為硝化階段，這一階段必須消耗大量 的能源將氧氣融入水體中，以便給氨氮及亞硝酸鹽類(lèi)提供電子接受者。隨后進(jìn)行脫硝階段， 由缺氧性異營(yíng)脫硝菌利用有機(jī)碳源的代謝，同時(shí)將N03_還原為N02_，再連續(xù)還原為N2O及N2 逸散至大氣中。但一般含氮廢水的有機(jī)碳源通常不足，故而操作者往往需由外界額外添加 碳源，以為脫硝菌提供反應(yīng)動(dòng)力。整體來(lái)說(shuō)，此種生物硝化脫硝法除了需耗費(fèi)能源及添加碳 源，而導(dǎo)致操作成本昂貴之外，異營(yíng)菌進(jìn)行脫硝時(shí)所產(chǎn)生的大量污泥也耗費(fèi)了大量的污泥 處理成本，再加上硝化階段及脫硝階段對(duì)水中溶氧量的需求不同，因此業(yè)界需針對(duì)好氧硝 化及厭氧脫硝分別建立兩套不同的系統(tǒng)，十分不符合經(jīng)濟(jì)效益。除了上述的傳統(tǒng)方法外，另一種厭氧氨氮離子氧化法(^aerobic AmmoniumOxidation, ΑΝΑΜΜ0Χ)也逐漸發(fā)展成熟，如美國(guó)第5，078，884號(hào)專(zhuān)利所揭示的，該 方法可在厭氧的環(huán)境下，利用自營(yíng)脫硝菌的作用，直接以NH4+為電子提供者，以N02_作為電 子接受者，并反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)鈴亩_(dá)到去除水體中總氮的目的，除此之外，當(dāng)水體中的NH4+過(guò) 量而N02_不足時(shí)，部分NH4+也可先氧化為N02_再進(jìn)行上述反應(yīng)。然而，由于NH4+的氧化需 在好氧的環(huán)境下進(jìn)行，故此一個(gè)厭氧氨氮離子氧化法也需建立兩個(gè)以上的系統(tǒng)，分別供NH4+ 氧化成N02_，以及NH4+與N02_生成氮?dú)馑?，或是將這二種反應(yīng)所需的微生物附著在不同的 介質(zhì)上。如此一來(lái)，除了導(dǎo)致建立系統(tǒng)的成本高昂之外，也提升了操作維護(hù)的復(fù)雜度，再者， 此種厭氧氨氮離子氧化法也無(wú)法連帶地去除水體中的化學(xué)需氧量。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種可同時(shí)進(jìn)行異營(yíng)性脫硝、自營(yíng)性 脫硝以及化學(xué)需氧量去除的廢水處理方法，其硝化反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反應(yīng)、異營(yíng)性脫硝反應(yīng) 以及化學(xué)需氧量的去除，可在同一反應(yīng)槽中進(jìn)行。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所提供的一種廢水處理方法，包含以下步驟提供一反應(yīng) 槽，其內(nèi)部盛水和多種微生物，供多種微生物混合地在所述反應(yīng)槽中生長(zhǎng)；將一含氮廢水導(dǎo) 入所述反應(yīng)槽，并由所述反應(yīng)槽排出出流水；其特征在于由所述多種微生物的作用，硝化 反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反應(yīng)、異營(yíng)性脫硝反應(yīng)及化學(xué)需氧量的去除反應(yīng)是同時(shí)且混合地在該單一反應(yīng)槽中進(jìn)行；其中，所述多種微生物包含硝化菌、自營(yíng)性脫硝菌以及異營(yíng)性脫硝菌；所 述硝化反應(yīng)是在所述硝化菌的作用下，將氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽氮，所述自營(yíng)性脫硝反應(yīng)是 在所述自營(yíng)性脫硝菌的作用下，以氨氮作為電子提供者，以亞硝酸鹽氮作為電子接受者，產(chǎn) 生氮?dú)饧跋跛猁}氮，所述異營(yíng)性脫硝反應(yīng)是在異營(yíng)性脫硝菌的作用下，消耗硝酸鹽氮及化學(xué)需氧量。上述本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述多種微生物由硝化菌、自營(yíng)性脫硝菌以及異營(yíng)性 脫硝菌組成；所述自營(yíng)性脫硝菌在韓國(guó)典型菌種保藏中心(Korean Collection for TypeCultures, KCTC)的保藏編號(hào)為 KCTC 11551BP。所述微生物是懸浮地生長(zhǎng)于所述反應(yīng)槽中。所述反應(yīng)槽中導(dǎo)入有供硝化反應(yīng)所需的氧氣。所述反應(yīng)槽內(nèi)部的溶氧濃度介于0. 1 0. 5mg/L之間。所述硝化反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反應(yīng)、異營(yíng)性脫硝反應(yīng)及化學(xué)需氧量的去除為混合均 勻地在所述反應(yīng)槽中進(jìn)行。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明由于可在同一反應(yīng)槽中，同時(shí)進(jìn)行硝化、自營(yíng)性脫硝及 異營(yíng)性脫硝反應(yīng)，因此可有效地去除含氮廢水中的氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮以及化學(xué)需 氧量。再者，由于硝化菌、自營(yíng)性脫硝菌以及異營(yíng)性脫硝菌是以懸浮且混合均勻的方式在反 應(yīng)槽中生長(zhǎng)，因此無(wú)需建立兩個(gè)以上的反應(yīng)槽，或是提供兩個(gè)以上的介質(zhì)供其附著生長(zhǎng)，因 此可有效地降低建置成本，且操作維護(hù)上也更為簡(jiǎn)便；而且，由于廢水中的總氮大多是利用 自營(yíng)脫硝菌的作用而被去除，更可大大降低污泥產(chǎn)量及有機(jī)碳源的需求量。


圖1是傳統(tǒng)生物硝化脫硝反應(yīng)的示意圖；圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的裝置示意圖；圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例氨氮濃度變化及去除百分比；圖4是本發(fā)明一較佳實(shí)施例COD濃度變化及去除百分比；圖5是自營(yíng)性脫硝菌的基因序列；圖6-1及圖6-2是自營(yíng)性脫硝菌的比對(duì)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)舉以下實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明所提供的廢水處理方法，至少需要通過(guò)硝化菌、自營(yíng)脫硝菌以及異營(yíng)脫硝 菌的作用才能發(fā)揮功效，其中，硝化菌及異營(yíng)脫硝菌均大量地生長(zhǎng)于傳統(tǒng)生物硝化脫硝廢 水處理廠中，相當(dāng)容易取得，自營(yíng)性脫硝菌雖然普遍存在于自然界的水體或是廢水處理廠 的活性污泥中，但是數(shù)量相當(dāng)少，因此需經(jīng)過(guò)充分培養(yǎng)使其繁殖增生后才能使用。發(fā)明人 采用活性污泥作為植種，并以污水處理廠實(shí)廠的連續(xù)混合式反應(yīng)器(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)作為培養(yǎng)環(huán)境來(lái)培養(yǎng)自營(yíng)脫硝菌，在培養(yǎng)的過(guò)程中，該反應(yīng)器被加入 含有高濃度氨氮的廢水，并導(dǎo)入空氣使得溶氧上升，該反應(yīng)器內(nèi)部原本就存在的硝化菌能 以溶氧作為電子接受者進(jìn)行硝化反應(yīng)，而將氨氮轉(zhuǎn)化成為亞硝酸鹽，空氣的導(dǎo)入除了提供4給硝化作用外，也可提供完全混合動(dòng)力，水體中的溶氧濃度建議維持在0. 1-0. 5mg/L之間， 不宜過(guò)高，以0.2-0. 3mg/L較佳。由于導(dǎo)入的空氣量并不高，水中溶氧也不會(huì)明顯上升， 氨氮在硝化的過(guò)程中因溶氧不足而進(jìn)行部分硝化到亞硝酸鹽即停止，不會(huì)繼續(xù)硝化至硝 酸鹽，故水體中具有充足的氨氮及亞硝酸鹽，十分適合自營(yíng)性脫硝菌利用氨氮結(jié)合亞硝酸 鹽直接進(jìn)行脫硝反應(yīng)而進(jìn)行生長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)3 4個(gè)月后，自營(yíng)性脫硝菌即可培養(yǎng)完成，通過(guò) 沉淀后，該自營(yíng)性脫硝菌是以泥狀顆粒的形式存在于該反應(yīng)器的污泥中，顆粒尺寸為1 IOmm不等，且外觀呈紅色，在視覺(jué)上可與其它硝化菌或異營(yíng)性脫硝菌明顯區(qū)隔，培養(yǎng)者甚 至可手動(dòng)將自營(yíng)性脫硝菌的紅色污泥挑出。培養(yǎng)完成的自營(yíng)脫硝菌經(jīng)鑒定為Kuenenia Muttgartiensis，其為革蘭式陰性菌，分類(lèi)于浮霉菌門(mén)(Plantomycetes)；它在韓國(guó)典型 菌種保藏中心(Korean Collection forType Cultures，KCTC)的保藏編號(hào)為KCTCl 1551BP， 保藏日期為2009年8月21日。此自營(yíng)性脫硝菌可在厭氧的環(huán)境中，以氨氮作為電子提供 者，以亞硝酸鹽氮作為電子接受者，并反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)饧跋跛猁}氮，其最適合的生長(zhǎng)溫度為 35°C。其基因序列如圖5所示，比對(duì)結(jié)果如圖6-1、圖6-2所示。實(shí)際移植時(shí)，操作者需將該自營(yíng)性脫硝菌的紅色污泥倒入含有大量硝化菌及異營(yíng) 性脫硝菌的反應(yīng)槽中，并持續(xù)供應(yīng)含氮廢水以及將溶氧量控制在之范圍內(nèi)，即可完成馴養(yǎng)， 隨后，自營(yíng)性脫硝菌便可配合硝化菌及異營(yíng)性脫硝菌，在同一反應(yīng)槽中進(jìn)行含氮廢水的凈 化。本發(fā)明所提供的廢水處理方法，包含以下步驟提供一反應(yīng)槽，其內(nèi)部盛水和多種微生物，供多種微生物混合地在該反應(yīng)槽中生 長(zhǎng)；將一含氮廢水導(dǎo)入該反應(yīng)槽，并由該反應(yīng)槽排出出流水；通過(guò)多種微生物的作用，硝化反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反應(yīng)、異營(yíng)性脫硝反應(yīng)及化學(xué)需氧 量去除反應(yīng)是同時(shí)且混合地在該單一反應(yīng)槽中進(jìn)行；其中，該多種微生物包含硝化菌、自營(yíng)性脫硝菌以及異營(yíng)性脫硝菌；該含氮廢水中的氨氮在硝化菌的作用下，配合氧氣的供應(yīng)，將進(jìn)行硝化反應(yīng)而被 氧化成亞硝酸鹽氮。該自營(yíng)性脫硝反應(yīng)是在自營(yíng)性脫硝菌的作用下，以氨氮作為電子提供 者，以亞硝酸鹽氮作為電子接受者，并反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)饧跋跛猁}氮。該異營(yíng)性脫硝反應(yīng)是在異 營(yíng)性脫硝菌的作用下，消耗硝酸鹽氮及化學(xué)需氧量，反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)?。這些反應(yīng)是同時(shí)在反應(yīng) 槽中混合均勻地進(jìn)行，通過(guò)上述反應(yīng)，該含氮廢水中的氨氮及化學(xué)需氧量均可被有效地去 除，達(dá)到凈化的目的。其中，該硝化菌、自營(yíng)性脫硝菌及異營(yíng)性脫硝菌為懸浮地且混合均勻地在反應(yīng) 槽中生長(zhǎng)，除了連續(xù)混合式反應(yīng)器之外，上述反應(yīng)也可在連續(xù)批次式反應(yīng)器(kquencing Batch Reactor, SBR)中進(jìn)行。系統(tǒng)中低于0. 5mg/L的溶氧對(duì)于硝化菌進(jìn)行硝化反應(yīng)雖然稍嫌不足，但因?yàn)橄到y(tǒng) 中具有足量的氨氮，加上亞硝酸鹽氮將通過(guò)自營(yíng)性脫硝反應(yīng)而迅速消耗，導(dǎo)致硝化反應(yīng)的 產(chǎn)物亞硝酸鹽氮始終維持較低濃度，故系統(tǒng)中的硝化反應(yīng)仍能以一特定的速度持續(xù)進(jìn)行。為了詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，現(xiàn)舉以下三較佳實(shí)施例說(shuō)明如后，但并不代 表本發(fā)明僅局限于這些實(shí)施例的內(nèi)容。實(shí)施例1
如圖2所示，本發(fā)明所提供的同時(shí)自營(yíng)異營(yíng)性脫硝結(jié)合化學(xué)需氧量去除的廢水處 理裝置10，為一連續(xù)混合式反應(yīng)器(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)，并包含有 一反應(yīng)槽12、微生物、多個(gè)曝氣盤(pán)14、一曝氣馬達(dá)16以及一沉淀池18。該微生物包含有硝化菌、自營(yíng)性脫硝菌以及異營(yíng)性脫硝菌，并懸浮且混合均勻地 生長(zhǎng)在反應(yīng)槽12之中，各曝氣盤(pán)14設(shè)于反應(yīng)槽12的內(nèi)部底側(cè)，曝氣馬達(dá)16與各曝氣盤(pán)14 連接，可將空氣輸送至反應(yīng)槽12的液面下以增加溶氧，沉淀池18與反應(yīng)槽12連接。曝氣 盤(pán)14及曝氣馬達(dá)16除了可提供適量氧氣供硝化反應(yīng)所需之外，也可提供完全混合動(dòng)力，使 反應(yīng)混合均勻地進(jìn)行。待處理的含氮廢水為直接導(dǎo)入反應(yīng)槽12，并在反應(yīng)后流入沉淀池18進(jìn)行懸浮微 粒的沉淀，其中，沉淀池18的上澄液可排收至外界，部分污泥由一管路20回流至反應(yīng)槽12。 廢水處理裝置10整體的水力停留時(shí)間(Hydraulic Retention Time，HRT)為M小時(shí)，污泥 停留時(shí)間(Sludge retention time，SRT)為18天，水中的溶氧濃度為0. 2-0. ;3mg/L，至于進(jìn) 流水中的污染物濃度、出流水的污染物濃度以及污染物的去除效率分別如圖3及圖4所示。 如圖3所示，進(jìn)流水的氨氮濃度為介于900-1100mg-N/L之間，經(jīng)過(guò)廢水處理裝置10處理 后，出流水的氨氮濃度介于44-208mg-N/L之間，氨氮去除率高達(dá)78-95%。圖4顯示進(jìn)流水 的化學(xué)需氧量為618-83;3mg/L，出流水的化學(xué)需氧量為208_435mg/L，去除效率為46-63 %， 表示廢水處理裝置10可同時(shí)去除水中氨氮及化學(xué)需氧量。實(shí)施例2 同樣采用連續(xù)混合式反應(yīng)器，其HRT* M小時(shí)，SRT為18天，水中的溶氧濃度介 于0. 2-0. 3mg/L之間，其進(jìn)流水及出流水的各項(xiàng)污染物濃度如下
權(quán)利要求
1.一種廢水處理方法，包含以下步驟提供一反應(yīng)槽，其內(nèi)部盛水和多種微生物，供多種微生物混合地在所述反應(yīng)槽中生長(zhǎng)；將一含氮廢水導(dǎo)入所述反應(yīng)槽，并由所述反應(yīng)槽排出出流水； 其特征在于由所述多種微生物的作用，硝化反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反應(yīng)、異營(yíng)性脫硝反應(yīng)及化學(xué)需氧量 的去除反應(yīng)是同時(shí)且混合地在該單一反應(yīng)槽中進(jìn)行；其中，所述多種微生物包含硝化菌、自營(yíng)性脫硝菌以及異營(yíng)性脫硝菌； 所述硝化反應(yīng)是在所述硝化菌的作用下，將氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽氮，所述自營(yíng)性脫硝 反應(yīng)是在所述自營(yíng)性脫硝菌的作用下，以氨氮作為電子提供者，以亞硝酸鹽氮作為電子接 受者，產(chǎn)生氮?dú)饧跋跛猁}氮，所述異營(yíng)性脫硝反應(yīng)是在異營(yíng)性脫硝菌的作用下，消耗硝酸鹽 氮及化學(xué)需氧量。
2.如權(quán)利要求1所述的一種廢水處理方法，其特征在于所述多種微生物由硝化菌、自 營(yíng)性脫硝菌以及異營(yíng)性脫硝菌組成；
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種廢水處理方法，其特征在于所述自營(yíng)性脫硝菌在韓 國(guó)典型菌種保藏中心(Korean Collection for Type Cultures,KCTC)的保藏編號(hào)為KCTC 11551BP。
4.如權(quán)利要求1所述的一種廢水處理方法，其特征在于所述微生物是懸浮地生長(zhǎng)于 所述反應(yīng)槽中。
5.如權(quán)利要求1所述的一種廢水處理方法，其特征在于所述反應(yīng)槽中導(dǎo)入有供硝化 反應(yīng)所需的氧氣。
6.如權(quán)利要求1所述的一種廢水處理方法，其特征在于所述反應(yīng)槽內(nèi)部的溶氧濃度 介于0. 1 0. 5mg/L之間。
7.如權(quán)利要求1所述的一種廢水處理方法，其特征在于所述硝化反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反 應(yīng)、異營(yíng)性脫硝反應(yīng)及化學(xué)需氧量的去除為混合均勻地在所述反應(yīng)槽中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢水處理方法，包含以下步驟提供一反應(yīng)槽，其內(nèi)部盛水和多種微生物；將一含氮廢水導(dǎo)入反應(yīng)槽，并由反應(yīng)槽排出出流水；其特征在于由多種微生物的作用，硝化反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反應(yīng)、異營(yíng)性脫硝反應(yīng)及化學(xué)需氧量的去除反應(yīng)是同時(shí)且混合地在該單一反應(yīng)槽中進(jìn)行；其中，多種微生物包含硝化菌、自營(yíng)性脫硝菌以及異營(yíng)性脫硝菌。本發(fā)明由于這些反應(yīng)可在同一反應(yīng)槽內(nèi)同時(shí)且混合均勻地進(jìn)行，因此可有效降低建置費(fèi)用及提高操作上的便利性；此外，由于廢水中的總氮主要是通過(guò)自營(yíng)性脫硝菌的作用而被去除，因此可大大減少污泥產(chǎn)量及有機(jī)碳源需求量。
文檔編號(hào)C02F3/30GK102050522SQ200910209498
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者宋耿全, 林志高, 江明桂, 王至誠(chéng), 陳金得, 黎德明 申請(qǐng)人:黎明興技術(shù)顧問(wèn)股份有限公司