專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高效降解嗎啉廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效降解嗎啉廢水的方法，具體地說(shuō)，是一種對(duì)嗎啉廢水中的碳、 氮雜環(huán)化合物通過(guò)活性污泥中的微生物在同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行生化反應(yīng)，使之降解的處理方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)對(duì)嗎啉廢水的處理研究報(bào)道較少。對(duì)于嗎啉殘液的處理，田懷廣提出了焚燒處理的方法，當(dāng)嗎啉殘液中輕組分的含水量為86. 23%, COD值高達(dá)346000mg/L，這對(duì)焚燒處理是有利的。國(guó)內(nèi)目前研究較熱的是從嗎啉廢水中回收N-甲基嗎啉和N-乙基嗎啉，減少其排放量，并且可回收利用。但是用生化法處理嗎啉廢水的工藝研究幾乎沒(méi)有。自1982年，Knapp等人首先從活性污泥中分離出兩株能夠利用嗎啉作為唯一碳源、氮源和能源的菌株，開(kāi)展了對(duì)嗎啉生化降解的研究。1998年，S. Chandrasekaran和 D. Lalithakumari從受污染的土壤中富集分離出一株生長(zhǎng)迅速的熒光假單胞菌CAS102，它能夠利用嗎啉作為它的唯一能源，從而有效地降解嗎啉。同年，B. C0MB0URIEU等人從受污染的活性污泥中分離出一株生長(zhǎng)快速的分枝桿菌，它能夠把嗎啉作為唯一的氮源、碳源和能源。他們找到了嗎啉的降解途徑，并發(fā)現(xiàn)這種菌含有細(xì)胞色素P450。2000年，Thomas Schrader等人從森林土壤中分離出一株菌株HE5，此菌株通過(guò)16SrDNA分析被鑒定為一株生長(zhǎng)快速的分枝桿菌，它能夠把嗎啉作為唯一的氮源、碳源和能源，并發(fā)現(xiàn)此菌株含有細(xì)胞色素P450。菌株HE5的最適生長(zhǎng)條件為30mM嗎啉，pH7. 2，30°C，能在10小時(shí)內(nèi)降解10 15mM的嗎啉，這是至今為止報(bào)道過(guò)的降解嗎啉最快的菌株。國(guó)內(nèi)關(guān)于分解嗎啉菌株的報(bào)道也尚未見(jiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
嗎啉廢水中含有嗎啉、N-甲基嗎啉和N(2_羥乙基)嗎啉等，大約占總有機(jī)物含量的35% 60%，可生化性差，難以降解。因此必須采用特別的、有針對(duì)性的生化處理工藝進(jìn)行處理。本發(fā)明的目的在于通過(guò)馴化培養(yǎng)活性污泥中的優(yōu)勢(shì)微生物群體并添加特殊菌株， 在生長(zhǎng)過(guò)程中利用水中有關(guān)污染物質(zhì)進(jìn)行新陳代謝，使嗎啉廢水得到大幅度降解。本發(fā)明提供的高效降解嗎啉廢水的方法，是將嗎啉廢水加入反應(yīng)器中，缺氧處理一定時(shí)間后通入空氣，因生化分解后還要進(jìn)行好氧脫氮的硝化反硝化過(guò)程，因此DO需維持較高水平進(jìn)行好氧處理。具體步驟包括a.采用普通SBR(序列間歇式活性污泥法)反應(yīng)器，反應(yīng)器中置有復(fù)合菌群和污泥，復(fù)合菌群的組成為戴爾福特菌WXZ-9 (Delftia tsuruhatensis)，其保藏號(hào)為CGMCC No. 1797，保藏日為2006年9月7日，保藏單位為中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心,和叢毛單胞菌WXZ-17 (Comamonas sp.)，其保藏號(hào)為CGMCC No. 3048，保藏日為2009 年4月30日，保藏單位為中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，復(fù)合菌群和污泥混合均勻，反應(yīng)溫度保持在20 30°C ；SBR反應(yīng)周期由缺氧一好氧一缺氧一靜置組成。
b.將嗎啉廢水加入反應(yīng)器中，并采用機(jī)械攪拌使泥水混合均勻，缺氧運(yùn)行，pH控制在7. 8 8. 2，運(yùn)行時(shí)間為6 4 小時(shí)，運(yùn)行時(shí)間與進(jìn)水濃度有關(guān)，下同；c.由缺氧段進(jìn)入好氧段，采用機(jī)械攪拌加鼓風(fēng)曝氣，pH控制在7. 8 8. 2，運(yùn)行時(shí)間為14 34小時(shí)；采用鼓風(fēng)機(jī)(或空壓機(jī))和高效微孔擴(kuò)散器向反應(yīng)器中輸送空氣，使反應(yīng)器內(nèi)保持高溶解氧狀態(tài)；d.由好氧段進(jìn)入缺氧段，采用機(jī)械攪拌，缺氧運(yùn)行，pH控制在7. 8 8. 2，運(yùn)行時(shí)間為0 22小時(shí)；e.缺氧過(guò)程完成后靜置2小時(shí)出水。本發(fā)明中待處理嗎啉廢水的COD (化學(xué)需氧量)為1000 3300mg/L，TN(總氮) 為130 570mg/L，其中嗎啉、N-甲基嗎啉和N(2-羥乙基)嗎啉占總有機(jī)物的35% 60質(zhì)量％。復(fù)合菌群中，戴爾福特菌WXZ-9 CGMCC No. 1797與叢毛單胞菌WXZ-17CGMCC No. 3048的質(zhì)量比為1 1 ；復(fù)合菌群的質(zhì)量為污泥干固物質(zhì)質(zhì)量的10 40%。所述的污泥為普通污泥處理廠污泥。嗎啉廢水加入反應(yīng)器后，反應(yīng)器中污泥的濃度為2 6g/L。步驟b和步驟d缺氧過(guò)程中，控制反應(yīng)器內(nèi)DO (溶解氧)為0 0. 5mg/L。步驟c好氧過(guò)程中，控制反應(yīng)器內(nèi)DO為4 5mg/L。步驟d中，所述的運(yùn)行時(shí)間為0 9小時(shí)。本發(fā)明中出水的COD 為 200 U65mg/L，TN 為 40 188mg/L，NH3 為 8 12mg/L, 其中NH3已達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。嗎啉廢水中COD的去除率為45 90%，TN的去除率為45 80%。本發(fā)明提供的戴爾福特菌WXZ-9(Delftia tsuruhatensis)，于2006年9月7 日，在北京保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，其保藏號(hào)為CGMCC No. 1797。叢毛單胞菌WXZ-17 (Comamonas sp.)，于2009年4月30日，在北京保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，其保藏號(hào)為CGMCC No. 3048。本發(fā)明方法處理嗎啉廢水，主要解決了以下難題1、嗎啉廢水是一種高有機(jī)氮濃度、高C0D&濃度、且低B0D5/C0D&比值的廢水。由于嗎啉、N-甲基嗎啉均作為氮氧雜環(huán)化合物，其環(huán)狀結(jié)構(gòu)和含氮有機(jī)物的雙重因子加大了生化降解難度。本發(fā)明采用特殊菌株結(jié)合專(zhuān)利技術(shù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期馴化，培養(yǎng)出適宜降解嗎啉的污泥，大大提高了嗎啉的降解率。2、本技術(shù)應(yīng)用嗎啉廢水其氨氮含量極低，絕大部分為氮氧雜環(huán)上的有機(jī)氮，因此運(yùn)行初進(jìn)水時(shí)，需補(bǔ)充部分易降解的碳源、氮源(如葡萄糖、硫酸銨)，馴化過(guò)程中再逐步提高加入的嗎啉廢水配比。3、在本方法處理嗎啉廢水的過(guò)程中，生化、硝化、反硝化三步反應(yīng)相比，生化過(guò)程是最重要的，難度最大的。一旦氨氮生成，硝化、反硝化即同時(shí)進(jìn)行，這是本技術(shù)的重要特點(diǎn)。而反硝化需要的碳源直接從嗎啉廢水中攝取。4、簡(jiǎn)化pH調(diào)節(jié)。本技術(shù)采用同步硝化/反硝化脫氮，使硝化過(guò)程產(chǎn)酸和反硝化過(guò)程產(chǎn)堿相互抵消，簡(jiǎn)化PH調(diào)節(jié)，減少了化學(xué)藥品的消耗。本發(fā)明的處理技術(shù)使用生化處理的方法，處理效率高，工藝流程簡(jiǎn)單，并且使微生物在一個(gè)構(gòu)筑物中進(jìn)行反應(yīng)，無(wú)需在時(shí)間和空間上劃分不同的操作單元，對(duì)大大地降低了一次性的設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用及運(yùn)行的復(fù)雜性。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)為COD = 2466mg/L, TN = 435mg/L的廢水經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的處理即可達(dá)到出水 COD 約為 200mg/L, TN 約為 100mg/L, NH3 約為 10mg/L。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、在本技術(shù)的上述處理方法中，由于引入了具有特殊降解力的菌株，并結(jié)合生化、 硝化及反硝化在同一反應(yīng)系統(tǒng)中同時(shí)進(jìn)行的工藝，成功達(dá)到生化降解處理嗎啉廢水的目的，并有效簡(jiǎn)化操作難度，大大降低投資費(fèi)用和運(yùn)行成本。2、在本技術(shù)的上述處理方法中，由于硝化和反硝化在同一反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行和完成，改變了傳統(tǒng)好氧硝化和缺氧反硝化體系存在強(qiáng)烈相反酸堿度的需求，從而對(duì)酸堿度的變化具有很強(qiáng)的緩沖作用。3、由于復(fù)合菌群中同時(shí)生長(zhǎng)生化、硝化及反硝化菌群，反應(yīng)物直接成為下一步反應(yīng)的底物，避免反應(yīng)物的積累，加速反應(yīng)的進(jìn)程。能適應(yīng)C/N比變化很大的進(jìn)水負(fù)荷，同時(shí)能適應(yīng)很高的有機(jī)進(jìn)水負(fù)荷和氨氮負(fù)荷。4、節(jié)省反應(yīng)器體積和構(gòu)筑物占地面積，減少投資。本發(fā)明通過(guò)馴化含有特殊菌株的好氧硝化/反硝化污泥，通過(guò)缺氧和好氧等多階段在SBR反應(yīng)器中一步處理嗎啉廢水，pH保持在7. 8 8. 2，無(wú)須添加磷鹽，在添加少量碳源和氮源的情況下，經(jīng)過(guò)近半年的運(yùn)行，嗎啉廢水進(jìn)水C0D&和總氮平均濃度分別約為 2500mg/L和415mg/L，無(wú)須其他預(yù)處理，反應(yīng)器出水COD約為200mg/L，TN約為100mg/L， NH3-N約為10mg/L。其中COD去除率達(dá)90%以上，TN去除率達(dá)75%以上。


圖1為本發(fā)明廢水處理工藝反應(yīng)器的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)具體的實(shí)施范例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅局限于以下的實(shí)例。凡基于本發(fā)明上述主題所實(shí)現(xiàn)的同樣方法均應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍。如圖1所示，為本發(fā)明所用裝置的示意圖。其中，1為SBR(序列間歇式活性污泥法)反應(yīng)器，2為電動(dòng)攪拌器，3為微孔擴(kuò)散器，4為空壓機(jī)，5為流量計(jì)，6為控制器，7為溢流口，8為排水口，9為排泥口，10為加熱棒。本發(fā)明提供的高效降解嗎啉廢水的方法，為將嗎啉廢水引入反應(yīng)器中，缺氧處理一定時(shí)間后通入空氣，使DO維持較高水平進(jìn)行好氧處理。具體步驟包括a.在SBR反應(yīng)器1中，加入總污泥量(干固物質(zhì)質(zhì)量)10 40%的復(fù)合菌群。復(fù)合菌群來(lái)源為實(shí)驗(yàn)室菌株戴爾福特菌WXZ-9 (Delftia tsuruhatensis) CGMCCNo. 1797，和叢毛單胞菌WXZ-17 (Comamonas sp.) CGMCC No. 3048，以質(zhì)量比為1 1混合。復(fù)合菌群和污泥混合均勻，反應(yīng)器溫度保持20 30°C，以使菌種活性最高；污泥為普通污泥處理廠污泥；反應(yīng)器有效體積5L，每周期出水2L，剩余3L，進(jìn)入下一周期補(bǔ)入2L ；戴爾福特菌WXZ-9 CGMCC No. 1797和叢毛單胞菌WXZ-17 CGMCC No. 3048擴(kuò)大培養(yǎng)條件30°C，140r/min，培養(yǎng)72小時(shí)；
擴(kuò)大培養(yǎng)基LB培養(yǎng)基，KNO3 IgjKH2PO4 lg，F(xiàn)eCl2 ·6Η20 0. 05g，CaCl2 ·7Η200· 02g， MgSO4 · 7Η20 lg，檸檬酸三鈉 5. lg，蒸餾水 IOOOmL, 121°C滅菌 20min。b.將進(jìn)水COD (化學(xué)需氧量)為1000 3300mg/L, TN (總氮)為130 570mg/L 的嗎啉廢水加入反應(yīng)器，采用機(jī)械攪拌保證泥水混合，反應(yīng)器中污泥濃度為2 6g/L，進(jìn)行缺氧段運(yùn)行；PH控制在7. 8 8. 2，運(yùn)行時(shí)間為6 48小時(shí)。缺氧過(guò)程中，可控制反應(yīng)器內(nèi) DO (溶解氧)為0 0. 5mg/L。c.缺氧階段后接好氧階段運(yùn)行。好氧階段采用機(jī)械攪拌加鼓風(fēng)曝氣方式，PH控制在7. 8 8. 2，運(yùn)行時(shí)間為14 34小時(shí)；曝氣采用鼓風(fēng)機(jī)(或空壓機(jī))和高效微孔擴(kuò)散器使反應(yīng)器內(nèi)處于高溶解氧狀態(tài)。好氧過(guò)程中，可控制反應(yīng)器內(nèi)DO為4 5mg/L。d.好氧過(guò)程完成后進(jìn)入缺氧段，采用機(jī)械攪拌，pH控制在7. 8 8. 2，運(yùn)行時(shí)間為 0 22小時(shí)；缺氧過(guò)程中，可控制反應(yīng)器內(nèi)DO(溶解氧)為0 0. 5mg/L。e.缺氧過(guò)程完成后靜置2小時(shí)出水。此時(shí)出水的COD為200 U65mg/L，TN為 40 188mg/L，NH3為8 l^iig/L，其中NH3已達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。嗎啉廢水中COD的去除率為 45 90%，TN的去除率為45 80%。實(shí)施例1 8處理水質(zhì)為某集團(tuán)有限公司嗎啉生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢水，添加適量的普通污泥處理廠污泥或模擬生活廢水(葡萄糖，硫酸銨和微量營(yíng)養(yǎng)鹽配制)，其中嗎啉、N-甲基嗎啉和 N(2-羥乙基)嗎啉占總有機(jī)物的35% 60質(zhì)量％。使用時(shí)據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行稀釋。 反應(yīng)器總有效容積6L，底部安裝有微孔曝氣板，通過(guò)空壓機(jī)進(jìn)行曝氣，流量計(jì)起控制流量的作用，請(qǐng)參見(jiàn)圖1。按照上述方法進(jìn)行嗎啉廢水的降解，缺氧階段控制反應(yīng)器內(nèi)DO在0 0. 5mg/L,反應(yīng)器pH始終維持在7. 8 8. 2之間。溫度約為25°C，復(fù)合菌群濃度為2 6g/ L左右。本方法生化、硝化及反硝化在相同的好氧條件和同一反應(yīng)系統(tǒng)中同時(shí)進(jìn)行，大大降低投資費(fèi)用和運(yùn)行成本。表1、實(shí)施例1-8的運(yùn)行及檢測(cè)參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種高效降解嗎啉廢水的方法，包括如下步驟a.采用SBR反應(yīng)器，反應(yīng)器中置有復(fù)合菌群和污泥，所述的復(fù)合菌群由戴爾福特菌 WXZ-9 (Delftia tsuruhatensis) CGMCC No. 1797 和叢毛單胞菌 WXZ-17 (Comamonas sp.) CGMCC No. 3048組成，混合均勻，反應(yīng)溫度保持在20 30°C ；b.將嗎啉廢水加入反應(yīng)器中，采用機(jī)械攪拌，缺氧運(yùn)行，pH控制在7.8 8. 2，運(yùn)行時(shí)間為6 48h小時(shí)；c.由缺氧段進(jìn)入好氧段，采用機(jī)械攪拌加鼓風(fēng)曝氣，pH控制在7.8 8. 2，運(yùn)行時(shí)間為 14 34小時(shí)；d.由好氧段進(jìn)入缺氧段，采用機(jī)械攪拌，缺氧運(yùn)行，pH控制在7.8 8. 2，運(yùn)行時(shí)間為 O 22小時(shí)；e.缺氧過(guò)程完成后靜置2小時(shí)出水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效降解嗎啉廢水的方法，其特征在于所述嗎啉廢水的COD 為 1000 3300mg/L, TN 為 130 570mg/。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效降解嗎啉廢水的方法，其特征在于所述復(fù)合菌群中，戴爾福特菌WXZ-9 CGMCC No. 1797與叢毛單胞菌WXZ-17 CGMCCNo. 3048的質(zhì)量比為1 1; 所述復(fù)合菌群的質(zhì)量為所述污泥干固物質(zhì)質(zhì)量的10 40%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效降解嗎啉廢水的方法，其特征在于嗎啉廢水加入反應(yīng)器后，反應(yīng)器中污泥的濃度為2 6g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效降解嗎啉廢水的方法，其特征在于步驟b和步驟d缺氧過(guò)程中，控制反應(yīng)器內(nèi)溶解氧為0 0. 5mg/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效降解嗎啉廢水的方法，其特征在于步驟c好氧過(guò)程中， 控制反應(yīng)器內(nèi)溶解氧為4 5mg/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效降解嗎啉廢水的方法，其特征在于所述出水的COD為 200 U65mg/L，TN 為 40 188mg/L。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效降解嗎啉廢水的方法，包括如下步驟反應(yīng)器中置有復(fù)合菌群和污泥，復(fù)合菌群為戴爾福特菌WXZ-9 CGMCC No.1797和叢毛單胞菌WXZ-17 CGMCC No.3048，保持在20～30℃；加入嗎啉廢水，機(jī)械攪拌并缺氧運(yùn)行，pH控制在7.8～8.2，運(yùn)行時(shí)間為6～48h小時(shí)；由缺氧段進(jìn)入好氧段，機(jī)械攪拌加鼓風(fēng)曝氣，pH控制在7.8～8.2，運(yùn)行時(shí)間為14～34小時(shí)；由好氧段進(jìn)入缺氧段，機(jī)械攪拌，pH控制在7.8～8.2，運(yùn)行時(shí)間為0～22小時(shí)；缺氧過(guò)程完成后靜置2小時(shí)出水。本方法生化、硝化及反硝化在相同的好氧條件和同一反應(yīng)系統(tǒng)中同時(shí)進(jìn)行，大大降低投資費(fèi)用和運(yùn)行成本。
文檔編號(hào)C02F3/30GK102432100SQ20111033140
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者岳建偉, 李金穗, 汪蘋(píng), 蘇日嘎其其格, 董黎明 申請(qǐng)人:北京工商大學(xué)