本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低溫下好氧生化處理高鹽廢水的方法。
背景技術(shù)：
高鹽有機(jī)廢水由于含有一定的鹽濃度使得生物處理面臨挑戰(zhàn)，在低溫條件下顯得更為嚴(yán)峻。廢水中高濃度的鹽在一定程度上會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒害作用，抑制其活性，導(dǎo)致污水生物處理效率降低，這是因?yàn)樗宣}濃度越高，溶液的水勢(shì)就會(huì)越低，細(xì)胞內(nèi)的自由水就會(huì)從高水勢(shì)的細(xì)胞內(nèi)流向低水勢(shì)的細(xì)胞外，造成細(xì)胞質(zhì)壁分離和細(xì)胞死亡；另一方面，低溫引起酶活性下降，對(duì)微生物的活性帶來(lái)很大影響，導(dǎo)致在一定程度上影響系統(tǒng)的穩(wěn)定?？偟膩?lái)說(shuō)，在低溫條件下，溫度和鹽度沖擊的耦合作用會(huì)進(jìn)一步降低出水水質(zhì)。
目前肝素鈉廢水和榨菜生產(chǎn)廢水由于含高濃度的鹽和生產(chǎn)的不穩(wěn)定性帶來(lái)的鹽度突變導(dǎo)致生物處理效果不太理想，加上冬季污水處理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)好氧段面臨的低溫沖擊，導(dǎo)致氨氮、磷酸鹽等指標(biāo)去除率更低。肝素鈉是抗凝血、降血脂和抗炎的常用藥劑，但在其常用的酶解法生產(chǎn)過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生高鹽、高有機(jī)物、高氨氮濃度的“三高”廢水，而榨菜生產(chǎn)工藝中一般只有腌制環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢水被用來(lái)蒸發(fā)進(jìn)行鹽的回收，考慮到成本問(wèn)題，后續(xù)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的高鹽有機(jī)廢水混合廠區(qū)生活污水一起進(jìn)行生物處理。這兩種高鹽有機(jī)廢水(以下統(tǒng)稱“高鹽廢水”)用普通物化法難以達(dá)到預(yù)期的凈化效果，還易造成二次污染，現(xiàn)有的主流生物處理工藝以“厭氧+好氧”模式為主，處理成本相對(duì)較低，處理過(guò)程對(duì)溫度、pH等指標(biāo)要求較為嚴(yán)格，特別是在低溫條件下，微生物不僅受到鹽度的脅迫，還同時(shí)受到低溫的不利影響，導(dǎo)致處理效率在冬季極其不穩(wěn)，效率很低，運(yùn)行難度很大。因而，針對(duì)這一情況，尋求一種在生物處理中能快速、有效緩解低溫和鹽毒性的負(fù)面效應(yīng)的途徑成為本領(lǐng)域值得探究的重要問(wèn)題之一。
外源保護(hù)劑是一種微生物的保護(hù)劑，其在高鹽條件下能被微生物吸收進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，平衡內(nèi)外滲透壓，抑制鹽和低溫等不利因素對(duì)微生物的毒害作用。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這類保護(hù)劑的原材料在自然界大量存在，生產(chǎn)成本相對(duì)較低，其推廣應(yīng)用具有良好的現(xiàn)實(shí)可行性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是解決低溫高鹽廢水處理效率低下和系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題，為其提供一種操作簡(jiǎn)單、見(jiàn)效快、效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)的好氧生化處理高鹽廢水的方法。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種低溫下好氧生化處理高鹽廢水的方法，具體包括以下步驟：
S1：在溫度6～9.5℃條件下，將活性污泥加入至SBR反應(yīng)器內(nèi)；
S2：稱取外源保護(hù)劑投加至SBR反應(yīng)器內(nèi)；
S3：以按Na+濃度計(jì)鹽度為2-20g/L的高鹽廢水為原進(jìn)水，在SBR反應(yīng)器中重復(fù)進(jìn)水、曝氣、靜置沉淀、排水的工藝周期。
需要說(shuō)明的是，上述溫度范圍是指系統(tǒng)生化處理時(shí)的反應(yīng)溫度。且本發(fā)明中對(duì)pH值無(wú)特殊要求，根據(jù)監(jiān)測(cè)值顯示，各反應(yīng)器的pH一般在6.5-7.5之間變化，在正常范圍內(nèi)。
上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步對(duì)活性污泥進(jìn)行了馴化處理。經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，低溫下，普通活性污泥經(jīng)馴化后處理高鹽廢水時(shí)脫氮除磷可以達(dá)到更好的效果。需要說(shuō)明的是，活性污泥的培養(yǎng)馴化處理可以采用本領(lǐng)域常規(guī)方法進(jìn)行，本發(fā)明采用的馴化處理方法將在具體實(shí)施例中詳細(xì)陳述。污泥馴化階段可根據(jù)普通生活污水活性污泥特性，自行設(shè)定配方中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度進(jìn)行污泥的預(yù)馴化。
上述技術(shù)方案中，外源保護(hù)劑是一種微生物的保護(hù)劑，至少可在兩方面起作用：一方面在鹽度沖擊時(shí)，能被微生物吸收進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，平衡內(nèi)外滲透壓，抑制鈉鹽對(duì)微生物的毒害作用，維持微生物活性；另一方方面，經(jīng)發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在低溫條件下，外源保護(hù)劑能作為低溫保護(hù)劑，在一定程度上減小溫度沖擊帶來(lái)的影響。本發(fā)明中，添加外源保護(hù)劑的目的即是抑制鈉鹽對(duì)微生物的毒害作用和溫度沖擊帶來(lái)的影響，維持微生物活性從而提高出水水質(zhì)。為了達(dá)到上述目的，該外源保護(hù)劑可以選用但不限于海藻糖、甜菜堿、膽堿、蔗糖、脯氨酸或KCl中的一種，優(yōu)選甜菜堿、海藻糖或蔗糖，凡在本發(fā)明的思想指導(dǎo)下，在本領(lǐng)域常用外源保護(hù)劑中選取的其它外源保護(hù)劑也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
上述技術(shù)方案中，外源保護(hù)劑添加方案優(yōu)選分次添加、每次添加濃度為0.5～1mM/L、每次添加間隔時(shí)間為6～9d時(shí)，可以達(dá)到更好的處理效果。此外，外源保護(hù)劑可以在不同的時(shí)期加入，如曝氣開(kāi)始前、曝氣過(guò)程中、靜置階段或其它階段，優(yōu)選在系統(tǒng)曝氣開(kāi)始前投加外源保護(hù)劑，此時(shí)添加對(duì)脫氮除磷的效果更好。
上述技術(shù)方案中，曝氣目的一是提供氧氣，二是起到攪拌作用，使系統(tǒng)處于完全混合狀態(tài)。溶解氧的大小對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物的形成及產(chǎn)量都會(huì)產(chǎn)生不同的影響，尤其對(duì)系統(tǒng)脫氮影響較明顯。曝氣量大小決定水中的溶解氧的含量，進(jìn)而影響系統(tǒng)硝化過(guò)程?；谏鲜瞿康暮蛯?shí)際影響，優(yōu)選進(jìn)水0.2～0.4h，曝氣6～7h，靜置沉淀0.5～1h，，排水0.3～0.5h，排水比為50％～60％，進(jìn)一步優(yōu)選進(jìn)水0.2～0.3h，曝氣6～6.5h，靜置0.7～1h，排水0.3～0.4h，工藝周期由時(shí)間控制器控制每個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間。優(yōu)選溶解氧在2-3mg/L，曝氣量為2.2-3L/h，進(jìn)一步優(yōu)選曝氣量為2.4～2.8L/h。值得說(shuō)明的是，本發(fā)明對(duì)于工藝周期中進(jìn)水、曝氣、靜置、沉淀以及排水階段的各操作參數(shù)并沒(méi)有特殊的限制，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的改變。凡在本發(fā)明的思想指導(dǎo)下，采用本領(lǐng)域中常規(guī)工藝周期操作參數(shù)的其它操作參數(shù)，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
上述技術(shù)方案中，步驟S1中，優(yōu)選SV30(活性污泥沉降比)值在35～40％之間。
上述技術(shù)方案中，步驟S3中，加入高鹽廢水后，污泥濃度MLSS為5500-7500mg/L，優(yōu)選污泥濃度MLSS為6000～7000mg/L。
低溫條件下，由于鹽度沖擊和低溫的耦合作用，使系統(tǒng)中微生物面臨一個(gè)更惡劣的生存環(huán)境，微生物不僅要對(duì)抗鹽度沖擊帶來(lái)的負(fù)面影響，同時(shí)也要面臨低溫引起的微生物活性降低，雙重負(fù)面影響直接影響一些指標(biāo)的去除率和系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：低溫條件下，將外源保護(hù)劑和SBR工藝結(jié)合起來(lái)對(duì)高鹽廢水進(jìn)行處理，達(dá)到了意想不到的廢水處理效果。這次首次在低溫條件下，將外源保護(hù)劑和SBR工藝結(jié)合起來(lái)處理高鹽廢水，因而該處理方法屬于開(kāi)創(chuàng)性的發(fā)明創(chuàng)造?，F(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)保護(hù)劑之一甜菜堿的研究較多，且多用于厭氧階段，提高產(chǎn)期效率。發(fā)明人在工廠調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，低溫下好氧工段因?yàn)榉忾]保溫代價(jià)很高，難以如厭氧工段般用較小的代價(jià)封閉甚至加熱保溫來(lái)保證穩(wěn)定的處理效果，其硝化效果很不穩(wěn)定，導(dǎo)致氨氮去除率很低，調(diào)節(jié)起來(lái)難度大。本發(fā)明基于對(duì)外源保護(hù)劑低溫下作用效果的研究，將其和好氧SBR工藝結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)以較低的代價(jià)獲得較高效和較穩(wěn)定的氨氮去除效果，特別是在低溫條件下系統(tǒng)同時(shí)受到鹽度沖擊的影響時(shí)效果顯著。本發(fā)明人通過(guò)長(zhǎng)期大量的實(shí)驗(yàn)探索發(fā)現(xiàn)，低溫條件下，外源保護(hù)劑的作用在較高鹽度(2-20g/L)條件下才能體現(xiàn)出來(lái)(以氨氮去除作為主要指標(biāo)之一時(shí)，鈉離子濃度高于2g/L時(shí)添加保護(hù)劑就會(huì)起到正效應(yīng))，低鹽度下可能更多地作為一種有機(jī)質(zhì)被微生物利用。當(dāng)在曝氣開(kāi)始前投加外源保護(hù)劑可以達(dá)到良好的處理效果，其次在好氧端分批次添加，可有效地改善出水水質(zhì)，一定程度上維持系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的好氧生化處理高鹽廢水的方法，針對(duì)低溫條件下鹽度的沖擊，外源保護(hù)劑不僅能作為滲透壓調(diào)節(jié)劑，也能起到低溫保護(hù)劑的作用，對(duì)處理裝置并無(wú)特殊要求，操作簡(jiǎn)單，過(guò)程可控性強(qiáng)。對(duì)運(yùn)行中不可避免受到的鹽度沖擊和系統(tǒng)鹽度穩(wěn)定后溫度沖擊帶來(lái)的影響，采用外源保護(hù)劑有效提高高鹽廢水處理過(guò)程的穩(wěn)定性和效率，具有見(jiàn)效快、不殘留、成本低、有一定持續(xù)性的特點(diǎn)。在低溫條件下、2-20g/L鹽度范圍內(nèi)，各指標(biāo)去除率分別能達(dá)到COD：85％，氨氮：96％，磷酸鹽：65％，TOC：80％。
具體實(shí)施方式
為了更好的了解本發(fā)明的目的和意義，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明：
在下列實(shí)施例中，采用人工配水模擬高鹽廢水進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。人工配水具體為每升水中葡萄糖、氯化鈣、酵母膏、磷酸二氫鉀、淀粉、碳酸氫鈉、奶粉的投加量分別是0.8-1.2g、0.04、0.3g、0.05g、0-0.1g、0.7-1g、0-0.1g，配水加鹽后鹽度為2-20g/L，鹽度均以Na+濃度計(jì)。配水加鹽之前提前留取一部分進(jìn)水水樣，一方面用來(lái)進(jìn)行初始濃度的測(cè)定，另一方面是為了避免鹽度沖擊引起監(jiān)測(cè)值誤差太大。
下述具體實(shí)施例中用到的馴化/未馴化的活性污泥，其活化培養(yǎng)和馴化的具體方法步驟如下：將從城鎮(zhèn)污水處理廠取來(lái)的高濃度活性污泥分裝3-5L到有效體積為15-20L的大桶中，利用曝氣裝置進(jìn)行悶曝，悶曝時(shí)長(zhǎng)1-2d，常規(guī)曝氣量，悶曝期間不進(jìn)配水。悶曝結(jié)束后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需求，采用上述人工配水作為進(jìn)水，一次性提高到設(shè)定鹽度(如10g/L)以便和未馴化組進(jìn)行對(duì)比，從視覺(jué)角度觀察鹽度沖擊帶來(lái)的宏觀變化。進(jìn)水前幾個(gè)周期進(jìn)水量以2L、4L、6L的遞增方式添加，直到最后一次進(jìn)水后混合液的有效體積達(dá)到15-20L為止。每天根據(jù)培養(yǎng)的效果定期排水和排泥，每次進(jìn)水量和排水量保持一致，污泥泥齡取20d，這樣每天的排泥量可以根據(jù)桶中混合液的有效體積和泥齡的比值計(jì)算得出。馴化期間，每天測(cè)定混合液的SV30、pH值，并定期對(duì)活性污泥進(jìn)行鏡檢，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前幾個(gè)周期對(duì)系統(tǒng)出水的CODCr、氨氮、磷酸鹽、TOC等常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，直到出水達(dá)到相應(yīng)要求再正式開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。顯然，活性污泥的培養(yǎng)和馴化方法及具體參數(shù)不限于前述，也可采用本領(lǐng)域中其它常規(guī)方法進(jìn)行活性污泥的培養(yǎng)和馴化。
在以下實(shí)施例中將用到的裝置儀器如下：
石英燒杯(2000mL)，作為SBR反應(yīng)器；曝氣機(jī)；曝氣細(xì)管；曝氣頭；時(shí)間控制器(科德定時(shí)器，型號(hào)為TW-K11)。
實(shí)施例1
S0：將從傳統(tǒng)城鎮(zhèn)生活污水處理廠獲得的普通活性污泥進(jìn)行活化培養(yǎng)，活化適應(yīng)人工配水后開(kāi)展試驗(yàn)。
S1：在溫度8.2℃的條件下，移取步驟S0中未經(jīng)馴化的活性污泥1L加入至石英燒杯內(nèi)，SV30值為36％；
S2：稱取甜菜堿2mM投加至石英燒杯內(nèi)；
S3：將鹽度為10g/L的高鹽廢水1L加入至石英燒杯中，依次在石英燒杯中進(jìn)行曝氣、靜置、排水，溶解氧在2.4-2.8mg/L，曝氣量為2.5-3L/h，廢水沖擊鹽度為10g/L。
系統(tǒng)每天運(yùn)行兩個(gè)8小時(shí)周期，停運(yùn)一個(gè)8小時(shí)周期，運(yùn)行周期的具體設(shè)計(jì)為進(jìn)水0.5h，曝氣6.5h，靜置0.75h，排水(包括取水樣)0.25h，排水比為50％。
在相同操作條件、步驟及參數(shù)下，分別將外源保護(hù)劑替換為海藻糖、KCl、蔗糖和膽堿，以及設(shè)置未添加外源保護(hù)劑的空白組作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)例。將取得的水樣進(jìn)行過(guò)濾，按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要為氨氮、磷酸鹽。氨氮的測(cè)定采用納氏試劑分光光度法《水質(zhì)銨的測(cè)定納氏試劑比色法》(HJ535-2009)進(jìn)行測(cè)定；磷酸鹽采用鉬釩酸顯色分光光度法進(jìn)行測(cè)定。
按照上述方法，較未添加任何保護(hù)劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn)例而言，10g/L鹽度沖擊下，系統(tǒng)在鹽度突變階段，添加甜菜堿、KCl、海藻糖、蔗糖、膽堿的反應(yīng)器就脫氮而言，去除率相較空白組提高2％、7.6％、7％、7.5％、3.7％，突變期平均提高8.1％、5.6％、5.3％、5.9％、3.8％，穩(wěn)定期平均提高8.2％、6.5％、6.4％、5.4％、0.9％；對(duì)于除磷，甜菜堿、海藻糖、KCL和蔗糖效果較好。綜合脫氮除磷效果，甜菜堿、海藻糖和蔗糖效果較好。
實(shí)施例2
S0：將從傳統(tǒng)城鎮(zhèn)生活污水處理廠獲得的普通活性污泥進(jìn)行活化培養(yǎng)和馴化處理，馴化鹽度10g/L，獲得馴化的活性污泥；
S1：在溫度7.5℃的條件下，移取步驟S0中獲得的馴化的活性污泥1L加入至石英燒杯內(nèi)，SV30值為37％；
S2：稱取甜菜堿2mM投加至石英燒杯內(nèi)；
S3：將以Na+計(jì)鹽度為20g/L的高鹽廢水高鹽廢水1L加入至石英燒杯中，依次在石英燒杯中進(jìn)行曝氣、靜置、排水，溶解氧在2.3-2.6mg/L，曝氣量為2.3-2.8L/h，廢水沖擊鹽度為20g/L。
系統(tǒng)每天運(yùn)行兩個(gè)8小時(shí)周期，停運(yùn)一個(gè)8小時(shí)周期，運(yùn)行周期的具體設(shè)計(jì)為進(jìn)水0.5h，曝氣6.5h，靜置0.75h，排水(包括取水樣)0.25h，排水比為50％。
在相同操作條件、步驟及參數(shù)下，分別將外源保護(hù)劑替換為海藻糖、KCl、蔗糖和膽堿，以及設(shè)置未添加外源保護(hù)劑的空白組作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)例。將取得的水樣進(jìn)行過(guò)濾，按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要為氨氮、磷酸鹽。氨氮的測(cè)定采用納氏試劑分光光度法《水質(zhì)銨的測(cè)定納氏試劑比色法》(HJ535-2009)進(jìn)行測(cè)定；磷酸鹽采用鉬釩酸顯色分光光度法進(jìn)行測(cè)定。
按照上述方法，較未添加任何保護(hù)劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn)例而言，20g/L鹽度沖擊下，系統(tǒng)在鹽度突變階段第一周期，去除率相較空白組提高0-5％，突變期平均提高0-5.2％，系統(tǒng)鹽度穩(wěn)定后，各反應(yīng)器穩(wěn)定期較對(duì)照組平均提高0-3％。對(duì)于除磷，鹽度沖擊和低溫的耦合作用雖然對(duì)系統(tǒng)磷酸鹽去除率有很大影響，但添加外源保護(hù)劑的反應(yīng)器較對(duì)照組在鹽度沖擊階段有不同程度的提高，變化范圍為0-5.6％，其中甜菜堿、海藻糖和蔗糖組效果表現(xiàn)較好。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。