[发明专利]含氮杂环化合物废水的生物降解方法

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理领域，涉及一种含氮杂环化合物废水的生物降解方法。

背景技术

含氮杂环化合物是一类具有环状结构，且成环的原子中含有氮元素的化合物，广泛存在于焦化废水、染料废水、橡胶废水、制药废水、农药废水等高污染工业废水中。常见的含氮杂环化合物主要有吡咯、吲哚、吡啶、喹啉及其衍生物等。这些化合物污染面广、难以降解且具有相当毒性，对环境和人体健康会产生潜在的危害。 

含氮杂环化合物去除方法主要分为物化处理和微生物降解两大类。物化方法包括：混凝、电化学法、高级氧化法、催化氧化法等，然而这些方法操作条件较苛刻、能耗较高、设备成本也较大且容易产生二次污染和大量污泥，在大规模的含氮杂环化合物废水处理中难以推广。微生物降解法是利用不同类型微生物的新陈代谢作用将含氮杂环化合物降解转化成无机物，最终实现污染物的去除。由于生物降解方法具有经济高效、无二次污染且作用条件相对温和，是目前有毒难降解含氮杂环去除转化的有效方式，越来越多地受到国内外研究者的广泛关注。

含氮杂环化合物的生物降解方法目前主要集中在好氧降解和厌氧降解。好氧降解作用机理主要包括邻近氮原子的羟基化反应以及杂环的开环裂解作用，然而单纯的好氧条件对于含氮杂环化合物的降解效果难以提高而且曝气量较大，不经济。一些研究表明：一些在好氧条件下较难降解的杂环化合物却具有较好的厌氧（或水解酸化）分解功能和开环裂解速度，并认为这是由于厌氧微生物体内具有易于诱导、较为多样化的健全开环酶体系，然而厌氧降解反应速率较慢，降解时间长，溶解氧要求苛刻，同时对某些含氮杂环化合物降解效率有限。近些年来含氮杂环化合物的缺氧降解引起国内外广泛关注和研究。

目前的缺氧降解主要是通过在厌氧或无氧条件下投加硝酸盐或硫酸盐的方式创造出缺氧环境，但实际降解过程中这种方式对含氮杂环化合物的降解速率有限，杂环化合物去除不彻底且反应时间较长，这主要是由于水环境中缺乏分子氧（溶解氧），导致兼性厌氧微生物体内分解酶的代谢能力和反应速率降低。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种利用生物技术处理含氮杂环化合物废水方法，以解决废水中含氮杂环化合物难以生物降解和脱毒的问题。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种含氮杂环化合物废水的生物降解方法，包括如下步骤：

（1）、在含氮杂环化合物废水中添加氮的氧化物或者硫的氧化物或者氮和硫的氧化物，配成混合废水，收集在进水池中，其中，碳氮比COD/NO_x^-为5～10：1，碳氮比中的碳来自于含氮杂环化合物、氮来自于添加的氮的氧化物；碳硫比COD/SO₄^2-为8～15：1，碳硫比中的碳来自于含氮杂环化合物、硫来自于添加的硫的氧化物；

（2）、混合废水通过进水泵提升至上流式曝气生物滤池中，所述上流式曝气生物滤池内部填充5～50mm的颗粒滤料，上流式曝气生物滤池内下部设置穿孔曝气管进行微量曝气，所述穿孔曝气管由外部空压机供氧； 

（3）、在上流式曝气生物滤池顶部出水位置设置在线监控系统，所述在线监测系统包括分别与信号输出显示器连接的pH传感器、溶解氧传感器及氧化还原电位感器；通过控制曝气量将pH控制在7.0～7.5，溶解氧浓度控制在0.05～0.3 mg/L，氧化还原电位控制在-150～50mv；

（4）、维持降解反应时间5～25h；   

（5）、反应后的处理水由上流式曝气生物滤池顶部的溢流堰进入出水池，完成含氮杂环化合物废水的生物降解过程。

在曝气缺氧条件，微量溶解氧的存在不仅不会破坏缺氧环境和兼性厌氧微生物的呼吸作用，还会大大增强微生物活性和降解速率；另一方面可以增加微生物种类的多样性，一些厌氧条件下难以生存的微氧细菌及好氧反硝化细菌等可以生长。在缺氧条件下，反硝化菌利用有机碳源作为电子供体，而以硝酸盐（NO₃^-或NO₂^-）或硫酸盐（SO₄^2-）中的氧作为电子受体进行反硝化作用，将含氮杂环化合物无机化。缺氧降解途径及发生机理既不用于好氧状态，也不同于完全厌氧状态。发现一些在厌氧和好氧条件下难以降解的含氮杂环化合物，如：吡啶、吲哚、喹啉及其衍生物等在硝酸盐还原、硫酸盐还原等缺氧条件下却具有良好的降解去除效果及很强的适应性。