CN101544445B

CN101544445B - 造纸废水的微生物生态修复方法及装置

Info

Publication number: CN101544445B
Application number: CN 200910039156
Authority: CN
Inventors: 曹国平; 李广胜; 刘士亮; 李立强
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: Guangzhou SCUT Technology Co., Ltd.
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: CN101544445A

Abstract

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种造纸废水的微生物生态修复方法。该方法包括以下步骤：(1)造纸废水经隔栅、沉沙池去除大块杂质和沙粒、铁钉后，经过净化；(2)然后进入A/O生化系统进行处理，处理后回用或者外排；所述A/O生化系统包括厌氧水解酸化池和生物接触氧化池；所述厌氧水解酸化池添加了EM复合菌群；所述生物接触氧化池中添加仿生水草型填料，该填料上生长有EM复合菌群。本发明的利用高效人工生物载体仿生水草，结合特效优势EM复合微生物菌剂，提高生化处理效率，使整个生化工程量得以缩减，既有利于节省投资，又有利于实现环保。

Description

造纸废水的微生物生态修复方法及装置

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种造纸废水的微生物生态修复方法及装置。

背景技术

污水生化处理技术的工程应用上，常存在片面性和局限性：一是对生化处理前的预处理重视不够，单期望生化能够解决全部问题；二是对COD和BOD指标较高的造纸废水等，处理的着眼点放在高投入和强措施上，使工程向“大而全”的方向发展；三是就生化工程的设计依据而言，主要是以BOD为主，忽略了COD这一指标，使其往往不能达标。

环境生物技术，就是近年来发展起来的一门由现代生物工程与环境工程相结合的高新技术学科。环境生物技术在解决环保问题过程中所显示的独特功能，高效、稳定和良好的经济性等显著优点，尤其是利用微生物在水体污染现场进行生物修复这一应用领域，已成为一种经济效益和环境效益俱佳，能解决复杂环境污染问题的最有效手段。

废水处理环境生物技术的代表是固定化微生物技术。它主要通过一定的技术手段如利用载体填料、包埋物质或合理控制水力条件等，使微生物固着生长，从而提高处理生物量和处理能力。在工程应用中以表面结合固定法和包埋固定法为主。表面结合固定法多用碎石、煤渣、焦炭、硅藻土、沸石及活性炭等无机物以及各种塑料软性填料等有机物为载体。包埋固定法是把微生物细胞包埋在聚合物或膜内，使微生物扩散进入多孔性的载体内部。常用的材料有聚乙烯醇、聚丙烯胺、硬化树脂、聚藻酸钙等。表面结合固定法的不足是固定初期易受环境因素影响，细胞与载体间作用力较弱，需较长时间完成初始固定，且密度较大，污泥较多，使应用受到限制。包埋固定法的微生物虽然固着稳定，但加工工艺复杂，会导致细胞部分失活。且因微生物处于包埋剂的内部，增加了扩散阻力，使其难以与大分子有机污染物接触而充分发挥降解功能。尤其处理含有较多大分子底物的造纸废水时，效果欠佳。另外，这些方法还有一些共同的缺陷：容易堵塞、更新困难、易于老化、价格贵、寿命短、比表面积小及污泥处置难等不足。

发明内容

为克服现有技术的缺陷与不足，并针对造纸工业废水成分复杂，浓度高，水量大，难降解的特点，本发明的目的是提供一种造纸废水的微生物生态修复方法。

本发明的另一目的是提供一种实现上述方法的具体装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种造纸废水的微生物生态修复方法，包括以下步骤：

(1)造纸废水经隔栅、沉沙池去除大块杂质和沙粒、铁钉后，经过絮凝和沉淀；

(2)然后进入A/O生化系统进行处理，处理后回用或者外排；所述A/O生化系统包括厌氧水解酸化池和生物接触氧化池；

所述厌氧水解酸化池中置有仿生水草，其上添加了EM(EffectiveMicroorganisms)复合菌群；

所述生物接触氧化池中置有仿生水草，其上生长有EM复合菌群；

系统进行废水处理时，在厌氧水解酸化池和生物接触氧化池中分别直接添加EM复合菌群。

优选地，还包括生物滤床的处理步骤，该步骤处于A/O生化系统进行处理之后；所述生物滤床同样置有仿生水草，其上生长有EM复合菌群；系统进行废水处理时，在生物滤床中直接添加EM复合菌群。

更优选地，还包括生态塘的储存处理步骤，该步骤处于生物滤床处理之后；所述生态塘中添加仿生水草，其上生长有EM复合菌群；系统进行废水处理时，在生态塘中直接添加EM复合菌群。

上述方法中涉及的EM复合菌群来自商品化的EM菌液。EM菌液的添加量可按照说明书的推荐或视废水的情况适量添加。

其中，仿生水草的挂膜方法可参照本领域公知的挂膜方法，生物膜培养成功的标志是：生物膜厚度达3mm，轮虫、钟虫较多。如果生物膜对要处理的工业废水不适应，还要用处理的工业废水进一步驯化，使其适应。

上述方法中，优选地，所述EM复合菌群经过驯化，具体的驯化包括以下步骤：

把EM一级菌液(即未被扩大或稀释的原菌液)投入到20-30倍体积的待处理的造纸废水中；所述造纸废水的BOD₅浓度为300mg/L-500mg/L范围，营养的质量配比为BOD₅∶N∶P＝100-150∶5∶1；

开始驯化时废水的浓度取CODcr＝1000，驯化过程要进行曝气，先闷曝1d；前期溶解氧控制在1-2mg/L，后期控制在2-3mg/L；驯化过程须不断更换进入的驯化用废水，并按20％梯度增加废水的COD浓度；

完成菌液的驯化标志为沉降比达到20％-30％，废水中的微生物种类由变形虫和鞭毛虫为主转变为以固着型的纤毛虫如钟虫、轮虫等为主。

在实际应用时，将驯化后的菌群制备成细菌浓度为4×10⁵个/ml的EM菌剂。根据目标污染物的不同，EM菌剂的最适加入量也不同。处理造纸废水，一般启动期，各反应器的投加量为1/10000-5/100000，每5天投加一次，用滴加和洒泼的方法均可。待系统稳定运行后，用量可减少30％-50％，每7天投加一次，直至被处理出水稳定达到要求指标后可不用投加。

优选地，所述絮凝和沉淀是通过专利号为ZL 97245878.6的净化器实现的；所述造纸废水是由下至上流经所述仿生水草的。

优选地，步骤(2)中，所述厌氧水解酸化池中置有的仿生水草的负荷为5-15kg·COD/m²·d；

优选地，步骤(2)中，所述生物接触氧化池中置有的仿生水草的负荷为2.0-3.5kg·COD/m²·d；

优选地，步骤(2)中，所述生物滤床中置有的仿生水草的负荷为1.0-2.0kg·COD/m²·d。

本发明还提供了一种实现上述方法的装置，该装置的核心部分按废水的流经顺序依次包括集水池、隔栅、沉沙池、净化器、厌氧水解酸化池和生物接触氧化池，其特征在于：所述净化器具有絮凝和沉淀的功能，优选使用专利号为ZL 97245878.6的净化器，所述厌氧水解酸化池和生物接触氧化池中置有仿生水草，其上生长有EM复合菌群，优选使用驯化后的菌群对仿生水草进行挂膜，也可以挂膜后对生长有EM复合菌群的仿生水草直接驯化。

为更好的实现废水的处理，按废水的流经顺序，该装置在所述生物接触氧化池之后还包括生物滤床，所述生物滤床置有仿生水草型填料，该填料上生长有EM复合菌群，优选使用驯化后的菌群对仿生水草进行挂膜，也可以挂膜后对生长有EM复合菌群的仿生水草直接驯化。

更加优选地，按废水的流经顺序，该装置在所述生物滤床之后还包括生态塘，所述生态塘中置有仿生水草型填料，该填料上生长有EM复合菌群，优选使用驯化后的菌群对仿生水草进行挂膜，也可以挂膜后对生长有EM复合菌群的仿生水草直接驯化。

本发明的基本原理主要是利用高效人工生物载体仿生水草，结合特效优势EM复合微生物菌剂，通过增加废水中的有益微生物群的优势，特别是增加光合细菌等一些耐污和高分解能力种群的类别和数量，使废水在短期内获得较高密度的光合细菌数，在厌氧条件下迅速分解高浓度的有机质，同时因利用了厌氧细菌分解出来的硫化物等，从而达到消除恶臭，净化废水的目的。

相比现有技术，本发明具有以下几个方面的有益效果：

(1)传统的生化技术只利用系统中的土著细菌，因而启动时间长，抗冲击能力弱，效果不稳定。本发明使用EM复合菌群经造纸废水驯化后的菌群，更容易形成功能互补的混合种群，在与土著微生物激烈竞争的情况下能发挥优势作用，从而增加物种的多样性、选择性和应变性。

所述的EM复合菌群来已经商品化的日本EM菌液，优选是通过现场废水类型驯化和菌群构建而成。EM是“有效微生物菌群”(Effective Microorganisms)的英文缩写，最早由日本琉球大学的比嘉照夫于1983年研究开发。它是将自然界中五大类有机降解菌群(包括光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、格兰氏阳性放线菌群及发酵系的丝状菌群)有机结合在一起，使其共生共存，形成多种功能的复合菌液，并代谢出多种抗氧化物质，显著激活生态环境中各种微生物的生理活性机能，实现对污染物的高效氧化降解和矿化作用。EM复合菌剂的优势一方面表现在优良菌种种群的多样性和可扩充性方面，为微生物资源的深度和广度开发提供了无限可能；另一方面更重要的是它的多元化应用功能。

本发明将在该菌群的基础上将其驯化，目的是为了强化其对造纸废水的特别适应能力，从而提高其抗冲击性和去除效率。EM菌剂在造纸废水环境中，原有微生物菌群通过新的协同共生、物竞天择等相互作用，相对调整成一个结构稳定、降解性强、适应性广的优势复合菌落。

用EM高效优势菌处理难降解造纸废水，具有成本低、效率高、易操作、无二次污染等优点。EM菌液经过驯化后，其代谢产物还能产生絮凝物质，具有生物絮凝性，有利于对废水的净化和污泥分离。

(2)仿生水草是应用精确的生物工程化设计制造。其独特的亲菌性能，200多倍的比表面积，十年以上的使用寿命，神奇的复氧能力，无需反冲不会堵塞，安装简单管理容易，能成百上千倍地放大水体中的生物量，丰富生物多样性，从而大大增强系统对高浓有机污染物的降解能力。

(3)以COD指标作为基本设计参数。它针对一般生化法处理造纸废水COD去除率低，难以降解木质素、纤维素和各种高分子添加剂等的缺点，采取新型水解/好氧两级生化处理，并使用经驯化的菌群，从而提高了生化法对COD的去除效率。

(4)本发明提供的方法在前处理阶段优选采用专利号为ZL 97245878.6的净化器进行。该净化器是一种集絮凝反应、沉淀为一体的高效废水物化处理设备，根据废纸浆废水中杂质含量多，并且杂质比重大的特点，采用絮凝沉淀的方法在净化器中对废水进行处理。该净化器结构紧凑，集废水与絮凝剂的混合、反应和澄清过滤于一体，从而减少了设备的占地面积，大大提高了出水水质。

该净化器作用原理为：废水中的悬浮颗粒在絮凝剂的作用下，脱稳而相互聚结，并通过高效絮凝剂水解后形成的高聚物的吸附架桥和裹胁作用，形成较大的絮粒，然后经过净化器从水中分离出来，从而达到清除污染物的目的。该净化器采用独特水力设计，集废水与絮凝剂的混合、反应和吸附过滤、沉淀于一体，废水中杂质由于絮凝剂的作用聚结成较大矾花，通过在混合回流区的充分混合和泥渣回流，在净化器内形成可自动更新的絮凝物流化床，使绝大部分污染物絮体在通过时被吸附、过滤截留，从而不同于一般的沉淀或气浮，净化效率大大提高。

综上所述，本发明的技术意义是提高生化处理效率，工程意义是使整个生化工程量得以缩减，既有利于节省投资，又有利于实现环保。

附图说明

图1是本发明一种优选实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

1、材料及设备

1.1、厌氧水解酸化池：容积250m³×2，有效容积500m³。

厌氧水解酸化池(长×宽×高)20×5×5(m)，分2格，钢筋砼。

HRT(水力停留时间)＝6小时。

1.2、生物接触氧化池(曝气池)：是废水处理工艺的主要设施之一，容积负荷0.27kgBOD 5/m³.d。综合考虑，接触氧化池总容积900m³。

HRT＝10小时，气水比：20∶1。

曝气池20×9×5(m)，分2格，钢筋砼结构。

1.3、生物滤床系统：(生物滤床及生态塘系统可根据水质情况取舍)

设计停留时间为：20小时，有效容积：1700m³

设计有效尺寸：50×22×1.5

污水由下至上流经生物滤床及置于其下的仿生水草。

(1)滤床滤料为矿质填料、碎石：粒径d＝10-20mm，铺300mm厚；

设计滤床面积为：0.25m²，基本尺寸为：0.5×0.5×0.5m；

滤床用塑料框，装好滤料、种植好植物放入，定期取出清洗滤料。

(2)滤池上主要种植香根草、芦苇、风车草、香蒲等净水植物，美人蕉可作为搭配的景观观赏植物种植；植物种植密度：20-25株/m²。

1.4、EM菌液

EM原液进口自日本：静冈县静冈市吉津666，日本(株)EM研究所，型号：EM№1，EM№2，EM№3。国内代理商：广州佳绿微生物技术有限公司。

把EM一级菌液(即未被扩大或稀释的原菌液)投入到20-30倍体积的待处理的造纸废水中；所述造纸废水的BOD₅浓度为300mg/L-500mg/L范围，营养配比为BOD₅∶N∶P＝100-150∶5∶1；

将驯化后的菌群制备成细菌浓度为4×10⁵个/ml的EM菌剂。

1.5、仿生水草

仿生水草基材购自广州佳绿微生物技术有限公司，型号Eco-I、II、III；

仿生水草的挂膜处理：

整个处理系统启动前，各反应器中装入预先挂膜的仿生水草，挂膜过程如下：

先用驯化后的EM菌剂稀释100倍渗泡仿生水草，PH值为7，温度不低于20度摄氏，最适宜温度为25-30度摄氏。经过2-3d后，由于微生物代谢过程中分泌粘性物质而形成生物膜。间隔2d后再次加入上述浓度新菌液，如此循环反复，经过5-6次循环反复之后，待接入与流出载体的菌液浓度已相差不多，载体对菌液的吸收量已接近饱和时，挂膜完成。生物膜培养成功的标志是：生物膜厚度达3mm，轮虫、钟虫较多。如果生物膜对要处理的工业废水不适应，还要用处理的工业废水进一步驯化，使其适应。

通过对仿生水草的挂膜处理，使经筛选的专性微生物在生物膜中占有优势。从而大大提高了反应微生物的浓度和生化反应速率。

2、废水处理的装置及方法

目标废水来自某以废纸为原料的造纸厂，2000M³/天综合废水进入本物化处理系统。再生纸造纸废水一般都反复使用且成份复杂，经物化处理后水质虽大为好转，但尚未达到国家规定的排放标准。

按图1所示的工艺流程，可组建如下废水处理系统：按废水的流经顺序依次包括集水池、隔栅、沉沙池、专利号为ZL 97245878.6的净化器、厌氧水解酸化池、生物接触氧化池、生物滤床和生态塘。

各反应器中仿生水草的负荷如下：

厌氧水解酸化池中置有的仿生水草的负荷为10kg·COD/m²·d；

生物接触氧化池中置有的仿生水草的负荷为3kg·COD/m²·d；

生物滤床中置有的仿生水草的负荷为1.5kg·COD/m²·d。

生态塘中置有的仿生水草的负荷为10kg·COD/m²·d；

废水处理的过程大致如下：

造纸废水经隔栅、沉沙池去除大块杂质和沙粒、铁钉后，经过絮凝和沉淀；所述絮凝和沉淀是利用专利号为ZL 97245878.6的净化器进行的；将水体中的纤维素、各种填料及粘胶等不溶性有机物去除；

然后进入A/O生化系统进行处理；所述A/O生化系统包括厌氧水解酸化池和生物接触氧化池；先经过厌氧水解酸化池将大分子有机物分解成小分子有机物，再经过生物接触氧化池对废水进行好氧处理。

再经生物滤床进一步生化降解和净化，然后进入生态塘储存回用或者外排。

系统的启动期，各反应器中驯化后EM菌剂的投加量为1/10000-5/100000，每5天投加一次，用滴加和洒泼的方法均可。待系统稳定运行后，用量可减少30％-50％，每7天投加一次，直至被处理出水稳定达到要求指标后可不用投加。

经上述系统处理20天后，水质的变化情况如下表：

	CODcr(mg/L)	BOD(mg/L)	SS(mg/L)
				处理前废水	1450	460	1100
处理后废水	≤65	≤30	≤50
				国家一级排放标准	100mg/L	30mg/L	70mg/L

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种造纸废水的微生物生态修复方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)造纸废水经隔栅、沉沙池去除大块杂质和沙粒、铁钉后，再经过絮凝和沉淀；

(2)然后进入A/O生化系统进行处理，处理后回用或者外排；

所述A/O生化系统包括厌氧水解酸化池和生物接触氧化池；

所述厌氧水解酸化池和生物接触氧化池分别置有仿生水草，其上生长有EM复合菌群；所述厌氧水解酸化池中置有的仿生水草的负荷为5-15kg·COD/m²·d；所述生物接触氧化池中置有的仿生水草的负荷为2.0-3.5kg·COD/m²·d；

所述EM复合菌群经过造纸废水的驯化，具体驯化方法包括以下步骤：

把EM一级菌液投入到20-30倍菌液体积的待处理的造纸废水中；所述造纸废水的BOD₅浓度为300mg/L-500mg/L范围，营养质量配比为BOD₅∶N∶P＝100-150∶5∶1；

开始驯化时废水的浓度取CODcr＝1000，驯化过程要进行曝气，先闷曝1d；溶解氧控制在1-3mg/L；驯化过程须不断更换进入的驯化用废水，并按20％梯度增加废水的COD浓度；

完成菌液的驯化标志为沉降比达到20％-30％，废水中的微生物种类由变形虫和鞭毛虫为主转变为以固着型的纤毛虫为主；

2.根据权利要求1所述的造纸废水的微生物生态修复方法，其特征在于还包括生物滤床的处理步骤，该步骤处于A/O生化系统进行处理之后；

所述生物滤床置有仿生水草，其上生长有EM复合菌群；

系统进行废水处理时，在生物滤床中直接添加EM复合菌群。

3.根据权利要求2所述的造纸废水的微生物生态修复方法，其特征在于还包括生态塘的储存处理步骤，该步骤处于生物滤床处理之后；

所述生态塘中置有仿生水草，其上生长有EM复合菌群；

系统进行废水处理时，在生态塘中直接添加EM复合菌群。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的造纸废水的微生物生态修复方法，其特征在于：所述造纸废水是由下至上流经所述仿生水草的。

5.根据权利要求2或3中任一项所述的造纸废水的微生物生态修复方法，其特征在于：

所述生物滤床中置有的仿生水草的负荷为1.0-2.0kg·COD/m²·d。