CN102557274B

CN102557274B - 一种利用微生物定向产酶处理废水的方法

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Publication number: CN102557274B
Application number: CN201210011380.XA
Authority: CN
Inventors: 王亦宁; 刘下国
Original assignee: YITAIKE ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY(SUZHOU) CO Ltd
Current assignee: Water technology (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-01-16
Also published as: CN102557274A

Abstract

本发明涉及一种利用微生物定向产酶处理废水的方法，包括如下步骤和工艺条件：1)制备培养用营养液：有机营养1～10％、无机营养A类0.5～2％、无机营养B类0.1～0.5％、微量元素0.3～1.5％、生物生长素1.5～7％；2)制备活化微生物的培养液：由孢子态微生物、激活孢子态微生物所需的营养液、水组成；3)制备次生代谢用营养液：无机营养A类0.5～2％、无机营养B类0.1～0.5％、微量元素0.3～1.5％、生物生长素1.5～7％；4)制备刺激微生物次生代谢产酶培养液：由步骤二所得培养液、步骤三所得次生代谢用营养液、灭菌工业废水、灭菌除氯自来水组成；5)现场持续投加菌液。本发明通过次生代谢产酶，有效地提高系统对难降解有机物的去除能力和系统的稳定性。

Description

一种利用微生物定向产酶处理废水的方法

技术领域：

本发明涉及一种水、废水、污水处理，更具体地说涉及一种利用微生物定向产酶处理废水的方法。

背景技术：

难降解工业废水是指印染、造纸、医药、化工等生产过程中产生的废水。这些废水中的污染物难于生物降解，表征为废水的B/C小于0.2。因此必须采用预处理技术和方法，方能有效处理。目前针对这些难降解工业废水主要有三种解决方案，即水解酸化、微电解和生物增效技术。

水解酸化把厌氧控制水解和酸化阶段，利用水解和产酸微生物，将废水中的固体、大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，提高废水的B/C和可生化性。该方法的不足之处是应用范围有限。

微电解技术利用原电池的原理，将铸铁浸没在酸性溶液中，通过电化学反应过程及其产物对废水进行处理，同时提高废水的可生化性。这种方法的不足之处是运行成本较高，工艺还不成熟，容易出现板结、钝化现象。

生物增效技术利用在废水处理系统中引入针对不同污染物特别筛选的高效复合菌群，提高废水处理系统对污染物降解能力。与水解酸化和微电解的方法相比较，生物增效的方法针对性更强，效果更佳，而且实施方便、成本较低。

生物增效方法起源于20世纪70年代，当时被应用于航天飞机上的废物处理。20世纪80年代该技术被引入到废水处理领域。为了运输和保存的需要，一般的微生物产品中的菌群都是处于孢子状态，没有活性。大部分生物增效技术直接将处于孢子状态的复合菌群直接投加到曝气池中，没有经过活化、培养。微生物活化需要6～8小时，而一般曝气池的停留时间也在8小时左右，这样，复合菌群在发挥增效作用前就已经被排出。因此，这样的生物增效方法一般收效甚微，而且代价高昂。

还有一些企业，虽然对孢子状态的高效复合菌群进行了活化、培养，但是没有经过次生代谢定向产酶，微生物适应能力差，处理效果也不理想，特别是对那些难降解有机废水。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术不足之处而提供一种从调节微生物营养结构出发、刺激其进行次生代谢的、提高对难降解有机物去除能力的一种利用微生物定向产酶处理废水的方法。

本发明的目的是通过以下措施来实现：一种利用微生物定向产酶处理废水的方法，其特征在于，包括如下步骤和工艺条件：

步骤一，制备培养用营养液：

1)所述营养液以重量百分比计包括以下组分：有机营养1～10％、无机营养A类0.5～2％、无机营养B类0.1～0.5％、微量元素0.3～1.5％、生物生长素1.5～7％；所述有机营养选自淀粉、葡萄糖、果糖中的一种或多种，无机营养A类选自尿素、碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐中的一种或多种，无机营养B类选自磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、偏磷酸盐中的一种或多种，微量元素选自Mg盐、Zn盐、Cu盐、Co盐中的一种或多种，生物生长素选自海带提取物、菠菜叶提取物、苜蓿草叶提取物、腐殖酸钠中的一种或多种；

步骤二，制备活化微生物的培养液：

1)所述培养液的组成、配比：培养液由孢子态微生物、激活孢子态微生物所需的营养液、水组成，所述孢子态微生物为市购百特安系列微生物产品，所述水为经除氯、灭菌的水，配制时称取0.5～10重量份微生物产品、10～100重量份营养液，然后搅拌均匀后加水至1000重量份，培养用营养液投加量按系统中COD在300～500mg/L控制；

2)培养条件：pH为6.5～8，DO为3.0mg/L以上，温度为10～30℃；

3)上述含处于对数期菌群的培养液按一定比例间歇排放：第一次培养18～24小时结束后，排出20～40％的菌液，备用，排放结束后补充进水，并按比例补充营养液，继续增养3～5小时，再次排出20～40％的菌液，备用，排放结束后补充进水，如此重复20次，第二十次培养结束后，重复上述第一至第二十次培养过程；

步骤三，制备次生代谢用营养液：

1)所述次生代谢用营养液以重量百分比计包括以下组分：无机营养A类0.5～2％、无机营养B类0.1～0.5％、微量元素0.3～1.5％、生物生长素1.5～7％；所述无机营养A类选自尿素、碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐中的一种或多种，无机营养B类选自磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、偏磷酸盐中的一种或多种，微量元素选自Mg盐、Zn盐、Cu盐、Co盐中的一种或多种，生物生长素选自海带提取物、菠菜叶提取物、苜蓿草叶提取物、腐殖酸钠中的一种或多种；

步骤四，制备刺激微生物次生代谢产酶培养液：

1)所述次生代谢产酶培养液的组成、配比：次生代谢产酶培养液由步骤二所得培养液、步骤三所得次生代谢用营养液、灭菌工业废水、灭菌除氯自来水组成；先分别称取5～50重量份培养液、10～50重量份次生代谢用营养液和100～200重量份灭菌工业废水，然后混合加灭菌除氯自来水至1000重量份。次生代谢用营养液投加量按产酶系统中氨氮为30～50mg/L控制；

2)所述次生代谢产酶培养液的培养：培养条件pH为6.5～8，DO为3.0mg/L以上，温度为10～30℃；

3)所述次生代谢产酶培养液排放间歇进行：次生代谢达24小时后，排空系统中的培养液，备用，然后重复上述产酶投料和产酶过程。

步骤五，现场持续投加菌液

所述菌液为步骤二所得处于对数期菌群的培养液和步骤四所得次生代谢产酶培养液按比例持续投加至曝气池的进水端。

本发明还采取如下措施：

所述步骤一的营养液以重量百分比计包括以下组分：果糖1～10％、碳酸铵0.5～2％、磷酸二氢钾0.1～0.5％、ZnCO₃0.1～0.5％、MgSO₄0.1～0.5％、海带提取物0.5～2％、腐殖酸钠1～5％。

所述步骤三制备次生代谢用营养液以重量百分比计包括以下组分：碳酸铵0.5～2％、磷酸二氢钾0.1～0.5％、ZnCO₃0.1～0.5％、MgSO₄0.1～0.5％、海带提取物0.5～2％、腐殖酸钠1～5％。

所述步骤三的所述无机营养A类与无机营养B类的比为(5～10)∶1。

所述步骤五中所述处于对数期菌群的培养液的投加量为0.1～1‰。

所述步骤五中所述次生代谢产酶培养液的投加量为0.1～1‰。

与现有技术相比，本发明提出的一种利用微生物定向产酶处理废水的方法，具有如下优点：本发明通过调节微生物营养结构，首先对孢子状态的微生物进行活化、培养。当有机营养降低至COD小于100mg/L时，引入废水。这样，当有机营养消耗至COD小于50mg/L时，微生物为了自身生存的需要，就必须利用废水中的有机物进行次生代谢，刺激其进行次生代谢定向产酶，有效地提高系统对难降解有机物的去除能力，同时又提高了系统的稳定性。

具体实施方式：

下面结合具体实施方式作详细说明：一种利用微生物定向产酶处理废水的方法，包括如下步骤和工艺条件：

步骤一，制备培养用营养液：

1)所述营养液以重量百分比计包括以下组分：有机营养1～10％、无机营养A类0.5～2％、无机营养B类0.1～0.5％、微量元素0.3～1.5％、生物生长素1.5～7％；所述有机营养选自淀粉、葡萄糖、果糖中的一种或多种，无机营养A类选自尿素、碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐中的一种或多种，无机营养B类选自磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、偏磷酸盐中的一种或多种，微量元素选自Mg盐、Zn盐、Cu盐、Co盐中的一种或多种，生物生长素选自海带提取物、菠菜叶提取物、苜蓿草叶提取物、腐殖酸钠中的一种或多种。

为了保存和运输的需要，微生物产品中的菌群一般都处于孢子状态。为了刺激微生物次生代谢定向产酶，必须先对微生物进行激活和培养，步骤一就是针对这一要求来进行的。本发明所配制营养液，不仅可以提供微生物生长过程需要的有机碳源、无机氮磷和微量元素，而且该营养液包含了促生物质，可以加速微生物生长，缩短培养时间。该营养液中有机营养物主要是一些易生物降解有机物，由淀粉、葡萄糖、果糖等中的一种或多种构成；无机营养物主要是含氮、磷的物质，由尿素、碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐中的一种或多种与磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、偏磷酸盐中的一种或多种组成的混合物构成；微量元素是Mg盐、Zn盐、Cu盐、Co盐中的一种或多种，促生物质是海带提取物、菠菜叶提取物、苜蓿草叶提取物中的一种或多种。还需要指出的是，该营养液中融合了从风化褐煤中提取的腐殖酸钠，可以大大提高无机磷的利用效率，减少无机磷的流失。本发明的优选营养液以重量百分比计包括以下组分：果糖1～10％、碳酸铵0.5～2％、磷酸二氢钾0.1～0.5％、ZnCO₃0.1～0.5％、MgSO₄0.1～0.5％、海带提取物0.5～2％、腐殖酸钠1～5％。

步骤二，制备活化微生物的培养液：

2)培养条件：pH为6.5～8，DO为3.0mg/L以上，温度为10～30℃；

3)上述处于对数期菌群的培养液按一定比例间歇排放：第一次培养18～24小时后，排出20～40％的培养液，备用，排放结束后补充进水，并按比例补充营养液，继续增养3～5小时，再次排出20～40％的培养液，备用，排放结束后补充进水，如此重复20次，第二十次培养结束后，重复上述第一至第二十次培养过程。

本步骤中，本发明通过系统的有机负荷率F/M来控制营养液浓度与微生物菌种量之间的关联关系是非常有效的，如果F/M偏低，微生物处于静止期或内源呼吸期，难以实现增殖，甚至数量会减少。如果F/M偏高，容易造成物料的浪费，培养过程不经济。本发明的培养通过调节培养单元的接种量和营养液的投加量来控制F/M，使得微生物既能实现对数增长，又不会造成物料的浪费。具体的做法从实验中找到了平衡范围：微生物的接种量控制在系统容积的0.1～5％，系统中有机营养水平控制在300～500mg/L最适宜。

本发明采用市政供水，但市政自来水消毒药剂投加量的多少会直接影响微生物培养。消毒剂投加过量，自来水中含有过量余氯，会直接将复合微生物杀死。消毒剂投加不够，杀菌彻底，自来水中携带土著菌，培养过程中会对复合微生物造成污染。为了避免自来水消毒工艺对培养过程的影响，本发明对进水用自来水进行了除氯和灭菌处理，典型方法为活性碳过滤+超滤。

另外，pH、DO和温度都是微生物培养的重要影响因素。为此，培养过程中必须对系统的pH、DO和温度进行控制。不同微生物的生长对环境的要求也不一样的。所述复合微生物的典型控制条件为：pH为6.5～8，DO为3.0mg/L以上，温度为10～30℃。

本发明的培养液的间歇排放及有限排放，可有效地保证培养液中菌群始终处于对数期。

步骤三，制备次生代谢用营养液：

1)所述次生代谢用营养液以重量百分比计包括以下组分：无机营养A类0.5～2％、无机营养B类0.1～0.5％、微量元素0.3～1.5％、生物生长素1.5～7％；所述无机营养A类选自尿素、碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐中的一种或多种，无机营养B类选自磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、偏磷酸盐中的一种或多种，所述无机营养A类与无机营养B类的比为(5～10)∶1，微量元素选自Mg盐、Zn盐、Cu盐、Co盐中的一种或多种，生物生长素选自海带提取物、菠菜叶提取物、苜蓿草叶提取物、腐殖酸钠中的一种或多种。

在本步骤的出发点是，改变微生物的营养结构，可以刺激微生物次生代谢定向产酶。当系统中某种养分降低到阈值以下时，微生物为了生长需要，必须要利用系统中其它替代性营养物。当系统中替代性营养物不能通过细胞壁，被微生物利用时，微生物就会定向分泌与该替代营养物相匹配的胞外酶，并利用这些胞外酶将大分子营养物切割成小分子营养物，以便其通过细胞壁，被微生物利用。本发明通过在系统中的有机养分降低至COD 100mg/L以下时，引入替代有机碳源，改变微生物的营养结构，刺激微生物次生代谢分泌与替代有机碳源相匹配的胞外酶，将其切割成小分子有机物。再由微生物对这些小分子有机物吸入细胞进行利用。具体的做法是，将激活培养的菌液引入定向产酶单元，加入次生代谢用营养液，引入工业废水，控制系统环境条件，然后进行培养。次生代谢用营养液主要作用是为微生物提供生长过程所需要的无机养分，特别是氮源和磷源。所述氮源是尿素、碳酸铵、硫酸铵、硝酸盐中的一种或多种，磷源是磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、偏磷酸盐中的一种或多种。次生代谢用营养液中氮源和磷源的按照N∶P为(5～10)∶1的比例最为适宜。典型的次生代谢用营养液以重量百分比计包括以下组分：碳酸铵0.5～2％、磷酸二氢钾0.1～0.5％、ZnCO30.1～0.5％、MgSO40.1～0.5％、海带提取物0.5～2％、腐殖酸钠1～5％。

步骤四，制备刺激微生物次生代谢产酶培养液：

1)所述次生代谢产酶培养液的组成、配比：产酶培养液由步骤二所得培养液、步骤三所得次生代谢用营养液、灭菌工业废水、灭菌除氯自来水组成；先分别称取5～50重量份菌液、10～50重量份次生代谢用营养液和100～200重量份灭菌工业废水，然后混合加灭菌除氯自来水至1000重量份，次生代谢用营养液投加量按产酶系统中氨氮为30～50mg/L控制；

2)所述次生代谢产酶营养液的培养：培养条件pH为6.5～8，DO为3.0mg/L以上，温度为10～30℃；

3)所述微生物次生代谢培养液排放间歇进行：次生代谢达24小时后，排空系统中的培养液，备用，然后重复上述产酶投料和产酶过程。

本步骤中的次生代谢用营养液的投加量也是十分关键的，次生代谢用营养液以控制系统中N为30～50mg/L为准。灭菌工业废水的投加量按系统COD在1000～2000mg/L的标准确定。典型投加量为系统容积的5～15％。为了避免工业废水中土著菌的污染，本发明对引入的工业废水进行了灭菌处理。

步骤五，现场投加菌液

所述菌液为步骤二所得的处于对数期菌群的培养液和步骤四所得的次生代谢产酶培养液按比例持续投加至曝气池的进水端，所述处于对数期菌群的培养液的投加量为0.1～1‰，所述微生物次生代谢产酶培养液的投加量为0.1～1‰。

下面结合具体实施例进一步说明：

实施例1：

某造纸废水

第一步，制备培养用营养液：

营养液：分别称取5kg果糖，1kg碳酸铵，0.5kg MgSO4，0.2kg磷酸二氢钾，1kg海带提取物和3kg腐殖酸钠，混合均匀，加除氯灭菌自来水至100kg，搅拌使其溶解。

第二步，制备活化微生物的培养液：

培养液采用两台宜态科环保的生物在线自动培养器，交替运行。分别称取10kg上述营养液，2kg百特安产品231，搅拌，加除氯灭菌自来水至1000kg，开始培养。24小时后再分别称取10kg上述营养液A，2kg百特安产品231，搅拌，加除氯灭菌自来水至1000kg，开始培养。培养过程中工艺条件控制为：pH为7～7.8，DO为3.0mg/L以上，温度为20～30℃。培养液按一定比例间歇排放：第一次培养时间为24小时。第一次培养结束后，排出25％的培养液，留用。排放结束后，补充进水，并按比例补充营养液，继续培养4小时，再次排放25％的培养液，留用。排放结束后，重复第二次培养过程，直至第20次培养结束。第20次培养结束后，重复上述第1至20次培养过程。

第三步，制备次生代谢用营养液：1kg碳酸铵，0.5kg MgSO4，0.2kg磷酸二氢钾，1kg海带提取物和3kg腐殖酸钠，混合均匀，加除氯灭菌自来水至100kg，搅拌使其溶解。

第四步，制备刺激微生物次生代谢产酶培养液：产酶系统采用两台宜态科环保的生物在线自动培养器，交替运行。分别称取10kg第二步排放的处于对数期菌群的培养液、10kg次生代谢用营养液、50kg灭菌造纸工业废水，搅拌，加除氯灭菌自来水至1000kg。开始培养，培养过程中工艺条件控制为：pH为7～7.8，DO为3.0mg/L以上，温度为20～30℃。次生代谢培养液排放间歇进行排放：微生物次生代谢达24小时后，排空系统中的含酶菌液。重复上述产酶投料和产酶过程。

第五步，现场投加菌液：

所述菌液为上述第二步所得的处于对数期菌群的培养液和第四步所得的次生代谢产酶培养液持续投加到废水处理的曝气池中，投加量分别控制在1000和500ppm。

通过采用本发明的方法，强化了好氧处理的效果，使得好氧处理出水COD均值从原来的450mg/L降低到300mg/L，降低了企业的废水处理成本。

实施例2：

印染废水

第一步，制备培养用营养液：

营养液：分别称取5kg果糖，1kg碳酸铵，0.2kg磷酸二氢钾，0.5kg硫酸镁，1kg海带提取物和3kg腐殖酸钠，混合均匀，加除氯灭菌自来水至100kg，搅拌使其溶解。

第二步，制备活化微生物培养液：

培养系统采用两台宜态科环保的生物在线自动培养器，交替运行。分别称取10kg上述营养液，2kg百特安产品431，搅拌，加除氯灭菌自来水至1000kg，开始培养。24小时后再分别称取10kg上述营养液，2kg百特安产品431，搅拌，加除氯灭菌自来水至1000kg，开始培养。培养过程中工艺条件控制为：pH为7～7.8，DO为3.0mg/L以上，温度为20～30℃。培养液按一定比例间歇排放：所述培养单元间歇排放，第一次培养时间为24小时。第一次培养结束后，排出25％的菌液。排放结束后，补充进水，并按比例补充营养液，继续培养4小时，再次排放25％的菌液，留用，排放结束后，重复第二次培养过程，直至第20次培养结束，第20次培养结束后，重复上述第1至20次培养过程。

第四步，制备刺激微生物次生代谢产酶培养液：产酶系统采用两台宜态科环保的生物在线自动培养器，交替运行。分别称取10kg第二步排放的含对数期微生物的培养液、10kg次生代谢用营养液、50kg灭菌印染废水，搅拌，加除氯灭菌自来水至1000kg。开始培养，培养过程中工艺条件控制为：pH为7～7.8，DO为3.0mg/L以上，温度为20～30℃。次生代谢培养液排放间歇进行排放：微生物次生代谢达24小时后，排空系统中的含酶菌液。重复上述产酶投料和产酶过程。

第五步：现场投加菌液：所述菌液为上述第二步排放的处于对数期菌群的培养液和第四步排放的次生代谢产酶培养液持续投加到废水处理的曝气池中，投加量分别控制在2000和800ppm。

通过采用宜态科环保的上述生物增效系统和百特安系列产品，强化了好氧处理的效果，使得好氧处理出水COD均值从原来的350mg/L降低到180mg/L，降低了企业的废水处理成本。

以上结合实施例作了说明，上述实施例并不构成对本发明的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用微生物定向产酶处理废水的方法，其特征在于，包括如下步骤和工艺条件：

步骤一，制备培养用营养液：

步骤二，制备活化微生物的培养液：

1)所述培养液的组成、配比：培养液由孢子态微生物、步骤一制备的培养用营养液、水组成，所述孢子态微生物为市购百特安系列微生物产品，所述水为经除氯、灭菌的水，配制时称取0.5～10重量份微生物产品、10～l00重量份营养液，然后搅拌均匀后加水至1000重量份，培养用营养液投加量按系统中COD在300～500mg／L控制；

2)培养条件：pH为6.5～8，DO为3.0mg／L以上，温度为10～30℃；

3)上述步骤二2)培养所得含处于对数期菌群的培养液按一定比例间歇排放：在第一次培养周期18～24小时结束后，排出20～40％的培养液，备用，排放结束后补充进水，并按比例补充营养液，继续培养3～5小时，再次排出20～40％的培养液，备用，排放结束后补充进水，如此重复20次，第二十次培养结束后，重复上述第一至第二十次培养过程；

步骤三，制备次生代谢用营养液：

步骤四，制备刺激微生物次生代谢产酶培养液：

1)所述次生代谢产酶培养液的组成、配比：次生代谢产酶培养液由步骤二所得含处于对数期菌群的培养液、步骤三所得次生代谢用营养液、灭菌工业废水、灭菌除氯自来水组成；先分别称取5～50重量份由步骤二所得含处于对数期菌群的培养液、10～50重量份次生代谢用营养液和100～200重量份灭菌工业废水，然后混合加灭菌除氯自来水至1000重量份，次生代谢用营养液投加量按产酶系统中氨氮为30～50mg／L控制；

2)所述步骤四1)所得次生代谢产酶培养液的培养：培养条件pH为6.5～8，DO为3.0mg／L以上，温度为10～30℃；

3)所述步骤四2)所得培养后的微生物次生代谢产酶培养液排放间歇进行：次生代谢达24小时后，排空系统中的培养液，备用，然后重复上述产酶投料和产酶过程；

步骤五，现场投加菌液：

所述菌液为步骤二所得含处于对数期菌群的培养液和步骤四所得培养后的微生物次生代谢产酶培养液，两者投加量按比例持续投加至曝气池的进水端。

2.根据权利要求1所述的利用微生物定向产酶处理废水的方法，其特征在于，所述步骤一的培养用营养液以重量百分比计包括以下组分：果糖1～10％、碳酸铵0.5～2％、磷酸二氢钾0.1～0.5％、ZnCO₃0.1～0.5％、MgSO₄0.1～0.5％、Co(NO₃)₂0.1～0.5％、海带提取物0.5～2％、腐殖酸钠1～5％。

3.根据权利要求1所述的利用微生物定向产酶处理废水的方法，其特征在于，所述步骤三的次生代谢用营养液以重量百分比计包括以下组分：碳酸铵0.5～2％、磷酸二氢钾0.1～0.5％、ZnCO₃0.1～0.5％、MgSO₄0.1～0.5％、Co(NO₃)₂0.1～0.5％、海带提取物0.5～2％、腐殖酸钠1～5％。

4.根据权利要求1所述的利用微生物定向产酶处理废水的方法，其特征在于，所述步骤三的所述无机营养A类与无机营养B类的比为(5～10)∶1。

5.根据权利要求1所述的利用微生物定向产酶处理废水的方法，其特征在于，所述步骤五中含处于对数期菌群的培养液按比例的投加量为0.1～l‰。

6.根据权利要求1所述的利用微生物定向产酶处理废水的方法，其特征在于，所述步骤五中培养后的微生物次生代谢产酶培养液按比例的投加量为0.l～1‰。