CN102583771B - 难分解性废水的生物处理方法及废水处理剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种污废水、皮革废水及畜产粪尿的生物处理方法，本发明在不经过难分解性废水物理和化学预处理的情形下进行生物处理，还能减少废水处理过程中发生的各种恶臭及污泥。本发明难分解性废水的生物处理方法包括下列步骤：复合微生物液剂制备步骤，混合原料制备步骤，高温接种步骤，培养步骤，干燥步骤，微生物原液制备步骤，及微生物活化步骤。

Description

难分解性废水的生物处理方法及废水处理剂
技术领域
本发明涉及一种污废水、皮革废水及畜产粪尿的生物处理方法，本发明难分解性废水的生物处理方法及废水处理剂在不经过难分解性废水物理·化学预处理的情形下进行生物处理，还能减少废水处理过程中发生的各种恶臭及污泥。
背景技术
一般来说，排放高浓度难分解性废水的产业是污染各种水生态环境水质的原因。在排放高浓度难分解性废水的厂商中，畜产农家由于大部分属于小规模经营并且位于连接宽阔水生态环境的自来水水源区，越发提高它的严重程度。而且，畜产农家在处理畜产粪尿时会发生大量污泥(sludge，混于水或油等物质的杂质沉淀到底部)，这些污泥处理费用越发增加了畜产农家的经营困难。
作为代表性高浓度难分解性废水之一，皮革制造厂商所发生的皮革废水是一种混有各种有机物、残留化学药品及重金属等物的高浓度难分解性废水，全世界的主要趋势为使用物理化学处理方法，生物处理方法则仅扮演着辅助作用。
在韩国国内，皮革废水一直适用T-N允许排放基准60mg/l与COD允许排放基准90mg/l的严格基准进行管理，但由于判断出现有技术几乎不可能满足允许排放基准，因此在2004年由环境部把某些原皮加工设施的T-N允许排放基准放宽到200mg/l，在2010年8月的今天，产业界依然呼吁放宽允许排放基准。
亦即，目前为止的技术无法在前述难分解性特定废水的处理达到令人满意的处理水平，更何况，由于这些废水被判定为不适合进行生物处理，因此在物理化学预处理后进行生物处理，大量的化学处理导致沉淀而发生污泥。而且，处理过程中发生的严重恶臭问题加上污泥处理的困难，非常迫切地需要开发出根本性对策及有效的处理方法。
发明内容
发明需要解决的技术课题
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种难分解性废水的生物处理方法，其提出了畜产粪尿、皮革废水之类的高浓度难分解性废水的生物处理可能性，减少废水处理过程中发生的污泥。
本发明的另一个目的是提供一种废水处理剂，其能够处理畜产粪尿、皮革废水之类的高浓度难分解性废水。
解决课题的技术方案
为了达到上述目的，本发明难分解性废水的生物处理方法包括下列步骤：复合微生物液剂制备步骤，把混合了混合微生物BM-S-1(寄存编号KCTC11789BP)0.01～1重量％、粉末稻壳0.1～1重量％、粉末泥煤苔(peat moss)0.1～1重量％、糖蜜1～5重量％、香菇废木粉0.01～1重量％及水92～98重量％的复合微生物液剂维持在15～28℃制备复合微生物液剂；混合原料制备步骤，把培养原料50到95重量％及所述复合微生物液剂5到50重量％混合后构成；高温接种步骤，在65℃～85℃的高温条件下，针对所述混合原料100重量份接种混合微生物(BM-S-1)0.01到1重量份；培养步骤，把所述高温接种的混合原料予以培养；干燥步骤，把所述培养的混合原料予以干燥；微生物原液制备步骤，把所述干燥的混合原料培养成液剂状态；及微生物活化步骤，为了把经过所述微生物原液制备步骤的微生物原液投入废水而增殖微生物个体数并予以活化。
根据较佳实施例，上述废水选自畜产粪尿、皮革废水或难分解性废水，所述微生物原液呈固定在碳氢化物培养基的形态。
本发明较佳实施例的废水处理剂由混合微生物BM-S-1(寄存编号KCTC11789BP)0.01～1重量％、粉末稻壳0.1～1重量％、粉末泥煤苔0.1～1重量％、糖蜜1～5重量％、香菇废木粉0.01～1重量％及水92～98重量％混合制成。
有益效果
具有上述构成的本发明能够发挥出下列效果。
对于被视为高浓度难分解性的畜产粪尿与皮革废水，与现有的物理·化学处理工艺相比，本发明单靠生物处理也能实现优异的处理效率并且大幅减少恶臭与污泥的发生。
而且，本发明减少农家或企业的环境费用而得以降低生产成本。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的难分解性废水的生物处理流程图。
图2是本发明较佳实施方式的难分解性废水的生物处理的工艺流程图。
图3是本发明实验例1的T-N测定值图形。
具体实施方式
下面详细说明本发明的内容。
本发明的生物处理方法可以有效地净化皮革废水与畜产粪尿等对象，它们比一般河川污水的污染程度严重并且含有很多难分解性物质。
首先，本发明使用的混合微生物(BM-S-1)在2010年10月20日以寄存编号KCTC11789BP被寄存在韩国生命工学研究院微生物资源中心以作为其寄存机关。所述混合微生物(BM-S-1)的分离鉴定结果，其由包括普雷沃氏菌科(Prevotellaceae_uc_s)、乳酸杆菌属(Lactobacillus_uc)、类布氏乳杆菌(Lactobacillus parabuchneri)、乳酸杆菌科(Lactobacillaceae_uc_s)、类干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)、Lactobacillus parafarraginis、Lactobacilluscamelliae、食木薯乳杆菌(Lactobacillus manihotivorans)、罗旺醋杆菌(Acetobacter lovaniensis)、乙醇杆菌(Ethanoligenens_uc)、韦荣氏球菌科(Veillonellaceae_uc_s)、Lactobacillus similis、Lactobacillus harbinensis及红螺菌目(Rhodospirillales_uc_s)在内的130多种各式各样的细菌(参考表1)及酵母(博伊丁假丝酵母(Candida boidinii))构成。
下列表1是根据Pyrosequencing分析所做出的混合微生物(BM-S-1)的种分布表。
表1
  种名   比率(％)
  普雷沃氏菌科(Prevotellaceae_uc_s)   22.2
  乳酸杆菌属(Lactobacillus_uc)   17.7
  类布氏乳杆菌(Lactobacillus parabuchneri)   6.9
  乳酸杆菌科(Lactobacillaceae_uc_s)   6.5
  类干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)   5.8
  Lactobacillus parafarraginis   4.3
  Lactobacillus camelliae   3.0
  食木薯乳杆菌(Lactobacillus manihotivorans)   2.4
  罗旺醋杆菌(Acetobacter lovaniensis)   2.3
  丘状菌落乳杆菌(Lactobacillus collinoides)   2.2
  Lactobacillus vini   2.0
  希氏乳杆菌(Lactobacillus hilgardii)   1.8
  戊糖乳杆菌(Lactobacillus pentosus)   1.7
  Lactobacillus rapi   1.5
  Lactobacillus pantheris   1.3
  乙醇杆菌(Ethanoligenens_uc)   1.2
  韦荣氏球菌科(Veillonellaceae_uc_s)   1.2
  Lactobacillus similis   1.2
  Lactobacillus harbinensis   1.0
  红螺菌目(Rhodospirillales_uc_s)   0.5
  其他   13.8
  总共   100.0
*是总共6801克隆的分析结果；**uc_s表示未分类物种(unclassifiedspecies)。
在此，乳酸杆菌(Lactobacillus sp.)把周围环境转换成酸性条件或生成过氧化氢而抑制病原性微生物等有害微生物的生长。在环境方面主要栖息于分解的植物残留物中，也存在于人类或动物的肠里而显示微生态调节剂(probiotic)活性。在红螺菌目(Rhodospirillales)分成醋酸杆菌科(Acetobacteraceae)与红螺菌科(Rhodospirillaceae)，醋酸杆菌科(Acetobacteraceae)包括表1所示的罗旺醋杆菌(Acetobacter lovaniensis)，该种具有可以从酒精(Alcohol)中形成醋酸的好氧性，在各种植物(甘蔗、红薯、咖啡、茶、香蕉等)的根、茎、叶之类的部位栖息。
而且，红螺菌科(Rhodospirillaceae)包括紫色无硫细菌及绿色无硫细菌，它们利用存在于本微生物制剂的乳酸杆菌(Lactobacillus sp.)、醋酸杆菌(Acetobacter sp.)及其它厌氧性细菌(Ethanoligenens sp.)所生成的各种有机酸或乙醇(ethanol)成长或者通过光合作用固定CO2而在有机物污染废水的净化中扮演重要角色。在本制剂中占有不少密度的普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)主要存在于正常温血动物(人类、动物等)的肠并且可以把糖转换成丁二酸(succinic acid)或醋酸，判断其有助于有机物的快速分解。而且，从本研究中分离出来的优势物种(dominant species)酵母被鉴定为博伊丁假丝酵母(Candida boidinii)，据推测，它能生成维生素或氨基酸之类的生理活性物质而对所述混合微生物(BM-S-1)的成长与有机物分解做出贡献。
前述混合微生物(BM-S-1)的分离过程如下。
采取土壤试料(竹子腐叶土、反刍胃未消化物、阔叶树腐叶土)后与粉碎成80～120筛目(mesh)的培养基(米糠、稻壳、锯末、蛋壳、贝壳、泥煤苔)混合并形成水分活性40～60％后在半树荫状态的土壤培养90天。
把混合了米糠10重量％、稻壳40重量％、泥煤苔25重量％、锯末25重量％的培养基调整为水分活性60％后，在这里接种经过所述培养过程的试料0.01重量份，该重量份则相对于整体培养基100重量份，在80～90℃的温度下旋转发酵4小时后，在3星期后发酵制成水分浓度为8％以下的粉末状混合微生物。这样分离出来的本发明所用微生物(BM-S-1)以韩国生命工学研究院微生物资源中心作为寄存机关并且以混合菌株(BM-S-1)(寄存编号：KCTC11789P；寄存日2010.10.20)寄存。
利用这样分离出来的复合微生物(BM-S-1)的难分解性废水的生物处理工程包括复合微生物液剂制备步骤、混合原料制备步骤、高温接种步骤、培养步骤、干燥步骤、微生物原液制备步骤、微生物活化步骤地实现。
首先，所述复合微生物液剂制备步骤把混合微生物BM-S-1(寄存编号KCTC 11789BP)0.01～1重量％、粉末稻壳0.1～1重量％、粉末泥煤苔0.1～1重量％、糖蜜1～5重量％、香菇废木粉0.01～1重量％及水92～98重量％混合后的复合微生物液剂一面维持15～28℃一面投入6～8×103L/min的空气2～4天(曝气过程)，然后中断曝气过程2～4天。把前述曝气与中断过程重复执行18～36天培养后制成复合微生物液剂。根据本发明人的研究结果，所述曝气等条件是最佳结果，虽然可以对上述培养条件稍作变化，但判断该变化不会脱离本发明的权利范围。
制成前述复合微生物液剂后，制作由选自预发酵的泥煤苔与稻壳所组成的群的一种以上的培养原料50到95重量％及所述复合微生物液剂5到50重量％构成的混合原料。
然后进行高温接种步骤，该步骤接种相对于混合原料100重量份的混合微生物(BM-S-1)0.01到1重量份。
本发明的微生物剂的培养原料包括容易得到并且成本较低的稻壳、泥煤苔。在此，可以使用林副产物、农副产物或食物残留物等。所述培养原料可以单独使用所述稻壳、泥煤苔、林副产物、林副产物或者组合后使用，优选地，事先把所述培养原料粉碎成80～160筛目(mesh)左右并预发酵后制成粉末状使用。
把所述混合及粉碎后的原料放进旋转培养基后，为了维持适合微生物发酵的环境而调节水分，然后接种土壤复合种菌(BM-S-1)。
所述复合种菌没有人为过滤地直接采取具有季节、环境多样性的土壤的微生物相后，在碳氢化物培养基上经过6～9个月的环境适应过程去掉有害性后制成粉末状。
在制备本发明的微生物制剂时，优选地，以相对于混合原料总重量100重量份的0.01到1重量份接种所述混合种菌(BM-S-1)。
进行高温接种步骤，该步骤在65℃到85℃下接种所述混合原料4到6小时。考虑到一般微生物接种在20℃到40℃范围进行，可知本发明是在高温条件下进行的。尤其是在本发明的一个实施方式中，接种了所述土壤复合种菌的培养原料在65℃到85℃温度下以60～180rpm/min的速度搅拌4到6小时。这是为了诱导培养基成分的热变性以便诱导土壤微生物增殖而在65℃以上的温度进行，但为了诱导本发明的土壤微生物复合菌的活性度而在85℃以下的温度进行。
这样选择高温接种的理由如下。在比较了20～40℃的中低温培养与65～85℃的高温培养的土壤菌株多样性后发现，与中低温性相比，高温培养的菌种多样性呈现出3～5倍左右的差异，因此进行了高温接种。
在所述高温接种步骤后，选择性地把所述培养的混合原料自然冷却到室温后投入具有通气性的多孔型容器并培养28到45天，然后予以干燥。此时，粉碎成120筛目以下尽量增加水分亲和力而制成微细粉末状的高水分亲和力微生物粉末产品。而且，还可以包括成型步骤，把所述复合微生物液剂13到16重量份添加到后发酵完毕的粉末状后利用成型机予以固定化。
虽然可以通过干燥或粉碎过程制成粉末状，但也可以视需要而选择性地进行成型过程，因此为了成型而供应水分。所述成型过程没有特别限制，本发明一个实施方式把培养的微生物制剂加工成丸型(pellet type)时，利用每小时500到700kg处理容量的成型机成型。
亦即，在所述培养或成型步骤后，可以进行熟成步骤，该步骤对所述培养的微生物制剂实行后发酵(after fermentation)。干燥步骤在无虑微生物热变性的范围内可以使用公知的一切干燥方法而没有特别限制。本发明的一个实施方式在40到60℃范围进行了热风干燥。
而且，本发明还包括：微生物原液制备步骤，把所述干燥的混合原料培养成液剂状态；及微生物活化步骤，为了把经过所述微生物原液制备步骤的微生物原液投入废水而增殖微生物个体数并予以活化。
这是因为，相对于把微生物直接添加到废水处理池，上述方式可以让微生物迅速地发挥功能，在现场以活化状态投入时更有效。为了活化微生物，可以凭借稀释诱导微生物的活性，或者在混合了所适用废水的放流水10到20重量％的液体培养基上进行活化更有利。亦即，利用活化培养基就能提高微生物的活性并缩短分解时间，因此该方法更好。
把微生物活化后添加的形态是一种稳定地持续维持微生物活性的方法，该方法的具体内容已被公知的各种方法广泛地公开。
根据上述本发明的废水处理方法，可以利用本发明的微生物制剂把高COD值及高浓度的含氮质皮革废水、畜产粪尿下降到基准值以下。而且，本发明的微生物制剂可以视需要而添加各种添加剂，例如矿物(凝聚剂)、海藻酸及其盐、有机酸、保护性胶体增粘剂、成型化用制剂等。按照前文所示方式制成的微生物制剂的添加方法，只要能够均匀地分散在处理池内就能采取任何方法。例如，可以在处理池的废水里投入空气后通过排水净化或搅拌机等进行搅拌而把微生物从储存容器直接手动投入。处理废水的复数处理池的整体容量与滞留时间根据废水量而不同，一般来说，复数处理池整体的废水滞留时间为最少0.3天到最多28天左右。优选地，把滞留时间调整到0.5天到11天左右。所构成的处理池数量虽然没有限制，但从效率与装置成本观点说，以3到5池较佳。
处理微生物制剂时可以测定Ph、DO(溶氧)、处理前后的COD值等因素后进行管理。Ph为4.0～8.5，以5.5～8.0较佳，也可以根据废水性质而选择更窄的管理幅度。DO为3.0mg/l～13.0mg/l，以5.0mg/l～9.0mg/l较佳。pH可以通过添加酸或碱的方式进行控制，DO则在污水里投入空气并通过调节排水净化量的方式进行控制。特定化合物的浓度测定虽然可以使用直接定量，但是在管理上的实际方法则以对应于浓度的值而使用CODmn。测量CODmn时，优选地，测量起始废水处理池入口与最终处理池出口双方的浓度。废水处理过程可以投入适合微生物生育的碳源、氮源或有机营养源、无机盐。作为有机营养源投入聚蛋白胨(Polyeptone)、酵母浓缩液、肉浓缩液、糖蜜等，作为无机营养源投入各种磷酸盐、镁盐等，有机营养源的添加量是废水量的0.001～0.005重量％，以0.001～0.002重量％较佳，无机营养源的添加量是有机营养源的0.01～0.1重量％左右。该量不是限定性的，可以根据废水性质或状态适当地选择。
利用凭借所述构成得到的微生物制剂的废水处理方法，不仅满足当前的废水允许排放标准，在污泥发生量方面，处理前每天发生40～50吨左右的污泥在适用了6个月后平均减少了85％，这带来了4千～5千万韩元的成本节约效果。在禁止投放海洋的2011年以后，污泥处理费用会难以想象地增加。
下面结合实施例与实验例详细说明本发明的内容。然而，它们只是详细说明本发明而不能限定本发明的权利范围。
实施例1 混合微生物的培养
在60℃下热处理含有微生物的土壤试料(竹子腐叶土、松树腐叶土、橡树废木、阔叶树腐叶土)30分钟后在研钵磨匀，然后取出试料1g在0.85％NaCl9mL上悬浮后，稀释成100到10-6。把各稀释悬浮液100μL在TSA、BL、BBL培养基(DIFCO公司)上划线(streak)，在28℃培养而培养出混合微生物。
实施例2 废水处理剂的制备
把上述培养的混合微生物(BM-S-1)0.05kg、粉末稻壳0.2kg、粉末泥煤苔0.2kg、糖蜜2.5kg及香菇废木粉0.1kg混合到符合饮用水基准的水后形成100kg的重量，一面维持15到28℃的温度一面投入60cm3/min的空气3天然后中断曝气3天，重复该过程30天培养并制成复合微生物液剂。上述复合微生物液剂的总菌数为2.8×109cfu/g。
另外，把事先粉碎的稻壳45kg、粉末泥煤苔45kg放进旋转木培养基后混合30分钟。在上述混合后的原料上加入复合微生物液剂10kg并且调整到水分活性浓度50～60％后，以培养原料整体重量的0.02％接种上述土壤微生物复合种菌。
一面让接种后的培养原料以120rpm/min的速度旋转，一面进行了5小时的培养基内部温度65～80℃的发热培养状态。之后，把培养完毕的原料冷却到20℃后，经过热风干燥60℃的过程制成水分含量低于10％的粉末状微生物制剂90kg。
<实验例1>适用于皮革废水
把本发明实施例的微生物制剂适用于釜山市新平皮革组合运营的共同废水处理设施。
首先，在1吨罐里投入种菌5kg与上述粉末状微生物制剂15kg及糖蜜25kg后搅拌并且把内容物熟成24小时，然后把熟成的内容物1吨以10吨水进行第一阶段稀释，诱导活化24小时后放进30吨罐。
当30吨罐的安全库存(safety inventory)为20吨时，倒入了上述稀释液10吨后使用。30吨里的微生物液相制剂按照一天5吨的方式进行流量调节而没有进行其它化学处理过程，其结果，几乎没有发生污泥发生量，恶臭也减少。
如下述表2及表3(运用微生物制剂的皮革废水处理的实验例)所示，从BOD、COD及T-N等的测定值可以看出放流水的水质获得了大幅度地改善。
表2
表3
Figure BSA00000659800100102
在上述表2及表3中，单位：mg/；**是相对于原水的第二阶段沉淀池的处理效率；***是相对于原水的第三阶段沉淀池的处理效率。
前文参考本发明的较佳实施例进行了说明，但熟悉本技术领域的业内人士可以在下述权利要求书上记载的本发明内容及领域的范围内对本发明进行各种修改与更改。

Claims (4)

1.一种难分解性废水的生物处理方法，包括下列步骤： 
复合微生物液剂制备步骤，把寄存编号KCTC11789BP的混合微生物BM-S-1 0.01～1重量%、粉末稻壳0.1～1重量%、粉末泥煤苔0.1～1重量%、糖蜜1～5重量%、香菇废木粉0.01～1重量%及水92～98重量%的混合物维持在15～28℃制备复合微生物液剂； 
混合原料制备步骤，把培养原料50到95重量%及所述复合微生物液剂5到50重量%混合后构成； 
高温接种步骤，在65℃～85℃的高温条件下，针对所述混合原料100重量份接种混合微生物BM-S-1 0.01到1重量份； 
培养步骤，把所述高温接种的混合原料予以培养； 
干燥步骤，把所述培养的混合原料予以干燥； 
微生物原液制备步骤，把所述干燥的混合原料培养成液剂状态；及 
微生物活化步骤，为了把经过所述微生物原液制备步骤的微生物原液投入废水而增殖微生物个体数并予以活化。 
2.根据权利要求1所述的难分解性废水的生物处理方法，其特征在于：所述废水选自畜产粪尿或皮革废水。 
3.根据权利要求1所述的难分解性废水的生物处理方法，其特征在于：所述微生物原液呈固定在碳氢化物培养基的形态。 
4.一种废水处理剂，其特征在于： 
适用于废水处理，由寄存编号KCTC11789BP的混合微生物BM-S-1 0.01～1重量%、粉末稻壳0.1～1重量%、粉末泥煤苔0.1～1重量%、糖蜜1～5重量%、香菇废木粉0.01～1重量%及水92～98重量%混合制成。 
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