CN102690022B - 一种含锰废水的升流式微生物反应器处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含锰废水的升流式微生物反应器处理工艺。含锰废水首先经潜水泵进入初级沉淀池，经初级沉淀处理后接着经由管道泵连续进入两个串联的好氧生物反应池，进水由进水泵控制，从串联的反应池中排出的水接着进入三层过滤池，从三层过滤池中排出的水即为处理之后的清水，进入清水池，由出水阀控制流量。本发明克服了以往传统方法的局限，生物法的材料来源广泛，价格低廉；不使用化学药剂，降低了成本；不产生二次污染，是绿色、环保的技术方法；处理之后的锰可以进行回收资源化。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种利用微生物作用处理含锰废水的升流式反应器工艺。
背景技术
锰在环境中虽然不是剧毒金属元素，但环境中过量的锰是不容忽视的污染问题。水中过量的锰会沉积在管壁上，降低给排水管网的通水能力，影响供水水质，甚至引起管道的腐蚀破损。土壤中过量的锰会引起动植物中毒，生长严重受阻，并通过植物和动物富集，最终危害人体健康。若生活饮用水中含有过量的锰会产生强烈异味，造成人体的慢性中毒，毒害人体神经系统。我国将生活饮用水中锰含量标准限制在0.1mg/L以内。目前在我国，含重金属锰的废水量十分巨大，采矿业和锰加工行业都是排放此类废水的重点源头。
目前，含锰废水主要采用化学沉淀和传统的活性污泥法进行处理。治理含锰废水的化学方法主要包括碱化除锰、强氧化剂除锰（高锰酸钾、二氧化氯和氯气等）、接触氧化除锰。但这些传统的除锰技术无一例外的需要投加大量的化学药剂，不但成本昂贵，而且处理之后产生污泥，造成了二次污染；同时，这些技术使得废水中的锰离子直接进入污泥，无法资源化回收。
传统的活性污泥法通过生物处理去除废水中的有机污染物质，再用化学沉淀法将溶解的锰氧化为不溶解的氧化锰或氢氧化锰，经凝聚、过滤去除，但该工艺过程复杂，投资大，耗酸、碱量大，引起二次污染。另外，传统的活性污泥法依靠二沉池进行泥水分离，使得曝气池中污泥浓度不能太高并且必须控制较短的SRT值，导致处理装置容积负荷低、占地面积大、耐冲击负荷差等，且易受污泥膨胀的影响。
目前存在的利用生物技术处理重金属的技术还包括使用细菌的方法。
CN 1375553A公开了一种氧化亚铁硫杆菌及其去除污水污泥重金属的方法。向污泥中投加硫酸亚铁和元素硫，接种氧化亚铁硫杆菌，培养出驯化污泥；将驯化污泥加至反应器，与原料搅拌、通气、沉降；沉降污泥回流反应器；剩余沉降污泥脱水；液相部分调节pH沉淀重金属；固相部分中和后农用。但该技术只能去除污泥中的Zn、Cu、Cd、Ni、Cr，并不能去除废水中的锰离子。
CN 101514046A涉及一种含锰有机废水膜生物反应器处理工艺，包括预处理、好氧生化处理及膜过滤出水阶段，其特征在于先将含锰有机废水预处理，再经过好氧生物池进行生化处理，生化处理后的水再经布置在膜池中的平板微滤膜或超滤膜进行膜过滤出水；其中，好氧生物池和膜池组成膜生物反应器。该技术利用的是二价锰离子氧化细菌，将废水中的二价锰离子氧化成为锰氧化物，最终通过膜进行过滤。
本发明利用能够氧化二价锰离子的真菌菌体进行生物处理。真菌与细菌相比，生物量大，吸附转化效率高，并且适应性更强，生长更加迅速。同时，本发明不采用膜过滤的方式，而是采取模块化的其他非生物过滤填料进行末端的过滤，既降低了成本，又能起到层层去除的效果。
发明内容
本发明的目的在于研究一种利用微生物作用来去除废水中的锰离子的方法，是一种以反应器形式发挥作用的处理工艺。本发明克服了以往传统方法的局限，生物法的材料来源广泛，价格低廉；不使用化学药剂，降低了成本；不产生二次污染，是绿色、环保的技术方法；处理之后的锰可以进行回收资源化。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种含锰废水的升流式微生物反应器处理工艺，含锰废水首先进行初级沉淀处理，然后进行好氧生化处理，最后经三层过滤处理后出水。其中，初级沉淀处理，好氧生化处理以及三层过滤处理均可由本领域技术人员根据实际情况选择适合的设备进行，均可实现本发明目的，以下为各单元的优选，并非限制。
本发明所述好氧生化处理优选由两个串联的好氧生物反应池进行。
好氧微生物的生长发育、繁殖和产生代谢产物都需要消耗氧气，在发酵过程中必须通入适量的无菌空气满足菌体的生长需要。所述好氧生物反应池中设置有气泵，来保持池内的好氧环境，为其中的好氧微生物提供足够的氧气。
本发明所述好氧生物反应池中的微生物优选为真菌菌种。
进一步地，好氧生物反应池中的微生物选用真菌菌种XS3-3-2（Leptosphaerulina chartarum），保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC），保藏日期为2012年02月09日，保藏号为CGMCC No.5776。该菌种可以将液态的二价锰离子氧化成为更高价的锰氧化物固体并从液体中沉淀出来，因而可以用于去除废水中的二价锰离子。该菌种的详细信息在本申请人的在先申请PCT/CN2012/075348中有详细记载，在本发明中无特殊改变。
所述真菌菌种XS3-3-2CGMCC No.5776是从有色金属矿区的污染土壤中分离得到的。土壤环境中所含二价锰离子的浓度越高，从中分离出对锰具有高耐受力和氧化能力的菌种就越容易。
所述真菌菌种具体的分离步骤如下：
（1）将10克新鲜土样装入含有90毫升无菌水的三角瓶中；
（2）用玻璃珠打散，搅匀，制成土壤悬液；
（3）用涂布法将土壤悬液涂布在分离培养基Ⅰ平板上，所述分离培养基Ⅰ的组成为：无水醋酸钠0.2406g/L，酵母抽提物0.15g/L，琼脂15g/L，氯霉素0.1g/L，其余为去离子水，且pH=7.0，120℃高温高压灭菌30分钟；
（4）将所涂布的分离培养基Ⅰ在30℃的条件下培养2~4天，获得单个菌落；
（5）将所述单个菌落分别接入新鲜的分离培养基Ⅰ中进行分离培养，获得多个纯化的菌落；
（6）对步骤（5）中得到的多个纯化的菌落重复步骤（5）的操作3~5次，得到进一步纯化的菌落；
（7）从步骤（6）中得到的菌落取等量的菌体分别接入液体培养基Ⅰ中，所述液体培养Ⅰ基的组成为：无水醋酸钠0.2406g/L，酵母抽提物0.15g/L，二价锰离子350μmol/L，其余为去离子水，且pH=7.0，120℃高温高压灭菌30分钟；在30℃且避光的条件下培养14天；培养结束后将培养液离心分离，分别取上清液，采用原子吸收分光光度法测定上清液中的二价锰离子浓度，其中二价锰离子浓度最低者所对应的菌种即为本发明筛选出的具有二价锰离子氧化能力的真菌菌种XS3-3-2 CGMCC No.5776。
本发明的真菌菌种XS3-3-2成本低廉，大规模生产方便，能够显著地将废水中所含有的大量二价锰离子氧化成为更高价的锰氧化物并从水中沉淀出来，便于产业化地实现废水中金属锰离子的去除以及其他各种下游应用。
本发明所述好氧生物反应池中的温度为16~30℃，例如16.5~29℃，18~26℃，21~23℃等，进一步优选20~25℃，最优选22℃。
进一步地，pH为5~7，例如5.02~6.9，5.6~6.5，5.9~6.3，6.1等，进一步优选为6~7，最优选为6.2。
本发明所述三层过滤处理通过三层过滤池进行。为了提高滤池出水水质，过滤器内的滤床设立滤料。将大颗粒而相对密度小的滤料分布在上层；中颗粒中相对密度的滤料分布在中间层；小颗粒大相对密度的滤料在下层，这样的滤料称为三层过滤池。三层过滤池的作用在于将与菌种作用之后的水进行过滤，去除水中漂浮的细小的锰氧化物固体颗粒、吸附了锰的菌体菌丝、以及部分去除水中残余的二价锰离子。
进一步地，所述三层过滤池中的滤料从上往下依次为人造沸石、活性炭、火山岩。
更进一步地，三种滤料的体积比为1:1:1。三种滤料的体积比可根据实际需要进行设置，均可实现本发明目的。
含锰废水在通过好氧生物反应池以及三层过滤池时均采用升流式。水从反应池底部进入，从顶部排出。上升的水流能够起到搅拌作用，增大微生物与废水的接触面积，好氧生物反应池中无需设置搅拌设备。
废水经三层过滤池后进入清水池，由出水阀控制流量。
含锰废水首先经潜水泵进入初级沉淀池，经初级沉淀处理后接着经由管道泵连续进入两个串联的好氧生物反应池，进水由进水泵控制，从串联的反应池中排出的水接着进入三层过滤池，从三层过滤池中排出的水即为处理之后的清水，由出水阀控制流量进入清水池。
与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明是一种将沉淀、吸附、氧化还原、生物作用等过程有机结合起来的一种处理水中重金属锰离子的技术。本发明无须添加化学药剂，采取模块化的设计达到层层去除的效果。
本发明不使用化学药剂，成本较低，处理过程中不产生二次污染，是绿色、环保的技术方法，容积负荷较高，占地面积小，耐冲击负荷能力强。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
图中：1-初次沉淀池；2-好氧生物反应池Ⅰ；3-好氧生物反应池Ⅱ；4-三层过滤池；5-清水池；6-进水阀；7-出水阀。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
含有大量锰离子的废水经潜水泵进入反应器的第一个的模块：初级沉淀池1，水中的大粒径颗粒在重力作用下沉淀从而从水中分离出来。经过初级沉淀处理之后的废水接着经由管道泵连续进入两个串联的好氧生物反应池2、3，进水由进水阀6控制，反应池中含有大量的好氧真菌菌体，因此反应池内部环境需使用气泵保持好氧条件。好氧生物反应池中的温度为16℃，pH为7。从串联的好氧生物反应池2、3中排出的水接着进入三层过滤池4，三层过滤池4中的滤料从上往下依次为人造沸石、活性炭、火山岩，其体积比为1:1:1，能够起到滞留生成的锰氧化物以及菌体的作用。好氧生物反应池2、3以及三层过滤池4都是采用了升流式的方式，即水从反应池底部进入，从顶部排出。从三层过滤池4中排出的水即为处理之后的清水，由出水阀7控制流量进入清水池5。
实施例2
本实施例中好氧生物反应池中的温度为30℃，pH为5。其他同实施例1。
实施例3
本实施例中好氧生物反应池中的温度为20℃，pH为6。其他同实施例1。
实施例4
本实施例中好氧生物反应池中的温度为25℃，pH为6。其他同实施例1。
实施例5
本实施例中好氧生物反应池中的温度为22℃，pH为6.2。其他同实施例1。
本发明处理工艺所使用的装置如下：所述装置包括依次连接的初次沉淀池1、好氧生物反应池、三层过滤池4及清水池5，各单元之间连接有管道泵。所述好氧生物反应池包括串联的好氧生物反应池Ⅰ2和好氧生物反应池Ⅱ3，其进水由进水阀6控制。好氧生物反应池Ⅰ2和好氧生物反应池Ⅱ3均装有气泵。三层过滤池4的出水通过出水阀7控制进入清水池的流量。
将本发明应用于重庆秀山某锰矿企业的排放废水的处理工艺中。在时间不同、原水中含锰浓度不同的条件下运行该反应器，发现该反应能够耐受很高的原水二价锰离子浓度，并能够耐受原水中二价锰离子浓度产生一定程度的变化，表现较稳定。取四次处理之后的水样测得的去除效果如表1所示。反应器对于水中锰的平均去除率为88.06%。
表1：四次试验中进出水中含二价锰离子浓度变化
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺流程，但本发明并不局限于上述流程，即不意味着本发明必须依赖上述流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (14)
1.一种含锰废水的升流式微生物反应器处理工艺，其特征在于，含锰废水首先进行初级沉淀处理，然后进行好氧生化处理，最后经三层过滤处理后出水；所述好氧生化处理由两个串联的好氧生物反应池进行；所述好氧生物反应池中的微生物为真菌菌种；
所述微生物为真菌菌种XS3-3-2（Leptosphaerulina chartarum），保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（CGMCC），保藏日期为2012年02月09日，保藏号为CGMCC No.5776。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述好氧生物反应池中设置有气泵。
3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述好氧生物反应池中的温度为16～30℃。
4.如权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述好氧生物反应池中的温度为20～25℃。
5.如权利要求4所述的工艺，其特征在于，所述好氧生物反应池中的温度为22℃。
6.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述好氧生物反应池中的pH为5～7。
7.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述好氧生物反应池中的pH为6～7。
8.如权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述好氧生物反应池中的pH为6.2。
9.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述三层过滤处理通过三层过滤池进行。
10.如权利要求9所述的工艺，其特征在于，所述三层过滤池中的滤料从上往下依次为人造沸石、活性炭、火山岩。
11.如权利要求10所述的工艺，其特征在于，三种滤料的体积比为1:1:1。
12.如权利要求9所述的工艺，其特征在于，含锰废水在通过好氧生物反应池以及三层过滤池时均为升流式。
13.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，废水经三层过滤池后进入清水池，由出水阀控制流量。
14.如权利要求1-13之一所述的工艺，其特征在于，含锰废水首先经潜水泵进入初级沉淀池，经初级沉淀处理后接着经由管道泵连续进入两个串联的好氧生物反应池，进水由进水阀控制，从串联的好氧生物反应池中排出的水接着进入三层过滤池，从三层过滤池中排出的水即为处理后的清水，由出水阀控制流量进入清水池。
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| Christine Hofer et al.."Novel enzymatic oxidation of Mn2+ to Mn3+ catalyzed by a fungal laccase".《FEBS Letters》.1999,第451卷(第2期),第186-190页. |
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