CN103204591B - 一种果胶废水的微生物处理工艺 - Google Patents

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本发明公开了一种果胶废水的微生物处理工艺，包括以下步骤：1）向活性污泥处理单元中投加工程菌菌种，经培养、负载，形成富含工程菌的活性污泥，再经驯化和诱导形成果胶降解菌活性污泥，并能够高效分泌果胶酶，形成具有高效降解果胶作用的微生物处理单元；（2）调节果胶废水的pH值为3.5～8.0，然后将其输入步骤（1）得到的活性污泥处理单元进行果胶降解及COD去除过程，果胶降解和COD去除之后，使得果胶废水达标排放。本发明的技术能够高效降解果胶，且果胶降解与COD去除在同一活性污泥处理单元内同步完成，从根本上消除了果胶废水处理过程中的物化污泥，大大降低了果胶废水处理难度和成本。

Description

一种果胶废水的微生物处理工艺
技术领域
本发明涉及水污染控制与废水处理技术，特别是果胶废水中果胶的特效生物降解技术。
背景技术
水果罐头加工、果酱生产、果胶生产与使用企业产生含果胶的废水，称之为果胶废水。果胶废水往往含大量悬浮物和高浓度的果胶，传统的物化与生化处理技术难以有效去除果胶。果胶物质的分子量大、附着性极好，能包裹在菌胶团外面，使菌胶团缺氧，引起污泥膨胀乃至好氧微生物活性被强烈抑制，导致生化处理效率大幅下降乃至失效。因此，如何去除果胶是该类废水处理的关键。
目前常规的处理方式是通过预处理分离大部分果胶，然后通过生化处理进一步降解去除果胶。方法有混凝、臭氧氧化、投加成品果胶酶等。
（1）混凝沉淀（气浮）产生的絮体吸附不溶性果胶，通过渣水分离去除废水的果胶。混凝法能够有效去除大部分不溶性果胶，但是溶解性果胶和剩余的不溶性果胶仍然会抑制或破坏后续的生化处理系统。最突出的问题是混凝沉淀（气浮）产生的污泥含有大量的果胶，因果胶的包裹作用导致污泥脱水性能很差，不利于污泥处置。
（2）利用臭氧的强氧化性来破坏果胶结构，使果胶变性，达到使果胶可生化的目的（王晨,白春节,何安标.浙江省柑橘罐头加工废水处理现状分析,科技资讯，2006，(12):24-26）。可作为生化处理果胶废水的预处理技术，但是运行成本较高，在实际工程中不容易应用。
（3）成品果胶酶制剂投入到果胶废水中，利用果胶酶降解果胶的专一性和高效性，能够快速、高效降解高浓度果胶，使废水易于后续生化处理。实验表明，优化工艺条件为pH=4.5，果胶酶用量(以单位废水计)0.4g/L,反应温度35℃,反应时间1.0h,在此条件下果胶酶能较好地去除废水中的果胶（王方园.果胶酶强化处理柑橘罐头生产废水研究[D].浙江：浙江大学环境与资源学院.2008.）。然而成品果胶酶制剂价格高昂，废水处理工程中很容易流失，难以推广应用。
常规生物处理方法，如活性污泥法或生物膜法，不能有效去除废水中的果胶，生化池和二沉池均易产生严重的果胶和污泥上浮现象，导致出水水质无法达标、恶化操作环境。
发明内容
本发明提供了一种果胶废水的微生物处理工艺，该处理工艺能有效地处理果胶废水、消除常规生物处理过程中果胶和污泥上浮的现象，同时处理成本较低。
一种果胶废水的微生物处理工艺，包括：
（1）向活性污泥单元中投加工程菌菌种，培养工程菌并负载到活性污泥上，再将所述工程菌驯化为果胶降解菌，诱导果胶降解菌产生果胶酶，形成具有高效降解果胶作用的活性污泥处理单元；
（2）调节果胶废水的pH值为3.5～8.0，然后将所述果胶废水输入步骤（1）得到的活性污泥处理单元，果胶分解及COD去除之后，经过二沉池分离得到活性污泥和废水，活性污泥返回步骤（1），废水达标排放。
所述的工程菌菌种为商业化工程菌。本发明中，将所述的工程菌菌种投入活性污泥反应池，在充分混合过程中，培养繁殖工程菌，并负载于活性污泥上，经驯化为果胶降解菌、诱导产生果胶酶。此时，果胶降解菌与活性污泥充分混合生长形成具有果胶降解活性的稳定菌胶团，该稳定菌胶团能有效地避免果胶和污泥上浮现象的发生。
图1为富含果胶降解菌的菌胶团分解果胶的机理图，如图1所示，首先，果胶降解菌产生大量的果胶酶，果胶酶是分解果胶质的一类复合酶，可分别作用于果胶分子的不同点位，具体可分为两大类：即解聚酶和果胶酯酶，其中解聚酶能催化果胶解聚，果胶酯酶催化果胶分子中的酯水解；产生的果胶酶与果胶结合后，果胶酶分解果胶分子中的糖苷键和酯键,使大分子果胶降解为半乳糖醛酸（如图2所示）、半乳糖醛酸甲酯等成低分子化合物，此时，活性污泥中其他微生物对这些中间产物进一步降解，达到彻底降解果胶、去除COD的作用，使得废水达到排放标准。
所述的活性污泥处理单元指A（兼氧）和/或O（好氧）两种处理方式的组合。
作为优选，步骤（1）中，所述的工程菌菌种的初始投加浓度为0.1～1g/L。当菌种浓度过低或过高，则培养时间过长或菌种成本太高，综合经济技术因素，确定投加浓度为0.1～1g/L。
作为优选，步骤（1）中，所述的工程菌菌种为灰霉菌、镰孢菌、黑曲霉和枯草杆菌中的一种或多种，这些工程菌菌种与活性污泥形成稳定的菌胶团之后，能够驯化为果胶降解菌，并能够高效地产生果胶酶。
作为优选，步骤（1）中，工程菌培养、负载阶段和驯化、诱导阶段中，培养基质为含果胶废水，所述的含果胶废水中的果胶浓度为30－6000mg/L。
步骤（1）中，培养、负载阶段的pH值为3.5～6.5；驯化、诱导阶段的pH值为6.0～8.5。所述的pH值通过投加盐酸、硫酸、碳酸钠或氢氧化钠进行调节，pH值处于该范围时，有利于工程菌菌种的生长。
所述的培养、负载阶段的时间为1～7天；时间小于1天，则负载的菌的密度不够；时间长于7天，则负载效率低。所述的驯化、诱导阶段的时间为1～7天；时间小于1天，则转化为果胶降解菌的密度太低；7天时间基本上完成工程菌向果胶降解菌的转化。
作为优选，步骤（2）中，所述的果胶废水中的果胶浓度为30－6000mg/L，果胶浓度处于该范围之内，能被很好地分解与去除。
果胶废水的pH值影响着果胶酶的产生与发挥作用，步骤（2）中，调节果胶废水的pH值为3.5～8.0，作为优选，pH为4.0～6.0，此时果胶降解菌具有最优的分泌果胶酶的活性，果胶分解效率最高。
所述的分解及降解过程越长，分解越完全，作为优选，步骤（2）中，所述的分解及降解过程的时间为8～72小时，在该时间范围内，所述的果胶废水中的果胶能够得到充分的分解。
作为优选，步骤（1）中，所述的工程菌菌种为黑曲霉；
步骤（2）中，所述的果胶废水为柑桔囊胞加工废水，果胶浓度为1500～1800mg/L，所述的活性污泥处理单元为两段好氧处理方式的组合。采用黑曲霉作为工程菌菌种进行驯化后，对该浓度的柑桔囊胞加工废水具有更好的处理效果。
作为进一步的优选，步骤（1）中，对黑曲霉进行培养和负载时的pH为3.7～4.5，对黑曲霉进行驯化和诱导时的pH值为5.2～6.5，该范围有利于黑曲霉的生长和驯化；作为更进一步的优选，步骤（2）中，调节桔子罐头加工废水的pH值为4.0～4.5，此时由黑曲霉驯化得到的果胶降解菌具有最优的分泌果胶酶的活性，对桔子罐头加工废水中的果胶的分解效率最高。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明利用商业工程菌驯化、诱导为果胶降解菌，将果胶快速分解为小分子有机物，再通过其他微生物予以降解，为果胶废水提供了一种高效、快速可行的微生物处理方法，改变了传统生物法无法有效处理果胶废水的技术现状，避免了常规活性污泥法处理果胶废水导致的果胶上浮、污泥上浮的恶化工况。
2、本发明利用的商用工程菌一次投加，培养负载于活性污泥上，形成稳定菌胶团，工程菌经诱导和驯化为果胶降解菌，不用多次投加工程菌，也不用外加负载材料。
3、采用本发明的技术处理果胶废水，消除了混凝（沉淀或气浮）等物化处理产生脱水性能很差的污泥的问题。
4、果胶在活性污泥处理单元内被降解，COD被去除，无须特设果胶处理单元，降低了废水处理成本，便于废水处理设施的运行、维护和管理。
附图说明
图1为本发明中果胶酶降解果胶机理图；
图2为果胶生物降解方程式；
图3为高效降解果胶的微生物处理单元构建流程；
图4为果胶废水的微生物处理流程图。
具体实施方式
图3为高效降解果胶的微生物处理单元构建流程，图4为果胶废水的微生物处理流程图，以下结合具体的实施例对其进行具体描述。
实施例1：
向活性污泥单元投加0.5g/L黑曲霉，调节pH为4.5，培养4天，黑曲霉负载于活性污泥上，然后调节pH为6.5，驯化和诱导3天，形成具有高效降解果胶作用的活性污泥。
柑桔囊胞加工废水含果胶1500mg/L，调节废水pH为4.0，采用O-A-O处理方式：输入第一段好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.5mg/L，停留时间分别10小时；再输入兼氧活性污泥处理单元，控制DO为0.3mg/L，停留时间8小时；再输入第二段好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.0mg/L，停留时间12小时。果胶去除效率98.5%。
对比例1：
取普通活性污泥，柑桔囊胞加工废水含果胶1500mg/L，调节废水pH为4.0，采用O-A-O处理方式：输入第一段好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.5mg/L，停留时间10小时；再输入兼氧活性污泥处理单元，控制DO为0.3mg/L，停留时间8小时；再输入第二段好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.0mg/L，停留时间12小时。果胶无法降解，去除率小于13%。
实施例2：
向活性污泥单元投加0.5g/L枯草杆菌，调节pH为5.5，培养5天，枯草杆菌负载于活性污泥上，然后调节pH为7.0，驯化和诱导3天，形成具有高效降解果胶作用的活性污泥。
桔皮生产果胶清洗废水含果胶2700mg/L，调节废水pH为6.0，采用A-O处理方式：输入兼氧活性污泥处理单元，控制DO为0.3mg/L，停留时间10小时；再输入好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.2mg/L，停留时间18小时。果胶去除效率98.0%。
对比例2：
取普通活性污泥，桔皮生产果胶清洗废水含果胶2700mg/L，调节废水pH为6.0，采用A-O处理方式：输入兼氧活性污泥处理单元，控制DO为0.3mg/L，停留时间10小时；再输入好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.2mg/L，停留时间18小时。果胶无法降解，去除率小于10%。
实施例3：
向活性污泥单元投加0.5g/L灰霉菌，调节pH为5.7，经7天培养，灰霉菌负载于活性污泥上，调节pH为6.8，驯化、诱导3天，形成具有高效降解果胶作用的活性污泥。
桔子罐头加工废水，果胶800mg/L，调节废水pH为5.0，采用O-O处理方式：输入第一段好氧活性污泥单元，控制DO为2.4mg/L，停留时间为12小时；再输入第二段好氧活性污泥单元，控制DO为3.3mg/L，停留时间为18小时。果胶去除效率99.0%。
对比例3：
取普通活性污泥，桔子罐头加工废水，果胶800mg/L，调节废水pH为5.0，采用O-O处理方式：输入第一段好氧活性污泥单元，控制DO为2.4mg/L，停留时间为12小时；再输入第二段好氧活性污泥单元，控制DO为3.3mg/L，停留时间为18小时。果胶无法降解，去除率小于3%。
实施例4：
向活性污泥单元投加0.5g/L黑曲霉，调节pH为3.7，经5天培养，黑曲霉负载于活性污泥上，调节pH为5.2，驯化、诱导4天，形成具有高效降解果胶作用的活性污泥。
柑桔囊胞加工废水，果胶1800mg/L，调节废水pH为4.5，采用O-A-O处理方式：依次输入第一段好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.0mg/L，停留时间为10小时；再输入兼氧活性污泥处理单元，控制DO为0.4mg/L，停留时间为8小时；再输入第二段好氧活性污泥处理单元，控制DO为2.5mg/L，停留时间12小时。果胶去除效率98.0%。
对比例4：
取普通活性污泥，柑桔囊胞加工废水，果胶1800mg/L，调节废水pH为4.5，采用O-A-O处理方式：依次输入第一段好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.0mg/L，停留时间为10小时；再输入兼氧活性污泥处理单元，控制DO为0.4mg/L，停留时间为8小时；再输入第二段好氧活性污泥处理单元，控制DO为2.5mg/L，停留时间12小时。果胶无法降解，去除率小于5%。
实施例5：
向活性污泥单元投加0.5g/L镰孢菌，调节pH为6.5，经5天培养，镰孢菌负载于活性污泥上，调节pH为8.0，驯化、诱导4天，形成具有高效降解果胶作用的活性污泥。
苹果汁加工废水，果胶1200mg/L，调节废水pH为5.0，采用A-O处理方式：依次输入兼氧活性污泥处理单元，控制DO为0.4mg/L，停留时间分别为8小时；再输入好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.5mg/L，停留时间16小时。果胶去除效率88.0%。
对比例5：
取普通活性污泥，苹果汁加工废水，果胶1200mg/L，调节废水pH为5.0，采用A-O处理方式：依次输入兼氧活性污泥处理单元，控制DO为0.4mg/L，停留时间分别为8小时；再输入好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.5mg/L，停留时间16小时。果胶无法降解，去除率小于8%。
实施例6：
向活性污泥单元投加0.5g/L黑曲霉，调节pH为5.0，经4天培养，黑曲霉负载于活性污泥上，调节pH为6.5，驯化、诱导3天，形成具有高效降解果胶作用的活性污泥。
果冻生产废水，果胶50mg/L，调节废水pH为5.0，采用O-O处理方式：输入第一段好氧活性污泥处理单元，控制DO为2.5mg/L，停留时间分别为4小时；再输入第二段好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.0mg/L，停留时间分别为6小时。果胶去除效率94.3%。
对比例6：
取普通活性污泥，果冻生产废水，果胶50mg/L，调节废水pH为5.0，采用O-O处理方式：输入第一段好氧活性污泥处理单元，控制DO为2.5mg/L，停留时间分别为4小时；再输入第二段好氧活性污泥处理单元，控制DO为3.0mg/L，停留时间分别为6小时。果胶无法降解，去除率小于6%。

Claims (4)

1.一种果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于，包括：
(1)向活性污泥单元中投加工程菌菌种，培养工程菌并负载到活性污泥上，再将所述工程菌驯化为果胶降解菌，诱导果胶降解菌产生果胶酶，形成具有高效降解果胶作用的活性污泥处理单元；
(2)调节果胶废水的pH值为3.5～8.0，然后将所述果胶废水输入步骤(1)得到的活性污泥处理单元，果胶分解及COD去除之后，经过二沉池分离得到活性污泥和废水，活性污泥返回步骤(1)，废水达标排放；
步骤(1)中，所述的工程菌菌种的初始投加浓度为0.1～1g/L；
步骤(1)中，所述的工程菌菌种为灰霉菌、镰孢菌、黑曲霉和枯草杆菌中的一种或多种；
步骤(1)中，工程菌培养、负载阶段和驯化、诱导阶段中，培养基质为含果胶废水，所述的含果胶废水中的果胶浓度为30－6000mg/L；
步骤(1)中，培养、负载阶段的pH值为3.5～6.5；
驯化、诱导阶段的pH值为6.0～8.5；
步骤(1)中，培养、负载阶段的时间为1～7天；
驯化、诱导阶段的时间为1～7天；
步骤(2)中，所述的果胶废水中的果胶浓度为30－6000mg/L。
2.根据权利要求1所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于，所述的活性污泥处理单元是指兼氧和/或好氧两种处理方式的组合。
3.根据权利要求1所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述的果胶分解及COD去除过程的时间为8～72小时。
4.根据权利要求1所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述的工程菌菌种为黑曲霉；
步骤(2)中，所述的果胶废水为柑桔囊胞加工废水，果胶浓度为1500～1800mg/L，所述的活性污泥处理单元为两段好氧处理方式的组合。
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