一种废水生化处理活性污泥调理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种废水生化处理活性污泥调理剂及其制备方法,属于废水生物处理技术领域。
背景技术
活性污泥法目前是废水生化处理领域应用最为广泛的一种处理方法,它以活性污泥为主体对废水进行处理。好氧微生物在通入空气后大量繁殖,产生的胞外酶凝聚形成菌胶团,大量菌胶团相互结合形成了活性污泥,菌胶团内的微生物能够对废水中的污染物进行转移、转化、净化,从而达到废水生化处理的目的。与其它方法相比,活性污泥法具有适用范围广、投资低、运行费用低、处理效率高、处理效果好等优点。
有效微生物的数量和浓度是活性污泥法处理废水的决定性因素,而活性污泥作为微生物的宿主在废水生物处理过程中非常关键,活性污泥性状的好坏是判定废水处理效果的标准。在工业废水的生化处理中,由于很多污染物毒性大、难降解,使微生物生长缓慢、耐冲击能力差,从而导致活性污泥处于解体或膨胀状态,严重影响废水生化处理的处理效果。为了解决这一难题,一般通过投加具有特定功能的微生物菌种或营养物质,增强活性污泥的活性,提高微生物的处理效率。
中国专利文献CN102452719A(申请号201010530335.6)公开了一种提高活性污泥活性的复合微量元素营养剂的制备方法,主要步骤为将动物角蛋白和豆粕粉乳化后用盐酸或硫酸等强酸高温水解,水解后加入母液质量的10~15%的微量元素(硫酸锌、硫酸铜、氯化镍、硼酸、氯化钴、氯化锰、钼酸钠和硒酸钠)进行螯合后配制而成。该产品虽含有氨基酸能够促进微生物生长,但是动物角蛋白很难被水解,存在水解不彻底的问题,会对废水生化处理系统增加负担,且制备过程用强酸高温水解易存在安全隐患。
中国专利文献CN102242077A(申请号201110122760.6)公开了一种超级微生物污泥培养促进剂的制备方法,所述的促进剂由以下以重量份表示的原料构成:光合细菌20-30份、芽孢杆菌20-30份、酵母菌20-30份、假单胞菌10-20份、硝化细菌1-5份、反硝化细菌1-5份、硝化酶1-5份、反硝化酶1-5份。该产品在改善微生物活性方面起到了一定的促进作用,但该方法制备费用高昂,且外源微生物在毒性较大的工业废水生化系统中适应性差,限制了该技术的应用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题,提供一种能够促进废水生化处理活性污泥中微生物快速增殖及凝聚的调理剂及其制备方法。
本发明技术方案如下:
一种废水生化处理活性污泥调理剂,包括如下原料,均为质量份:
糖蜜10~33份,氮源0.1~0.5份,硫酸铵0.01~0.05份,七水硫酸镁0.001~0.003份,酵母菌液5~15份,葡聚糖酶0.02~0.05份,蛋白酶0.01~0.03份,聚合硫酸铝铁5~10份,水67~90份;
先利用上述营养物质发酵培养酵母菌液中的酵母菌,然后经葡聚糖酶和蛋白酶消化后,加入聚合硫酸铝铁,制得废水生化处理活性污泥调理剂。
根据本发明优选的,包括如下原料,均为质量份:
糖蜜15~33份,氮源0.2~0.4份,硫酸铵0.02~0.04份,七水硫酸镁0.0015~0.0025份,酵母菌液8~12份,葡聚糖酶0.03~0.04份,蛋白酶0.015~0.025份,聚合硫酸铝铁6~8份,水67~85份。
根据本发明进一步优选的,所述的糖蜜重量份为16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33,也包括上述任意两个点值内所包括的范围。
根据本发明优选的,所述的氮源为蛋白胨;进一步优选,所述的氮源为大豆蛋白胨。
根据本发明优选的,所述的糖蜜为蔗糖糖蜜;进一步优选的,所述的糖蜜含糖量为40~50%(质量百分比)。蔗糖糖蜜蔗糖含量高,组分中糖的种类多样化,含有蔗糖、果糖、葡萄糖以及长链多糖等。糖类被水解后,含有多种小分子糖和碳氢化合物,可刺激活性污泥的多种的细菌共同增殖形成健康的生态圈。避免了碳源单一造成的某一种细菌大量增殖对活性污泥的生态系统造成破坏。
根据本发明优选的,所述的葡聚糖酶为β-1,3葡聚糖酶。
根据本发明优选的,所述的蛋白酶为木瓜蛋白酶。
根据本发明优选的,所述的酵母菌液中菌体浓度为0.5~5×106个/mL。
根据本发明优选的,所述酵母菌液中的酵母菌为粗壮假丝酵母(Candida valida);进一步优选的,所述的粗壮假丝酵母(Candida valida)来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心,菌种保藏号为:2.2009。
上述废水生化处理活性污泥调理剂的制备方法,步骤如下:
(1)向糖蜜中加水稀释,制得糖蜜稀释液;
(2)向步骤(1)制得的糖蜜稀释液中加入大豆蛋白胨、硫酸铵和七水硫酸镁,调pH值至4.0~6.0,混合均匀,制得混合液;
(3)将步骤(2)制得的混合液灭菌后,降温,然后按体积百分比5~15%的比例接种酵母菌液,进行发酵,制得发酵液;
(4)将步骤(3)制得的发酵液调pH至5.5~6.5,升温至55~60℃,加入葡聚糖酶和蛋白酶,对发酵产物酶解20~40小时,制得酶解浆液;调pH=1.5~2.0后,加入聚合硫酸铝铁,混合均匀并溶解后,制得废水生化处理活性污泥调理剂。
根据本发明优选的,所述步骤(3)中的发酵条件为:发酵温度25~30℃、时间10~20h;优选的,发酵条件为:发酵温度28℃、时间12~16h。
根据本发明优选的,所述步骤(2)和步骤(4)中的pH调节剂为磷酸。
上述原料中采用的甘蔗糖蜜、大豆蛋白胨以及硫酸铵和七水硫酸镁均可通过商业渠道购买。
有益效果
1、本发明所述废水生化处理活性污泥调理剂的糖蜜的添加量要远高于普通酵母培养基的添加量,目的是酵母在利用糖类的同时将糖蜜中不易分解的大分子糖水解为小分子糖类和碳氢化合物,从而更适于活性污泥中细菌利用;
2、本发明所述的原料糖蜜若直接投加到生化系统中会给生化系统带来负担,但是经过酵母12~16小时的发酵后,酵母生长处于对数期,菌体数量相对较高,且可以将糖蜜中不易被微生物利用的多糖被分解为易被微生物利用的小分子糖和碳氢化合物,碳源种类多样,是促进微生物生长的优质碳源;
3、本发明发酵所得的酵母菌体经酶解后会释放大量的氨基酸和微量元素以及一些细菌无法自身合成的生长因子,可促进土著细菌的快速繁殖,细菌大量增殖后会抑制丝状菌的繁殖,从而达到控制污泥膨胀的目的;
4、本发明所述的一种废水生化处理活性污泥调理剂的制备方法的反应条件温和,工艺简单,制备费用低廉;
5、本发明制备的废水生化处理活性污泥调理剂,能够快速刺激活性污泥中微生物的增殖,提高活性污泥的处理效率;对于受冲击或污泥发生丝状菌膨胀的生化系统,使用该调理剂的生化系统要比不使用的恢复速度快7~15天,代表活性污泥微生物活性的MLSS/MLVSS值高于不使用调理剂8%~15%,脱氢酶活性值高于不使用调理剂3.0~8.0mg-TTC/g-vss.h,出水指标要明显优于不加调理剂的生化系统,并且调理剂用量少、费用低、能够显著促进微生物生长。
6、本发明所述的一种废水生化处理活性污泥调理剂,添加了适量的聚合硫酸铝铁可促进新生活性污泥的絮凝,防止新生污泥在结絮前随出水流失。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步阐述,但本发明所保护范围不限于此。
原料说明
实施例中所述蔗糖糖蜜购自济南昌英达化工有限公司,质量标准如下:锤度78~86bBx,总糖含量≤49%(W/V),蔗糖量≤29%(W/V),果糖量≤12%(W/V),葡萄糖量≤8%(W/V),矿物质含量≤11%(W/V),粗蛋白≤6%(W/V),非发酵性还原物≤6%(W/V),水份≤15%(W/V);
实施例中其他糖蜜为大豆糖蜜,购自石家庄市泳泽饲料贸易有限公司,质量标准如下:锤度56~62bBx,总糖含量≤38%(W/V),蔗糖量≤17%(W/V),果糖量≤1.0%(W/V),水苏糖≤8%(W/V),低聚糖≤8%(W/V),矿物质含量≤10%(W/V),粗蛋白≤12%(W/V),非发酵性还原物≤8%(W/V),水份≤6%(W/V);
大豆蛋白胨购自山东梁山科鑫生物制品有限公司,质量标准如下:蛋白质≥62%(W/V),氨基氮≥2%(W/V),水分≤5%(W/V),灰份≤8%(W/V),pH=6~7;
β-1,3葡聚糖酶和购自山东苏柯汉生物工程股份有限公司,有效酶活40000U/g;
木瓜蛋白酶购自中国医药(集团)上海化学试剂公司,有效酶活40000U/g;
聚合铝铁购自济南万刚经贸有限公司。其它试剂均为本领域常用市售产品。
酵母菌液为来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心的粗壮假丝酵母(Candida valida),菌种保藏号为:2.2009,经常规培养后制得,菌体浓度为0.5~5×106个/mL。
实施例中对水质监测标准均参照《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的相关方法进行检测。
实施例1
一种废水生化处理活性污泥调理剂,包括如下组分,均为质量份:
蔗糖糖蜜33份,大豆蛋白胨0.5份,硫酸铵0.05份,七水硫酸镁0.003份,酵母菌液15份,β-1,3葡聚糖酶0.05份,木瓜蛋白酶0.03份,聚合硫酸铝铁10份,水67份;
上述废水生化处理活性污泥调理剂的制备方法,步骤如下:
(1)用水将蔗糖糖蜜稀释,制得糖蜜稀释液;
(2)向步骤(1)制得的糖蜜稀释液中加入大豆蛋白胨,硫酸铵和七水硫酸镁,将pH值调至4.0,制得混合液;
(3)将步骤(2)制得的混合液加入到发酵罐中,115℃灭菌,灭菌降温后接种酵母菌液,28℃发酵16h,制得发酵液;
(4)将步骤(3)制得的发酵液调pH=5.5,提高温度至55℃,加入β-1,3葡聚糖酶和0.03%木瓜蛋白酶对发酵产物进行酶解40小时,制得酶解浆液;将酶解浆液调pH=1.5,加入聚合硫酸铝铁,充分混合溶解后得到废水生化处理活性污泥调理剂。
实施例2
一种废水生化处理活性污泥调理剂,包括如下组分,均为质量份:
蔗糖糖蜜17份,大豆蛋白胨0.3份,硫酸铵0.03份,七水硫酸镁0.002份,酵母菌液10份,β-1,3葡聚糖酶0.03份,木瓜蛋白酶0.02份,聚合硫酸铝铁8份,水83份;
上述废水生化处理活性污泥调理剂的制备方法,步骤如下:
(1)用水将蔗糖糖蜜稀释,制得糖蜜稀释液;
(2)向步骤(1)制得的糖蜜稀释液中加入大豆蛋白胨,以及硫酸铵和七水硫酸镁,将pH值调至5.0,制得混合液;
(3)将步骤(2)制得的混合液加入到发酵罐中,112℃灭菌,灭菌降温后接种酵母菌液,28℃发酵14h,制得发酵液;
(4)将步骤(3)制得的发酵液调pH=6.0,提高温度至57℃,加入β-1,3葡聚糖酶和木瓜蛋白酶对发酵产物进行酶解30小时,制得酶解浆液;将酶解浆液调pH=1.7,加入聚合硫酸铝铁,充分混合溶解后得到废水生化处理活性污泥调理剂。
实施例3
一种废水生化处理活性污泥调理剂,包括如下组分,均为质量份:
蔗糖糖蜜10份,大豆蛋白胨0.1份,硫酸铵0.01份,七水硫酸镁0.001份,酵母菌液5份,β-1,3葡聚糖酶0.02份,木瓜蛋白酶0.01份,聚合硫酸铝铁5份,水90份;
上述废水生化处理活性污泥调理剂的制备方法,步骤如下:
(1)用水将蔗糖糖蜜稀释,制得糖蜜稀释液;
(2)向步骤(1)制得的糖蜜稀释液中加入大豆蛋白胨,以及硫酸铵和七水硫酸镁,将pH值调至6.0,制得混合液。
(3)将步骤(2)制得的混合液加入到发酵罐中,110℃灭菌,灭菌降温后接种酵母菌液,28℃发酵12h,制得发酵液。
(4)将步骤(3)制得的发酵液调pH=6.5,提高温度至60℃,加入β-1,3葡聚糖酶和木瓜蛋白酶对发酵产物进行酶解20小时,制得酶解浆液;将酶解浆液调pH=2.0,加入聚合硫酸铝铁,充分混合溶解后得到废水生化处理活性污泥调理剂。
实施例4
一种废水生化处理活性污泥调理剂,包括如下组分,均为质量份:
大豆糖蜜10份,大豆蛋白胨0.1份,硫酸铵0.01份,七水硫酸镁0.001份,酵母菌液5份,β-1,3葡聚糖酶0.02份,木瓜蛋白酶0.01份,聚合硫酸铝铁5份,水100份;
上述废水生化处理活性污泥调理剂的制备方法,步骤如下:
(1)用水将大豆糖蜜稀释,制得糖蜜稀释液;
(2)向步骤(1)制得的糖蜜稀释液中加入大豆蛋白胨,以及硫酸铵和七水硫酸镁,将pH值调至6.0,制得混合液。
(3)将步骤(2)制得的混合液加入到发酵罐中,110℃灭菌,灭菌降温后接种酵母菌液,28℃发酵12h,制得发酵液。
(4)将步骤(3)制得的发酵液调pH=6.5,提高温度至60℃,加入β-1,3葡聚糖酶和木瓜蛋白酶对发酵产物进行酶解20小时,制得酶解浆液;将酶解浆液调pH=2.0,加入聚合硫酸铝铁,充分混合溶解后得到废水生化处理活性污泥调理剂。
对比例1
按照中国专利文献CN102452719A(申请号201010530335.6)实施例1中的记载进行复合微量元素营养剂的配制。
试验例1
山东某煤化工生产企业,废水生化处理系统采用A/O活性污泥处理工艺,曝气池出现污泥膨胀状况,污泥结构松散,丝状菌数量为四级,无原生动物出现。废水生化处理系统进水CODCr 420mg/L,氨氮180mg/L,BOD5145mg/L,pH8.7,SV30=90%;
本实验分为6个实验组,施用实施例1制备的废水生化处理活性污泥调理剂的为实验组1、施用实施例2制备的废水生化处理活性污泥调理剂的为实验组2,施用实施例3制备的废水生化处理活性污泥调理剂的为实验组3,施用实施例4制备的废水生化处理活性污泥调理剂的为实验组4,施用对比例1的制备的复合微量元素营养剂的为为实验组5,实验组6为空白对照,不添加任何营养剂。
6个实验组的生化反应器有效容积均为250L,反应器内接种企业净化水厂O池混合液,进水量为15L/h,同时向前5个实验组投加调理剂,连续运行一周后,观察活性污泥结构,测试出水CODCr、氨氮、MLSS/MLVSS和脱氢酶活性值。
实验组1废水生化处理活性污泥调理剂的投加量为10mg/L,实验组2废水生化处理活性污泥调理剂的投加量为30mg/L,实验组3废水生化处理活性污泥调理剂的投加量为50mg/L,实验组4废水生化处理活性污泥调理剂的投加量为50mg/L,实验组5复合微量元素营养剂的投加量为50mg/L,实验组6不投加任何制剂。
实验结果:
污泥结构以及微生物相关的指标变化:实验组1~4的污泥结构从之前的十分松散逐渐变为结构密实,沉降性能明显变好,丝状菌数量为三级,比之前明显变少。镜检发现多种原生动物:钟虫、楯纤虫以及轮虫等。实验组1脱氢酶活性为15.9mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为42%左右,实验组2脱氢酶活性为16.4mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为43%左右,实验组3脱氢酶活性为16.5mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为44%左右,实验组4脱氢酶活性为15.1mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为37%左右,实验组5污泥结构几乎与原来相同,呈松散状态,沉淀性能差,丝状菌数量为四级,脱氢酶活性为14.6mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为33%左右。实验组6污泥结构较实验前无任何变化,污泥松散,丝状菌数量为四级。脱氢酶活性为13.2mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为27%左右。
出水水质指标:实验组1出水CODCr 28mg/L左右,氨氮≤0.02mg/L,SV30为45%左右;实验组2出水CODCr 27mg/L左右,氨氮≤0.02mg/L,SV30为45%左右;实验组3出水CODCr 27mg/L左右,氨氮≤0.02mg/L,SV30为45%左右;实验组4出水CODCr37mg/L左右,氨氮≤0.02mg/L,SV30为52%左右;实验组5出水CODCr 65mg/L左右,氨氮为6mg/L左右,SV30为90%左右;实验组6出水CODCr 63mg/L左右,氨氮≤1mg/L,SV30为90%左右。
从上述数据可以看出,本发明的技术方案相较于对比例的技术方案制备的营养剂在调整污泥结构、提高污泥细菌含量以及出水指标方面均有较大优势,因此该活性污泥调理剂在治理活性污泥丝状菌膨胀、调整活性污泥菌落结构方面效果明显;此外,通过实施例3及实施例4的数据对比可以看出,实施例4MLSS/MLVSS值和脱氢酶活性均比实施例3低,且实施例3出水指标也明显优于实施例4。由于甘蔗糖蜜含糖量高,糖类种类丰富,细菌难以利用的低聚糖含量少,因此使用甘蔗糖蜜作为发酵原料制成的产品在在调整污泥结构和提高出水指标上要优于大豆糖蜜。
试验例2
山东某制革企业,废水生化处理系统采用A/O活性污泥处理工艺。由于进水氨氮及悬浮物过高、pH波动较大导致曝气池活性污泥受到冲击,污泥结构松散,无原生动物出现。废水生化处理系统进水CODCr810mg/L,氨氮380mg/L,BOD5265mg/L,pH7.4,SV30=22%;
本实验分为6个实验组,施用实施例1制备的废水生化处理活性污泥调理剂的为实验组1、施用实施例2制备的废水生化处理活性污泥调理剂的为实验组2,施用实施例3制备的废水生化处理活性污泥调理剂的为实验组3,施用实施例4制备的废水生化处理活性污泥调理剂的为实验组4,施用对比例1的制备的复合微量元素营养剂的为为实验组5,实验组6为空白对照,不添加任何营养剂。
6个实验组的生化反应器有效容积均为250L,反应器内接种企业净化水厂曝气池混合液,进水量为15L/h,同时向前5个实验组投加调理剂,连续运行一周后,观察活性污泥结构,测试出水CODCr和氨氮值。
实验组1废水生化处理活性污泥调理剂的投加量为10mg/L,实验组2废水生化处理活性污泥调理剂的投加量为30mg/L,实验组3废水生化处理活性污泥调理剂的投加量为50mg/L,实验组4废水生化处理活性污泥调理剂的投加量为50mg/L,实验组5复合微量元素营养剂的投加量为50mg/L,实验组6不投加任何制剂。
实验结果:
污泥结构以及微生物相关的指标变化:实验组1~4在投加调理剂三天后污泥结构从之前的十分松散逐渐变紧密,7天后污泥性状明显好转,污泥沉降性能变好,出水浊度明显下降。镜检发现漫游虫、楯纤虫以及表壳虫等多种原生动物。实验组1脱氢酶活性为18.4mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为43%左右,实验组2脱氢酶活性为19.0mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为45%左右,实验组3脱氢酶活性为19.1mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为47%左右;实验组4脱氢酶活性为13.2mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为36%左右;实验组5污泥结构更为松散,沉淀性能明显变差,无原生动物出现。脱氢酶活性为4.6mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为21%左右;实验组6污泥沉降性能相较于实验前稍有好转,但污泥结构依然松散,无原生动物出现。脱氢酶活性为11.1mg-TTC/g-vss.h,MLSS/MLVSS为30%左右。
出水水质指标:实验组1出水CODCr 150mg/L左右,氨氮≤45mg/L,SV30为35%左右;实验组2出水CODCr 145mg/L左右,氨氮≤45mg/L,SV30为32%左右;实验组3出水CODCr 145mg/L左右,氨氮≤45mg/L,SV30为35%左右;实验组4出水CODCr 164mg/L左右,氨氮≤70mg/L,SV30为30%左右;实验组5出水CODCr 220mg/L左右,氨氮为270mg/L左右,SV30为15%左右;实验组6出水CODCr 180mg/L左右,氨氮为220mg/L,SV30为25%左右。
试验继续进行15天后,实验组1,2,3,4污泥活性均保持稳定并逐渐转好,出水CODCr120mg/L左右,氨氮≤5mg/L,MLSS/MLVSS在46%左右,脱氢酶活性为20.1mg-TTC/g-vss.h,实验组5整个系统处于崩溃状态,进水指标与出水指标几乎无差异。实验组6活性污泥也有明显好转迹象,出水CODCr 160mg/L左右,氨氮≤55mg/L,MLSS/MLVSS在38%左右,脱氢酶活性为12.5mg-TTC/g-vss.h。
分析出现上述结果的主要原因为:系统受冲击后,活性污泥解体,从而导致曝气池的微生物圈受到严重破坏,硝化系统不能正常运行。本发明的调理剂营养配比均衡,能够促进微生物的快速生长,同时聚合铝铁提高了新生污泥的沉降性能,使活性污泥在较短的时间内恢复正常。而作为对比例的实验组5,由于其营养剂的主要成分为氨基酸类,对于本身受到氨氮冲击的系统来说,营养成分过于单一反而导致污泥恶化。活性污泥系统本身具有一定的自身修复功能,因此实验组6在经过长时间的稳定进水后活性污泥的性能以及结构均有好转。
加入活性污泥调理剂的受冲击生化系统要比不加调理剂的受冲击生化系统恢复速度快7-15天左右,MLSS/MLVSS高于不加调理剂8%~15%,脱氢酶活性高于不加调理8mg-TTC/g-vss.h左右,出水指标要明显优于不加调理剂的生化系统。因此,本发明的技术方案与对比例的技术方案制备的营养剂,在提高生化系统污泥活性、改善污泥结构以及提高出水品质方面具有显著优势。