CN105330028B - 一种微生物絮凝剂制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微生物絮凝剂、复配絮凝体系及其制备和应用方法。包以农作物秸秆为原料，采用发酵方式制备微生物絮凝剂，并构建复配絮凝体系；在垃圾渗滤液处理中，采用聚合硫酸铁与微生物絮凝剂阶段性投加；处理后的垃圾渗滤液采用折流溢流式填料生物脱氮反应器深度处理。本发明以微生物絮凝剂与聚合硫酸铁构建的复合絮凝体系预处理垃圾渗滤液，解决了垃圾渗滤液可生化性能差、污染物浓度高的问题，微生物毒害作用和物化处理技术成本进一步优化；后续生物脱氮系统负荷低，并改善了垃圾渗滤液的可生化性能；本发明大幅度地提高了垃圾渗滤液中的难降解物质的去除，解决了COD含量高的垃圾渗滤液难处理的问题，实现废物的综合利用。

Description

一种微生物絮凝剂制备方法
技术领域
本发明属于环境保护方法技术领域，尤其属于废水处理技术领域，特别涉及一种垃圾渗滤液的处理方法，具体涉及一种微生物絮凝剂、复配絮凝体系及其制备和在垃圾渗滤液处理中的应用。
背景技术
据统计，目前我国城市固体废弃物年产生量达到1.4亿吨以上，其中 90％以上的城市固体废弃物采用卫生填埋的方式进行处理处置。卫生填埋过程中，由于发酵和降水的淋滤、地表水和地下水浸泡而滤出的污水，称之为垃圾渗滤液。通常来说，垃圾渗滤液中含有高浓度的COD、氨氮、腐植酸 (HA)、浊度，可生化性能差、成分较为复杂，易造成严重的土壤污染、地表水和地下水污染。由此可见，垃圾渗滤液的有效处理己成为城市环境保护中亟待解决的问题之一。
目前，国内外垃圾渗滤液处理工艺大都是基于其它废水处理原理和工艺转化而来的，主要有生物处理技术、物化处理技术和人工湿地系统。生物处理技术应用较为广泛，但是对于使用年限较长的填埋场垃圾渗滤液(晚期垃圾渗滤液，COD含量高达5000mg/L以上)，高浓度的污染物质会增加生化处理系统的负荷，使得微生物营养比例失调，游离氨也会对微生物产生抑制作用，从而影响生化处理系统稳定有效的运行。物化处理技术受垃圾渗滤液水质影响较小，适用于可生化性较差的晚期垃圾渗滤液，例如反渗透技术，但是反渗透膜容易堵塞，膜通量降低很快，需要即时更换，投资运行成本较高，因此，物化处理技术通常作为深度处理，与生物处理技术相结合。人工湿地系统主要是利用土壤的截留、吸附和过滤作用对渗滤液中较大的颗粒物质进行去除，并利用特征植物和土壤中的各种微生物吸收和降解渗滤液中有机物，只适合于土地广阔的地区。随着国家对垃圾污染控制标准的提高，单一采用某种方法处理垃圾渗滤液越来越难以达到排放要求，组合工艺的选择已经成为垃圾渗滤液处理的必然趋势。然而，现有垃圾渗滤液处理组合工艺仍存在处理成本高、处理效率低、稳定性差等劣势，阻碍着垃圾渗滤液处理技术的发展与应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种垃圾渗滤液的处理方法，具体而言，构建以微生物絮凝剂与聚合硫酸铁为主体的复配絮凝体系，预处理垃圾渗滤液，并构建一种复配处理技术进行优化，最后采用生物脱氮系统进行深度处理。
本发明的垃圾渗滤液的处理方法，包括以下步骤：
1.制备微生物絮凝剂：
(1)制备微生物絮凝剂的菌株选定为多粘芽孢杆菌和红球菌中的至少一种；
(2)发酵培养基的制备：选用农作物秸秆的酸解产物作为发酵培养基；具体而言，将农作物秸秆与重量百分比浓度1.3～1.5％的稀硫酸以固液比 1:5～1:10混合，在100～120℃条件下反应60～120min后，通过离心手段收集上清液，上清液与碱性物质混合以调节pH值为6.5～8.5，再次通过离心手段收集上清液，即为发酵培养基；
(3)发酵液的制备：将菌株接种于种子培养基，于120～150rpm、 25～35℃条件下培养12～24h，得到种子液；将种子液按体积百分比0.5～ 1％比例接种于上述发酵培养基，按照如下分段补充物料的发酵培养方式发酵，得到发酵液：于120～150rpm、25～35℃条件下，发酵培养基中添加 0.1～0.2g/L MgSO4和0.1～0.2g/L NaCl，发酵培养6～12h，之后补充 1.0～2.0g/L K2HPO4和0.5～1.0g/L KH2PO4，继续发酵6～12h，之后补充0.2～0.5g/L酵母粉和0.2～0.5g/L牛肉膏继续发酵12～18h，得到发酵液；
(4)微生物絮凝剂的提取：发酵液中加入2～4倍体积蒸馏水稀释， 2000～3000rpm离心10～20min收集上清液，将上清液采用旋转蒸发器在 40～50℃条件下浓缩至0.3～0.5倍体积，浓缩液中加入1～2倍体积的冰浴丙酮，静置6～12h，4000～5000rpm离心10～20min收集沉淀物，悬于含0.1～0.2％DTT的4℃预冷丙酮中，-15～-20℃条件下静置30～50min后，4000～5000rpm离心10～20min收集沉淀物，40～60℃真空干燥得到微生物絮凝剂；所述冰浴丙酮是丙酮中添加重量百分比0.02～0.07％的β- 巯基乙醇后，-20℃过夜制成；所述DTT即二硫苏糖醇，预冷丙酮为三氯醋酸与丙酮体积比1:7～1:9配制。
2.复配絮凝体系和复配技术的构建：
(1)复配絮凝体系：
选用上述微生物絮凝剂和聚合硫酸铁作为复配絮凝体系，在垃圾渗滤液的预处理过程中，聚合硫酸铁和微生物絮凝剂采用阶段性投加的形式，即：在快速搅拌(130～180rpm)阶段投加10～20g/L聚合硫酸铁，快速搅拌2～5min后，进行慢速搅拌(60～80rpm)，在慢速搅拌开始、开始后1～2min、3～4min、5～7min、8～10min分别均投加4～6mg/L微生物絮凝剂，慢速搅拌共计20～30min，静沉30～60min。
(2)复配技术：
以垃圾渗滤液中的COD、氨氮、HA、浊度的去除为目标值，以上述微生物絮凝剂(20～30mg/L)、聚合硫酸铁(10～20g/L)、垃圾渗滤液pH 值(5～9)为变量，将上述复配絮凝体系应用于垃圾渗滤液的预处理，采用响应面分析法，对预处理过程进行建模、数据分析和最优化，在最优化条件下，垃圾渗滤液中的COD、氨氮、HA、浊度的去除率分别可达到63.8～75.7％、55.9～73.4％、72.5～82.8％、78.3～87.9％；
3.生物脱氮深度处理
采用折流溢流式填料生物脱氮反应器进行深度处理，反应器缺氧槽中 DO控制在0.1～0.3mg/L左右，好氧槽中DO维持在1～3mg/L，温度25～ 30℃，HRT为7～10d，回流比为1:1～1:2，在此条件下，垃圾渗滤液中的 COD、氨氮、HA、浊度的去除率分别可达到82.4～92.5％、79.6～90.5％、83.5～ 92.1％、86.7～96.2％。
本发明的优点：
1.本发明以微生物絮凝剂与聚合硫酸铁构建的复合絮凝体系预处理垃圾渗滤液，并通过复配技术进行优化，回避了因垃圾渗滤液可生化性能差、污染物浓度高的水质特点，所造成的微生物毒害作用和物化处理技术成本高昂的技术缺陷；复配絮凝技术大幅度地降低了后续生物脱氮系统的负荷，并改善了垃圾渗滤液的可生化性能；
2.复配絮凝与生物脱氮系统的组合工艺，大幅度地提高了垃圾渗滤液中的难降解物质(以HA为代表)的去除，填补了混凝—絮凝处理垃圾渗滤液的报道中鲜有难降解有机物去除研究的空缺；
3.本发明以农作物秸秆制备微生物絮凝剂，农作物秸秆来源广泛，价廉易得，大幅度降低了微生物絮凝剂的制备成本，实现废物的综合利用；
4.针对微生物生长和代谢过程中的菌体特征，采用分段补充物料的发酵培养方式发酵，可以减少物料利用量，大幅度缩短发酵时间，并提高微生物絮凝剂合成效率；
5.上述制备得到的微生物絮凝剂对高岭土悬浮液有高效的絮凝效果，当1.0L高岭土悬液(4g/L)中投加10mg微生物絮凝剂时，絮凝率高达 97.8％以上，由此可见，上述微生物絮凝剂的使用可以大幅度降低无机和有机合成高分子絮凝剂使用过程中易造成的二次环境污染；
6.本发明解决了COD含量高于5000mg/L的垃圾渗滤液难处理的问题，投资及占地面积小，处理周期短。
附图说明
图1是一种垃圾渗滤液的复配絮凝预处理—生物脱氮处理方法工艺简图。
图中，1是垃圾渗滤液池，2是复配絮凝池，3是沉淀池，31是沉淀污泥，4是生物脱氮系统，41是出气口，42是出水口，43是曝气口，44是填料，A表示微生物絮凝剂加入，B表示聚合硫酸铁加入，C表示废气排出，D 表示处理水排出，图中其他各箭头表示水处理流动方向。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。
结合图1。
1.制备微生物絮凝剂：
(1)制备微生物絮凝剂的菌株选定为多粘芽孢杆菌；
(2)发酵培养基的制备：选用农作物秸秆的酸解产物作为发酵培养基；具体而言，将农作物秸秆与重量百分比浓度1.5％的稀硫酸以固液比1:8混合，在120℃条件下反应90min后，通过离心手段收集上清液，上清液与碱性物质混合以调节pH为7.5，再次通过离心手段收集上清液，即为发酵培养基；
(3)发酵液的制备：将菌株接种于种子培养基，于150rpm、35℃条件下培养12h，得到种子液；将种子液按体积百分比0.5％比例接种于上述发酵培养基，按照如下分段补充物料的发酵培养方式发酵，得到发酵液：于150rpm、35℃条件下，发酵培养基中添加0.2g/LMgSO4和0.2g/L NaCl，发酵培养6h，之后补充2.0g/L K2HPO4和1.0g/L KH2PO4，继续发酵12h，之后补充0.5g/L酵母粉和0.5g/L牛肉膏，继续发酵18h，得到发酵液；
(4)微生物絮凝剂的提取：发酵液中加入4倍体积蒸馏水稀释，3000 rpm离心20min收集上清液，将上清液采用旋转蒸发器在50℃条件下浓缩至0.5倍体积，浓缩液中加入2倍体积的冰浴丙酮(含0.07％的β-巯基乙醇)，静置12h，5000rpm离心20min收集沉淀物，悬于含0.2％DTT的4℃预冷丙酮(三氯醋酸与丙酮体积比1:7配制)中，-20℃条件下静置50min后，5000rpm离心20min收集沉淀物，60℃真空干燥得到微生物絮凝剂。
(5)微生物絮凝剂絮凝高岭土悬液：
将微生物絮凝剂、1％(W/V)的氯化钙溶液与4g/L的高岭土悬液按1mg: 2.5mL:100mL的比例混合，180rpm搅拌1min，40rpm搅拌4min，静置10min后，检测絮凝率，达到97.8％。
2.复配絮凝体系和复配技术的构建：
(1)复配絮凝体系：
选用上述微生物絮凝剂和聚合硫酸铁作为复配絮凝体系，在垃圾渗滤液的预处理过程中，聚合硫酸铁和微生物絮凝剂采用阶段性投加的形式，即：在快速搅拌(180rpm)阶段投加20g/L聚合硫酸铁，快速搅拌5min 后，进行慢速搅拌(80rpm)，在慢速搅拌开始、开始后1min、3min、5min、 10min分别均投加6mg/L微生物絮凝剂，慢速搅拌共计30min，静沉60min。
(2)复配技术：
以垃圾渗滤液中的COD、氨氮、HA、浊度的去除为目标值，以上述微生物絮凝剂(20～30mg/L)、聚合硫酸铁(10～20g/L)、垃圾渗滤液pH 值(5～9)为变量，将上述复配絮凝体系应用于垃圾渗滤液的预处理，采用响应面分析法，对预处理过程进行建模、数据分析和最优化，在最优化条件下，垃圾渗滤液中的COD、氨氮、HA、浊度的去除率分别可达到71.3％、64.8％、77.8％、85.7％；
3.生物脱氮深度处理
采用折流溢流式填料生物脱氮反应器进行深度脱氮，反应器缺氧槽中 DO控制在0.3mg/L左右，好氧槽中DO维持在3mg/L，温度25℃，HRT为 10d，回流比为1:1，在此条件下，垃圾渗滤液中的COD、氨氮、HA、浊度的去除率分别可达到87.4％、83.1％、87.7％、92.5％。
生物脱氮深度处理具体过程：
1.启动生物脱氮装置：反应器缺氧槽和好氧槽分别接种缺氧污泥和好氧污泥，缺氧槽微曝气保持DO为0.3mg/L左右，好氧槽鼓风曝气保持DO 为3mg/L，反应器维持在25℃的环境条件中。生物脱氮装置启动阶段进水为上述复配絮凝体系预处理后的垃圾渗滤液。
2.生物脱氮装置运行：生物脱氮装置启动后连续运行，通过检测出水中的COD、氨氮、HA、浊度，直到处理出水水质稳定，即为生物脱氮系统运行稳定。
3、生物脱氮装置深度处理垃圾渗滤液：在生物脱氮装置稳定运行过程中，设定HRT为10d，回流比为1:1，稳定运行90d后，该生物脱氮系统对复配絮凝体系预处理后的垃圾渗滤液中的COD、氨氮、HA、浊度的去除率分别可达到87.4％、83.1％、87.7％、92.5％。

Claims (3)

1.一种微生物絮凝剂制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备微生物絮凝剂的菌株为多粘芽孢杆菌或多粘芽孢杆菌与红球菌组合；
(2)发酵培养基的制备：选用农作物秸秆的酸解产物作为发酵培养基；
(3)发酵液的制备：将菌株接种于种子培养基，于120～150rpm、25～35℃条件下培养12～24h，得到种子液；将种子液按体积百分比0.5～1％比例接种于步骤(2)制备得到的发酵培养基，按照如下分段补充物料的发酵培养方式发酵得到发酵液：于120～150rpm、25～35℃条件下，发酵培养基中添加0.1～0.2g/L MgSO4和0.1～0.2g/L NaCl，发酵培养6～12h，之后补充1.0～2.0g/L K2HPO4和0.5～1.0g/L KH2PO4，继续发酵6～12h，之后补充0.2～0.5g/L酵母粉和0.2～0.5g/L牛肉膏，继续发酵12～18h，得到发酵液；
(4)微生物絮凝剂的提取：在步骤(3)得到的发酵液经浓缩后加冰浴丙酮沉淀得到沉淀物微生物絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的微生物絮凝剂制备方法，其特征在于：所述发酵培养基的制备包括将农作物秸秆与重量百分比浓度为1.3～1.5％的稀硫酸以固液比1:5～1:10混合，在100～120℃条件下反应60～120min后，离心收集上清液，上清液用碱性物质调节pH值为6.5～8.5，再次离心收集上清液得到发酵培养基。
3.根据权利要求1所述的微生物絮凝剂制备方法，其特征在于：所述微生物絮凝剂的提取包括在步骤(3)制备的发酵液中加入2～4倍体积蒸馏水稀释，2000～3000rpm离心10～20min收集上清液，将上清液采用旋转蒸发器在40～50℃条件下浓缩至0.3～0.5倍体积，浓缩液中加入1～2倍体积的冰浴丙酮，静置6～12h，4000～5000rpm离心10～20min收集沉淀物，悬于含重量百分比浓度0.1～0.2％的DTT并于4℃预冷的丙酮中，-15～-20℃条件下静置30～50min后，4000～5000rpm离心10～20min收集沉淀物，40～60℃真空干燥得到微生物絮凝剂。
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