CN108569771A - 一种生物活性磷氮的污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物活性磷氮的污水处理方法，包括如下步骤：S1.制备生物活性磷：将C原子数为2~15的醇类与磷酸根离子反应形成有机磷酸酯；S2.制备生物活性氮：将硝基氮、氨基氮分别按23~68%、32~77%的质量百分比混合；S3.将步骤S1得到的生物活性磷和步骤S2得到的生物活性氮按质量比1:3~8混合加入污水中，再依次加入表面活性剂、生物促生剂，曝气，得到处理后的污水。本发明方法能够提高污水微生物菌体对磷氮的吸收和利用率，同时，添加了生物促生物质和表面活性剂，能够进一步提高菌体细胞的吸收能力，有效提高了菌体的耐受性，增加群落多样性及活性，增加群落多样性及活性，提高微生物降解污水有机物的能力。

Description

一种生物活性磷氮的污水处理方法

技术领域

本发明属于工业污水处理技术领域，更具体地，涉及一种生物活性磷氮的污水处理方法。

背景技术

工业污水中磷、氮含量较低，不利于微生物对污水的处理。目前，传统的污水处理是向污水中加入营养物质的磷源来增加微生物对磷的摄取，提高污水处理能力。其中，磷源主要采用无机磷，通常使用磷肥、磷酸二氢钾、钠、磷酸三钠等。这种添加无机磷源处理污水的方法仍然具有以下缺点：传统污水处理微生物对磷酸根离子吸收效率低，大部分磷源被浪费、沉淀；对无机磷使用量较大，成本浪费；在使用磷源时搬运存储不方便，现场劳动强度大；造成出水氨氮超标等。

微生物菌体对传统无机磷吸收利用效率低下的缺点是以下原因造成：1. 磷酸根离子进入微生物菌体细胞内通过主动运输的方式进入细胞，此过程需要通过载体协助和消耗能量，因此在菌体细胞自身调节下载体数量和ATP能量有限，进入细胞内可被利用的磷酸根就有限；2. 微生物受污水中有毒害物质影响，自身新陈代谢及各方面能力都受抑制作用，对磷酸根离子的吸收能力受抑制。

传统污水处理中，氮源多使用尿素作为污水微生物的补充来源，但尿素中可被吸收利用的效率很低，造成其用量大，需要专用的溶解罐，占用劳动力和电能。尿素投加至生化系统中，在脲酶的作用下转化为氨态氮形态，在中性或碱性环境下，氨态氮会分解成易挥发的氨气，在曝气的情况下，容易形成氮流失。单独使用尿素，挥发损失大，利用率仅为30%左右。

综上，现有污水处理方法中，磷氮的使用量大，利用率低，不利于微生物吸收利用，污水处理能力有限。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于一种生物活性磷氮的污水处理方法，提高工业污水中磷源、氮源的吸收利用率，减少对营养物质的需求量，有效提高污水处理能力。

本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。

一种生物活性磷氮的污水处理方法，包括如下步骤：

S1. 制备生物活性磷：将C原子数为2~15的醇类与磷酸根离子反应形成有机磷酸酯；所述有机磷酸酯中碳原子为2~4的占比10~20%，碳原子为5~9的占比10~40%，碳原子为10~15的占比40~80%；

S2. 制备生物活性氮：将硝基氮、氨基氮分别按23~68%、32~77%的质量百分比混合；

S3. 将步骤S1得到的生物活性磷和步骤S2得到的生物活性氮按质量比1:3~8混合加入污水中，再依次加入表面活性剂、生物促生剂，曝气，得到处理后的污水；所述生物促生剂为漆酶、微量元素、赤霉素或黄腐酸中的混合物。

本发明以生物活性磷、生物活性氮为添加所用磷源、氮源，解决了以下问题：（1）有机磷酸酯进入菌体细胞无需能量和载体协助，通过自由扩散的方式进入污水中微生物菌体细胞内，改变了磷酸根离子进入细胞的方式，使污水中菌体细胞吸收磷的利用效率提高10倍以上；（2）生物活性氮优化硝基氮、氨基氮的组成配比，同时通过微碳技术植入有机酸小分子片段，增强氮的输送能力，是一种有机生物氮源的新产品，提高微生物对氮的吸收利用；（3）所述生物活性磷、生物活性氮与生物促生剂、表面活性剂共同提高污水菌体细胞的代谢吸收能力，强化菌体细胞机能和耐受性，增加群落多样性及活性，提高微生物降解有机物的能力，减少对营养物质的需求量，提高污水处理能力，对污水生物处理系统的高效稳定运行帮助明显。

生物活性磷作为主要功效成分之一，碳链长度不同的有机磷酸酯进入细胞膜的通过率不同，本发明优化了不同碳链长度的有机磷酸酯的复配占比，对于污水菌落细胞吸收利用磷源有显著提升；本发明的氮源将硝基氮和氨基氮进行优化复配，也特异性的提高了污水菌落细胞对其的吸收利用率。

优选地，步骤S1所述醇类包括脂肪醇和芳香醇。

优选地，步骤S3所述表面活性剂的添加量为污水总量的0.02~0.5%。

优选地，步骤S3所述生物促生剂各组分的添加量为：漆酶8~12 mg·L^-1，微量元素1.5~2.5 mg·L^-1，赤霉素0.05~0.15 mg·L^-1，黄腐酸0.5~1.5 mg·L^-1。

优选地，步骤S3所述生物促生剂各组分的添加量为：漆酶10 mg·L^-1，微量元素2mg·L^-1，赤霉素0.1 mg·L^-1，黄腐酸1 mg·L^-1。

优选地，步骤S3所述曝气的条件为30℃曝气12h。

优选地，所述表面活性剂包括吐温-20、吐温-60或吐温-80。

对于具体生物活性磷和生物活性氮的添加量，实际中可根据水质情况，如果氮磷缺乏严重，其填加量就大；如果缺乏不多，填加量适量减少。本发明对于污水处理的效果主要是由生物活性磷和生物活性氮的组成及其比例影响，以及两者与表面活性剂、生物促生剂的协同促进增效作用；生物活性磷\氮的添加量随不同污水情况，本领域技术人员可做适应性调整；一般条件下，生物活性磷和生物活性氮的添加总量为200~800ppm。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：本发明方法中的生物活性磷和生物活性氮能够高特异性的被污水中的微生物菌体细胞吸收、利用，提高对磷氮的吸收和利用率，从而对污水进行高效、快速处理；同时，添加了生物促生物质和表面活性剂，能够进一步提高菌体细胞的吸收能力，有效提高了菌体的耐受性，增加群落多样性及活性，增加群落多样性及活性，提高微生物降解有机物的能力。

经研究表明，利用本发明方法对造纸废水进行污水处理，其COD_Cr去除率达68%以上，色度去除率达52%以上；与采用常规方法的相比，去除率均提高10%左右。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

以下以具体实施条件为例对本发明方法进行进一步说明。

经前期研究发现，所述步骤S1中可采用现有C原子数为2~15的任意脂肪醇/芳香醇，均可达到本发明所述效果。对于具体生物活性磷和生物活性氮的添加量，实际中可根据水质情况，如果氮磷缺乏严重，其填加量就大；如果缺乏不多，填加量适量减少。

实施例1

一种生物活性磷氮的污水处理方法，包括如下步骤：

S1. 制备生物活性磷：将乙醇、正戊醇、正十二烷醇的混合物与磷酸根离子反应形成有机磷酸酯；所述磷酸乙基酯的质量占比为10%，磷酸戊基酯的质量占比为10%，磷酸十二烷基酯的质量占比为80%；

S2. 制备生物活性氮：将硝基氮、氨基氮分别按23%、77%的质量百分比混合；

S3. 将步骤S1得到的生物活性磷和步骤S2得到的生物活性氮按质量比1:3混合加入污水中，再依次加入表面活性剂、生物促生剂，30℃曝气12h，得到处理后的污水；所述生物促生剂各组分的添加量为：漆酶10 mg·L^-1，微量元素2 mg·L^-1，赤霉素0.1 mg·L^-1，黄腐酸1mg·L^-1；所述表面活性剂为吐温-20，添加量为污水总量的0.25%。

实施例2

一种生物活性磷氮的污水处理方法，包括如下步骤：

S1. 制备生物活性磷：将正丙醇、环己醇、苯甲醇、薄荷醇、正十四烷醇的混合物与磷酸根离子反应形成有机磷酸酯；所述有机磷酸酯中碳原子为2~4的占比20%，碳原子为5~9的两种磷酸酯（两者比例1:1）占比40%，碳原子为10~15的两种磷酸酯（两者比例1:1）占比40%；

S2. 制备生物活性氮：将硝基氮、氨基氮分别按68%、32%的质量百分比混合；

S3. 将步骤S1得到的生物活性磷和步骤S2得到的生物活性氮按质量比1:8混合加入污水中，再依次加入表面活性剂、生物促生剂，30℃曝气12h，得到处理后的污水；所述生物促生剂各组分的添加量为：漆酶8 mg·L^-1，微量元素2.5 mg·L^-1，赤霉素0.05 mg·L^-1，黄腐酸1.5 mg·L^-1；所述表面活性剂为吐温-20，添加量为污水总量的0.5%。

实施例3

一种生物活性磷氮的污水处理方法，包括如下步骤：

S1. 制备生物活性磷：将乙醇、2-丁醇、正庚醇、正十一醇的混合物与磷酸根离子反应形成有机磷酸酯；所述有机磷酸酯中碳原子为2~4的两种磷酸酯（两者比例1:1）占比20%，碳原子为5~9的占比20%，碳原子为10~15的占比60%

S2. 制备生物活性氮：将硝基氮、氨基氮分别按45%、55%的质量百分比混合；

S3. 将步骤S1得到的生物活性磷和步骤S2得到的生物活性氮按质量比1:5混合加入污水中，再依次加入表面活性剂、生物促生剂，30℃曝气12h，得到处理后的污水；所述生物促生剂各组分的添加量为：漆酶12 mg·L^-1，微量元素1.5 mg·L^-1，赤霉素0.15 mg·L^-1，黄腐酸0.5 mg·L^-1；所述表面活性剂为吐温-80，添加量为污水总量的0.02%。

对比例1

本对比例与实施例1的污水处理方法大体相同，不同之处在于，步骤S1制备生物活性磷采用的醇类仅为乙醇，用量与实施例1的混合醇总量相同，将乙醇与磷酸根离子反应形成有机磷酸酯，其他污水处理方法相同。

对比例2

本对比例与实施例1的污水处理方法大体相同，不同之处在于，步骤S2制备生物活性氮的方法为将硝基氮、氨基氮分别按75%、25%的质量百分比混合，其他污水处理方法相同。

对比例3

本对比例与实施例1的污水处理方法大体相同，不同之处在于，步骤S3中生物活性磷与生物活性氮按质量比1:1混合加入污水中，其他污水处理方法相同。

应用例

采用湖北某地的造纸厂废水作为本发明待处理污水，利用实施例1~3及对比例1~3的方法对该废水进行处理，其添加的生物活性磷氮的重量相同，为500ppm，同时，以添加等量无机磷和尿素的混合物作为常规对照，在同一条件下测得造纸废水的COD_Cr去除率及色度去除率，如下表：

生物活性磷、生物活性氮作为本发明主要功效成分，优化了不同碳链长度的有机磷酸酯的占比及硝基氮、氨基氮的用量百分比，通过实验结果可以看出，当采用单一醇类，硝基氮、氨基氮的用量百分比不在本发明范围内，以及生物活性磷、生物活性氮的用量比不在本发明范围内时，将明显降低所述污水处理方法的效果。由此可见，必须在本发明方法的限定条件下才能够达到较好的工业污水处理效果，并保证废水生物处理系统的高效稳定运行。

本发明还进行了经济性评价，对于同一工业废水，常规添加的无机磷源月均成本约1万元，氮源尿素月均成本约8千元；为达到相同的废水处理效果，本发明采用的磷源用量仅为传统的1/10左右，氮源用量为传统的1/6左右，每吨废水处理的经济成本也有所降低，减少搬运过程所耗费的人力物力，具有良好的工业应用前景。

以上详细描述了本发明的实施，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种生物活性磷氮的污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1. 制备生物活性磷：将C原子数为2~15的醇类与磷酸根离子反应形成有机磷酸酯；所述有机磷酸酯中碳原子为2~4的占比10~20%，碳原子为5~9的占比10~40%，碳原子为10~15的占比40~80%；

S2. 制备生物活性氮：将硝基氮、氨基氮分别按23~68%、32~77%的质量百分比混合；

S3. 将步骤S1得到的生物活性磷和步骤S2得到的生物活性氮按质量比1:3~8混合加入污水中，再依次加入表面活性剂、生物促生剂，曝气，得到处理后的污水；所述生物促生剂为漆酶、微量元素、赤霉素或黄腐酸中的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种生物活性磷氮的污水处理方法，其特征在于，步骤S1所述醇类包括脂肪醇和芳香醇。

3.根据权利要求1所述的一种生物活性磷氮的污水处理方法，其特征在于，步骤S3所述表面活性剂的添加量为污水总量的0.02~0.5%。

4.根据权利要求1所述的一种生物活性磷氮的污水处理方法，其特征在于，步骤S3所述生物促生剂各组分的添加量为：漆酶8~12 mg·L^-1，微量元素1.5~2.5 mg·L^-1，赤霉素0.05~0.15 mg·L^-1，黄腐酸0.5~1.5 mg·L^-1。

5.根据权利要求4所述的一种生物活性磷氮的污水处理方法，其特征在于，步骤S3所述生物促生剂各组分的添加量为：漆酶10 mg·L^-1，微量元素2 mg·L^-1，赤霉素0.1 mg·L^-1，黄腐酸1 mg·L^-1。

6.根据根据权利要求1所述的一种生物活性磷氮的污水处理方法，其特征在于，步骤S3所述曝气的条件为30℃曝气12h。