CN110921849B - 一种造纸废水去除总氮的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用微生物去除造纸废水中总氮的方法，所述方法包括微生物对造纸废水进行处理的步骤，所述微生物包括脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)ACCC 10489以及维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii)ATCC 700474；脱氮副球菌ACCC 10489和维罗纳假单胞菌ATCC 700474在处理造纸废水时能够起到良好的协同效果，可以高效的去除造纸废水中的总氮。

Description

一种造纸废水去除总氮的方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种造纸废水去除总氮的方法。
背景技术
造纸废水指制浆造纸工艺过程中产生的废水，其成分复杂，可生化性差，属于较难处理的工业废水，是我国主要的工业污染源之一。通常情况下造纸废水的处理方法包括物理法，化学法，物理化学法，生化法等。
物理法的处理依靠的是物理作用。物理法以去除废水中不性固体悬浮物为主，同时去除部分导致产生COD的物质，在一定程度上降低废水色度。常用的物理处理方法有:沉淀法，过滤法，离心分离法等。
化学法通过加入化学药品，达到降低COD和色度，去除部分固体悬浮物的作用。化学法包括氧化法、还原法、中和法等。
其中，造纸废水中的脱氮处理可以采用物理与化学脱氮法(简称“物化法”)和生物脱氮法，前者往往具有操作费用高，容易造成二次污染等缺点。相对于物化法，生物脱氮是对环境影响较小且经济有效的一种脱氮工艺。
生物脱氮是指在微生物的联合作用下，将污水中的有机氮及氨氮经过氨化作用、硝化反应、反硝化反应，最后转化为氮气的过程。其具有经济、有效、易操作、无二次污染等特点。但是，造纸废水的成分复杂，会影响微生物的处理效果。
为了提高造纸废水中的总氮去除效果，申请人与科研机构合作，经过大量的筛选试验，开发了一种利用微生物脱除造纸废水中总氮的方法。
发明内容
一方面，本发明提供了一种利用微生物去除造纸废水中总氮的方法，所述方法包括利用脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)ACCC 10489、维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii)ATCC 700474、脱氮假单胞菌(Pseudomonas denitrificans)ATCC13867或食树脂假单胞菌(Pseudomonas resinovorans)CA10对造纸废水进行处理的步骤。
在本发明中，如果没有特殊说明，“脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)ACCC10489”还可以以其他的形式代替，如“脱氮副球菌ACCC 10489”、“Paracoccusdenitrificans ACCC 10489”或“ACCC10489”；“维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii)ATCC 700474”还可以以其他的形式代替，如“维罗纳假单胞菌ATCC 700474”、“Pseudomonasveronii ATCC 700474”或“ATCC 700474”，在其他的实施方式中，维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii)还可以翻译成“威隆假单胞菌”；“脱氮假单胞菌(Pseudomonasdenitrificans)ATCC 13867”还可以以其他的形式代替，如“脱氮假单胞菌ATCC 13867”、“Pseudomonas denitrificans ATCC 13867”或“ATCC 13867”；“食树脂假单胞菌(Pseudomonas resinovorans)CA10”还可以以其他的形式代替，如“食树脂假单胞菌CA10”、“Pseudomonas resinovorans CA10”或“CA10”。
本发明中所涉及的微生物均是本领域已知的微生物，均可以通过商业途径购买得到。
在优选的实施方式中，本发明的方法包括利用脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)ACCC 10489和维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii)ATCC 700474对造纸废水进行处理的步骤。
本发明中，可以将微生物以菌液或菌粉的方式加入到造纸废水中。
优选的，微生物的用量为每毫升废水107-1012cfu，更优选，108-1011cfu，更优选，109-1010cfu。
进一步的，所述微生物处理造纸废水的温度为20-40℃，优选，25-35℃，更优选，30℃。
在其他的实施方式中，本发明的微生物还可以采用固定化的方式添加到造纸废水中。优选的，固定化载体选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺或海藻酸钙。
本发明中，在将微生物加入到造纸废水前，还包括对微生物进行培养的步骤。
对于微生物的培养，可以采用本领域常规的方式进行培养。
在本发明的实施方式中，微生物的培养采用以下方式：
采用LB培养基对脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)ACCC 10489、维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii)ATCC 700474、脱氮假单胞菌(Pseudomonasdenitrificans)ATCC 13867或食树脂假单胞菌(Pseudomonas resinovorans)CA10进行培养。所述培养的温度为25-35℃；在本发明的实施方式中，培养温度为30℃；培养时间可以为12-72小时，在本发明的实施方式中，培养时间为48小时。对于微生物的培养可以选择在摇床上培养，摇床转速为100-200rpm，本发明的实施方式中，摇床转速为150rpm。
进一步的，所述LB培养基的配方如下：酵母提取物5g，蛋白胨10g，NaCl5g，琼脂15-20g，蒸馏水1L，pH 7.4-7.6。
在其他的实施方式中，也可以采用其他的培养基和培养条件，包括但不限于本领域技术人员知晓的常规的培养方式。
本发明中的造纸废水是指在造纸纸浆过程中的废水。
所述造纸废水的污染物包括：悬浮物1000-3000mg/L，生化需氧量(BOD)1000-2000mg/L，化学需氧量(COD)1000-2000mg/L，总氮100-500mg/L，总磷10-100mg/L，有机卤化物(AOX)10-200mg/L，二恶英300-800pgTEQ/L；在优选的实施方式中，所述造纸废水的污染物包括：悬浮物1800-2000mg/L，生化需氧量(BOD)1300-1500mg/L，化学需氧量(COD)1400-1600mg/L，总氮250-300mg/L，总磷40-60mg/L，有机卤化物(AOX)90-120mg/L，二恶英600-700pgTEQ/L。
上述悬浮物是指废水中未溶解的非胶态的固体物。
本发明中针对造纸废水中各成分的检测可以采用本领域公知的方法。
在一个实施方案中，总氮的检测采用采用如下方法：
1、方法原理
在60℃以上的溶液中，过硫酸钾按如下反应式分解，生成氢离子和氧。
K2S2O8+H2O--2KHSO4+1/2O2
KHSO4--K++HSO4 -
HSO4 ---H++SO4 2-
加入氢氧化钠中和掉氢离子，使过硫酸钾完全分解。
在120-140℃的碱性介质条件下，用过硫酸钾做氧化剂。不仅可以将水样中的氨氮和亚硝酸盐氧化为硝酸盐，同时将水样中大部分有机氮氧化为硝酸盐。硝酸根离子对220nm波长光有特征吸收，用标准溶液定量。
溶解性的有机物在220nm处也有吸收，故根据实践，引入一个经验校正值。该校正值是在275nm处测得吸光度的2倍2A275。在220nm处的吸光值减去经验校正值即为硝酸盐离子的净吸光值(A＝A220-2A275)。
2、干扰及消除
(1)水样中有六价铬及三价铬时，加入5％盐酸羟胺溶液1-2ml消除。
(2)碳酸盐和碳酸氢盐对测定的影响，在加入一定盐酸后可消除。
3、试剂
1)无氨水：用新制备的去离子水，或每升水中加入0.1ml浓硫酸，蒸馏。
2)20％的氢氧化钠：称取20g氢氧化钠，于无氨水中至100ml。
3)碱性过硫酸钾溶液：称取40g过硫酸钾(K2S2O8)，15g氢氧化钠，溶于无氨水中，至1000ml。存于塑料瓶中，可存一周。
4)1+9盐酸。
5)硝酸钾标准溶液：
(1)储备液：称取0.7218g经105-110℃烘干4小时的优级纯硝酸钾(KNO3)溶于无氨水中，移至1000ml容量瓶定容。此溶液为100ug/ml硝酸盐氮。加入2ml三氯甲烷为保护剂，稳定6个月。
(2)使用液：将储备液稀释10倍。取10ml稀释至100ml，含硝酸盐氮10ug/ml
4、步骤
4.1校准曲线绘制(2组)
(1)分别吸取0、0.5、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、8.00ml硝酸钾标准使用液于25ml比色管中，用无氨水稀释至10ml标线。
(2)加入5ml碱性过硫酸钾溶液，塞紧磨口塞，用纱布和纱绳裹紧管塞，以防溅出。
(3)将比色管置于压力锅中，升温至120-124℃(或顶压阀放气时)开始计时，加热0.5h。
(4)自然冷却，开阀放气，移去外盖，取出比色管冷至室温。
(5)加入(1+9)盐酸1ml，用无氨水稀释至25ml标线。
(6)在紫外分光光度计上，以无氨水作参比，用10mm比色皿分别在220nm和275nm波长处测定吸光度，用校正的吸光度(A＝A220-2 A275)绘校准曲线。
4.2样品测定
取10ml水样，按校准曲线步骤(2)至(6)操作。然后以校正吸光度(A＝A220-2A275)，在曲线上查出相应的总氮量m，用下列公式计算总氮含量。
总氮(mg/l)＝m/v
式中：m--从校准曲线上查出相应的总氮量(ug)；v—所取水样的体积
在另一个实施方案中，采用气相色谱的方法对二恶英进行检测。
有益效果：
本发明利用微生物处理造纸废水中的总氮，当单独使用脱氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)ACCC 10489或脱氮假单胞菌(Pseudomonas denitrificans)ATCC 13867时，总氮去除效果不佳。当与其他微生物协同使用时，可以改善造纸废水中总氮的去除效果。尤其是使用脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)ACCC 10489和维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii)ATCC 700474能够起到良好的协同效果，可以高效的去除造纸废水中的总氮。
附图说明
图1利用脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)ACCC 10489或脱氮假单胞菌(Pseudomonas denitrificans)ATCC 13867处理造纸废水的总氮检测结果图。
图2利用脱氮假单胞菌(Pseudomonas denitrificans)ATCC 13867和维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii)ATCC 700474、食树脂假单胞菌(Pseudomonas resinovorans)CA10协同处理造纸废水的总氮检测结果图。
图3利用脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)ACCC 10489和维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii)ATCC 700474、食树脂假单胞菌(Pseudomonas resinovorans)CA10协同处理造纸废水的总氮检测结果图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例一脱氮副球菌ACCC10489和脱氮假单胞菌ATCC13867对于造纸废水的总氮脱除效率
将脱氮副球菌ACCC10489和脱氮假单胞菌ATCC13867分别按照每毫升废水109cfu的添加量，接种于待处理的造纸废水中，摇瓶培养。
造纸废水的污染物指标如下：悬浮物1991mg/L，生化需氧量(BOD)1468mg/L，化学需氧量(COD)1576mg/L，总氮296mg/L，总磷52mg/L，有机卤化物(AOX)102mg/L，二恶英649pgTEQ/L。
利用脱氮副球菌ACCC10489和脱氮假单胞菌ATCC13867在30℃、120r/min的条件下，在不同时间检测造纸废水中总氮的脱除效率。如图1所示，脱氮副球菌ACCC10489针对上述造纸废水的脱氮效率最终在68％左右，总氮含量维持在96mg/L左右；脱氮假单胞菌ATCC13867针对上述造纸废水的脱氮效率最终在74％左右，总氮含量维持在77mg/L左右。上述总氮含量并不能满足造纸废水的工业排放要求。
为了进一步优化造纸废水的脱氮效率，申请人对造纸废水中各污染源的种类进行了分析，以期找到能够与脱氮副球菌ACCC10489和脱氮假单胞菌ATCC13867进行协同作用的微生物。初步试验中，怀疑二恶英会影响微生物的脱氮效率；基于此，申请人尝试采用能够降解二恶英的微生物与上述微生物进行复配。
实施例二微生物复配对于造纸废水的总氮脱除效率
现有技术中存在很多可以降解二恶英的微生物，申请人从诸多微生物中根据与脱氮副球菌ACCC10489和脱氮假单胞菌ATCC13867生长条件的近似性，筛选了Pseudomonasveronii ATCC 700474和Pseudomonas resinovorans CA10进行复配处理造纸废水；造纸废水采用实施例1中的造纸废水。
按照每毫升废水添加109cfu的量，分别将脱氮副球菌ACCC10489、脱氮假单胞菌ATCC13867和Pseudomonas veronii ATCC 700474、Pseudomonas resinovorans CA10进行复配，如下表所示：
Figure BDA0002321119850000071
Figure BDA0002321119850000081
将不同复配的微生物添加到造纸废水中，在30℃、120r/min的条件下，在不同时间检测造纸废水中总氮的脱除效率。
如图2所示，利用脱氮假单胞菌ATCC13867和Pseudomonas veronii ATCC 700474或Pseudomonas resinovorans CA10进行复配，与单用脱氮假单胞菌ATCC13867相比，对于造纸废水脱除总氮的影响并不大；最终，造纸废水的总氮维持在80-90mg/L。
如图3所示，利用脱氮副球菌ACCC10489和Pseudomonas veronii ATCC 700474或Pseudomonas resinovorans CA10进行复配，对于造纸废水的脱氮效率有不同的影响。其中，利用脱氮副球菌ACCC10489和Pseudomonas resinovorans CA10造纸废水的总氮在98mg/L左右，与单用脱氮副球菌ACCC10489相比，没有明显改善。但是，利用脱氮副球菌ACCC10489和Pseudomonas veronii ATCC 700474复配，与单用脱氮副球菌ACCC10489相比，可以显著降低造纸废水的总氮含量，最后的总氮含量能够维持在35mg/L左右。
Pseudomonas veronii ATCC 700474和Pseudomonas resinovorans CA10作为能够降解二恶英的微生物，在处理实施例1的造纸废水时，其均能够发挥降解二恶英的效果，降解效果在基本都在60％左右。但是，当与本申请的脱氮微生物进行复配时，脱氮微生物表现出了不同的脱氮效果，这表明，二恶英可能不是影响脱氮微生物除氮效果的关键因素。另外，单独使用Pseudomonas veronii ATCC 700474或Pseudomonas resinovorans CA10处理造纸废水时，并没有观察到总氮含量降低的现象。
尽管二恶英可能不是影响脱氮微生物除氮效果的关键因素，但是，本次试验中发现了不同微生物之间可能存在的协同效果。具体来说，脱氮副球菌ACCC10489和Pseudomonas veronii ATCC 700474进行复配时，能够显著改善单用脱氮副球菌ACCC10489的除氮效果。这是在脱氮副球菌ACCC10489和Pseudomonas resinovorans CA10复配以及脱氮假单胞菌ATCC13867和Pseudomonas veronii ATCC 700474或Pseudomonasresinovorans CA10进行复配时所没有表现出的效果。
Pseudomonas veronii ATCC 700474在与脱氮副球菌ACCC10489复配时，所表现出的协同效果，可能与Pseudomonas veronii ATCC 700474在生长过程中所分泌的代谢产物有关系；接下来的研究将致力于分析Pseudomonas veronii ATCC 700474不同代谢产物，以期找到可以提高脱氮副球菌ACCC10489脱氮效果的关键因子。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。

Claims (11)

1.一种利用微生物去除造纸废水中总氮的方法，所述方法包括微生物对造纸废水进行处理的步骤，其特征在于，所述微生物包括脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) ACCC10489以及维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii) ATCC 700474；所述脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) ACCC 10489和维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii)ATCC 700474的用量分别为107-1012cfu/毫升废水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将微生物以菌液或菌粉的方式加入到造纸废水中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) ACCC 10489和维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii) ATCC 700474的用量分别为108-1011cfu/毫升废水。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) ACCC 10489和维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii) ATCC 700474的用量分别为109-1010cfu/毫升废水。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) ACCC 10489和维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii) ATCC 700474处理造纸废水的温度为20-40℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) ACCC 10489和维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii) ATCC 700474处理造纸废水的温度为25-35℃。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans) ACCC 10489和维罗纳假单胞菌(Pseudomonas veronii) ATCC 700474处理造纸废水的温度为30℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物采用固定化载体的方式添加到造纸废水中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述固定化载体选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、海藻酸钙中的一种或任意几种。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将微生物进行预培养的步骤。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述造纸废水中的污染物包括：悬浮物1000-3000mg/L，生化需氧量（BOD）1000-2000mg/L，化学需氧量（COD）1000-2000mg/L，总氮100-500mg/ L，总磷10-100mg/L，AOX 10-200mg/L，二恶英300-800 pgTEQ/L。
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CN110172414A (zh) * 2019-04-18 2019-08-27 宋金龙 斡氏假单胞菌组合物及其在处理含有染料的材料的应用
CN110257307A (zh) * 2019-07-29 2019-09-20 江苏蓝必盛化工环保股份有限公司 一种高效脱氮菌剂及其制备方法

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