CN113149203A - 一种新型高普适性高效复合碳源的应用及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型高普适性高效复合碳源的应用及其制备方法，包括反硝化细菌生长优势碳源、促生剂以及厌氧细菌，可促进反硝化细菌的生长和脱氮性能。上面所述碳源占总量的65％‑75％，包括小分子醇、小分子酸、糖类和乙酸钠，其中小分子酸占45％‑60％，小分子醇占10％‑20％，糖类占比5％‑10％，乙酸钠占5％‑10％，水占0‑30％，总量为100％；所述的促生剂占总量0.5％‑5％，包括无机盐、复合酶类、复合氨基酸、复合维生素和自来水，其中无机盐占0.1％‑2％，复合酶占0.5％‑5％，复合氨基酸占0.5％‑5％，复合维生素占0.5‑5％，自来水占83％‑98.4％，总量为100％。所述的厌氧细菌占0.5％‑5％。本发明提供的复合碳源COD为50万‑60万mg/L。本发明的高普适性高效复合碳源营养剂具有高效，环保，稳定和使用方便的特性，能够很好的适应并满足市场需求。
Description
技术领域
本发明涉及污水生化处理领域，尤其涉及一种新型高普适性高效复合 碳源的应用及其制备方法。
背景技术
随着国家对环境保护的日益重视和污水处理厂污水排放标准的日益提高，各 方面对污水处理的要求不断提升。目前城镇污水处理厂污染物的一级A排放标 准是化学需氧量(COD：50mg/L)、总氮(TN：15mg/L，其中氨氮5mg/L)、 总磷(TP：0.5mg/L)。在一些环保要环保要求较高的地区，TN的含量要在10 mg/L以下。因此开发针对污水高效处理的技术和药剂是非常必要的。污水处理 厂作为城镇排水接纳单位，也是最终排放水体最为关键的环节。当前污水处理 厂90％以上的处理工艺均采用生物处理法，生物脱氮是氮去除的核心工艺，与 物理化学法相比，生物脱氮具有经济高效，操作方便，环保，无二次污染的优 势。其基本原理都是利用硝化细菌和反硝化细菌进行脱氮。硝化细菌通常为自 养微生物，在好氧条件下进行硝化反应，将有机氮和氨氮转化为亚硝酸盐氮和 硝酸盐氮；反硝化细菌通常为异养微生物，在厌氧或缺氧条件下进行反硝化反 应，以有机物质或还原态化合物作为电子供体，将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮转化 成气态氮(N2和N2O)释放到空气中，脱离污水系统，从而达到生物脱氮的目 的。当水中的有机物不足时，生物活性降低，反硝化工艺受阻，脱氮效果变差， 特别是冬季水温降低，更进一步降低了硝化菌与反硝化菌的活性，为提高其活 性，需要额外添加碳源，以增强脱氮效果。
外加碳源已成为污水处理厂解决总氮不达标的主要方式之一，但 是如果外加碳源选择不当，或者投加比例不合适，不仅会增加污水处 理厂运行成本，还有可能导致污泥膨胀，COD超标的风险，脱氮效果 难以得到有效保障。
当前市面上作为碳源的产品种类很多，包括三水合乙酸钠、葡萄 糖类、有机酸盐类、醇类等。三水合乙酸钠响应速度快，危险性小， 但是碳氢占比低，运输成本高，易结晶析出，低温下溶解度低，不合 适冬季北方水厂使用。葡萄糖一般作为较为理想的碳源，易于微生物 吸收，但是对投加位置及投加量的控制较为严格，如果控制不当容易 造成丝状菌繁殖，造成污泥膨胀，沉淀池出水水质变差；有机酸盐类 碳源大体都是为低分子直链有机酸盐，低分子直连有机酸盐利于微生 物吸收，但有机酸盐类补碳剂容易引起pH值和盐分的变化，投加量 将受到较大限制；醇类补碳剂一般为乙醇或甲醇，作为危险化学品， 容易产生安全问题，其生产、运输、贮存、使用等过程均需严格按照 危险化学品的管理方法，在使用管理过程中具有极大的局限性。
因此，开发经济安全，高效环保，效果稳定的复合碳源乃大势所 趋。
发明内容
为了解决上述背景技术中提到的常见碳源不足之处，本发明的目 的在于提供一种新型高普适性高效复合碳源的应用及其制备方法，以 该复合碳源处理总氮，可广泛应用于污水预处理领域，增强微生物活 性，促进微生物脱氮反应，缩短微生物适应期，具有易于管理和使用 的明显优势。
本发明要解决的技术问题在于，提供一种新型高普适性高效复合 碳源应用与制备方法，制备方法简单。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种新型高普适性的高效 反硝化碳源，包括反硝化细菌生长优势碳源、反硝化细菌生长促生剂 和定量的厌氧细菌。
本发明要解决的技术问题在于，提供一种新型高普适性的高效反 硝化碳源的应用，有效去除废水中的总氮，在特定碳氮比条件下，可 提升6％-20％的总氮去除率，具体实验数据可见实施例3。
为实现以上目的，本发明提供一种新型高普适性的高效反硝化碳 源的配方。
反硝化细菌生长优势碳源。由小分子酸、小分子醇、糖类、乙酸 钠和自来水组成，其中小分子酸占45％-60％，小分子醇占10％-20％， 糖类占比5％-10％，乙酸钠占比5％-10％，水占比0-30％，总量为100％；
反硝化细菌促生剂：由无机盐、复合生物酶类、复合氨基酸、复 合维生素和自来水组成。其中无机盐占比0.1％-2％，复合生物酶占比 0.5％-5％，复合氨基酸占比0.5％-5％，复合维生素占比0.5-5％，自来 水占比83％-98.4％，总量为100％。
厌氧菌剂多以包括芽孢杆菌、假单胞菌以及乳酸杆菌混合的发酵 菌液。
优选地，反硝化细菌生长优势碳源65％-75％。
优选地，所述小分子酸类物质为乙酸、乙二酸、柠檬酸、乳酸和 苹果酸的两种或三种。
优选地，所述小分子醇类物质为甲醇，乙二醇、丙三醇、正丁醇、 异丁醇的一种、两种或者三种。
优选地，所述糖类物质为葡萄糖，蔗糖，果糖，木糖中的一种或 多种。
优选地，所述无机盐，其特征在于包括可溶性钙盐，镁盐，亚铁 盐，磷酸盐、锰盐的一种或多种。
优选地，所述的生物酶类，其特征在于包括脂肪酶、纤维素酶和 蛋白酶中的两种或三种。
优选地，所述的复合氨基酸，其特征在于包括甘氨酸、亮氨酸、 精氨酸、谷氨酸、天冬氨酸中的两种或多种。
优选地，所述所述的复合维生素，其特征在于包括包括维生素B、 维生素D和维生素K中的两种或者三种。
优选地，厌氧菌菌液占总质量的0.5％-1％。
相应地，本发明还提供了一种新型高普适性高效复合碳源的制备 方法，包括以下步骤：
将定量的三水合乙酸钠或无水乙酸钠溶于定量的自来水中，搅拌 至完全溶解，依次加入定量的糖类物质，搅拌至完全溶解；加入定量 的小分子醇和定量的小分子酸物质，搅拌均匀；加入定量的反硝化细 菌生长促生剂，搅拌均匀；最后加入定量的厌氧菌液，即配制成高普 适性的高效复合碳源，COD为50万-60万mg/L，pH值为4-8。
相应地，本发明还提供了一种新型高普适性高效复合碳源的应用， 包括以下步骤：
检测废水中的污染指标，得出废水中的总氮为x(mg/L)；
中试经验表明，COD/N＝5至COD/N＝8这个范围能够满足反硝化 菌脱氮的营养需求，以该范围计算投加的COD(mg/L)，即5x≤投加 的COD≤8x。
向废水中投加Y(mL/L)的高效复合碳源(60万mg/L的COD)， 其中，x/150≤Y≤x/75；
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种新型高普适性高效复合碳源，包括反硝化 细菌生长优势碳源、反硝化细菌生长促生剂和厌氧菌液，优化营养剂 中各类碳源的比例，避免单一碳源对系统微生物菌群的破坏，反硝化 细菌生长促进剂促进反硝化细菌的快速生长，丰富反硝化菌群的生物 多样性，添加厌氧菌菌液增加去除废水中的总氮速率。
2、本发明提供的一种新型高普适性高效复合碳源的制备方法， 操作简单，得到的产品安全环保，性能稳定，便于存储、运输和使用。
3、本发明提供的一种新型高普适性高效复合碳源的应用，优化 脱氮处理碳源投加量，向废水中添加反硝化细菌生长促生剂，促进优 势反硝化菌群的生长，向废水中添加厌氧细菌提升系统的脱氮效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中 所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发 明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。
图1高普适性高效复合碳源图。
图2为本发明的新型高普适性高效复合碳源在-25℃环境中静置 48h后未结冰图。
图3高效复合碳源对城镇污水中总氮的脱除情况以及与对比例 的对比。
图4高效复合碳源对城电镀废水中总氮的脱除情况以及与对比 例的对比。
具体实施方式
为使本发明的技术方案、目的、优势更清晰，下面对本发明作进 一步地详细描述。
本发明提供一种新型高普适性高效复合碳源，包括反硝化细菌生 长优势碳源，反硝化细菌生长促生剂和厌氧菌菌液。反硝化细菌生长 优势碳源可为反硝化细菌的生长和繁殖提供营养物质，为反硝化作用 过程提供电子；反硝化细菌生长促生剂能够激活污泥，增加该碳源的 普适性，促进反硝化菌的生长，提高污水处理厂的脱氮效率。厌氧菌 菌液能快速提升总氮去除效果，三者协同作用，提升生物脱氮的效果。
上述反硝化细菌生长优势碳源。由小分子酸、小分子醇、糖类、 乙酸钠和自来水组成，其中小分子酸占45％-60％，小分子醇占10％- 20％，糖类占比5％-10％，乙酸钠占比5％-10％，水占比0-30％，总量 为100％；
反硝化细菌生长促生剂占总量的0.5％-2％，包括无机盐、复合生 物酶类、复合氨基酸、复合维生素和自来水组成。其中无机盐占比 0.1％-2％，复合生物酶占比0.5％-5％，复合氨基酸占比0.5％-5％，复 合维生素占比0.5-5％，自来水占比83％-98.4％，总量为100％。
厌氧菌菌剂多以包括芽孢杆菌、假单胞菌以及乳酸杆菌混合的发 酵菌液。
优选地，反硝化菌生长优势碳源占总质量的65％-75％。
优选地，所述小分子酸类物质为乙酸、乙二酸、柠檬酸、乳酸和 苹果酸的两种或三种。
优选地，所述小分子醇类物质为甲醇，乙二醇、丙三醇、正丁醇、 异丁醇的一种、两种或者三种。
优选地，所述糖类物质为葡萄糖，蔗糖，果糖，木糖中的一种或 多种。
优选地，所述无机盐，其特征在于包括可溶性钙盐，镁盐，亚铁 盐，磷酸盐、锰盐的一种或多种。
优选地，所述的生物酶类，其特征在于包括脂肪酶、纤维素酶和 蛋白酶中的两种或三种。
优选地，所述的复合氨基酸，其特征在于包括甘氨酸、亮氨酸、 精氨酸、谷氨酸、天冬氨酸中的两种或多种。
优选地，所述所述的复合维生素，其特征在于包括包括维生素B、 维生素D和维生素K中的两种或者三种。
优选地，厌氧菌菌液占总质量的0.5％-1％。
实施例1
一种新型高普适性高效复合碳源，由以下重量百分比的原料组成： 小分子酸50％、小分子醇20％、糖类6％、三水合乙酸钠10％、反硝 化细菌生长促生剂1％、厌氧菌菌液0.5％，自来水12.5％。
将定量的三水合乙酸钠或无水乙酸钠溶于定量的自来水中，搅拌 至完全溶解，依次加入定量的糖类物质，搅拌至完全溶解；加入定量 的小分子醇和定量的小分子酸物质，搅拌均匀；加入定量的反硝化细 菌生长促生剂，搅拌均匀；最后加入定量的厌氧菌菌液，即配制成高 普适性的高效复合碳源，COD(mg/L)为60万。
对比例1
一种反硝化细菌营养剂，由三水合乙酸钠和自来水组成。
对比例2
一种反硝化细菌营养剂，由葡萄糖和自来水组成。
对比例3
一种反硝化细菌营养剂，由甲醇和自来水组成。
对比例4
一种反硝化细菌营养剂，由小分子酸50％、小分子醇20％，糖类 6％、三水合乙酸钠10％，自来水14％。
实施例1的具体实施方式1
准备5个100mL厌氧瓶，每个厌氧瓶中装有40mL某城镇污水 处理厂缺氧污泥和该厂60mL好氧出水，所述的好氧出水含有25mg/L 的硝酸盐氮，分别向每个厌氧瓶中投加对比例1-4、实施例1，每种 营养剂提供125mg/L的COD，按照对应营养剂的COD进行计算后 添加，其中本发明的高效复合盖上厌氧瓶，25℃下厌氧振荡培养3h， 检测上清液水质指标，结果如下：
在硝酸盐氮脱除方面，实施例1的效果最好，硝酸盐氮去除率达 到99.26％，比对比例1高22.01％；比对比例2高35.96％；比对比例 3高27.93％；比对比例4高18.66％。
对比例1-3均使用单一碳源，其中乙酸钠的效果最好，其次是甲 醇，葡萄糖相对最差，具体情形如图3所示。
对比例4与实施1组相比，实施1的效果更好，具体情形如图3 所示
实施例1使用的新型高普适性高效复合碳源脱氮效果比3种单 一传统碳源好，污水生化系统中反硝化菌群种类繁多，不同的细菌代 谢途径不同，对碳源的需求也不尽相同。使用单一碳源容易引起微生 物菌群被动驯化，形成优势种，不利于丰富微生物菌群的多样性，降 低生化系统的脱氮效率且脱氮系统的抗冲击能力也相对较弱。使用复 合碳源，满足不同反硝化细菌的需求，效果明显。
实施例1使用的新型高普适性高效复合碳源比对比例4的复合 碳源好。添加反硝化细菌生长促生剂促进反硝化效果，添加厌氧菌菌 液提高了脱氮的速率，复合碳源、反硝化细菌生长促生剂和厌氧菌三 者结合，协同脱氮效果更佳明显。
实施例1的具体实施方式2
准备5个100mL厌氧瓶，每个厌氧瓶中装有40mL某电镀污水 处理厂缺氧污泥和该厂60mL好氧出水，所述的好氧出水含有56mg/L 的硝酸盐氮，分别向每个厌氧瓶中投加对比例1-4、实施例2，每种 营养剂提供280mg/L的COD，按照对应营养剂的COD进行计算后 添加，其中本发明的高效复合碳源添加量为0.33mL/L。
盖上厌氧瓶，25℃下厌氧振荡培养6h，检测上清液水质指标，结 果如下：
在硝酸盐氮脱除方面，实施例1的效果最好，硝酸盐氮去除率达 到98.37％，比对比例1高19.63％；比对比例2高28.49％；比对比例 3高22.10％；比对比例4高16.45％。
对比例1-3均使用单一碳源，在电镀水处理过程中乙酸钠的效果 最好，其次是甲醇，葡萄糖相对最差，具体情形如图4所示。
对比例4与实施1组相比，实施1的效果更好，具体情形如图4 所示
实施例1使用的新型高普适性高效复合碳源脱氮效果比3种单 一传统碳源好，实施例1使用的新型高普适性高效复合碳源比对比例 4的复合碳源好。添加反硝化细菌生长促生剂促进反硝化效果，添加 厌氧菌菌液提高了脱氮的速率，复合碳源、反硝化细菌生长促生剂和 厌氧菌三者结合，协同脱氮效果更佳明显。
Claims (14)
1.一种新型高普适性高效复合碳源的配方，其特征在于按照质量百分比为：反硝化细菌生长优势碳源65%-75%，反硝化细菌生长促生剂0.5%-5%，厌氧菌菌液占0.5%-5%，自来水占比15%-34%。
2.如权利要求1所述的高效复合碳源，其特征在于-25℃下保存不结冰，不析出晶体；COD为50万-60万mg/L，pH值为4-8。
3.如权利要求1所述的反硝化细菌生长优势碳源，其特征在于配方由小分子酸、小分子醇类、糖类和乙酸钠组成。
4.其中小分子酸占45%-60%，小分子醇占10%-20%，糖类占比5%-10%，乙酸钠占比5%-10%，水占比0-30%，总量为100%；
如权利要求3所述的小分子酸物质，其特征在于包括乙酸、乙二酸、柠檬酸、乳酸和苹果酸的两种或三种。
5.如权利要求3所述的小分子醇物质，其特征在于包括乙二醇、丙三醇、正丁醇、异丁醇的一种、两种或者三种。
6.如权利要求3所述的糖类物质，其特征在于包括葡萄糖，蔗糖，果糖、木糖中的一种或多种。
7.如权利要求3所述的乙酸钠，其特征在于包括无水乙酸钠或者三水乙酸钠。
8.如权利要求1所述的反硝化细菌生长促进剂，其特征在于包括无机盐、复合生物酶类、复合氨基酸、复合维生素和自来水，其中无机盐占比0.1%-2%，复合生物酶占比0.5%-5%，复合氨基酸占比0.5%-5%，复合维生素占比0.5-5%，自来水占比83%-98.4%，总量为100%。
9.如权利8要求所述无机盐，其特征在于包括可溶性钙盐，镁盐，铁盐，磷酸盐、锰盐的一种或多种。
10.如权利8要求所述的复合生物酶类，其特征在于包括脂肪酶、纤维素酶和蛋白酶中的两种或三种。
11.如权利8要求所述的复合氨基酸，其特征在于包括甘氨酸、亮氨酸、精氨酸、谷氨酸、天冬氨酸中的两种或多种。
12.如权利8要求所述的复合维生素，其特征在于包括维生素B、维生素D和维生素K中的两种或者三种。
13.如权利要求1所述的厌氧细菌液，其特征在于在于包括芽孢杆菌、假单胞菌以及乳酸杆菌混合的两种或三种的发酵菌液。
14.一种新型高普适性高效复合碳源的的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将定量的三水合乙酸钠或无水乙酸钠溶于定量的自来水中，搅拌至完全溶解，依次加入定量的糖类物质，搅拌至完全溶解；加入权利要求4所描述的定量的小分子酸和权利要求5所述的小分子醇物质，搅拌均匀；加入权利要求8所述的反硝化细菌生长促生剂，搅拌均匀；最后加入权利11要求厌氧菌菌液，即配制成高普适性的高效复合碳源，COD为50万-60万mg/L，pH值为4-8。
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