CN113264588A

CN113264588A - 一种用于污水处理的复合碳源

Info

Publication number: CN113264588A
Application number: CN202110612710.XA
Authority: CN
Inventors: 李海松; 阎登科; 胡培基; 许子聪; 任晓敏; 王萌萌
Original assignee: Zhihe Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Zhihe Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2021-08-17
Anticipated expiration: 2041-06-02
Also published as: CN113264588B

Abstract

本发明公开一种用于污水处理的复合碳源，该复合碳源的组成及质量分数为：0%~5%甲醇，0%~5%乙醇，5%~30%乙酸钠，0%~5%葡萄糖，0.1%~2%糖蜜，1%~5%的腐殖酸发酵液，其余为水；其中，腐殖酸发酵液COD为1~8万mg/L。该复合碳源实现了资源化利用，投加量可低至传统碳源投加量的0.4~0.8倍，同时大量富集反硝化菌属，脱氮效果显著提高1.5~2.5倍，具有广阔的应用市场。

Description

一种用于污水处理的复合碳源

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种用于污水处理的复合碳源。

背景技术

随着我国经济技术的快速发展，工业生产以及生活用水急剧增加，导致含氮废水无限制的排放，以致受纳水体中藻类过度繁殖，水质变坏，严重威胁生态环境的平衡和人类的生命财产安全。所以城市水污染问题急需解决，刻不容缓。常规的污水处理措施是活性污泥法，主要是利用微生物的氨化作用、硝化作用以及反硝化作用才能将污水中的TN降低。其中，反硝化作用主要发生在缺氧环境中，在有一定碳源的条件下，由反硝化细菌先将NO₃ ^--N转化为NO₂ ^--N，NO₂ ^--N再进一步转化为N₂，水体中的氮从化合物转化为N₂进入到空气中，才能最终将污水中TN降低。而现有的反硝化处理中普遍存在碳源不足的问题，必须外部投加碳源，常见的碳源种类有甲醇、乙酸、乙酸钠，葡萄糖等；乙酸属于危化品且制作成本高，不易推广使用；乙酸钠反硝化速率快，但是投加量大、成本高，产泥量大。

目前国内研究人员致力于开发复合碳源，旨在提高碳源的COD值，以降低碳源投加量，降低运行成本，提高碳源利用率。徐辉等发明了一种用高粱、玉米、薯干或其他农副产品、木质纤维素酶、营养液等制成的复合碳源，达到了以废治废的目的，但是原材料种类多而复杂，不易推广；王学科等研制了一种用乙酸10%~15%，氧化钙0.00%~0.075%，氢氧化钠7.5%~10%，糖类物质15%~25%，乙二醇0.8%~1.7%，水48%~67%制成的复合碳源，具有优质，高效的特点，但是有乙酸危化品作原料，存在安全隐患。总之，这些复合碳源存在工艺相对复杂，性价比较低等缺点。

腐殖酸主要是由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成，是一种无固定组成结构的缩聚物，广泛存在于自然界中，经过微生物的分解和转化，会形成腐殖酸发酵液。腐殖酸发酵液价格低廉，能量密度低，被市场上广泛应用。但是目前没有发现将腐殖酸发酵液用作反硝化菌剂的液态碳源的报道，更没有见到将腐殖酸发酵液和糖蜜联合使用的报道。本发明首次将腐殖酸发酵液和糖蜜联合应用于反硝化菌剂的液态碳源。

发明内容

本发明的目的是基于克服上述不足而提供的一种废水处理的复合碳源，满足市场对优质高效水处理化学品的需求。

本发明的技术方案是：

一种用于污水处理的复合碳源，由以下组分及质量分数组成：0%~5%甲醇，0%~5%乙醇，5%~30%乙酸钠，0%~5%葡萄糖，0.1%~2%糖蜜，1%~5%的腐殖酸发酵液，其余为水；其中，腐殖酸发酵液COD为1~8万mg/L。

所述复合碳源的COD值为20~50万mg/L，溶解性良好。

优选的，所述糖蜜为甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、葡萄糖蜜、玉米糖蜜中的一种或多种的混合物；

优选的，腐殖酸发酵液来源于垃圾渗滤液或污泥发酵液，其制备方法如下：

将COD浓度为1~8万mg/L的垃圾渗滤液或污泥发酵液置于放有厌氧颗粒污泥（市售）的厌氧发酵罐中，加入50~200mg/L的纳米Fe3O4磁粉（粒径在50-300nm之间）加速发酵，发酵罐中的温度控制在35℃~50℃，发酵时间为15~25h，制得的液体为腐殖酸发酵液；

优选的，由以下组分及质量分数组成：0.1%~2%甲醇，0.1%~2%乙醇，5%~28%乙酸钠，2%~3%葡萄糖，0.1%~1.5%糖蜜，1%~4%的腐殖酸发酵液，其余为水。

上述复合碳源的制备方法包括以下步骤：

在储液罐内先加入甲醇溶液，在搅拌条件下缓慢加入乙醇溶液得到混合液，然后在混合液中加入乙酸钠和葡萄糖，充分搅拌直至固体物质全部溶解，再缓慢加入糖蜜溶液，然后加入腐殖酸发酵液混合于该体系中，继续搅拌至COD至20~50万mg/L，过滤，得到复合碳源。

所述储液罐的水力停留时间控制在1~2h之间。

所述储液罐内设置有慢速搅拌混合设备以及过滤装置，过滤通过的孔径优选为500~1000目。

所述储液罐内设有碳源进口、出口以及超越管。

本发明具有如下有益效果：

（1）本发明所述复合碳源的原料易得且种类丰富，能够满足活性污泥中各种微生物对碳源的需求，使各种菌群最大限度的发挥自己的作用；

（2）本发明所述复合碳源中常规碳源投加量大大降低，降低了危险化学品使用与储运风险，同时采用了糖蜜和腐殖酸发酵液作为碳源，解决了废弃物的处理难题，达到了以废治废的目的；

（3）本发明采用糖蜜作为污水处理的碳源之一，其主要成分是蔗糖、维生素、蛋白质、矿物质、表面活性物及促生长因子（生物活性物质）等成分，同时还具有抗酸碱、抗氧化的能力；本发明首次将腐殖酸发酵液应用于反硝化菌剂液态碳源，腐殖酸发酵液的能量密度低，消化吸收快，价格低廉，对二价阳离子有很强的螯合能力，能够促进功能菌繁殖，提高反应速率，具有利用效率高且绿色环保的优势。

（4）本发明所述的复合碳源和传统碳源（例如甲醇、乙醇、乙酸钠）相比，脱氮效果是传统碳源的1.5~2.5倍；在相同脱氮前提下，本发明所述复合碳源的投加量可低至传统碳源投加量的0.4~0.8倍。可见，本发明大大提高了脱氮效率，具有广阔的应用市场。

附图说明

图1为各个体系种群结构在属水平上的占比。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行进一步阐述。

实施例一

在储液罐内加入0.1%的甲醇溶液，在搅拌条件下加入0.1%的乙醇溶液，然后在混合液中加入25%乙酸钠和2%葡萄糖，充分搅拌直至固体物质全部溶解，再缓慢加入1%糖蜜溶液，然后加入3%的腐殖酸发酵液（COD=5万mg/L）混合于该体系中，继续搅拌至COD至30万mg/L，过滤，得到复合碳源。

实验室进行小试实验，菌种取自某污水处理厂活性污泥，用该复合碳源进行长期驯化。当碳源投加量为0.4mL/L，反应时间为4h时，该体系的进出水指标如下所示：

实施例二

在储液罐内加入1%的甲醇溶液，在搅拌条件下加入0.5%的乙醇溶液，然后在混合液中加入18%乙酸钠和0.5%葡萄糖，充分搅拌直至固体物质全部溶解，再缓慢加入1%糖蜜溶液，然后加入2%的腐殖酸发酵液（COD=3万mg/L）混合于该体系中，继续搅拌至COD至20万mg/L，过滤，得到新型复合碳源。

实验室进行小试实验，菌种取自某污水处理厂活性污泥，用该复合碳源进行长期驯化。当碳源投加量为0.5 mL/L，反应时间为2h时，该体系的进出水指标如下所示：

实施例三

在储液罐内加入23%乙酸钠和1%葡萄糖，再缓慢加入0.5%糖蜜溶液，充分搅拌直至固体物质全部溶解，然后加入1%腐殖酸发酵液（COD=4万mg/L）混合于该体系中，继续搅拌至COD至25万mg/L，过滤，得到新型复合碳源。

实验室进行小试实验，菌种取自某污水处理厂活性污泥，用该复合碳源进行长期驯化。当碳源投加量为0.32 mL/L，反应时间为2h时，该体系的进出水指标如下所示：

对比例一

与实施例一相比，对比例一中将糖蜜替换为纤维素作为碳源组分，其余实施方式与实施例一相同；

对比例二

与实施例一相比，对比例二中将腐殖酸发酵液替换为淀粉作为碳源组分，其余实施方式与实施例一相同。

对比例三

与实施例二相比，对比例三中将腐殖酸发酵液替换为淀粉作为碳源组分，其余实施方式与实施例二相同。

COD和TN的去除效果对照实验如下表所示：

从上表可以看出，实施例一的出水COD比对比例一和对比例二都要低，出水COD含量为21 mg/L，去除率达到82.5%，COD的去除效果好于将糖蜜替换为多糖作为碳源组分的对比例一（出水COD含量为24 mg/L，去除率为80%）和将腐殖酸发酵液替换为淀粉作为碳源组分的对比例二（出水COD含量为25mg/L，去除率为79.2%）。

从上表可以看出，实施例一的出水TN比对比例一和对比例二都要低，出水TN含量为8 mg/L，去除率达到80%，TN的去除效果好于将糖蜜替换为多糖作为碳源组分的对比例一（出水TN含量为16mg/L，TN去除率为60%）和将腐殖酸发酵液替换为淀粉作为碳源组分的对比例二（出水TN含量为16.8mg/L，TN去除率为58%）。

从上表可以看出，实施例二的出水COD和TN比对比例三中的都要低，出水COD和TN含量分别为15 mg/L和5 mg/L，去除率分别为85%和80%，去除效果好于对比例三（出水COD和TN含量分别为35 mg/L和10 mg/L，去除率分别为65%和60%）。

对上述各个实施例和对比例中的长期驯化的活性污泥进行高通量测序，分析其微生物组成和分布，属水平上的微生物种群结构表明，实施例一、实施例二和实施例三中的优势反硝化菌属Pseudomonas和Flavobacterium中的占比分别达到58%、86.25%和72.18%，但是在对比例一、对比例二和对比例三中，这两种菌属的占比大幅度降低，分别为8.21%、7.38%和3.46%，因此在该复合碳源的驯化培养下，反应体系中会富集大量的反硝化菌属，跟实施例中的反硝化效果较好相吻合。

综上，实施例一至实施例三的出水COD和TN平均值均优于对比例一至三的出水值，说明本发明采用的糖蜜和腐殖酸发酵液对反硝化菌群的富集、COD和TN的去除起着举足轻重的作用，同时表明两者联合使用所取得的效果明显优于其各自单独使用的效果。

Claims

1.一种用于污水处理的复合碳源，其特征在于，由以下组分组成：0%~5%甲

醇，0%~5%乙醇，5%~30%乙酸钠，0%~5%葡萄糖，0.1%~2%糖蜜，1%~5%的腐殖酸发酵液，其余为水；其中，腐殖酸发酵液COD为1~8万mg/L。

2.根据权利要求1所述的复合碳源，其特征在于，由以下组成及质量分数组成：

0.1%~2%甲醇，0.1%~2%乙醇，5%~28%乙酸钠，2%~3%葡萄糖，0.1%~1.5%糖蜜，1%~4%的腐殖酸发酵液，其余为水；其中，腐殖酸发酵液COD为1~8万mg/L。

3.根据权利要求1或2所述的复合碳源，其特征在于：所述的腐殖酸发酵液来源于垃圾渗滤液或污泥发酵液，其制备方法如下：

将COD浓度为1~8万mg/L的垃圾渗滤液或污泥发酵液置于放有市售厌氧颗粒污泥的厌氧发酵罐中，加入50~200 mg/L的纳米Fe₃O₄磁粉加速发酵，发酵罐中的温度控制在35℃~50℃，发酵时间为15~25h，制得的液体即为所述的腐殖酸发酵液。

4.根据权利要求1或2所述的复合碳源，其特征在于：所述糖蜜为甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、葡萄糖蜜、玉米糖蜜中的一种或多种混合物。

5.根据权利要求1-4任一项所述的复合碳源的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

在储液罐内先加入甲醇溶液，在搅拌条件下缓慢加入乙醇溶液得到混合液，然后在混合液中加入乙酸钠和葡萄糖，充分搅拌直至固体物质全部溶解，再缓慢加入糖蜜溶液，然后加入腐殖酸发酵液混合于该体系中，继续搅拌至COD至20~50万mg/L，过滤，得到所述的复合碳源。