CN114084964A - 一种芳香有机化合物废水生物处理促进剂及制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种芳香有机化合物废水生物处理促进剂，其中，所述促进剂包括：肉骨粉、植物蛋白提取物、维生素、无机盐和聚天门冬氨酸。

Description

一种芳香有机化合物废水生物处理促进剂及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种生物处理促进剂的制备及应用，尤其涉及一种芳香有机化合物废水生物处理促进剂及其制备方法与应用，属于废水处理领域。

背景技术

当前，人工合成有机化合物引发的水污染问题逐步引起了国内学术界的重视，芳香有机化合物是其中重要的类别之一，这类有机化合物废水的污染特征包括：生物降解速率较低，易被生物富集，是非持久的高毒性污染物。随着环境中芳香有机化合物的普遍检出和相关环境污染事件的持续发生，全社会日益关注芳香有机化合物污染的防控问题。化工废水中芳香有机化合物的种类众多，对其进行有针对性的处理能够改善回用水质并且减少环境污染。

对芳香有机化合物废水的处理主要有生物法、氧化法、萃取法、还原电解法、膜法和吸附法，但是各处理方法在对芳香有机化合物的去除中均存在一些问题。生物法需与其他物化方法结合或另外投加营养；氧化法副产物毒性大、去除的有机物种类少且运行成本高；还原电解法易板结且二次污染严重；萃取法、膜法和吸附法对芳香有机化合物去除能力较强，有着较为广阔的应用前景，但也存在一些问题亟待解决。其中，萃取法的经济性和稳定性尚待提高且萃取剂易流失，出水水质难以保证；膜法投资运行成本高、膜易堵塞、膜污染难以解决且出水效果提升有限；吸附法吸附容量较低、脱附较难、机械强度较低且树脂易被某些有机物污染。

综合考虑，生物法是目前处理芳香有机化合物废水比较理想的方法，但是化工废水中含有的大量芳香有机化合物在预处理和生化处理中难以彻底去除，尾水仍有较强的生物毒性。微生物共代谢降解芳香有机化合物作为一种有效的强化生物处理措施，成为近几年国内外学者研究和探讨的重点领域。在常规活性污泥生物处理系统中，可降解目标污染物的微生物数量和活性通常是较低的，添加某些营养物包括碳源、氮源、能量物质、营养物质作为一级基质，将有助于高效降解菌的生长，改善处理系统的运行性能，使目标降解菌可在短时间内迅速繁殖，生物量大大增加并保持较高的活力，从而促进目标污染物，即二级基质的生物降解。一级基质的降解不仅为降解二级基质的微生物提供了充足的碳源和能源，同时为其代谢途径提供了还原力、各种辅基和辅酶。因此，一级基质的选择对微生物共代谢作用的启动，生物处理的强化效果至关重要。

发明内容

为了克服常规的生物处理方法处理芳香有机化合物废水微生物容易受到抑制或中毒，处理效率不高的难题，提高生物处理系统对芳香有机化合物的耐毒性和处理效果，本发明在常规生物处理系统中添加生物处理促进剂，即包括营养物质、氮源、磷源、无机盐等一级基质，启动微生物的共代谢作用，从而稳定高效的处理芳香有机化合物废水。

本发明目的之一是公开一种芳香有机化合物废水生物处理促进剂，所述促进剂包括：肉骨粉、植物蛋白提取物、维生素、无机盐和聚天门冬氨酸。

在本发明的一个优选实施方式中，所述促进剂由以下共混组分组成：

肉骨粉：50-100重量份；

植物蛋白提取物：10-50重量份；

复合维生素：0.1-5重量份；

聚天门冬氨酸：0.1-5重量份；以及

无机盐：0.1-5重量份。

在本发明的一个优选实施方式中，所述维生素为维生素B6和B12，二者以质量比1:1-1:5混合。优选二者以质量比1:1。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述的无机盐组成，以所述无机盐100重量％计，45-55重量％的K₂HPO₄、20-25重量％的KH₂PO₄、0.5-1.0重量％的MgSO₄·7H₂O、15-20重量％的NaCl、7.0-7.5重量％的(NH₄)₂SO₄以及0.5-1.5重量％的微量元素。优选的，所述无机盐的组成为51重量％的K₂HPO₄、22重量％的KH₂PO₄、0.7重量％的MgSO₄·7H₂O、18重量％的NaCl、7.3重量％的(NH₄)₂SO₄以及1重量％的微量元素。。

在本发明的进一步的优选实施方式中，所述的微量元素组成为，以所述微量元素100重量％计，30-31重量％的FeSO₄·7H₂O、30-31重量％MnSO₄·H₂O、7-8重量％的Na₂MoO₄·2H₂O、2-4重量％的H₃BO₄、7-8重量％的CuCl₂·2H₂O、7-8重量％ZnCl₂、2-4重量％的NH₄VO₃、7-8重量％的Co(NO₃)₂·6H₂O以及1-3重量％NiSO₄·6H₂O。优选地，所述的微量元素组成为30.5重量％的FeSO₄·7H₂O、30.5重量％MnSO₄·H₂O、7.5重量％的Na₂MoO₄·2H₂O、3重量％的H₃BO₄、7.5重量％的CuCl₂·2H₂O、7.5重量％ZnCl₂、3重量％的NH₄VO₃、7.5重量％的Co(NO₃)₂·6H₂O以及3重量％NiSO₄·6H₂O。

在本发明的一个优选实施方式中，

所述肉骨粉组成(重量百分比)：粗蛋白质：48-53％、脂肪：8-12％、灰分：22-35％、水分：3-8％、钙：8-12％、磷：3-6％、钠：0.4-0.6％。比较典型的肉骨粉：粗蛋白质：50％、脂肪：10％、灰分：30％、钙：10％、磷：5％、钠：0.5％。

所述植物蛋白提取物(重量百分比)：粗蛋白质：20.82％、粗脂肪：2.7％、粗纤维：19.48％、无氮浸出物：31.69％、钙：3.79％、磷：0.03％、赖氨酸：0.96％以及少量的胡萝卜素和维生素B2。

在本发明进一步的优选实施方式中，所述促进剂由以下共混组分和重量百分比组成：

肉骨粉：55-70重量份；

植物蛋白提取物：25-40重量份；

复合维生素：0.1-3重量份；

聚天门冬氨酸：0.1-3重量份；以及

无机盐：0.1-3重量份。

作为本发明的最优一个实施方式，所述促进剂由以下共混组分组成：

肉骨粉：65重量份；

植物蛋白提取物：35重量份；

复合维生素：0.1重量份；

聚天门冬氨酸：0.3重量份；以及

无机盐：0.3份。

本发明的目的之二是提供一种上述芳香有机化合物废水生物处理促进剂的制备方法，包括将所述肉骨粉、植物蛋白提取物、复合维生素、聚天门冬氨酸、以及无机盐粉碎混合后，制成含芳香化合物废水生物处理促进剂。

本发明的目的之三是提供一种所述芳香有机化合物废水生物处理促进剂在芳香有机化合物废水处理中的应用。

具体的，所述促进剂的投加方法包括启动投加和运行投加，启动投加包括两步：首次投加，每克COD按照50-500mg促进剂投加，以该投加比例连续投加5-15天后，减少为每克COD10-50mg促进剂，以上述投加比例连续投加5-15天后，进入连续投加阶段，减少促进剂投加量为每克COD投加0-10mg/L，过程监测进出、水COD指标和好氧池中微生物数量，当出水COD达到处理要求且微生物活跃度较高时，此时促进剂的投加量为连续运行投加量，可维持系统正常运行，含芳香化合物废水得以稳定高效的处理。上述所述生物处理系统可以为SBR工艺、A/O工艺、接触氧化工艺、曝气生物滤池工艺和A/O/MBR工艺等常规生物处理工艺的任意一种。

本发明的有益效果是：芳香有机化合物废水生物处理促进剂由肉骨粉、植物蛋白提取物、复合维生素、聚天门冬氨酸和无机盐配伍组成，作为降解芳香有机物的一级基质启动微生物共代谢作用，稳定高效的处理含芳香有机物废水。肉骨粉作为促进剂的主要配伍成分，是微生物较广泛利用的碳源，生物利用率高，且成本低廉，适合大规模工业应用，肉骨粉中还含有各种氨基酸，为微生物生长提供氮源；植物蛋白提取物是一级基质碳源，同时为生物共代谢提供能源，加强关键酶的诱导和能量供应；无机盐包括常规的盐和少量的微量元素，为微生物提供氮源，主要是供给合成菌体结构的原料，促进剂的碳氮比趋于优化，同时促进微生物共代谢反应过程中产生既能代谢一级基质又能代谢目标污染物的关键酶；聚天门冬氨酸，是一种人工仿生合成的水溶性高分子物质，能够促进微生物对微量元素的吸收，活化养分元素，提高营养物质的利用率。

具体实施方式

以下将通过具体实施例进一步说明本发明。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：甲醇制芳烃废水生物促进剂的制备

取肉骨粉60公斤、植物蛋白提取物30公斤、复合维生素0.3公斤(维生素B6 0.15公斤和维生素B12 0.15公斤)、聚天门冬氨酸0.3公斤、无机盐0.3公斤(具体成分如下表1所述)，上述原料粉碎混合后，制成甲醇制芳烃废水生物处理促进剂。

表1实施例1中的无机盐成分

实施例2：甲醇制芳烃废水处理促进剂的应用

将实施例1制备的甲醇制芳烃废水生物处理促进剂应用于以SBR工艺处理甲醇制芳烃废水的系统中。该系统采用进水2小时-曝气16小时-沉淀4小时-出水2小时的方式运行，投加方式为启动投加和连续投加，即进水的同时向上述系统中投加促进剂一次，首次投加，每克COD按照300mg促进剂投加，连续投加15天后，减少为每克COD30mg促进剂，以连续投加15天后，进入连续投加阶段，减少促进剂投加量为每克COD投加7mg/L，过程监测进出、水COD指标和好氧池中微生物量，当出水COD达到处理要求且微生物活跃度较高时，以上述比例连续投加维持系统正常运行。水质指标见表2。

表2水质指标变化结果

由表1可知：以SBR工艺处理甲醇制芳烃废水的系统中，在为投加本发明生物处理促进剂时，COD的去除率平均为81％，投加本发明生物处理促进剂后，COD的去除率明显提高，系统运行50天后，出水指标稳定，COD去除率大于98％，曝气池中微生物数量也明显增加。

甲醇制芳烃废水生物处理促进剂的应用对比实验

对比例1：将实施例1制备的甲醇制芳烃废水生物处理促进剂做如下配方改变：取肉骨粉60公斤、植物蛋白提取物30公斤、复合维生素0.3公斤(维生素B6 0.15公斤和维生素B12 0.15公斤)、无机盐0.3公斤(成分见表3)，上述原料粉碎混合后，制成甲醇制芳烃废水生物处理促进剂。将以上促进剂应用于实施例2的处理甲醇制芳烃废水的系统中。

表3对比例1的无机盐成分

对比例2：将实施例1制备的甲醇制芳烃废水生物处理促进剂做如下配方改变：取肉骨粉60公斤、植物蛋白提取物30公斤、聚天门冬氨酸0.3公斤、无机盐0.3公斤(成分见表4)，上述原料粉碎混合后，制成甲醇制芳烃废水生物处理促进剂。将以上促进剂应用于实施例2的处理甲醇制芳烃废水的系统中。

表4对比例2的无机盐成分

对比例1和2以实施例2相同的投加方式运行。水质指标见表2。

表2水质指标对比结果

由表2可知：以SBR工艺处理甲醇制芳烃废水的系统中，未投加本发明生物处理促进剂的空白组，其COD的去除率为75％。投加本发明的实验组，COD去除率明显升高，系统运行50天以后，出水指标稳定，COD去除率95.7％。实施例1和2虽然投加了促进剂，但对比例1的配方中去掉了聚天门冬氨酸，对比例2的配方中去掉了复合维生素，两者的各组分配比均不在本发明配比范围内。有实验数据可以看出，实施例1和2在系统运行初期出水COD比空白组还高，这是由于组分配比不合适，不但没有起到诱导微生物共代谢作用的发生，反而增加了生物负荷，因此，本发明中各组分配伍以及质量百分比不能随意改变，只有在本发明的组分配伍以及质量百分比范围内，才能有效启动微生物共代谢作用，稳定高效的处理芳香有机化合物废水。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种芳香有机化合物废水生物处理促进剂，其中，所述促进剂包括：肉骨粉、植物蛋白提取物、维生素、无机盐和聚天门冬氨酸。

2.根据权利要求1所述的促进剂，其中，所述促进剂由以下共混组分组成：

肉骨粉：50-100重量份；

植物蛋白提取物：10-50重量份；

维生素：0.1-5重量份；

聚天门冬氨酸：0.1-5重量份；以及

无机盐：0.1-5重量份。

3.根据权利要求1或2所述的促进剂，其中，所述维生素为维生素B6和B12，二者以质量比1:1-1：5混合。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的促进剂，其中，所述的无机盐组成为，以所述无机盐100重量％计，45-55重量％的K₂HPO₄、20-25重量％的KH₂PO₄、0.5-1.0重量％的MgSO₄·7H₂O、15-20重量％的NaCl、7.0-7.5重量％的(NH₄)₂SO₄以及0.5-1.5重量％的微量元素。

5.根据权利要求4所述的促进剂，其中，所述的微量元素组成，以所述微量元素100重量％计，30-31重量％的FeSO₄·7H₂O、30-31重量％MnSO₄·H₂O、7-8重量％的Na₂MoO₄·2H₂O、2-4重量％的H₃BO₄、7-8重量％的CuCl₂·2H₂O、7-8重量％ZnCl₂、2-4重量％的NH₄VO₃、7-8重量％的Co(NO₃)₂·6H₂O、1-3重量％NiSO₄·6H₂O。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的处理剂，其中，所述骨肉粉组成为，以重量百分比计：粗蛋白质：48-53％、脂肪：8-12％、灰分：22-35％、水分：3-8％、钙：8-12％、磷：3-6％、钠：0.4-0.6％；

所述植物蛋白提取物的组成，以重量百分比计：粗蛋白质：20.82％、粗脂肪：2.7％、粗纤维：19.48％、无氮浸出物：31.69％、钙：3.79％、磷：0.03％、赖氨酸：0.96％以及余量量的胡萝卜素和维生素B2。

7.一种使用根据权利要求1-6中任一项所述的处理剂处理炼油废水的方法，包括：所述促进剂由以下共混组分组成：

肉骨粉：55-70重量份；

植物蛋白提取物：25-40重量份；

复合维生素：0.1-3重量份；

聚天门冬氨酸：0.1-3重量份；以及

无机盐：0.1-3重量份。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述促进剂由以下共混组分和重量百分比组成：

肉骨粉：65份；

植物蛋白提取物：35份；

复合维生素：0.1份；

聚天门冬氨酸：0.3份；和

无机盐：0.3份。

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的促进剂的制备方法，包括，将所述肉骨粉、植物蛋白提取物、维生素、聚天门冬氨酸以及无机盐粉碎混合后，制成含芳香化合物废水生物处理促进剂。

10.一种根据权利要求1-8中任一项所述的促进剂在芳香有机化合物废水处理中的应用。