CN114835267B - 一种用于废水生物处理的微生物活性促进方法 - Google Patents

一种用于废水生物处理的微生物活性促进方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于废水生物处理的微生物活性促进方法。将废水通入接种有生物处理菌剂的生物反应器中，并向生物反应器中投加微生物活性改善剂。本发明采用剩余活性污泥作为制备微生物活性改善剂的主要原料，不仅可以为微生物的生长提供了多样化的碳源成分、氨基酸成分、生物素成分和微量元素等成分，还能提供大量的电子传递介质，增强了微生物反应活性。此外，本发明采用过硫酸钠‑水热法对剩余污泥进行处理，过硫酸钠在中温高压的作用下O‑O发生断裂，生成具有高活性的硫酸根自由基，既能够破坏污泥胞外聚合物和微生物细胞的结构，生成蛋白质、多糖和腐殖酸，还能对细胞壁中的纤维素水解，生成含有可充当电子传递介质活性位点的还原糖。

Description

一种用于废水生物处理的微生物活性促进方法
技术领域
本发明涉及污水生化处理技术领域，具体涉及一种用于废水生物处理的微生物活性促进方法。
背景技术
随着我国工农业的发展以及人口的不断增多，无论是城市污水、工业污水还是农业富营养的污水，污水处理方面的技术发展被提上了日程。污水量剧增，污水未经处理便直接排入河道的现象普遍存在，造成地表水体的承载能力下降，污染问题日益突出，严重制约了城市和工业的经济发展，威胁着人类的身体健康。
目前，已建成的城市污水处理厂有90％以上均应用生物处理法，且大多数工业废水处理厂也是以生物法为主体的。废水的生化处理是通过微生物的新陈代谢作用来处理废水中的污染物质，一般可以分为两大类，即好氧处理和厌氧处理。但是当水体污染严重，底泥中有机物质和毒性物质较多时，系统中有益微生物受到抑制，不能起到分解污染物的作用，甚至生物数量下降，导致水体生态不平衡；在废水处理中也会出现因水质波动、缺氧等因素导致的污泥活性降低或受到巨大冲击，难以短时间自我修复的情况。营养条件的改变在一定程度上可以改变环境因素对微生物生长的影响，对于局部的小环境，如废水处理的生化系统，尤其如此，故而生物促生技术应运而生。
生物促生技术作为环境工程领域新兴的技术，其内含有丰富的各种营养元素，包括碳源、酶、生长因子(维生素和氨基酸)、大量元素、微量元素和表面活性剂等的独特制剂，能刺激环境中好氧有益功能菌的生长繁殖，提高微生物对环境污染物的氧化分解能力，同时还能解除环境污染物对土著微生物的毒性，提高环境的抗冲击性。因此投加微微生物活性改善剂是一种经济、方便、快捷、有效的手段，不会引起外来微生物，也不会造成外来微生物对本体生态系统的一种破坏。虽然生物促生技术能够快速激活系统内微生物的活性，且其投入少、能耗低、管理方便、安全可靠，但是现有的微生物活性改善剂大多采用糖类、生物酶、氨基酸、微量元素等现有原料进行直接复配而成，故而生物促进剂的成本较大。因此为了缓解这一现状，中国发明专利申请号CN104445640A公开了一种利用泔水制备微生物活性改善剂的工艺，利用餐厨垃圾泔水制备微生物活性改善剂，虽然降低了微生物活性改善剂的原料成本，但是该工艺制备的微生物活性改善剂缺乏微生物生长所需的氨基酸和微量元素等。此外，虽然现有微生物活性改善剂多增设了几种原料进行复配制备，但是复配原料存在局限性，故而其提供的生物营养物质仍然相对单一，在应对污染物较为复杂且难降解的水体、生态严重失衡的污水处理系统时存在一定的局限性，使得系统改善修复的时间较长，且降低了生态结构向高层次演变的概率。
发明内容
基于背景技术存在的问题，本发明旨在提供一种用于提高水处理中生物活性的改善剂及其制备方法，通过利用剩余活性污泥向微生物活性改善剂的转变，不仅实现了污泥的资源化利用，降低了微生物活性改善剂的制备成本，还实现了微生物活性改善剂营养元素的多样性，增强了微生物的活性、缩减了污水处理系统的改善修复时间，确保了系统修复的稳定性。
第一方面，本发明提供一种用于废水生物处理的微生物活性促进方法，其过程如下：将废水通入接种有生物处理菌剂的生物反应器中，并向生物反应器中投加微生物活性改善剂。微生物活性改善剂通过以下过程制备得到：首先，将硫酸钠溶液加入活性污泥的悬浊液，在所得悬浊液温度30～40℃、压强1.5～2MPa的条件下进行水热反应60～90min；对水热反应产物进行固液分离，并收集液态产物。在所得的液态产物中投加盐酸溶液后，在温度2～6℃、压强2.5～3MPa、持续搅拌的条件下进行反应50～60min。在所得产物中加入醋酸钠并进行搅拌，得到改善剂原浆。对改善剂原浆进行浓缩后得到微生物活性改善剂。
作为优选，使用的活性污泥、盐酸溶液、过硫酸钠溶液、醋酸钠、去离子水的质量比为30:(4～7):(3～6):5:55。
作为优选，所述盐酸溶液pH为2～3。
作为优选，所述过硫酸钠溶液的质量分数为0.5％。
作为优选，在活性污泥的悬浊液中，活性污泥的质量分数为8％。
第二方面，本发明提供一种微生物活性改善剂的制备方法，其具体过程如下：
步骤一、将活性污泥加入去离子水中分散，得到混合悬浊液。
步骤二、在混合悬浊液中投加过硫酸钠溶液后，在温度30～40℃、压强1.5～2MPa的条件下进行水热反应60～90min；对水热反应产物进行固液分离，并收集液态产物。
步骤三、在步骤二所得的液态产物中投加盐酸溶液后，在温度2～6℃、压强2.5～3MPa、持续搅拌的条件下进行反应50～60min。
步骤四、在步骤三所得产物中加入醋酸钠并进行搅拌，得到改善剂原浆。对改善剂原浆进行浓缩后得到微生物活性改善剂。
作为优选，步骤一中获取混合悬浊液的具体过程为：将活性污泥溶于去离子水中，磁力搅拌5min后，对混合污泥进行过滤；然后将过滤后的固体组分加入到新的去离子水中，进行磁力搅拌10min；得到混合悬浊液。
作为优选，步骤四中，向液态产物加入醋酸钠的同时加入淀粉。
作为优选，步骤四中的浓缩操作具体采用50倍浓缩。
本发明的有益效果为：
1.本发明采用剩余活性污泥作为制备微生物活性改善剂的主要原料，不仅可以为微生物的生长提供了多样化的碳源成分、氨基酸成分、生物素成分和微量元素等成分，还能提供大量的电子传递介质，增强了微生物反应活性，进而提高了生物处理的效果。
2.本发明采用过硫酸钠-水热法对剩余污泥进行处理，过硫酸钠在中温高压的作用下O-O发生断裂，生成具有高活性的硫酸根自由基(SO2 -4)，不仅能有效破坏污泥胞外聚合物和微生物细胞的结构，生成蛋白质、多糖和腐殖酸，并对蛋白质和多糖进行进一步的水解，还能对细胞壁中的纤维素水解，生成含有可充当电子传递介质活性位点的还原糖。
3.本发明采用盐酸在低温高压下对活性污泥进行处理，不仅可以提高H自由基扩散速率，缩短反应时间，增强H自由基对氢键和苷键的剪切力，促进蛋白质、多糖和腐殖酸的快速水解，增加可直接作用于微生物的小分子有机质、氨基酸、单糖和微量元素等含量，还能相应的减少温度对氨基酸、蛋白质和生物素的活性影响。此外，H自由基还能和多余的高活性的硫酸根自由基(SO2 -4)反应，避免了生物改善剂中持续存在过多氧物质，进而避免生物改善剂中的还原糖被氧化，保证生物改善剂的生物活性促进效果。
4.本发明在制备过程的结尾投加醋酸钠作为缓冲剂，从而减小微生物活性改善剂的酸碱度，防止微生物活性改善剂的酸碱度导致微生物失活。
具体实施方式
以下进一步对本发明进行说明。
一种用于废水生物处理的微生物活性促进方法，通过在生物处理的过程中向被处理废水投加生物活性改善剂实现。
该微生物活性改善剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，称取定量剩余活性污泥溶于去离子水中，磁力搅拌5min后，对混合污泥进行过滤，然后将过滤后的污泥转移至容器中，并加入去离子水。制成污泥浓度为80g/kg(即活性污泥的质量分数为8％)，磁力搅拌10min，待其分散均匀，得到混合悬浊液。
步骤二，将分散均匀的混合悬浊液转移至低温水热釜中，然后向反应釜内投加一定量的过硫酸钠，并将其置于35℃、2MPa的条件下，低温水热反应60min后，打开低温水热釜，对混合泥料进行过滤，并收集过滤液。
步骤三，将过滤液转移至反应釜中，然后向反应釜中投加盐酸溶液，在4℃、3MPa、160r/min下，反应60min后，打开反应釜，取出混合液体。
步骤四，将混合液体转移至搅拌器中，并向搅拌器内投加一定量的醋酸钠和淀粉，160r/min下，搅拌均匀后得到微生物活性改善剂原浆。然后对微生物活性改善剂原浆进行50倍浓缩，浓缩完成后对其进行装罐、消毒和密封保存。
前述各步骤中，不同成分的重量份如下：剩余活性污泥30份、盐酸溶液4-7份、过硫酸钠3-6份、醋酸钠5份、去离子水55份；其中，盐酸溶液的pH值为2-3，过硫酸钠质量分数为0.5％
实施例1(盐酸过量)
依照前述方法制备微生物活性改善剂，不同成分的重量份如下：剩余活性污泥30份、盐酸溶液7份、过硫酸钠3份、醋酸钠5份、去离子水55份；其中，盐酸溶液的pH值为2-3，过硫酸钠质量分数为0.5％。
配置主要水质指标为COD 120mg/L,氨氮25mg/L,总磷3mg/L的模拟废水，然后将模拟废水投加到生物膜序批式反应器BSBR中。取某污水处理厂的活性污泥，并将其投加到生物膜序批式反应器BSBR中，接种污泥浓度8g/L；体系稳定后进行生化反应；此时，反应器内污泥浓度为6.6g/L。
然后将制得的微生物活性改善剂投加到BSBR反应器中，反应24h后，取出水样并对其进行检测，具体水质指标详见表1。
其中微生物活性改善剂与废水的质量比为0.01：1.2。
实施例2(盐酸、过硫酸钠均不过量)
依照前述方法制备微生物活性改善剂，不同成分的重量份如下：剩余活性污泥30份、盐酸溶液6份、过硫酸钠4份、醋酸钠5份、去离子水55份；其中，盐酸溶液的pH值为2-3，过硫酸钠质量分数为0.5％。
配置主要水质指标为COD 120mg/L,氨氮25mg/L,总磷3mg/L的模拟废水，然后将模拟废水投加到生物膜序批式反应器BSBR中。取某污水处理厂的活性污泥，并将其投加到生物膜序批式反应器BSBR中，接种污泥浓度8g/L；体系稳定后进行生化反应；此时，反应器内污泥浓度为6.6g/L。
然后将制得的微生物活性改善剂投加到BSBR反应器中，反应24h后，取出水样并对其进行检测，具体水质指标详见表1。
实施例3(过硫酸钠过量)
依照前述方法制备微生物活性改善剂，不同成分的重量份如下：剩余活性污泥30份、盐酸溶液4份、过硫酸钠6份、醋酸钠5份、去离子水55份；其中，盐酸溶液的pH值为2-3，过硫酸钠质量分数为0.5％。
配置主要水质指标为COD 120mg/L,氨氮25mg/L,总磷3mg/L的模拟废水，然后将模拟废水投加到生物膜序批式反应器BSBR中。取某污水处理厂的活性污泥，并将其投加到生物膜序批式反应器BSBR中，接种污泥浓度8g/L；体系稳定后进行生化反应；此时，反应器内污泥浓度为6.6g/L。
然后将制得的微生物活性改善剂投加到BSBR反应器中，反应24h后，取出水样并对其进行检测，具体水质指标详见表1。
实施例4(缺盐酸)
依照前述方法制备微生物活性改善剂，且在步骤三中不投加盐酸溶液；各步骤中不同成分的重量份如下：剩余活性污泥30份、过硫酸钠4份、醋酸钠5份、去离子水55份；其中，盐酸溶液的pH值为2-3，过硫酸钠溶液的质量分数为0.5％。
配置主要水质指标为COD 120mg/L,氨氮25mg/L,总磷3mg/L的模拟废水，然后将模拟废水投加到生物膜序批式反应器BSBR中。取某污水处理厂的活性污泥，接种污泥浓度8g/L，并将其投加到生物膜序批式反应器BSBR中进行生化反应，反应器内污泥浓度为6.6g/L。然后将制得的微生物活性改善剂投加到BSBR反应器中，反应24h后，取出水样并对其进行检测，具体水质指标详见表1。
实施例5(缺醋酸钠)
依照前述方法制备微生物活性改善剂，且在步骤四中不投加醋酸钠；各步骤中不同成分的重量份如下：剩余活性污泥30份、盐酸溶液6份、过硫酸钠4份、去离子水55份；其中，盐酸溶液的pH值为2-3，过硫酸钠溶液的质量分数为0.5％。
配置主要水质指标为COD 120mg/L,氨氮25mg/L,总磷3mg/L的模拟废水，然后将模拟废水投加到生物膜序批式反应器BSBR中。取某污水处理厂的活性污泥，接种污泥浓度8g/L，并将其投加到生物膜序批式反应器BSBR中进行生化反应，反应器内污泥浓度为6.6g/L。然后将制得的微生物活性改善剂投加到BSBR反应器中，反应24h后，取出水样并对其进行检测，具体水质指标详见表1。
对比例1
配置主要水质指标为COD 120mg/L,氨氮25mg/L,总磷3mg/L的模拟废水，然后将模拟废水投加到生物膜序批式反应器BSBR中。取某污水处理厂的活性污泥，按照8g/L的接种污泥浓度，将活性污泥投加到生物膜序批式反应器BSBR中进行生化反应，反应器内污泥浓度为6.6g/L，反应24h后，取出水样并对其进行检测，具体水质指标详见表1。
表1模拟废水水质分析(mg/L)
项目名称 COD浓度 氨氮浓度 总磷浓度
实施例1 11.28 0.64 0.76
实施例2 9.60 0.31 0.65
实施例3 14.91 1.22 0.98
实施例4 32.84 4.24 1.25
实施例5 10.05 0.48 0.71
对比例1 34.21 4.72 1.49
结合表1的实验数据可以得出，相比于直接投加活性污泥，在生物处理过程中向水体中投加实施例1-4制备的生物活性改善剂后，废水中的COD值、氨氮浓度、总磷浓度的降低效果均显著提升；可见实施例1-4制备的微生物活性改善剂能够显著提高微生物活性，提高生物膜序批式反应器BSBR的处理效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于废水生物处理的微生物活性促进方法，其特征在于：将废水通入接种有生物处理菌剂的生物反应器中，并向生物反应器中投加微生物活性改善剂；微生物活性改善剂通过以下过程制备得到：首先，将过硫酸钠溶液加入活性污泥的悬浊液，在所得悬浊液温度30～40℃、压强1.5～2 MPa的条件下进行水热反应60～90 min；对水热反应产物进行固液分离，并收集液态产物；在活性污泥的悬浊液中，活性污泥的质量分数为8%；所述过硫酸钠溶液的质量分数为0.5%；在所得的液态产物中投加盐酸溶液后，在温度2～6℃、压强2.5～3 MPa、持续搅拌的条件下进行反应50～60min；在所得产物中加入醋酸钠并进行搅拌，得到改善剂原浆；对改善剂原浆进行浓缩后得到微生物活性改善剂；使用的活性污泥、盐酸溶液、过硫酸钠溶液、醋酸钠、去离子水的质量比为30:(4～7):(3～6):5:55。
2.根据权利要求1所述的一种用于废水生物处理的微生物活性促进方法，其特征在于：所述盐酸溶液pH为2～3。
3.一种微生物活性改善剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将活性污泥加入去离子水中分散，得到混合悬浊液；在活性污泥的悬浊液中，活性污泥的质量分数为8%；
步骤二、在混合悬浊液中投加过硫酸钠溶液后，在温度30～40℃、压强1.5～2 MPa的条件下进行水热反应60～90 min；对水热反应产物进行固液分离，并收集液态产物；所述过硫酸钠溶液的质量分数为0.5%；
步骤三、在步骤二所得的液态产物中投加盐酸溶液后，在温度2～6℃、压强2.5～3MPa、持续搅拌的条件下进行反应50～60min；
步骤四、在步骤三所得产物中加入醋酸钠并进行搅拌，得到改善剂原浆；对改善剂原浆进行浓缩后得到微生物活性改善剂；
上述各步骤中使用的活性污泥、盐酸溶液、过硫酸钠溶液、醋酸钠、去离子水的质量比为30:(4～7):(3～6):5:55。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤一中获取混合悬浊液的具体过程为：将活性污泥溶于去离子水中，磁力搅拌5min后，对混合污泥进行过滤；然后将过滤后的固体组分加入到新的去离子水中，进行磁力搅拌10min；得到混合悬浊液。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤四中，向液态产物加入醋酸钠的同时加入淀粉。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤四中的浓缩操作具体采用50倍浓缩。
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