CN1796535A - 一种微生物营养增强剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微生物营养增强剂，它包含微量元素和特殊的碳源，为复合型水基营养增强剂。使用本微生物营养增强剂后，可以补充与平衡厌氧微生物所需要的多种营养成分，增强微生物的活力，加速厌氧活性污泥的培养与驯化，提高厌氧生物化学过程处理高浓度有机废水的稳定性和处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物营养增强剂，具体而言涉及一种用于废水厌氧微生物生化处理过程的提高厌氧微生物活性的营养增强剂。
背景技术
用生物化学方法处理生活污水与工业废水已经成为当代废水处理的主流技术。用厌氧生物化学过程处理高浓度有机废水，例如PTA废水、啤酒废水等取得了很好的效果，但是在长期运行过程中，也发现存在着厌氧活性污泥培养与驯化周期较长、厌氧生化过程受外来因素影响后的波动其恢复性能较差及厌氧微生物处理效果不很稳定等缺点，这些历来被认为是比较困难的环节，从而制约了它的进一步发展和普遍使用。
废水厌氧生物化学处理过程，包含水解、甲烷化等步骤，参与的微生物有水解菌、产乙酸菌、产甲烷菌等，是这些混合菌群协同作用的结果。因此，满足这些菌群的生活需要，提高或保持它们的活力是非常重要的措施。
厌氧微生物的新陈代谢需要一定的营养物质，除了碳源外，通常还需要氮、磷元素，及其他微量元素，有时对提供的碳源还有着特殊的要求。
提高人类生命活力的营养剂是早为人们了解并已经产业化的，现在成为各种保健产品的关键成分，香菇营养剂的制造方法(中国专利91109908.5号)介绍了以香菇菌丝发酵醪液为基础，并配合天然食物成分的碳源和氮源，进行发酵培养制造一种有效成分更全面的香菇营养剂。中国专利87106253号、中国专利87107111号、中国专利87107254号、中国专利88105365.1号、中国专利91104252.0号等分别介绍或公开了高蛋白豆奶、槐实茶剂、酸角饮料、整脉口服液、多维康等保健营养剂的配方和生产工艺。
近年来用于促进动植物生长、增产的营养剂报道得更多一些。中国专利90107560.4号介绍了从造纸黑液中提取有机物，而后进一步羧基化制成一种植物营养剂的方法。中国专利94111684.0号公开了一种畜用长效复合微量元素营养剂，它以P2O5和B2O3为基质材料，再添加碱金属氧化物、碱土金属氧化物及微量元素及其化合物，混合熔融后制成了丸剂。中国专利96105411.5号及中国专利96105413.5号分别介绍了粮食类作物秧苗期及生长期调节营养剂和烤烟类作物幼苗期及生长期调节营养剂，它们分别由不同含量的多效唑、尿素、细胞分裂素、腐植酸、萘乙酸等有机物及硫酸铜、磷酸二氢钾、硼酸、磷酸钙、硫酸镁、钼酸钠、硫酸锰、硫酸锌等无机盐混合而成。中国专利96120696.9号介绍了一种含有复合氨基酸、脱乙酰几丁及多种微量元素的多功能动植物保健营养剂。申请号00119195.0公开了一种以海洋生物和动物内脏为原料，经酶解反应，生产叶面肥植物营养剂的方法。申请号01113819.X公开了一种多效生物营养剂，它由氨基酸、大蒜素、磷酸二氢钾、尿素、氨水、二醋酸一钠、硼砂、钼酸铵、硫酸锌、硫酸锰、硫酸铜、硫酸镁、硫酸亚铁、乙二氨四乙酸、腐植酸、柠檬酸、乳酸、木醋液及水等组成。申请号02132460.3公开了一种稀土全价植物营养剂，其主要成分为稀土、磷酸铵、硝酸钾、硫酸镁、磷酸钙、磷酸亚铁、硫酸锌、磷酸锰、磷酸铜、钼酸铵、硼砂等，并用酸调节其pH值。据报道，上述专利技术得到的动植物营养剂都具有促进和调节动植物生长发育、改善植物的微结构、更好地吸收利用各种营养成分、增强抵抗病害的能力、增产明显等效果。
目前，用于微生物的营养增强剂尚少报道，尤其是废水的厌氧微生物处理过程。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种微生物营养增强剂，补充与平衡厌氧微生物所需要的营养成分，提高微生物的活力，解决厌氧生化处理过程中厌氧活性污泥培养与驯化周期较长、厌氧生化过程受外来因素影响后的波动其恢复性能较差及厌氧微生物处理效果不很稳定等各种难点、缺点。
本发明采用的技术方案是：一种微生物营养增强剂，用于废水厌氧微生物生化处理过程，它是一种水基营养增强剂，包含有微量元素钾、钴、钼、镍和特殊的碳源丁酸，其中各组份重量百分含量为：钾3％-8％，钴≤0.1％，钼≤0.1％，镍≤0.1％，丁酸0.5％-2.0％。
优选地，所述各组份重量百分含量为：钾6％，钴≤0.075％，钼≤0.045％，镍≤0.025％，丁酸1.5％。
进一步地，所述微生物营养增强剂还包含有微量元素铁和硫，其重量百分含量为：铁1％-3％，硫1％-3％。
优选地，所述的微量元素铁、硫重量百分含量为：铁1.5％，硫1.6％。
进一步地，所述微生物营养增强剂的制备方法是：第1步，取适量水，加入需要量的丁酸，在常温下配制丁酸的水溶液；第2步，将需要量的钾、钴、钼、镍等微量元素逐一溶解于丁酸水溶液中；第3步，如果所处理的废水中不含有或缺乏需要量的铁、硫微量元素，则需要补充加入微量元素铁、硫；第4步，加水将各组份重量百分含量调到相应的值，并根据各种营养组份的溶解状况，用酸适度调整溶液的pH值。
进一步地，所述微生物营养增强剂可用于高浓度有机废水的处理或预处理；还可用于含氨氮废水的处理，达到降低净化水中总氮含量的目的。
进一步地，所述微生物营养增强剂的使用量为：PTA污水厌氧系统：8-12kg/T COD；造纸废水厌氧系统：10-15kg/T COD；啤酒废水厌氧系统：6-10kg/T COD。
采用本发明提供的技术方案的优势，钾元素可以调节菌体电解质之间的平衡，促进酸解菌生长代谢，提高厌氧菌体的整体活性，增进污泥的颗粒化；铁元素参与细菌代谢，可以提高颗粒污泥的活性；硫酸还原菌是产乙酸菌群的重要组成部分，S6+可以补充污水中硫酸盐的不足，从而提高硫酸还原菌的活性，促进乙酸的生成；钴元素、钼元素、镍元素和丁酸等可增强水解菌、酸化菌、产乙酸菌及产甲烷菌的活性，促进颗粒化污泥的生成，防止系统酸化和平衡失调。
因此，本发明微生物营养增强剂充分考虑了厌氧生化处理过程的机理，具有组份比较简单、针对性较强、配伍合理、和谐等特点。
本发明微生物营养增强剂是水基，使用方法简便，可广泛应用于高浓度有机废水的处理(或预处理)，如啤酒废水、基本有机化工废水、造纸废水等；还可应用于含氨氮废水的处理(反硝化过程)，达到降低净化水中总氮含量的目的。
具体实施方式
实施例1：
本发明微生物营养增强剂1000千克，包含有微量元素钾：60千克，钴：0.7千克，钼：0.4千克，镍：0.2千克，铁：15千克，硫：16千克，碳源丁酸：15千克。该营养增强剂的具体制备过程如下：取600千克水，加入15千克丁酸，在常温下配制丁酸的水溶液；然后将含有60千克钾、0.7千克钴、0.4千克钼、0.2千克镍、15千克铁、16千克硫等微量元素的各种盐，逐一溶解于丁酸水溶液中；再加入适量的水将各组份的含量调整到相应的值，并用酸将溶液的pH值调整到5.00。
某化工厂的PTA污水采用厌氧—好氧联合处理工艺流程，其厌氧一级处理工艺采用升流式厌氧污泥床反应器(UASB)。设计参数：污水进水量为800m3/h，污水进水COD浓度为≤8000mg/l，pH值为4.5-9.0。拟建反应器共4座，每座有效容积为6000m3，其中一期工程进水量为400m3/h，相应的反应器仅建设2座。
1、菌启动阶段：厌氧反应器(UASB)的接种污泥来自另一家化工厂厌氧预处理反应池的污泥。考虑到在培菌启动阶段，如果污水中COD浓度过高，会冲击反应器中的厌氧污泥，抑制厌氧菌增长；而污水中COD浓度过低，又会造成基质供应不足，影响微生物生长，因此，将另一家化工厂厌氧预处理反应池的出水同时引入，与本厂PTA污水原水混合，以控制混合后污水的COD浓度在2000mg/l左右。在启动阶段同时投加上述方法制备的本发明产品—微生物营养增强剂，投加比例为12-24g/m3污水.h(即相当于12kg/吨COD)，启动阶段混合污水进水量为300m3/h。下表为启动期间的水质和容积负荷数据表。从数据表中可知，进入第四周后，厌氧污泥的接种驯化、培菌启动的工作已经完成。
| 时间 | 进水COD(mg/l) | 容积负荷(kgCOD/m3.d) | 出水COD(mg/l) | COD去除率(％) |
| 第一周 | 1120 | 0.67 | 1095 | 2.2 |
| 第二周 | 1739 | 1.04 | 1655 | 4.8 |
| 第三周 | 1978 | 1.19 | 1302 | 34.2 |
| 第四周 | 2022 | 1.21 | 847 | 58.1 |
厌氧生物反应器的启动阶段时间均较长，一般均需要2-3个月，采用本发明提供的技术方案后，厌氧反应器(UASB)的启动时间仅需要1个月，大大缩短了厌氧反应器的启动周期。
2、正常运行阶段：启动阶段结束后，将PTA污水原水直接进入厌氧生物反应器(UASB)，进水量为240m3/h，同时逐步提高容积负荷和进水COD浓度，进水COD浓度升至3000-4000mg/l，容积负荷增加到接近2kgCOD/m3.d左右，此期间上述方法制备的本发明产品—微生物营养增强剂的投加比例为30-40g/m3污水.h(即相当于10kg/吨COD)，下表为正常运行阶段的数据表。
| 时间 | 进水COD(mg/l) | 容积负荷(kgCOD/m3.d) | 出水COD(mg/l) | COD去除率(％) |
| 第6周 | 3084 | 1.48 | 1325 | 57.0 |
| 第7周 | 2944 | 1.41 | 1139 | 61.3 |
| 第8周 | 3510 | 1.68 | 967 | 72.5 |
| 第9周 | 3110 | 1.49 | 804 | 74.1 |
| 第10周 | 3314 | 1.59 | 797 | 75.9 |
| 第11周 | 4178 | 2.01 | 831 | 80.1 |
| 第12周 | 3928 | 1.88 | 776 | 80.2 |
可见，在运行开始提高进水COD浓度和容积负荷的初期，出水COD浓度有所提高，但很快的出水COD浓度就降低至850mg/l以下，满足了后续好氧生化处理的设计要求。在容积负荷达到2kgCOD/m3.d时，COD的去除率提高至75％-80％，一般来说UASB工艺的去除率大体上为55％-70％之间，使用本发明产品可明显提高COD的去除率，达到10％-20％左右，因此可以大大减轻后续好氧生化处理的负荷，既减少了好氧处理构筑物的容积，也降低了过剩好氧污泥的产量，减少了污泥处理设施的负荷。
实施例2：
本发明微生物营养增强剂1000千克，包含有微量元素钾：65千克，钴：0.75千克，钼：0.45千克，镍：0.25千克，碳源丁酸：20千克。取500千克水，加入20千克丁酸，在常温下配制丁酸的水溶液；然后将含有65千克钾、0.75千克钴、0.45千克钼、0.25千克镍等微量元素的各种盐，逐一溶解于丁酸水溶液中；再加入适量的水将各组份的含量调整到相应的值，最后用酸将溶液的pH值调整到5.50。
某炼化企业高浓度污水(其水质为：COD＜5000mg/L，pH8.0-9.5)处理流程采用了厌氧过滤器(AF)作为预处理工艺，本发明产品使用效果的验证试验结果见下表，相应的运行条件为：生物处理反应器为升流式厌氧过滤器、其有效容积为30L，内装有高比表面积的塑料填料。当该反应器完成培菌启动进入正常运行阶段后，投加本发明产品—微生物营养增强剂(投加量为8-9kg/吨COD)，并将容积负荷控制在5kg COD/m3.d左右。
从表中数据可以发现，投加本发明产品效果显著，AF反应器的COD去除率由70％左右稳定增高至80％以上，提高了约10个百分点。同时，处理后出水中的COD浓度降低到800mg/l左右，去除水平得到较大幅度的提高。
| 序号 | 进水COD(mg/l) | 容积负荷(kgCOD/m3.d) | 出水COD(mg/l) | COD去除率(％) | 投加比例(kg/tCOD) | 投药量(mg/l.h) |
| 1 | 3519 | 4.23 | 977 | 73 | 未投加 | 0 |
| 2 | 3890 | 4.67 | 1124 | 72 | 未投加 | 0 |
| 3 | 3480 | 4.18 | 823 | 77 | 7.7 | 40 |
| 4 | 3918 | 4.71 | 796 | 80 | 8.5 | 50 |
| 5 | 4021 | 4.83 | 764 | 81 | 8.3 | 50 |
在此基础上，进行了增加投药量的选择试验，其试验结果如下表。可见：当投药量从8-10kg/吨COD开始逐步递升时，反应器出水的COD值迅速降至700mg/l以下，COD去除率稳步上升至84％左右。而当投药量继续递升(高至13-14kg/吨COD时)，反应器出水的COD值和COD去除率均无明显变化。
在处理这种石化企业高浓度废水时，最经济合理的投加比例为8-12kg/吨COD之间。
| 序号 | 进水COD(mg/l) | 容积负荷(kgCOD/m3.d) | 出水COD(mg/l) | COD去除率(％) | 投加比例(kg/tCOD) | 投药量(mg/l.h) |
| 1 | 3878 | 4.66 | 745 | 81 | 8.6 | 50 |
| 2 | 3576 | 4.30 | 605 | 84 | 10.3 | 55 |
| 3 | 3938 | 4.73 | 652 | 84 | 10.2 | 60 |
| 4 | 3720 | 4.47 | 639 | 83 | 11.6 | 65 |
| 5 | 3925 | 4.71 | 641 | 84 | 11.9 | 70 |
| 6 | 3692 | 4.43 | 634 | 83 | 13.6 | 75 |
| 7 | 3814 | 4.58 | 628 | 84 | 14.0 | 80 |
实施例3：
微生物营养增强剂1000千克，包含有微量元素钾：80千克，钴：1千克，钼：1千克，镍：1千克，碳源丁酸：20千克。采用同实施例2的制备过程，最后用酸将溶液的pH值调整到5.35。
实施例4：
微生物营养增强剂1000千克，包含有微量元素钾：30千克，钴：0.1千克，钼：0.15千克，镍：0.1千克，铁：10千克，硫：10千克，碳源丁酸：5千克。采用如实施例1中的制备过程，最后用酸将溶液的pH值调整到5.10。
Claims (8)
1、一种微生物营养增强剂，其特征在于：它是一种水基营养增强剂，包含有微量元素钾、钴、钼、镍和碳源丁酸，其中各组份重量百分含量为：钾3％-8％，钴≤0.1％，钼≤0.1％，镍≤0.1％，丁酸0.5％-2.0％。
2、如权利要求1所述的微生物营养增强剂，其特征在于：所述各组份重量百分含量为：钾6％，钴≤0.075％，钼≤0.045％，镍≤0.025％，丁酸1.5％。
3、如权利要求1或2所述的微生物营养增强剂，其特征在于：它还包含有微量元素铁和硫，其在制剂中的重量百分含量为：铁1％-3％，硫1％-3％。
4、如权利要求3所述的微生物营养增强剂，其特征在于：所述的微量元素铁、硫的重量百分含量为：铁1.5％，硫1.6％。
5、如权利要求1或2所述的微生物营养增强剂的制备方法，其特征在于：第1步，取适量水，加入需要量的丁酸，在常温下配制丁酸的水溶液；第2步，将需要量的钾、钴、钼、镍逐一溶解于丁酸水溶液中；第3步，加水将各组份重量百分含量调到相应的值，并根据各种营养组份的溶解状况，用酸适度调整溶液的pH值。
6、如权利要求3或4所述的微生物营养增强剂的制备方法，其特征在于：第1步，取适量水，加入需要量的丁酸，在常温下配制丁酸的水溶液；第2步，将需要量的钾、钴、钼、镍、铁、硫逐一溶解于丁酸水溶液中；第3步，加水将各组份重量百分含量调到相应的值，并根据各种营养组份的溶解状况，用酸适度调整溶液的pH值。
7、如权利要求1至4中任一项所述的微生物营养增强剂的应用，其特征在于：所述微生物营养增强剂用于高浓度有机废水的处理或预处理；还可用于含氨氮废水的处理。
8、如权利要求7所述的微生物营养增强剂的应用，其特征在于：所述微生物营养增强剂的使用量为：PTA污水厌氧系统：8-12kg/T COD；造纸废水厌氧系统：10-15kg/T COD；啤酒废水厌氧系统：6-10kg/T COD。
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