CN103848504A - 生物强化剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境工程工业废水生物处理技术领域，具体为一种生物强化剂及其制备方法和使用方法，加入到工业废水生物反应池内，以去除废水中的有机污染物。本发明根据微生物生长对营养物的需求，研制一种无毒且不含菌种的生物强化剂，该药剂含有腐植酸、生物素、氨基酸、细胞***素、维生素、微量元素等成分，投入受污水体中，能促进微生物生长，使其大量繁殖，激活土著微生物的活性，通过微生物的共代谢作用，去除水中的污染物。该生物强化剂原料价廉易得，配制工序简便，药剂能长时间稳定保存。采用该生物强化剂作为工业废水处理的辅助工艺，操作简便，高效节能，运行费用低，可用在所有利用生物方法处理工业废水的工艺上，具有广阔的应用前景。

Description

生物强化剂及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明涉及一种工业废水处理的药剂，即开发一种无毒且不含菌种的生物强化剂及其制备方法和使用方法，加入到工业废水生物反应池内，以去除废水中的有机污染物。本发明属于环境工程工业废水生物处理技术领域，属于生物强化技术范畴。

背景技术

生物修复技术是近年来发展起来的新兴技术，由于它投资省，不引起二次污染等特点成为发展迅速的治理技术。微生物修复技术主要有两种形式：一是利用土著微生物，为土著微生物提供适宜的生活环境，如同污水处理，为其提供溶解氧、营养物质、适宜的pH值、温度等条件，以促进土著微生物的生长来降解环境污染物，从而净化环境；二是筛选特定菌种，针对特定的污染物，筛选出能够降解此类污染物的微生物种群，将特定工程菌接种到受污染环境中，并为之提供最适应的生存条件，以期完全降解污染物，达到环境修复的目的。对比物理化学修复而言，微生物修复主要优点有投入少、能耗低、管理方便、安全可靠等优点，符合建立经济节约型、资源循环型可持续发展社会理念。

生物强化技术是生物修复的一种，是通过向受污染环境中投加营养物质、无毒表面活性剂、电子受体或共代谢基质，激活受污染环境中本身存在的具有降解污染物能力的微生物，使其活性得到大大提高，快速生长繁殖，从而去除污染物。

在环境中存在的微生物都需要从外界摄取物质和能量，来满足自身生长和繁殖的需要，而微生物生长的营养和能量主要产自于碳源、氮源、生长因子、能源、无机盐和水等六大要素。在受污染的环境中，污染物只提供了碳源或者氮源等六大要素中某一种或某几种，导致微生物生长营养缺乏，营养物的缺乏常常是水体微生物降解污染物的主要限制因子。向受污染环境中投加部分营养物质或者含有某些营养物质的生物制剂，或者投加表面活性剂，为微生物生长提供营养，促进其对有机污染物的吸收，有利于其生长和繁殖，从而消耗污染物，将污染物降解成为二氧化碳和水，达到修复环境的目的同时提高水体净化效率。

典型的生物强化剂一般含有有机酸、细胞***素、生物素、单糖、天然荷尔蒙、酶、天然表面活性剂、毒性缓冲剂、微量元素等。在工业废水处理***中加入生物强化剂，能促进废水处理***中微生物的新陈代谢，促使微生物在较差环境中快速大量地生长，形成良好的菌胶团，对有机难降解物质形成共代谢作用，改善废水处理效果。同时，生物强化剂还能增加微生物多样性，使多种微生物更有效地协同发挥作用，更彻底地降解污染物，并提高***耐负荷冲击能力。

生物促生技术在国外研究较早，实际工程应用也比较多，规模最大的一次是1989年，美国实施的“阿拉斯加研究计划”，为修复阿拉斯加威廉王子海湾的石油污染，向其中投加了氮源和磷源作为营养物质，使得石油烃降解菌增加了1-2个数量级，整个项目提前两个月完成。Quang-Dung Bach等人将含有缓释药物肥料、乳酸和酵母膏等的药物制剂加入到受到AH污染的厌氧污泥中，使得PAH降解速率提高1.2-8.2倍，说明加入此刺激药剂之后，对土著微生物生长和繁殖有促进作用，土著微生物数量显著提高。

生物促生技术作为一种新兴的治污手段，代表了当今较为先进的生物技术形态和技术理念，具有技术先进、经济节能(无基建、无动力消耗、投入少)、管理方便(操作简单、无复杂的辅助设备、无需专门的人员配备)和安全可靠(利用并强化污染物质降解的自然规律，在治污同时不增加别的污染形式)等特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物强化剂及其制备方法和使用方法，该生物强化剂可用作工业废水处理的辅助工艺，即投加一定量的生物强化剂至正在运行的工业废水生物处理设施或者濒临崩溃的生物处理***中，为***中的微生物提供能量和营养物质，激发污水中土著微生物的活性，人工强化微生物的降解能力，加快有机物的降解进程，达到更佳的污水处理效果，同时提高生物处理***的稳定性，能够提高***的抗冲击负荷能力，有助于崩溃***的快速恢复。采用该生物强化剂来强化工业废水处理，处理方法简单、投入少、不消耗能耗、处理效果好。

本发明的技术方案是：

一种生物强化剂，含有蛋白胨、氨基酸、葡萄糖、维生素、细胞***素、生物素、腐植酸、微量元素等物质，各物质的质量分数为：

蛋白胨3.0%-5.2％；氨基酸2.0%-4.5%；葡萄糖1.4%-2.7％；维生素1.2%-2.5％；细胞***素0.27%-0.56%；生物素0.012%-0.037%；腐植酸0.75%-1.5％；微量元素0.5-1.5%；余量为浓度0.5wt%的氯化钠水溶液。

本发明中，微量元素为无机营养物质，主要为矿质营养包括磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰、铜、钴、锌和钼等，微量元素中各自所占的比例不限。其作用主要是作为细胞的成分和酶活性的激活剂，对微生物体内各反应有促进作用。

优选地，微量元素中，各自所占的重量份数分别为磷10-30份、硫3-15份、钾5-10份、钙5-10份、镁1-3份、铁0.3-0.5份、锰0.2-0.4份、铜0.2-0.5份、钴0.1-0.3份、锌0.1-0.3份、钼0.1-0.2份。

本发明生物强化药剂安全无毒，不含菌种，pH近似中性，为浅棕色液体，含有微生物生长所需的营养物质，其营养成分含有：生物素、细胞***素、氨基酸、腐植酸、单糖、维生素、微量元素等促进微生物生长，激活微生物活性的成分。通过反复试验，改良配方，含有蛋白胨、腐植酸、葡萄糖、生物素、氨基酸、维生素、细胞***素、氯化钠、微量元素等物质，按照一定的比例混合，配制成生物强化剂。将该药剂投入污水中，能促进微生物生长繁殖，激发微生物的活性，通过微生物的共代谢作用，以去除工业废水中难降解污染物，提高***稳定性，加快调试生物处理速度。

本发明中，蛋白胨是将鱼、肉等用蛋白酶水解后干燥而成的粉剂，富含有机氮化合物和一些维生素，能为微生物生长和繁殖提供碳源、氮源和生长因子等营养物质，所含某些生物素能够对微生物分泌特定代谢产物有促进作用。

本发明中，维生素为维生素B1、B3、B5等B类维生素之一种或两种以上，其作用主要是刺激微生物产生特异性酶类，从而强化微生物分解并利用有机难降解物质。

所述生物强化剂的制备方法，将组成物质溶解于0.5wt%的氯化钠溶液中，通过搅拌、静置、过滤等工序配制成的药剂为浅棕色液体，pH值近似中性6.8-7.2。配制的步骤如下：

第一步：溶解。按照所述比例称取蛋白胨、氨基酸、葡萄糖、维生素、细胞***素、生物素、腐植酸、微量元素等物质，将称量好的物质分别加入浓度为0.5wt%的氯化钠溶液中，制成混合液；

第二步：搅拌。将混合溶液缓缓搅拌2-4小时，达到均匀混合；

第三步：静置。搅拌后的溶液在室温下静置4-6小时；

第四步：过滤。将静置后的混合液过滤，得到的滤液即为制备的生物强化剂。

本发明中，生物强化剂趋光密封，能长时间稳定保存。

本发明生物强化剂的使用方法，投加生物强化剂前，根据工业废水本身特性确定投加量，将生物强化剂稀释10-20倍，加入污水处理***的调节池或者进水口处。

本发明的优点如下：

1．本发明原料廉价易得；

2．本发明配制过程简单，易于存储；

3．本发明使用生物强化剂的过程简单，可采用人工投加，无需能耗，不增加辅助设施，无任何基建投入，充分利用原有污水处理设施。

4．本发明在污水处理工程中，投加生物强化剂作为污水处理的辅助工艺，处理成本低，每吨污水增加的成本仅为0.3-0.6元，对难降解、有恶臭、泡沫多、污泥膨胀显著的污水有良好的处理效果，提高了处理***的效率和经济性。

5．本发明可用在所有利用生物方法处理工业废水的工艺上，应用范围广泛。

具体实施方式

实施例1：处理浙江绍兴某印染厂的高浓度废水

本实施例中，生物强化剂含有蛋白胨、氨基酸、葡萄糖、维生素、细胞***素、生物素、腐植酸、微量元素等物质，各物质的质量分数为：

蛋白胨4％；氨基酸3%；葡萄糖1.8％；维生素（本实施例为B1）1.6％；细胞***素0.35%；生物素0.020%；腐植酸1.1％；微量元素1％；余量为浓度0.5wt%的氯化钠水溶液。微量元素为无机营养物质，主要为矿质营养包括磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰、铜、钴、锌和钼等，微量元素中，各自所占的重量份数分别为磷23份、硫11份、钾6.5份、钙5.2份、镁2.3份、铁0.37份、锰0.28份、铜0.26份、钴0.17份、锌0.12份、钼0.11份。

配制的步骤如下：

第一步：溶解。按照所述比例称取蛋白胨、氨基酸、葡萄糖、维生素、细胞***素、生物素、腐植酸、微量元素等物质，将称量好的物质分别加入浓度为0.5wt%的氯化钠溶液中，制成混合液；

第二步：搅拌。将混合溶液缓缓搅拌3小时，达到均匀混合；

第三步：静置。搅拌后的溶液在室温下静置5小时；

第四步：过滤。将静置后的混合液过滤，得到的滤液即为制备的生物强化剂。

该污水处理厂采用水解酸化+生物接触氧化工艺，处理流程为：原污水-调节池-UBF水解酸化-生物接触氧化-二沉池-气浮池-出水，出水水质要求能达到《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）三级排放标准，排入城市污水处理厂中，将生物强化剂稀释10倍，在调节池中加入10ml/m³污水的生物强化剂，通过检测进出水水质指标，并对比未加入生物强化剂的污水处理水质指标，考察生物强化剂对污水处理***水质的影响。水质指标如表1、表2所示。

1）未加入生物强化剂

表1未加入生物强化剂的污水处理***进出水水质指标

指标	CODCr	色度	氨氮	总磷
					进水(mg/l)	4320	400	24.8	2.6
出水(mg/l)	1090	128	17.5	0.8
					除去率(%)	74.7	68	29.4	69.2

2）加入生物强化剂

表2加入生物强化剂的污水处理***进出水水质指标

指标	CODCr	色度	氨氮	总磷
					进水(mg/l)	4286	420	23.1	4.0
出水(mg/l)	482	66	9.6	0.3
					除去率(%）	88.8	84.3	58.4	92.5

投加生物强化剂后，与未投加的处理效果相比，COD_Cr、色度、氨氮和总磷的除去率大大增加，同时由于印染废水水质波动较大，加入生物强化剂前，生物处理***出水水质波动较大，加入生物说明生物强化剂后，***稳定性加强。说明加入此生物强化剂能够提高***的对印染废水的处理能力和效率，强化***稳定性。

实施例2：处理上海某制药厂的废水

本实施例中，生物强化剂含有蛋白胨、氨基酸、葡萄糖、维生素、细胞***素、生物素、腐植酸、微量元素等物质，各物质的质量分数为：

蛋白胨3.0%；氨基酸4.5％；葡萄糖1.4％；维生素（本实施例为B5）2.5%；细胞***素0.27%；生物素0.037%；腐植酸0.75%；微量元素1.5%；余量为浓度0.5wt%的氯化钠水溶液。微量元素为无机营养物质，主要为矿质营养包括磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰、铜、钴、锌和钼等，微量元素中，各自所占的重量份数分别为磷20份、硫10份、钾6.4份、钙7.2份、镁1.4份、铁0.47份、锰0.22份、铜0.31份、钴0.1份、锌0.14份、钼0.11份。

配制的步骤如下：

第一步：溶解。按照所述比例称取蛋白胨、氨基酸、葡萄糖、维生素、细胞***素、生物素、腐植酸、微量元素等物质，将称量好的物质分别加入浓度为0.5wt%的氯化钠溶液中，制成混合液；

第二步：搅拌。将混合溶液缓缓搅拌2小时，达到均匀混合；

第三步：静置。搅拌后的溶液在室温下静置4小时；

第四步：过滤。将静置后的混合液过滤，得到的滤液即为制备的生物强化剂。

该废水生化处理工艺为：原废水-调节池-水解酸化池-UASB厌氧池-生物接触氧化池-二沉池-出水。在实际运行中，由于废水中含有有机污染物浓度过高，达到20000mg/l以上，生化处理设施无法正常运行。在好氧生化处理过程中，还产生了严重的恶臭气体，影响周边环境。进水COD_Cr为22000-24000mg/l，出水COD_Cr为2400-2700mg/l，处理效率80%左右，不能达到《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）三级排放标准。

将生物强化剂稀释10倍，在废水处理***的调节池进水口加入30ml/m3污水的生物强化剂，进水CODCr为23000mg/l，出水CODCr为500mg/l左右，处理效率为97.8%，与未投加生物强化剂相比，处理效率提高了17%，且基本消除了恶臭和大大减少了曝气过程中出现的大量泡沫。

实施例3：处理上海某畜禽养殖废水

本实施例中，生物强化剂含有蛋白胨、氨基酸、葡萄糖、维生素、细胞***素、生物素、腐植酸、微量元素等物质，各物质的质量分数为：

蛋白胨5.2％；氨基酸2.0％；葡萄糖2.7％；维生素（本实施例为B3：B5重量比=1：1）1.2％；细胞***素0.56%；生物素0.012%；腐植酸1.5％；微量元素0.5%；余量为浓度0.5wt%的氯化钠水溶液。微量元素为无机营养物质，主要为矿质营养包括磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰、铜、钴、锌和钼等，微量元素中，各自所占的重量份数分别为磷11份、硫3份、钾7.2份、钙5.4份、镁2.6份、铁0.47份、锰0.38份、铜0.46份、钴0.27份、锌0.22份、钼0.17份。

配制的步骤如下：

第一步：溶解。按照所述比例称取蛋白胨、氨基酸、葡萄糖、维生素、细胞***素、生物素、腐植酸、微量元素等物质，将称量好的物质分别加入浓度为0.5wt%的氯化钠溶液中，制成混合液；

第二步：搅拌。将混合溶液缓缓搅拌4小时，达到均匀混合；

第三步：静置。搅拌后的溶液在室温下静置6小时；

第四步：过滤。将静置后的混合液过滤，得到的滤液即为制备的生物强化剂。

该废水处理工艺为：固液分离-UASB（上流式厌氧污泥床）—厌氧塘，出水执行《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596-2001）。将生物强化剂稀释20倍，在调节池进水口加入30ml/m3污水的生物强化剂，通过检测进出水水质指标，并对比未加入生物强化剂的污水处理水质指标，考察生物强化剂对畜禽养殖废水处理***水质的影响。水质指标如表3所示。

表3渗沥液处理***进出水水质指标

投加生物强化剂后，COD_Cr和氨氮除去率有所增加，基本上能达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596-2001）规定的排放标准，而不需要额外增加水处理设施和能耗，可见采用生物强化剂作为畜禽养殖废水处理***的辅助工艺，是一种经济可行的手段。

大多数工业废水中含有高浓度的有机污染物，很多污染物属于难降解物质，生物处理在一定的时间内只能够降解部分有机污染物，造成出水污染物含量仍然很高。生物处理技术中微生物降解有机污染物的同时，需从外部环境摄取生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖的需要。实施例结果表明，本发明根据微生物生长对营养物的需求，研制一种无毒且不含菌种的生物强化剂，该药剂含有腐植酸、生物素、氨基酸、细胞***素、维生素、微量元素等成分，投入受污水体中，能促进微生物生长，使其大量繁殖，激活土著微生物的活性，通过微生物的共代谢作用，去除水中的污染物。该生物强化剂原料价廉易得，配制工序简便，药剂能长时间稳定保存。采用该生物强化剂作为工业废水处理的辅助工艺，操作简便，高效节能，运行费用低，可用在所有利用生物方法处理工业废水的工艺上，具有广阔的应用前景。

Claims (7)

1.一种生物强化剂，其特征在于，该生物强化剂含有蛋白胨、氨基酸、葡萄糖、维生素、细胞***素、生物素、腐植酸、微量元素，各物质的质量分数为：

蛋白胨3.0%-5.2%；氨基酸2.0%-4.5%；葡萄糖1.4%-2.7％；维生素1.2%-2.5％；细胞***素0.27%-0.56%；生物素0.012%-0.037%；腐植酸0.75%-1.5％；微量元素0.5-1.5％；余量为浓度0.5wt%的氯化钠水溶液。

2.按照权利要求1所述的生物强化剂，其特征在于，微量元素为无机营养物质，包括磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰、铜、钴、锌和钼，微量元素中各自所占的比例不限。

3.按照权利要求1所述的生物强化剂，其特征在于，维生素为B类维生素之一种或两种以上。

4.按照权利要求3所述的生物强化剂，其特征在于，B类维生素为维生素B1、B3、B5之一种或两种以上。

5.按照权利要求1所述的生物强化剂的制备方法，其特征在于，将组成物质溶解于0.5wt%的氯化钠溶液中，通过搅拌、静置、过滤工序配制成的药剂为浅棕色液体，pH值6.8-7.2。

6.按照权利要求5所述的生物强化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：溶解；按照所述比例称取蛋白胨、氨基酸、葡萄糖、维生素、细胞***素、生物素、腐植酸、微量元素，将称量好的物质分别加入浓度为0.5wt%的氯化钠溶液中，制成混合液；

第二步：搅拌；将混合溶液缓缓搅拌2-4小时，达到均匀混合；

第三步：静置；搅拌后的溶液在室温下静置4-6小时；

第四步：过滤；将静置后的混合液过滤，得到的滤液即为制备的生物强化剂。

7.按照权利要求1所述的生物强化剂的使用方法，其特征在于，将生物强化剂稀释10-20倍，加入污水处理***的调节池或者进水口处，强化剂的使用量为每立方米污水中加入10ml-50ml生物强化剂。