CN104803551B

CN104803551B - 一种去除污水中合成麝香的装置

Info

Publication number: CN104803551B
Application number: CN201510165911.4A
Authority: CN
Inventors: 张春晖; 王亮亮; 唐佳伟; 高翔宇; 何旭丹; 王凯
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2035-04-09
Also published as: CN104803551A

Abstract

本发明提供了一种去除污水中合成麝香的装置，包括：好氧处理装置和沉淀装置，好氧处理装置包括：填充在好氧处理装置内的多个微生物小球，竖直设置于好氧处理装置中的多个隔板，位于好氧处理装置底部的曝气装置，位于好氧处理装置出水口处的载体分离器和出水堰。在曝气和隔板的阻挡作用下，污水依次通过相邻隔板的底端和顶端，形成上下往复的折流，延长与多个微生物小球单元的接触时间；微生物小球是含有枯草芽孢杆菌和固化包埋剂的球体，利用固化包埋剂对污水中的合成麝香进行吸附，利用枯草芽孢杆菌对所吸附的合成麝香进行降解；进行了所述降解处理的污水在沉淀装置内进行沉淀处理，上清液即为处理后的出水。

Description

一种去除污水中合成麝香的装置

技术领域

本发明涉及一种去除污水中合成麝香的装置，属于环境保护领域。

背景技术

由于天然麝香的生产受其生产方式的限制跟不上人们日益增长对麝香的需求，所以人们找到了利用化工手段合成麝香的方法，即用合成麝香来代替天然的麝香。作为天然麝香的廉价替代物，合成麝香以它优良的定香能力、典型的麝香香味和低廉的价格等优势而被广泛用于日用化工行业。合成麝香按化学结构可分为三类：硝基麝香(Nitro musk)、多环麝香(Polycyclic musk)和大环麝香(Macrocyclic musk)。硝基麝香由于具有潜在致癌性，目前已经被淘汰使用。大环麝香由于生产成本高，现在还未被广泛使用；多环麝香是目前使用最多的合成麝香物质。

合成麝香作为香料添加到化妆品(如香水、肥皂、洗发水和面霜等)和洗涤剂(柔顺剂、沐浴露和香波等)中，这些产品在被使用以后，在清洗皮肤的同时这些污染物也被释放到了污水中。由于这些化合物的大量使用，合成麝香随着污水进入环境中。现地表水、污水、污泥、大气、水生生物中均检测出合成麝香，甚至在人的脂肪组织、血液、母乳中也检测出人工麝香。一些研究发现合成麝香已经在水生动物包括鱼类和贝类以及人类母乳中累积，具有生物累积效应。另外，多环麝香具有一定的***活性，存在潜在的内分泌干扰作用。

合成麝香类物质属于持久性污染物质(POPs)中的药品及个人护理品(PPCPs)一类。目前，由于我国废水排放标准中尚未对合成类麝香物质做出排放限值规定，国内还没有专门针对去除污水中合成麝香的处理工艺，而一般的活性污泥工艺对合成麝香的去除率不高。但由于合成类麝香的污染和危害性，国际上已有研究利用臭氧氧化等高级氧化技术由于于常规污水处理的深度处理单元，来去除合成麝香类污染物，但制造臭氧的成本较高，且臭氧本身也是一种大气污染物，易造成二次污染。

本发明利用填充了微生物小球的好氧处理装置对经过常规生化处理后的生活污水进行深度处理，达到去除污水中合成麝香之目的，其优点在于运行费用低，一次性投资，处理效果高效，工艺简单易行，无二次污染。

发明内容

本发明是针对现有去除污水中合成麝香技术存在的缺陷，提供了一种去除污水中合成麝香的装置，应用本发明装置对污水进行深度处理，处理后的出水中合成麝香含量低，去除率高。

为实现本发明的目的，本发明提供一种去除污水中合成麝香的装置，其特征在于，包括：

好氧处理装置，用于对污水进行微生物降解和吸附处理；

沉淀装置，用于对进行了微生物降解和吸附处理的污水进行沉降处理，得到并排出上清液；

其中，所述好氧处理装置包括：

填充在所述好氧处理装置内的多个微生物小球单元，其每个微生物小球单元由多个微生物小球组成，每个微生物小球是含有枯草芽孢杆菌和固化包埋剂的球体，每个微生物小球利用所述固化包埋剂对污水中的合成麝香进行吸附，利用所述枯草芽孢杆菌对所吸附的合成麝香进行降解；

竖直设置于所述好氧处理装置中的多个隔板，用于隔离所述多个微生物小球单元，使每个微生物小球单元相互隔离；

位于所述好氧处理装置底部的曝气装置，用于使所述微生物球体在悬浮状态下对所述污水进行微生物降解和吸附处理；

通过在好氧处理装置的底部形成曝气，迫使好氧处理装置中的污水在所述多个隔板的阻挡作用下，依次通过相邻隔板的底端和顶端，形成上下往复的折流，从而延长所述含有合成麝香的污水与所述多个微生物小球单元的接触时间。

折流可以使污水在水平方向流动的同时在竖直方向上混合的更加均匀，利于每个微生物小球均能与污水充分接触，微生物小球在水流和曝气的共同作用下，在运行过程中成悬浮状态。一般地，运行过程中，微生物小球悬浮后的高度为初始填充高度的1.1-1.3倍。

其中，所述微生物小球包括：

吸附所述污水中的合成麝香的固化包埋剂；

降解所吸附的合成麝香的枯草芽孢杆菌；

支撑所述污微生物小球结构的添加剂。

本发明采用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)作为污泥基微生物小球中的降解菌种。枯草芽孢杆菌对微污染物质(POPs物质，合成麝香为POPs中的一种)具有很好的反应去除作用。

其中，所述固化包埋剂包括活性污泥和活性炭。

特别是，所述活性污泥和活性炭的质量之比为80-90:10-20。

尤其是，所述活性污泥和活性炭的质量之比优选为85:15。

特别是，所述活性污泥为污水厂经过污泥浓缩池浓缩后的好氧活性污泥，含水率为80-85％，其它类型的好氧活性污泥也适用于本发明。

尤其是，所述活性炭为褐煤基活性炭。

特别是，所述褐煤基活性炭为粉末褐煤基活性炭，水份：38.5-52.6％；灰份：1.68-10.32％；挥发份：37.98-54.65％；固定碳：28.20-33.80％；全硫份：0.38-0.75％。

所述粉末褐煤活性炭颗粒粒径：50-80目；孔径：2-50nm。

好氧活性污泥是由细菌、微型动物为主的微生物与悬浮物质、胶体物质混杂在一起所形成的絮凝体，可作为良好的固化材料和包埋材料。好氧活性污泥中存活有大量的菌胶团细菌和丝状菌。这些菌群首先可以辅助枯草芽孢杆降解菌对废水中的污染物质进行降解。同时，这些菌群的分泌物沉积在微生物小球中，对污染物质可起到强化絮凝和强化吸附作用，提高废水中合成麝香物质的沉降吸附效率和去除效率。

粉末褐煤活性炭不但可以起到交联作用，还可改进微生物小球的性质，提高微生物小球的强度等性能。

其中，所述添加剂选择纤维素，101担体和6201担体。

特别是，所述纤维素，101担体和6201担体的质量之比为35-45:35-45：10-30。

尤其是，所述纤维素，101担体和6201担体的质量之比优选为40:40:20。

微生物小球在内部形成一个稳定的环境，保护生长在内部的枯草芽孢杆菌；通过外层固化包埋剂对污水中的合成麝香进行吸附、吸收、富集，进而通过枯草芽孢杆菌将吸附、吸收、富集了的合成麝香降解去除。

其中，所述微生物小球通过如下方法制备而成：

(1)将枯草芽孢杆菌菌种接种在固态培养基中，进行扩大培养；

(2)将完成扩大培养的优势枯草芽孢杆菌进行离心分离，得到湿菌体；

(3)向湿菌体中加入添加剂，搅拌均匀，制得悬浊液；

(4)将固化包埋剂加入到混合悬浊液中，搅拌均匀，制得混合原料；

(5)将混合原料团成球状的微生物小球，避光发酵，待微生物小球表面生成白色菌丝即得。

特别是，所述将枯草芽孢杆菌菌种接种在固态培养基中，进行扩大培养包

配制固态培养基：牛肉膏5g、蛋白胨10g、NaCl 5g、琼脂粉15g，加水至1000mL；

灭菌：将固态培养基在121℃下灭菌30min；

接种：打开灭菌箱中的紫外灯，灭菌30min；之后打开日光灯，将接种针在酒精灯上烧红，蘸取枯草芽孢杆菌水样，在平面培养基和斜面培养基上划线接种，在恒温培养箱中培养24h。

将完成扩大培养的优势枯草芽孢杆菌进行离心分离，得到湿菌体；所述湿菌体的浓度为5.0×10⁵-3.0×10⁷CFU/mL。

将添加剂纤维素，101担体和6201担体加入到湿菌体中，搅拌均匀后，将固化包埋剂加入其中，搅拌均匀，得到粘稠状的混合原料，再将混合原料团成球状的微生物小球，避光发酵，待微生物小球表面生成白色菌丝即得。

其中，所述湿菌体与所述添加剂的质量之比为80-90:10-20，所述湿菌体与所述固化包埋剂的质量之比为20-40:60-80。

其中，所述避光发酵为将制得的球状微生物小球在恒温、恒湿下避光发酵，将制得的球状微生物小球置于恒温、恒湿的干燥箱内恒温避光发酵，待微生物小球表面生成白色菌丝即得。

特别是，所述发酵温度为25-30℃。

尤其是，所述发酵湿度为20-25％。

特别是，所述发酵时间为3-5d。

其中，所述微生物小球的直径为8-12mm，在所述好氧处理装置中的填充率为15-20mg/L水。

其中，所述隔板包括多个上隔板和下隔板。

特别是，所述上隔板和下隔板交错排列将每个微生物小球单元相互隔离。

其中，所述曝气装置包括风机和与其相连的多个曝气布气装置。

特别是，所述曝气布气装置包括多个成排分布的曝气头。

尤其是，所述多个曝气头纵向分布于所述下隔板的一侧，在运行过程中，通过曝气迫使好氧处理装置中的污水沿隔板一侧上升，依次通过相邻上隔板的底端和下隔板的顶端，形成上下往复的折流，从而延长所述含有合成麝香的污水与所述多个微生物小球单元的接触时间。

特别是，所述曝气布气装置为陶瓷膜材料。

其中，所述好氧处理装置还包括：

位于所述好养处理装置出水口的载体分离器，用于分离经好氧处理装置处理后的出水和微生物小球，将微生物小球截留在所述好氧处理装置内。

将进行了所述降解处理的污水引入沉淀装置进行污泥沉淀处理，经过沉淀处理后，污水中的污染物沉到池底，上清液即为处理后的出水。

本发明的原理和工作过程如下：

首先将含有合成麝香的污水引入好氧处理装置中，在好氧处理装置中填充有多个由枯草芽孢杆菌和固化包埋剂组成的微生物小球，设置在好氧处理装置中的上下隔板将多个微生物小球隔离成多个微生物小球单元，在每个下隔板的一侧设置有多个成排分布的曝气装置向好氧处理装置中形成曝气，含有合成麝香的污水进入好氧处理装置后，在曝气迫使下沿隔板一侧上升，依次通过相邻上隔板的底端和下隔板的顶端，形成上下往复的折流，从而延长与多个微生物小球单元的接触时间，微生物小球利用所述固化包埋剂对污水中的合成麝香进行吸附，利用所述枯草芽孢杆菌对所吸附的合成麝香进行降解，进而污水中的合成麝香被充分降解。经过好氧处理装置处理后的出水流经载体分离器进入沉淀池，在沉淀池内进行沉淀处理，污水中的污染物被沉降到池底形成污泥，上清液即为处理后的出水。

本发明的优点和有益技术效果如下：

1、本发明去除污水中合成麝香的装置通过微生物小球对含有合成麝香的污水进行处理，微生物小球是含有枯草芽孢杆菌和固化包埋剂的球体，固化包埋剂对污水中的合成麝香进行吸附，枯草芽孢杆菌对所吸附的合成麝香进行降解。

2、本发明去除污水中合成麝香的装置通过微生物小球对含有合成麝香的污水进行处理，所述微生物小球采用活性污泥和褐煤基活性炭作为固话包埋剂，活性污泥不仅可以对污水中的合成麝香进行吸附，并且好氧活性污泥中存活有大量的菌胶团细菌和丝状菌，这些菌群可以辅助枯草芽孢杆降解菌对废水中的污染物质进行降解，提高废水中合成麝香物质的沉降吸附效率和去除效率。

3、本发明去除污水中合成麝香的装置通过微生物小球对含有合成麝香的污水进行处理，所述微生物小球采用活性污泥和褐煤基活性炭作为固话包埋剂，粉末褐煤活性炭不但可以起到交联作用，还可改进微生物小球的性质，提高微生物小球的强度等性能。

4、本发明去除污水中合成麝香的装置通过微生物小球对含有合成麝香的污水进行处理，微生物小球是含有枯草芽孢杆菌和固化包埋剂的球体，经研究表明，枯草亚宝杆菌非常适合用于对合成麝香的处理，处理效果好，去除率高。

5、本发明去除污水中合成麝香的装置通过设置在好氧处理装置中的隔板和曝气装置使污水形成折流来延长含有合成麝香的污水与微生物小球的接触时间，使污水的合成麝香被多个微生物小球单元充分降解。

6、本发明去除污水中合成麝香的装置对污水中的合成麝香去除效果好，对佳乐麝香的去除率可达87.7-89.4％，对吐纳麝香的去除率可达81.8-83.9％，经本发明装置处理后，出水COD_Cr、BOD₅、NH₃-N含量均有明显下降，本发明装置非常适用于对污水中的合成麝香类污染物的去除。

附图说明

图1是本发明去除污水中合成麝香的装置示意图；

图2是本发明去除污水中合成麝香的装置好氧处理装置的俯视图；

附图标记说明：1、好氧处理装置；2、沉淀池；3、微生物小球；4、上隔板；5、下隔板；6、风机；7、曝气布气装置；8、载体分离器；9、出水堰；10、曝气头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步阐述本发明。

原料与试剂：

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)购自中科院微生物保藏中心，CGMCC编号为205027；褐煤基活性炭：购自内蒙古宝日希勒煤矿，水份：38.5-52.6％；灰份：1.68-10.32％；挥发份：37.98-54.65％；固定碳：28.20-33.80％；全硫份：0.38-0.75％，粒径：50～80目；孔径：2-50nm；活性污泥取自北京市密云县某污水厂曝气池，含水率为80-85％；纤维素购自北京弘彧试剂有限公司，分析纯，白色粉末，无臭无味，含量≥99％；101担体购自北京弘彧试剂有限公司，分析纯，白色粉末，无臭无味，含量≥99％；6201担体购自北京弘彧试剂有限公司，分析纯，浅红色无定型颗粒状，含量≥99％；牛肉膏购自北京弘彧试剂有限公司，分析纯，黄褐色至棕褐色膏状物，含量≥99％，其中固性物≥75％；蛋白胨购自北京弘彧试剂有限公司，分析纯，浅黄色粉末，含量≥99％；氯化钠购自北京弘彧试剂有限公司，分析纯，白色结晶粉末，含量≥99％；琼脂粉购自北京弘彧试剂有限公司，白色或略带黄色粉末，含量≥99％。

如图1所示，本发明去除污水中合成麝香的装置包括好氧处理装置1和沉淀装置2。

如图1和图2所示，好氧处理装置1用于对污水进行微生物降解和吸附处理，包括填充在好氧处理装置内的多个微生物小球3，竖直设置于好氧处理装置中的上隔板4和下隔板5，位于好氧处理装置底部的曝气装置，曝气装置包括风机6和曝气布气装置7，曝气布气装置7包括多个成排分布的曝气头10，位于好氧处理装置出水口处的载体分离器8和出水堰9。

微生物小球3是含有枯草芽孢杆菌和固化包埋剂的球体，每个微生物小球利用所述固化包埋剂对污水中的合成麝香进行吸附，利用所述枯草芽孢杆菌对所吸附的合成麝香进行降解；上隔板4和下隔板5交错排列将每个微生物小球单元相互隔离，曝气头10纵向分布于所述下隔板的一侧，在运行过程中，通过曝气迫使好氧处理装置中的污水沿隔板一侧上升，依次通过相邻上隔板的底端和下隔板的顶端，形成上下往复的折流，从而延长所述含有合成麝香的污水与所述多个微生物小球单元的接触时间；载体分离器8用于分离经好氧处理装置处理后的出水和微生物小球，将微生物小球截留在所述好氧处理装置内。

将进行了所述降解处理的污水引入沉淀装置2进行污泥沉淀处理，经过沉淀处理后，污水中的污染物沉到池底，上清液即为处理后的出水。

实施例1

1、枯草芽孢杆菌的扩大培养

按照如下配比配制固态培养基：牛肉膏5g、蛋白胨10g、NaCl 5g、琼脂粉15g，加水至1000mL；将固态培养基在121℃下灭菌30min；打开灭菌箱中的紫外灯，灭菌30min；之后打开日光灯，将接种针在酒精灯上烧红，蘸取枯草芽孢杆菌水样，在平面培养基和斜面培养基上划线接种，在恒温培养箱中培养24h。

2、将完成扩大培养的优势枯草芽孢杆菌进行离心分离，得到湿菌体，湿菌体的浓度为8.6×10⁵CFU/mL。

3、称取制得的湿菌体400mg于烧杯中，向其中加入45mg纤维素，45mg 101担体，10mg6201担体，用玻璃棒搅拌均匀后，向其中加入1440mg活性污泥，160mg粉末褐煤基活性炭，充分搅拌均匀，得到粘稠状的混合原料；

其中，得湿菌体与添加剂的质量之比为80:20，湿菌体与固化包埋剂的质量之比为20:80，活性污泥和活性炭的质量之比为90:10，纤维素、101担体和6201担体的质量之比为45:45:10。

4、将混合原料团成球状的微生物小球，然后置于干燥箱内避光发酵4天，其中干燥箱的温度为28℃，湿度为22％，待微生物小球表面生成白色菌丝即得。

实施例2

1、枯草芽孢杆菌的扩大培养

2、将完成扩大培养的优势枯草芽孢杆菌进行离心分离，得到湿菌体，湿菌体的浓度为6.2×10⁶CFU/mL。

3、称取制得的湿菌体900mg于烧杯中，向其中加入35mg纤维素，35mg 101担体，30mg6201担体，用玻璃棒搅拌均匀后，向其中加入1080mg活性污泥，270mg粉末褐煤基活性炭，充分搅拌均匀，得到粘稠状的混合原料；

其中，得湿菌体与添加剂的质量之比为90:10，湿菌体与固化包埋剂的质量之比为40:60，活性污泥和活性炭的质量之比为80:20，纤维素、101担体和6201担体的质量之比为35:35:30。

4、将混合原料团成球状的微生物小球，然后置于干燥箱内避光发酵5天，其中干燥箱的温度为25℃，湿度为20％，待微生物小球表面生成白色菌丝即得。

实施例3

1、枯草芽孢杆菌的扩大培养

2、将完成扩大培养的优势枯草芽孢杆菌进行离心分离，得到湿菌体，湿菌体的浓度为2.5×10⁷CFU/mL。

3、称取制得的湿菌体566.7mg于烧杯中，向其中加入40mg纤维素，40mg 101担体，20mg6201担体，用玻璃棒搅拌均匀后，向其中加入1128.9mg活性污泥，198.3mg粉末褐煤基活性炭，充分搅拌均匀，得到粘稠状的混合原料；

其中，得湿菌体与添加剂的质量之比为85:15，湿菌体与固化包埋剂的质量之比为30:70，活性污泥和活性炭的质量之比为85:15，纤维素、101担体和6201担体的质量之比为40:40:20。

4、将混合原料团成球状的微生物小球，然后置于干燥箱内避光发酵3天，其中干燥箱的温度为30℃，湿度为25％，待微生物小球表面生成白色菌丝即得。

实施例4

以北京市某小区地下二层生活污水处理站处理后出水为例，采用本发明装置对其进行深度处理。

将污水引入好氧处理装置，分别填充实施例1-3制备的微生物小球对污水中的合成麝香进行微生物降解和吸附处理；其中好氧处理装置尺寸：6000×3600×4500mm，微生物小球的在好氧处理装置中的填充率保持15-20mg/L水，每二周投加一次；好氧处理装置的曝气量保持在5-40m³/min，使得污水中的溶解氧(DO)浓度2-5mg/L。

将经过微生物降解和吸附处理的污水引入沉淀池进行沉淀处理，其中沉淀池尺寸：4000×2000×4500mm，沉淀处理时间为60-120min，经沉淀处理后，得到的上清液即为处理后的出水。

污水中各类污染物处理前后的水质情况见表1。

表1 分别以实施例1-3制备的微生物小球对污水的处理前后的水质情况

由数据可知，本发明装置对污水中的合成麝香类污染物具有良好的去除效果，对佳乐麝香的去除率可达87.7-89.4％，对吐纳麝香的去除率可达81.8-83.9％，经本发明装置处理后，出水COD_Cr、BOD₅、NH₃-N含量均有明显下降，本发明装置非常适用于对污水中的合成麝香类污染物的去除。

尽管上述对本发明做了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种去除污水中合成麝香的装置，其特征在于，包括：

用于对污水进行微生物降解和吸附处理的好氧处理装置；

其中，所述好氧处理装置包括：

竖直设置于所述好氧处理装置中的多个隔板，其包括交错排列的上隔板和下隔板，用于隔离所述多个微生物小球单元，使每个微生物小球单元相互隔离；

通过在好氧处理装置的底部形成曝气，迫使好氧处理装置中的污水在所述多个隔板的阻挡作用下，依次通过相邻隔板的底端和顶端，形成上下往复的折流，从而延长所述含有合成麝香的污水与所述多个微生物小球单元的接触时间；

所述微生物小球包括：

吸附所述污水中的合成麝香的固化包埋剂；

降解所吸附的合成麝香的枯草芽孢杆菌。

2.如权利要求1所述的去除污水中合成麝香的装置，其特征在于，所述微生物小球还包括：

支撑所述微生物小球结构的添加剂。

3.如权利要求2所述的去除污水中合成麝香的装置，其特征在于，所述固化包埋剂包括活性污泥和活性炭。

4.如权利要求3所述的去除污水中合成麝香的装置，其特征在于，所述活性污泥和活性炭的质量之比为80-90:10-20。

5.如权利要求2所述的去除污水中合成麝香的装置，其特征在于，所述添加剂选择纤维素，101担体和6201担体。

6.如权利要求2所述的去除污水中合成麝香的装置，其特征在于，所述微生物小球通过如下方法制备而成：

(3)向湿菌体中加入添加剂，搅拌均匀，制得悬浊液；

7.如权利要求6所述的去除污水中合成麝香的装置，其特征在于，所述湿菌体与所述固化包埋剂的质量之比为20-40:60-80。

8.如权利要求7所述的去除污水中合成麝香的装置，其特征在于，所述湿菌体与所述添加剂的质量之比为80-90:10-20。

9.如权利要求1所述的去除污水中合成麝香的装置，其特征在于，所述曝气装置为陶瓷膜材料。