CN105858913B

CN105858913B - 一种利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法

Info

Publication number: CN105858913B
Application number: CN201610320726.2A
Authority: CN
Inventors: 乔维川; 张熠依; 谢震宇; 夏昊; 周乔; 傅博
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2018-10-23
Anticipated expiration: 2036-05-16
Also published as: CN105858913A

Abstract

本发明公开了一种利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，步骤包括：1）活性污泥的驯化和挂膜；2）黄孢原毛平革菌菌液制备；3）生物强化处理废水。本发明的利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，利用黄孢原毛平革菌和生物膜土著微生物的协同作用，对木质素进行一定程度的生物降解，生成的小分子可被生物膜微生物利用并降解，因此该生物强化方法对制浆废水的处理效果更好。通过与对照进行相比试验，在葡萄糖含量300 mg/L，pH 6.0，酒石酸铵含量0.2 mg/L，白腐菌菌悬液投加量100 mL/L，温度26℃，DO 8 mg/L条件下，COD去除率和色度去除率分别达到89.74%、66.67%，处理后出水COD为37.76mg/L，色度为20，完全符合国家排放标准。

Description

一种利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法

技术领域

本发明属于工业废水处理技术领域，具体涉及一种利用黄孢原毛平革菌（P.Chrysosporium）生物强化处理制浆废水的方法。

背景技术

制浆造纸工业是世界上六大污染工业之一，其废水中含有大量的木质素、纤维素和各种化学药品，耗氧量大，是污染环境的主要来源之一。我国造纸行业每年排放废水量达40亿吨，占全国工业废水排放量的1/6，COD和SS均占1/4，总体来说具有排放量大、污染物复杂、难处理等特点，不仅阻碍了造纸工业的发展，也严重影响了百姓的日常生活和自然环境的改善。2008年我国颁布并实施的制浆造纸工业废水排放标准的排放限值比旧标准更为严格。根据GB3544-2008，国家规定制浆企业废水COD排放限值为100 mg/L，制浆和造纸联合生产企业COD排放限值为90 mg/L，造纸企业为80 mg/L，BOD₅排放限值为20 mg/L。因此，制浆造纸企业必须寻求有效的废水处理新工艺，才能达到新标准的排放要求，从而对促进生态环境保护和造纸工业的可持续发展有重要的现实意义。

制浆造纸废水污染物浓度高，成分复杂，可生化性差，流量和负荷波动较大，成为难处理的工业废水之一。其处理方法主要有物理法、化学法、物化法和生物法。物理法包括气浮法、超声法等，化学法包括化学氧化法、光电催化法等，物理化学法包括膜分离法、混凝法、吸附法等，但不管是物理处理法还是化学处理法，都会对环境造成二次污染，且成本高，不适于普遍应用。其中生物方法成本低，效率高，不会对环境造成二次污染，是目前主流的废水处理方法。但是，近年来由于社会经济的迅速发展，废水量日益增多，成分日益复杂，一般的生物法的处理能力已难以满足实际需求，尤其当废水中含暂时性有毒难处理物质时，传统的处理工艺更是难以达到理想的出水水质，并且也会给原有***的平衡和稳定带来很大的风险。在此背景下产生了生物强化技术，该技术是指在生物处理***中，投加具有特定功能的微生物、营养物或基质类似物，降解特定污染物，提高降解速率，从而达到有效处理含有难降解有机物的废水的目的。

制浆造纸废水高COD高色度的主要原因是其中含有大量的木质纤维素等难降解物质。木质素属于高分子聚合物，具有非结晶性和三维网状结构，是目前公认的微生物难降解的芳香族化合物之一。处理制浆造纸废水，使其达到国家排放标准，归根结底是必须处理难降解的木质素。木质素要完全降解是真菌、细菌与相应微生物群落共同作用的结果，其中真菌在木质素降解中起主导作用，在所有真菌种类中白腐菌是目前已知的在自然界中对木质素拥有最强降解能力的一类真菌，也是已知唯一的在纯培养条件下能够将木质素最终矿化的微生物，因此，白腐菌往往成为研究降解木质素的首选微生物。处理制浆造纸废水的研究表明，白腐菌对制浆漂白废水具有明显的脱色，消除毒性，降低COD与BOD的作用。王双飞等人自主设计顺流式固定床反应器，采用吸附法固定白腐菌，处理苇浆CEH三段漂白的混合废水，实验连续运行的结果表明，吸附法固定白腐菌能促使处理效果较稳定，COD去除率为65%-68%，BOD₅去除率为89%-92%。徐海娟等人采用活性炭-化学纤维固定膜反应器，投加白腐菌，处理苇浆CEH三段漂白的混合废水，研究发现，漂白废水的脱色率达60%-90%，COD去除率在50%以上。闫冰等人把白腐菌应用于CTMP制浆废液处理中，研究结果表明，白腐菌除了能很好的适应CTMP废液，还能显著降解其中的污染物，废水COD的去除率达到68%-73%。制浆造纸废水中还有一个难题是脱色，生物强化技术应用于脱色处理中也取得一定进展。曾丽璇等人利用生物强化技术采用优势菌处理印染废水，具体做法是在印染废水的水解池内投入具有较好脱色效果的假单胞菌、气单胞菌和红螺菌的混合菌株，结果显示持续六天处理***脱色率都稳定在90%以上。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，采用黄孢原毛平革菌，对制浆废水进行生物强化处理，提高COD去除率，同时有效降低废水颜色，去除色度。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，步骤如下：

1）取生物反应器，加入工业组合填料和活性污泥，并加入葡萄糖为碳源，进行曝气，每天停止曝气一定时间，用虹吸上清液的方式换水，经一段时间曝气后，污泥成功挂膜；

2）将黄孢原毛平革菌从斜面上接种到马铃薯液体培养基中，制成菌悬液，恒温37℃在摇床培养三至四天；

3）在生物反应器中添加黄孢原毛平革菌菌悬液，继续曝气，并且每天换水；投入菌剂两三天后，吸出上清液，加入制浆废水，同时按C、N、P是200:5:1的质量比分别加入酒石酸铵和KH₂PO₄，并加入微生物所需的常量元素和微量元素，之后每天换废水，测定每天出水的COD和色度，水质符合排放要求排放即可。

步骤1）中，活性污泥浓度为20g/L，葡萄糖浓度为500mg/L，每天停止曝气一小时。

步骤3）中，废水中，含有200mg/L的葡萄糖和300mg/L的碱性木质素。

步骤3）中，温度18~40℃、pH4.5~9.0、葡萄糖含量0~300 mg/L、酒石酸铵含量0~0.4mg/L、黄孢原毛平革菌菌悬液投加量10~200mL/L和溶解氧2~8mg/L。

步骤3）中，温度18℃、pH 7.0、葡萄糖含量300 mg/L、酒石酸铵含量0.02 mg/L、黄孢原毛平革菌菌悬液投加量100 mL/L和溶解氧4 mg/L。

步骤3）中，葡萄糖含量为300mg/L，pH为6.0，酒石酸铵含量为0.2 mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为100 mL/L，温度为26℃，DO为8 mg/L。

有益效果：与现有技术相比，本发明的利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，利用黄孢原毛平革菌和生物膜土著微生物的协同作用，对木质素进行一定程度的生物降解，生成的小分子可被生物膜微生物利用并降解，因此该生物强化方法对制浆废水的处理效果更好。通过与对照进行相比试验，在葡萄糖含量300 mg/L，pH 6.0，酒石酸铵含量 0.2 mg/L，白腐菌菌悬液投加量 100 mL/L，温度26℃，DO 8 mg/L条件下，COD去除率和色度去除率分别达到89.74%、66.67%，处理后出水COD为37.76mg/L，色度为20，完全符合国家排放标准，具有很好的实用性，能产生很好的经济效益和社会效应。

附图说明

图1是生物强化处理的COD和色度值结果图；

图2是废水的COD去除率和色度去除率结果图；

图3是废水中木质素含量变化结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。以下实施例中所使用原料和试剂具体为：黄孢原毛平革菌（P.Chrysosporium）：购于中国科学院微生物所；碱性木质素（Kraft lignin）：购于Sigma-Aldrich公司；活性污泥：取自南京市江心洲污水处理厂二沉池；工业组合填料：购于无锡宜兴环保公司。

挂膜培养基配方：葡萄糖500mg，蒸馏水1000mL。

造纸废水成分：葡萄糖200mg，碱性木质素300mg，酒石酸铵0.2g，苯甲醇0.5g，MgSO₄•H₂O 0.71g，KH₂PO₄ 2.56g，VB1 0.001g，吐温80 1.0g，微量元素70mL，蒸馏水1000mL。

微量元素溶液（g/L）：氨基乙酸 0.6；MnSO₄•H₂O 0.5；NaCl 1；FeSO₄•7H₂O 0.1；CoSO₄•7H₂O 0.22；CaCl₂•2H₂O 1.56；ZnSO₄•7H₂O 0.1；CuSO₄•5H₂O 0.1；AlK(SO₄)₂•12H₂O0.01；HBO₃ 0.01；Na₂MoO₄•2H₂O 0.01。

马铃薯培养基：马铃薯200g；蔗糖（或葡萄糖）20g；马铃薯去皮，切成块煮沸30min，然后用纱布过滤，再加糖及琼脂，溶化后补充蒸馏水至1000 mL。121℃灭菌30min。

实施例1

1）活性污泥的驯化和挂膜：取若干只2000 mL的烧杯制成生物反应器，在其中加入工业组合填料和活性污泥，活性污泥浓度大约为20g/L，并加入500mg/L的葡萄糖为碳源，进行曝气，每天停止曝气一小时，用虹吸方法吸取上清液，再补充与上清液相同体积的营养水（500mg/L葡萄糖水溶液），经一段时间曝气后，污泥成功挂膜。

2）制备菌液：将黄孢原毛平革菌从斜面上接种到250mL锥形瓶的马铃薯液体培养基中，制成菌悬液，恒温37℃在摇床培养三至四天。

3）生物强化处理：在生物反应器中添加黄孢原毛平革菌菌悬液，另取反应器作为对照，不添加黄孢原毛平革菌。继续曝气，并且每天换营养水。投入菌剂大约两三天后，吸出上清液，将营养水更换为制浆废水（含有200mg/L葡萄糖和300mg/L碱性木质素），同时按C、N、P是200:5:1的质量比分别加入酒石酸铵和KH₂PO₄，并加入微生物所需的常量元素和微量元素。之后每天换水，水的组成不变，测定每天出水的COD和色度，连续测两周的数据，进行对比。

将黄孢原毛平革菌的菌悬液投加到以葡萄糖和Kraft lignin为碳源的废水中，连续观察十五天，测得9组COD和色度值，如图1所示，显然，对照组出水COD几乎都大于100 mg/L，添加黄孢原毛平革菌的反应器出水COD几乎都小于100 mg/L，且在投加初期和投加10天之后COD都降到50mg/L以下，与对照组有较大差异，可见黄孢原毛平革菌对制浆废水具有明显的脱色、降低COD的作用。

用图1所得数据计算出添加生物强化实验处理废水的COD去除率和色度去除率，结果如图2所示。可以看到在第三天至第七天这阶段COD去除率达到最大，在60%-70%之间，到第13天时COD去除率又上升，达到52.03%。而在第13天色度去除率达到最大，为37.5%。处理初期COD去除率较高而色度去除率较低，处理反应两个星期后，黄孢原毛平革菌明显降解模拟造纸废水中的木质素，同时使色度降低和COD下降。

实施例2

利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，与实施例1相同，其中，在生物强化处理步骤中，工艺参数为温度18℃、pH 7.0、葡萄糖含量300 mg/L、酒石酸铵含量0.02 mg/L、黄孢原毛平革菌菌悬液投加量100 mL/L和溶解氧4 mg/L，连续反应七天后测COD和色度，此条件下，COD去除率71.36%，色度去除率75%。

实施例3

利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，与实施例1相同，其中，在生物强化处理步骤中，葡萄糖含量为300mg/L，pH为6.0，酒石酸铵含量为0.2 mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为100 mL/L，温度为26℃，DO为8 mg/L，连续反应七天后测COD和色度，此时COD去除率和色度去除率分别达到89.74%、66.67%，即原始废水COD为368.12 mg/L，色度为60，处理后出水COD为37.76mg/L，色度为20，完全符合国家排放标准。此时对COD的去除能力比现有技术效率提高10%左右。

同时测得每天出水的木质素含量，由图3可以看到，经过24小时运行后，木质素含量由200mg/L降为0mg/L，说明木质素在生物强化处理中被完全降解为小分子化合物，从而降低出水COD和色度，再次验证黄孢原毛平革菌作为功能菌生物强化处理制浆废水，快速高效达到出水排放标准。

Claims

1.一种利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，其特征在于，步骤如下：

1)取生物反应器，加入工业组合填料和活性污泥，并加入葡萄糖为碳源，进行曝气，每天停止曝气一定时间，用虹吸上清液的方式换水，经一段时间曝气后，污泥成功挂膜；

2)将黄孢原毛平革菌从斜面上接种到马铃薯液体培养基中，制成菌悬液，恒温37℃在摇床培养三至四天；

3)在生物反应器中添加黄孢原毛平革菌菌悬液，继续曝气，并且每天换水；投入菌剂两三天后，吸出上清液，加入制浆废水，同时按C、N、P是200:5:1的质量比分别加入酒石酸铵和KH₂PO₄，并加入微生物所需的常量元素和微量元素，之后每天换废水，测定每天出水的COD和色度，水质符合排放要求排放即可。

2.根据权利要求1所述的利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，其特征在于，步骤1)中，活性污泥浓度为20g/L，葡萄糖浓度为500mg/L，每天停止曝气一小时。

3.根据权利要求1所述的利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，其特征在于，步骤3)中，废水中，含有200mg/L的葡萄糖和300mg/L的碱性木质素。

4.根据权利要求1所述的利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，其特征在于，步骤3)中，温度18～40℃、pH4.5～9.0、葡萄糖含量0～300mg/L、酒石酸铵含量0～0.4mg/L、黄孢原毛平革菌菌悬液投加量10～200mL/L和溶解氧2～8mg/L。

5.根据权利要求1所述的利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，其特征在于，步骤3)中，温度18℃、pH 7.0、葡萄糖含量300mg/L、酒石酸铵含量0.02mg/L、黄孢原毛平革菌菌悬液投加量100mL/L和溶解氧4mg/L。

6.根据权利要求1所述的利用黄孢原毛平革菌生物强化处理制浆废水的方法，其特征在于，步骤3)中，葡萄糖含量为300mg/L，pH为6.0，酒石酸铵含量为0.2mg/L，黄孢原毛平革菌菌悬液投加量为100mL/L，温度为26℃，DO为8mg/L。