CN114230020A - 一种竹子预处理废水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竹子预处理废水的处理方法，包括以下步骤：步骤1、竹子预处理废水中加入脂肪酶，在温度40‑55℃下，搅拌8‑10h；步骤2、继续加入复合酶制剂，在温度30‑42℃下，搅拌16‑48h；步骤3、将步骤2处理后的竹子预处理废水置于发酵容器中，加入发酵微生物，控制温度在22‑30℃下进行发酵，每1‑2h搅拌一次并检测废水的pH，当pH＜6时，停止发酵，静置；步骤4、过滤步骤3处理后的废水，分离絮沉物和上清液即可。本发明利用废水中纤维素、半纤维素自降解，生物酶水解以及微生物发酵酸化的作用，在不需外加酸的条件下，使废水自然酸化，析出木质素，不仅降低了废水处理成本，还免去了硫酸根、氯离子等对后续厌氧、好氧工序的负面影响。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种竹子预处理废水的处理方法。
背景技术
我国是世界上竹子资源最丰富的国家，约占世界竹资源总量的三分之一，广泛的分布于我国的福建、四川、广西、广东、湖南、贵州和云南等地。竹子品种500多种，种植面积、蓄积及消费量位居世界第一。据统计，全国现有竹林面积420多万公顷，竹材年砍伐量2500万吨以上，竹材的应用涉及日用品、医药品、工艺品、建筑业、纺织业、造纸业等，竹产业的年产值超过2000亿元。
竹子结构挺硬、质地致密，为了满足加工需要，在生产上通常采用碱法蒸煮，即用烧碱、纯碱、石灰溶液对其进行软化处理。软化过程，竹子中的部分木质素、纤维素、半纤维素、糖和脂肪等组分被溶解进入碱液中形成废水。这种废水呈碱性，并含有较高的化学好氧量，处理难度大、成本高。
目前，这种竹子废水在进行生化处理之前，需先进行酸处理，即向废水中加入硫酸、盐酸、醋酸、草酸等，使废水中的木质素析出，然后再进行沉淀去除，这种去除木质素的方法提高了废水的可生化性，但是加大了后续处理的难度，且这种酸处理的方法需耗费大量的酸溶液，不仅增加了废水处理的成本，还引入了硫酸根、氯离子等，易对后续生化处理***产生负面影响。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决竹子废水在进行生化处理之前进行酸处理耗酸量大，增加了处理成本，且易对后续生化处理产生负面影响的技术问题，本发明提供了一种竹子预处理废水的处理方法。
本发明采用的技术方案是：
一种竹子预处理废水的处理方法，包括以下步骤：
步骤1、竹子预处理废水中加入脂肪酶，在温度40-55℃下，搅拌8-10h；
步骤2、继续加入复合酶制剂，在温度30-42℃下，搅拌16-48h；
步骤3、将步骤2处理后的竹子预处理废水置于发酵容器中，加入发酵微生物，控制温度在22-30℃下进行发酵，每1-2h搅拌一次并检测竹子预处理废水的pH，当pH＜6时，停止发酵，静置；
步骤4、过滤步骤3处理后的竹子预处理废水，分离絮沉物和上清液即可。
通过以上技术方案，利用脂肪酶使竹子预处理废水中的脂肪水解生成脂肪酸，脂肪酸中和部分碱使废水由碱性变为弱碱性；继续加入复合酶制剂使废水中的纤维素、半纤维素水解成葡萄糖、麦芽糖，果胶水解成半乳糖醛酸，剩余的脂肪也进一步水解，同时纤维素、半纤维素的自发酵产生了部分丁二酸和乙酸，进一步酸化废水；然后将处理后的废水进行微生物发酵处理，葡萄糖、麦芽糖发酵产生丁二酸、乙酸、丁酸等酸性物质，废水pH再次逐渐降低，当pH 低于6时，木质素等杂质发生絮沉；最后分离去除絮沉物，即得处理后的废水。本发明利用废水中纤维素、半纤维素自降解，生物酶水解以及微生物发酵酸化的作用，在不需外加酸的条件下，使废水自然酸化，析出木质素，不仅降低了废水处理成本，还免去了硫酸根、氯离子等对后续厌氧、好氧工序的负面影响。
进一步的，所述步骤1脂肪酶的加入量为每升竹子预处理废水加入1-5mg。
进一步的，所述步骤2复合酶制剂的加入量为每升竹子预处理废水加入 1-5mg。
进一步的，按重量份计，所述复合酶制剂由纤维素酶20-40份、半纤维素酶40-60份、脂肪酶5-15份、果胶酶5-15份组成。
进一步的，所述发酵微生物为乳酸菌、琥珀放线杆菌、硝化菌、白腐菌中的一种或几种。
进一步的，所述发酵微生物用生理盐水配置成麦氏浊度为0.8-1.0的菌悬液，所述菌悬液与竹子预处理废水按1:(1-10)×105的体积比加入发酵容器。
进一步的，所述步骤1和步骤2的搅拌速度为100-200r/min，步骤3的搅拌速度为60-100r/min。
进一步的，所述步骤1脂肪酶为碱性脂肪酶。
进一步的，所述竹子预处理废水的pH为10.0-12.0。
其中，碱性脂肪酶为三酰甘油酯水解酶，来自市售，其酶活力≥10万u/g， pH适用范围7-11，最适pH为9.5。
其中，复合酶制剂中的纤维素酶、半纤维素酶、脂肪酶、果胶酶均来自市售，且纤维素酶的酶活力≥20万u/g，pH适用范围7-9，最适pH为8；半纤维素酶的酶活力≥10万u/g，pH适用范围5-10，最适pH为7.5；脂肪酶的酶活力≥10万u/g，pH适用范围7-11，最适pH为9.5；果胶酶的酶活力≥7万u/g， pH适用范围6-10，最适pH为8。
其中，乳酸菌、琥珀放线杆菌、硝化菌、白腐菌均为粉剂且来自市售。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明利用竹子预处理废水中纤维素、半纤维素自降解，脂肪酶降解，生物酶水解以及微生物发酵酸化的作用，在不需外加酸的条件下，使废水自然酸化，析出木质素，不仅降低了废水处理成本，还免去了硫酸根、氯离子等对后续厌氧、好氧工序的负面影响。
2、选用最适pH在碱性条件下的市售脂肪酶，在碱性废水中仍具有高活性，利用脂肪酶使竹子预处理废水中的脂肪水解生成脂肪酸，脂肪酸中和部分碱，同时废水中各组分的自降解产生少量酸性物质，使废水由碱性变为弱碱性，无需外加酸即可实现对pH的调节。
3、纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶使废水中的纤维素、半纤维素水解成葡萄糖、麦芽糖，葡萄糖和麦芽糖可作为微生物发酵的碳源，同时纤维素、半纤维素的自发酵产生部分丁二酸、乙酸等，果胶水解产生半乳糖醛酸，起到一定程度的酸化废水的作用；纤维素酶群包含活力很高的木聚糖酶，能够将废水中纤维素及其衍生物水解为葡萄糖，果胶酶能将废水中的果胶质降解为半乳糖醛酸，半纤维素酶可以选择性分解废水中不同种类单糖构成的半纤维素，脂肪酶可以作用于甘油三酯的酯键，将废水中的甘油三酯分解为甘油和脂肪酸；复合酶制剂中每种单酶都具有酶催化专一性，能够特异性降解有机质，协同使用保证降解效果，且效果稳定，增强了水处理效果。
4、乳酸菌、琥珀放线杆菌、硝化菌、白腐菌等菌类对纤维素、半纤维素的降解产物葡萄糖、麦芽糖进行发酵处理可产生大量丁二酸、乙酸、丁酸等酸性物质，溶液pH值随之降低，当溶液pH值降到6以下，废液中的木质素发生絮沉，经过滤分离，竹子预处理废水SS、COD、BOD的去除率能得到有效提高。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)降解废液中的脂肪：
将pH值约为10.0的竹子预处理废水引入水解槽中，加入碱性脂肪酶，加入量为1mg/L，在温度40-45℃的条件下搅拌8h，转速为100r/min；
(2)水解废液中的纤维素、半纤维素、果胶等：
在经过脂肪酶处理的竹子预处理废水中，加入1mg/L的复合酶制剂，在温度为30-42℃，转速为100r/min的条件下搅拌16h，使废液中的纤维素、半纤维素水解成葡萄糖、麦芽糖，果胶水解成半乳糖醛酸，步骤(1)未处理完全的脂肪进一步降解；按重量份计，所述复合酶制剂包括纤维素酶20份、半纤维素酶 40份、脂肪酶5份、果胶酶5份；
(3)发酵法絮沉：
将步骤(2)处理后的竹子预处理废水置于密闭发酵容器中，将乳酸菌菌种用生理盐水配置成麦氏浊度为0.8的菌悬液，菌悬液的加入量为每1×105体积的竹子预处理废水加入1体积的菌悬液，控制温度在22-30℃下进行发酵，每 1h搅拌10min，搅拌速度为60r/min，实时监测竹子预处理废水的pH值，当pH 降至6以下时，停止发酵，静置，待木质素等杂质充分絮沉；
(4)过滤：
将步骤(3)处理后的竹子预处理废水经滤筛处理，分离絮沉物和上清液即可得到易于生化处理的竹子预处理废水溶液。
实施例2
一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)降解废液中的脂肪：
将pH值约为11.0的竹子预处理废水引入水解槽中，加入碱性脂肪酶，加入量为2mg/L，在温度40-45℃的条件下搅拌8.5h，转速为120r/min；
(2)水解废液中的纤维素、半纤维素、果胶等：
在经过脂肪酶处理的竹子预处理废水中，加入2mg/L的复合酶制剂，在温度为30-42℃，转速为120r/min的条件下搅拌20h，使废液中的纤维素、半纤维素水解成葡萄糖、麦芽糖，果胶水解成半乳糖醛酸，步骤(1)未处理完全的脂肪进一步降解；按重量份计，所述复合酶制剂包括纤维素酶25份、半纤维素酶 45份、脂肪酶8份、果胶酶8份；
(3)发酵法絮沉：
将步骤(2)处理后的竹子预处理废水置于密闭发酵容器中，将琥珀放线杆菌菌种用生理盐水配置成麦氏浊度为0.85的菌悬液，菌悬液的加入量为每3× 105体积的竹子预处理废水加入1体积的菌悬液，控制温度在22-30℃下进行发酵，每1h搅拌10min，搅拌速度为70r/min，实时监测竹子预处理废水的pH值，当pH降至6以下时，停止发酵，静置，待木质素等杂质充分絮沉；
(4)过滤：
将步骤(3)处理后的竹子预处理废水经滤筛处理，分离絮沉物和上清液即可得到易于生化处理的竹子预处理废水溶液。
实施例3
一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)降解废液中的脂肪：
将pH值约为11.0的竹子预处理废水引入水解槽中，加入碱性脂肪酶，加入量为3mg/L，在温度45-50℃的条件下搅拌9h，转速为150r/min；
(2)水解废液中的纤维素、半纤维素、果胶等：
在经过脂肪酶处理的竹子预处理废水中，加入3mg/L的复合酶制剂，在温度为30-42℃，转速为150r/min的条件下搅拌30h，使废液中的纤维素、半纤维素水解成葡萄糖、麦芽糖，果胶水解成半乳糖醛酸，步骤(1)未处理完全的脂肪进一步降解；按重量份计，所述复合酶制剂包括纤维素酶30份、半纤维素酶 50份、脂肪酶10份、果胶酶10份；
(3)发酵法絮沉：
将步骤(2)处理后的竹子预处理废水置于发酵容器中，将硝化菌菌种用生理盐水配置成麦氏浊度为0.9的菌悬液，菌悬液的加入量为每5×105体积的竹子预处理废水加入1体积的菌悬液，控制温度在22-30℃下进行发酵，每1.5h 搅拌10min，搅拌速度为80r/min，实时监测竹子预处理废水的pH值，当pH 降至6以下时，停止发酵，静置，待木质素等杂质充分絮沉；
(4)过滤：
将步骤(3)处理后的竹子预处理废水经滤筛处理，分离絮沉物和上清液即可得到易于生化处理的竹子预处理废水溶液。
实施例4
一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)降解废液中的脂肪：
将pH值约为11.0的竹子预处理废水引入水解槽中，加入碱性脂肪酶，加入量为4mg/L，在温度45-50℃的条件下搅拌9.5h，转速为180r/min；
(2)水解废液中的纤维素、半纤维素、果胶等：
在经过脂肪酶处理的竹子预处理废水中，加入4mg/L的复合酶制剂，在温度为30-42℃，转速为180r/min的条件下搅拌35h，使废液中的纤维素、半纤维素水解成葡萄糖、麦芽糖，果胶水解成半乳糖醛酸，步骤(1)未处理完全的脂肪进一步降解；按重量份计，所述复合酶制剂包括纤维素酶35份、半纤维素酶 55份、脂肪酶12份、果胶酶12份；
(3)发酵法絮沉：
将步骤(2)处理后的竹子预处理废水置于发酵容器中，将白腐菌菌种用生理盐水配置成麦氏浊度为0.95的菌悬液，菌悬液的加入量为每8×105体积的竹子预处理废水加入1体积的菌悬液，控制温度在22-30℃下进行发酵，每2h搅拌10min，搅拌速度为90r/min，实时监测竹子预处理废水的pH值，当pH降至6以下时，停止发酵，静置，待木质素等杂质充分絮沉；
(4)过滤：
将步骤(3)处理后的竹子预处理废水经滤筛处理，分离絮沉物和上清液即可得到易于生化处理的竹子预处理废水溶液。
实施例5
一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)降解废液中的脂肪：
将pH值约为12.0的竹子预处理废水引入水解槽中，加入碱性脂肪酶，加入量为5mg/L，在50-55℃的条件下以200r/min的转速搅拌10h；
(2)水解废液中的纤维素、半纤维素、果胶等：
在经过脂肪酶处理的竹子预处理废水中，加入5mg/L的复合酶制剂，在 30-42℃的条件下以200r/min的转速搅拌48h，使废液中的纤维素、半纤维素水解成葡萄糖、麦芽糖，果胶水解成半乳糖醛酸，步骤(1)未处理完全的脂肪进一步降解；按重量份计，所述复合酶制剂包括纤维素酶40份、半纤维素酶60 份、脂肪酶15份、果胶酶15份；
(3)发酵法絮沉：
将步骤(2)处理后的竹子预处理废水置于密闭发酵容器中，将乳酸菌、琥珀放线杆菌按1：1重量比混合制备混合菌种并用生理盐水配置成麦氏浊度为1.0的菌悬液，菌悬液的加入量为每1×106体积的竹子预处理废水加入1体积的菌悬液，控制温度在22-30℃下进行发酵，每2h搅拌10min，搅拌速度为 100r/min，实时监测竹子预处理废水的pH值，当pH降至6以下时，停止发酵，静置，待木质素等杂质充分絮沉；
(4)过滤：
将步骤(3)处理后的竹子预处理废水经滤筛处理，分离絮沉物和上清液即可得到易于生化处理的竹子预处理废水溶液。
Claims (9)
1.一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、竹子预处理废水中加入脂肪酶，在温度40-55℃下，搅拌8-10h；
步骤2、继续加入复合酶制剂，在温度30-42℃下，搅拌16-48h；
步骤3、将步骤2处理后的竹子预处理废水置于发酵容器中，加入发酵微生物，控制温度在22-30℃下进行发酵，每1-2h搅拌一次并检测竹子预处理废水的pH，当pH＜6时，停止发酵，静置；
步骤4、过滤步骤3处理后的竹子预处理废水，分离絮沉物和上清液即可。
2.根据权利要求1所述的一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于：所述步骤1脂肪酶的加入量为每升竹子预处理废水加入1-5mg。
3.根据权利要求1所述的一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于：所述步骤2复合酶制剂的加入量为每升竹子预处理废水加入1-5mg。
4.根据权利要求3所述的一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于：按重量份计，所述复合酶制剂由纤维素酶20-40份、半纤维素酶40-60份、脂肪酶5-15份、果胶酶5-15份组成。
5.根据权利要求1所述的一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于：所述发酵微生物为乳酸菌、琥珀放线杆菌、硝化菌、白腐菌中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于：所述发酵微生物用生理盐水配置成麦氏浊度为0.8-1.0的菌悬液，所述菌悬液与竹子预处理废水按1:(1-10)×105的体积比加入发酵容器。
7.根据权利要求1所述的一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于：所述步骤1和步骤2的搅拌速度为100-200r/min，步骤3的搅拌速度为60-100r/min。
8.根据权利要求1所述的一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于：所述步骤1脂肪酶为碱性脂肪酶。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种竹子预处理废水的处理方法，其特征在于：所述竹子预处理废水的pH为10.0-12.0。
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| CN101250568A (zh) * | 2008-04-14 | 2008-08-27 | 大连工业大学 | 一种发酵法从造纸黑液中提纯木质素的方法 |
| CN109502764A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-22 | 山东华泰纸业股份有限公司 | 一种生物酶制剂及利用其提高造纸业混合废水处理效率的方法 |
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