CN114409062A - 一种用于强化废水处理生物膜的药剂与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废水处理技术领域，公开了一种用于强化废水处理生物膜的药剂与方法，该药剂通过使用微晶纤维素、淀粉等不易降解的大分子有机物作为营养源可刺激微生物细胞分泌胞外酶，实现对EPS的强化，提高微生物对污染物的降解能力，同时提升微生物之间的粘连强化生物膜等微生物聚集体的形成，达到强化生物膜的目的。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种用于强化废水处理生物膜的药剂与方法。
背景技术
由于工业废水的成分、毒性差异较大，很容易导致生物膜、颗粒污泥等微生物聚集体的形成困难。研究表明，生物膜、颗粒污泥等微生物聚集体中的胞外聚合物(EPS)能够保护细胞免受脱水和毒性物质的伤害，并且对颗粒污泥的凝聚性、吸附性、物质传递等都具有重要影响。EPS是由细胞产生，分布于细胞表面的高分子物质，主要组成成分包括蛋白质、多糖、核酸、腐殖质等，其中以胞外蛋白(PN)与胞外多糖(PS)为主，其他类物质的含量较低。EPS能够改变细胞表面的物理化学特性，比如荷电性、疏水性、絮凝性、吸附性及其他的特性，有利于微生物细胞凝聚，对形成与稳定生物膜和颗粒污泥起着重要作用。EPS还具有物质传递(电子转移网)作用，通过EPS粘连的颗粒污泥或生物膜等微生物聚集体中可通过EPS直接进行电子传递，并且EPS可以使电子的传递维持在较高浓度的水平。因此，诱导微生物分泌EPS有利于生物膜及颗粒污泥等微生物聚集体的形成，可有效强化生物膜与颗粒污泥结构稳定性，抵御水质波动对设施运行稳定性带来的影响。
根据已有研究表明，进水基质与EPS的成分及组成有很大关系，以简单碳水化合物为基质培养的颗粒污泥的EPS成分以PS为主，以蛋白胨等含氨基酸的物质为基质培养时EPS成分以PN为主，以葡萄糖为培养基的污泥比添加乙酸作为营养源的污泥中含有更多的EPS。同时，胞外酶作为PN的一种重要的存在形式存在于EPS中，用于降解大分子有机物，在厌氧消化的水解酸化阶段起着重要作用。并且，微生物细胞对胞外酶的分泌有助于强化EPS的成分组成及功能。因此，研发如何刺激微生物分泌胞外酶实现对EPS的强化形成生物膜，提对废水处理具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于强化废水处理生物膜的药剂，该药剂通过使用微晶纤维素、淀粉等不易降解的大分子有机物作为营养源可刺激微生物细胞分泌胞外酶，实现对EPS的强化，提高微生物对污染物的降解能力，同时提升微生物之间的粘连强化生物膜等微生物聚集体的形成，达到强化生物膜的目的。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于强化废水处理生物膜的药剂，包括微晶纤维素、淀粉、预糊化淀粉、尿素，其质量比为6～13：7～14：2～4：1。
预糊化淀粉作为胶粘剂使药剂在溶液中维持一定大小的微粒形态为微生物聚集提供载体，再通过使用微晶纤维素、淀粉等不易降解的大分子有机物作为营养源可刺激微生物细胞分泌胞外酶，实现对EPS的强化，提高微生物对污染物的降解能力，同时提升微生物之间的粘连强化生物膜等微生物聚集体的形成，达到强化生物膜的目的。
优选的，微晶纤维素、淀粉、预糊化淀粉、尿素的质量比为10：11：3：1。
所述药剂的制备方法包括以下步骤：将粉末状微晶纤维素、淀粉、尿素混合至于制粒机内，开启搅拌桨进行干混，通过喷雾装置将水以雾滴形式加入制粒锅内；加入预糊化淀粉作为粘合剂进行湿法制粒，制得的湿粒以60℃鼓风干燥3h，过筛获得颗粒状药剂。
优选的，所述药剂粒径为0.7～1.0mm。
一种用于强化废水处理生物膜的方法，包括以下步骤：在好氧载体流动床反应器中接种污泥，并采用续批式进水模式，加入权利要求1-4所述药剂，搅拌使污泥与所述药剂充分接触后静置，先厌氧水解酸化、再好氧的方式进行培养，水解酸化阶段停止曝气；而后对反应器进行换水，并再次投加药剂重复以上工况至载体表面形成生物膜。
优选的，厌氧水解酸化时长为0.5～6h，好氧培养时长为4～12h。
微生物进入水解酸化阶段，此阶段药剂作为微生物营养来源，促使微生物分泌胞外酶对药剂进行降解；在此过程不溶性大分子有机物被胞外酶降解成易被微生物细胞利用的小分子可溶性有机物；随后对反应器进行曝气，提供充足的溶解氧，此时好氧微生物将小分子有机物作为营养源进行快速繁殖，待小分子可溶性有机物降解完成后对反应器进行换水；重复厌氧水解酸化与好氧阶段直至生物膜形成。
优选的，所述反应器中接种污泥浓度为100～3000mg/L，聚丙烯填料填充度为5％～25％。
优选的，所述反应器内pH维持在6.5～7.4。
优选的，所述药剂每次加入量为10-300mg/L，优选为100mg/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明药剂通过使用微晶纤维素、淀粉等不易降解的大分子有机物作为营养源可刺激微生物细胞分泌胞外酶，实现对EPS的强化，提高微生物对污染物的降解能力，同时提升微生物之间的粘连强化生物膜等微生物聚集体的形成，达到强化生物膜的目的；且制备方法简单，可直接作为微生物营养，节省成本。
具体实施方式
实施例1
1)制备药剂：将粉末状微晶纤维素、淀粉、尿素混合至于制粒机内，开启搅拌桨进行干混，通过喷雾装置将水以雾滴形式加入制粒锅内；加入预糊化淀粉作为粘合剂进行湿法制粒，制得的湿粒以60℃鼓风干燥3h，过筛获得颗径为0.7～1.0mm颗粒状药剂；其中微晶纤维素、淀粉、预糊化淀粉、尿素的质量比为6：7：2：1；
2)形成生物膜：在好氧载体流动床反应器中接种污泥至3000mg/L污泥浓度，聚丙烯填料填充度为25％，在25±2℃条件下培养挂膜；人工配水提供足量常量元素与微量元素，初始COD浓度为300mg/L；反应器pH维持在6.5～7.4，采用续批式培养，每次进水时加入200mg/L步骤1)制得的药剂，搅拌使污泥与所述药剂充分接触后静置，以6小时厌氧水解酸化、6小时好氧的方式进行培养，水解酸化阶段停止曝气，稳定运行后COD去除率达67％；
而后对反应器进行换水，并再次投加药剂重复以上工况至载体表面形成生物膜；经过19天培养后载体表面有生物膜形成，与未加药剂组相比挂膜时间减少5天。
实施例2
1)制备药剂：将粉末状微晶纤维素、淀粉、尿素混合至于制粒机内，开启搅拌桨进行干混，通过喷雾装置将水以雾滴形式加入制粒锅内；加入预糊化淀粉作为粘合剂进行湿法制粒，制得的湿粒以60℃鼓风干燥3h，过筛获得颗径为0.7～1.0mm颗粒状药剂；其中微晶纤维素、淀粉、预糊化淀粉、尿素的质量比为10：11：3：1；
2)形成生物膜：在好氧载体流动床反应器中接种污泥至3000mg/L污泥浓度，聚丙烯填料填充度为25％，在25±2℃条件下培养挂膜；人工配水提供足量常量元素与微量元素，初始COD浓度为300mg/L；反应器pH维持在6.5～7.4，采用续批式培养，每次进水时加入200mg/L步骤1)制得的药剂，搅拌使污泥与所述药剂充分接触后静置，以6小时厌氧水解酸化、6小时好氧的方式进行培养，水解酸化阶段停止曝气，稳定运行后COD去除率达74％；
而后对反应器进行换水，并再次投加药剂重复以上工况至载体表面形成生物膜；经过17天培养后载体表面有生物膜形成，与未加药剂组相比挂膜时间减少7天。
实施例3
1)制备药剂：将粉末状微晶纤维素、淀粉、尿素混合至于制粒机内，开启搅拌桨进行干混，通过喷雾装置将水以雾滴形式加入制粒锅内；加入预糊化淀粉作为粘合剂进行湿法制粒，制得的湿粒以60℃鼓风干燥3h，过筛获得颗径为0.7～1.0mm颗粒状药剂；其中微晶纤维素、淀粉、预糊化淀粉、尿素的质量比为13：14：4：1；
2)形成生物膜：在好氧载体流动床反应器中接种污泥至3000mg/L污泥浓度，聚丙烯填料填充度为25％，在25±2℃条件下培养挂膜；人工配水提供足量常量元素与微量元素，初始COD浓度为300mg/L；反应器pH维持在6.5～7.4，采用续批式培养，每次进水时加入200mg/L步骤1)制得的药剂，搅拌使污泥与所述药剂充分接触后静置，以6小时厌氧水解酸化、6小时好氧的方式进行培养，水解酸化阶段停止曝气，稳定运行后COD去除率达70％；
而后对反应器进行换水，并再次投加药剂重复以上工况至载体表面形成生物膜；经过20天培养后载体表面有生物膜形成，与未加药剂组相比挂膜时间减少4天。
实验例4
1)制备药剂：将粉末状微晶纤维素、淀粉、尿素混合至于制粒机内，开启搅拌桨进行干混，通过喷雾装置将水以雾滴形式加入制粒锅内；加入预糊化淀粉作为粘合剂进行湿法制粒，制得的湿粒以60℃鼓风干燥3h，过筛获得颗径为0.7～1.0mm颗粒状药剂；其中微晶纤维素、淀粉、预糊化淀粉、尿素的质量比为10：11：3：1；
2)形成生物膜：在好氧载体流动床反应器中接种污泥至1500mg/L污泥浓度，聚丙烯填料填充度为25％，在25±2℃条件下培养挂膜；人工配水提供足量常量元素与微量元素，初始COD浓度为200mg/L；反应器pH维持在6.5～7.4，采用续批式培养，每次进水时加入100mg/L步骤1)制得的药剂，搅拌使污泥与所述药剂充分接触后静置，以4小时厌氧水解酸化、6小时好氧的方式进行培养，水解酸化阶段停止曝气，稳定运行后COD去除率达79％；
而后对反应器进行换水，并再次投加药剂重复以上工况至载体表面形成生物膜；经过14天培养后载体表面有生物膜形成。
实验例5
1)制备药剂：将粉末状微晶纤维素、淀粉、尿素混合至于制粒机内，开启搅拌桨进行干混，通过喷雾装置将水以雾滴形式加入制粒锅内；加入预糊化淀粉作为粘合剂进行湿法制粒，制得的湿粒以60℃鼓风干燥3h，过筛获得颗径为0.7～1.0mm颗粒状药剂；其中微晶纤维素、淀粉、预糊化淀粉、尿素的质量比为10：11：3：1；
2)形成生物膜：在好氧载体流动床反应器中接种污泥至100mg/L污泥浓度，聚丙烯填料填充度为25％，在25±2℃条件下培养挂膜；人工配水提供足量常量元素与微量元素，初始COD浓度为100mg/L；反应器pH维持在6.5～7.4，采用续批式培养，每次进水时加入10mg/L步骤1)制得的药剂，搅拌使污泥与所述药剂充分接触后静置，以2小时厌氧水解酸化、6小时好氧的方式进行培养，水解酸化阶段停止曝气，稳定运行后COD去除率达60％；
而后对反应器进行换水，并再次投加药剂重复以上工况至载体表面形成生物膜；经过20天培养后载体表面有生物膜形成。
对上述实施例中挂膜完成的载体生物膜用于处理制漆废水的厌氧出水，载体流动床反应器的载体填充率为25％，采用连续进水模式，水力停留时间为2.3天，室温(20～30℃)条件下连续运行120天，厌氧出水COD浓度为在1000～5000mg/L范围内变化的情况下，COD去除率稳定在60％以上，在水质大范围波动的情况下表现出较高的运行稳定性。
Claims (9)
1.一种用于强化废水处理生物膜的药剂，其特征在于，包括微晶纤维素、淀粉、预糊化淀粉、尿素，其质量比为6～13：7～14：2～4：1。
2.根据权利要求1所述的一种用于强化废水处理生物膜的药剂，其特征在于，微晶纤维素、淀粉、预糊化淀粉、尿素的质量比为10：11：3：1。
3.根据权利要求1所述的一种用于强化废水处理生物膜的药剂，其特征在于，所述药剂的制备方法包括以下步骤：将粉末状微晶纤维素、淀粉、尿素混合至于制粒机内，开启搅拌桨进行干混，通过喷雾装置将水以雾滴形式加入制粒锅内；加入预糊化淀粉作为粘合剂进行湿法制粒，制得的湿粒以60℃鼓风干燥3h，过筛获得颗粒状药剂。
4.根据权利要求3所述的一种用于强化废水处理生物膜的药剂，其特征在于，所述药剂粒径为0.7～1.0mm。
5.一种用于强化废水处理生物膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：在好氧载体流动床反应器中接种污泥，并采用续批式进水模式，加入权利要求1-4所述药剂，搅拌使污泥与所述药剂充分接触后静置，先厌氧水解酸化、再好氧的方式进行培养，水解酸化阶段停止曝气；而后对反应器进行换水，并再次投加药剂重复以上工况至载体表面形成生物膜。
6.根据权利要求5所述的一种用于强化废水处理生物膜的方法，其特征在于，厌氧水解酸化时长为0.5～6h，好氧培养时长为4～12h。
7.根据权利要求5所述的一种用于强化废水处理生物膜的方法，其特征在于，所述反应器中接种污泥浓度为100～3000mg/L，聚丙烯填料填充度为5％～25％。
8.根据权利要求5所述的一种用于强化废水处理生物膜的方法，其特征在于，所述反应器内pH维持在6.5～7.4。
9.根据权利要求5所述的一种用于强化废水处理生物膜的药剂，其特征在于，所述药剂每次加入量为10-300mg/L，优选为100mg/L。
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| CN202111674595.5A CN114409062A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种用于强化废水处理生物膜的药剂与方法 |
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| CN202111674595.5A CN114409062A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种用于强化废水处理生物膜的药剂与方法 |
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| CN114409062A true CN114409062A (zh) | 2022-04-29 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202111674595.5A Pending CN114409062A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种用于强化废水处理生物膜的药剂与方法 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5595893A (en) * | 1992-06-19 | 1997-01-21 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Immobilization of microorganisms on a support made of synthetic polymer and plant material |
| WO2012125865A1 (en) * | 2011-03-15 | 2012-09-20 | The Regents Of The University Of California | Mutant cells for protein secretion and lignocellulose degradation |
| CN112322570A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-02-05 | 天津大学 | 一种腐殖质还原菌促生剂制备方法及其应用 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111674595.5A patent/CN114409062A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5595893A (en) * | 1992-06-19 | 1997-01-21 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Immobilization of microorganisms on a support made of synthetic polymer and plant material |
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| 刘建伟: "《污水生物处理新技术》", 30 September 2016, 中国建材工业出版社, pages: 82 - 84 * |
| 吴向阳等: "《水污染控制工程及设备》", 30 August 2015, 中国环境出版社, pages: 231 * |
| 王玢,李志香,袁方曜: "海洋适冷菌产低温纤维素酶的条件优化", 山东教育学院学报, no. 04 * |
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