CN114620831A - 生物促进剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物促进剂及其制备方法和应用，属于污水处理技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种效果好的污水处理生物促进剂。本发明生物促进剂，包含白酒酿造丢糟和白酒污泥，且白酒酿造丢糟和白酒污泥的重量比为1:0.5～10。本发明的生物促进剂，无毒无害，无需特殊防护措施，也不易燃、不易爆，所用原料成本低廉，既为白酒固态酿造丢糟与废水生物处理白酒污泥的资源化利用开辟了一条新的途径，同时也提升了反硝化速率和反硝化潜能过程，提高了污水处理效率，减少了营养物投加量，降低了污水处理厂的运营成本并且解决了污水厂生物处理过程调试周期长，污泥微生物活性恢复慢等问题，有着良好的工程应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物促进剂及其制备方法和应用，属于污水处理技术领域。
背景技术
白酒固态酿造在我国具有悠久的历史，我国白酒行业发展迅速，白酒产量达到1.2×109吨，据报道每生产1吨65度白酒，约耗水60吨，产生废水48吨，废水排放量大。所以白酒固态酿造业必须建设相应的废水处理设施，将产生的废水进行处理，白酒企业均需设置污水处理站，根据白酒废水特点，现阶段白酒废水的处理均采用生物处理法，白酒污泥是白酒废水生物处理过程中的副产物，且产量大，约为废水量的3％左右，剩余污泥如若处置不当，极易造成二次污染。白酒污泥基于白酒废水的特点，能够很好满足资源化利用的要求，有效实现回收和利用剩余污泥中的能源和资源的目的。因此为解决白酒污泥出路问题，研究探讨其白酒污泥的特征进行资源回收利用，对白酒行业的发展和环境可持续发展均具有极为重要的现实及理论意义。
白酒酿造丢糟作为我国白酒固态酿造行业主要副产物，据统计，我国白酒酿造行业每年产生约2500万吨的丢糟。白酒丢糟中含水量大、酸度高，堆积储放时极易霉变腐烂，若随意丢弃或焚烧，也会造成严重的环境污染。由于白酒固态酿造工艺的特殊性，丢糟中残存未能完全利用的淀粉和丰富的蛋白质、氨基酸、维生素、矿物元素、微生物残体等营养成分。丢糟大部分成分为未发酵完全的残余淀粉，还含有以磷为主的多种矿物元素，它们是构成微生物细胞的物质基础；同时白酒丢糟的干物质中粗蛋白含量甚高，可以为微生物提供丰富的氮源，还含有多种氨基酸以及生长因子，其中天门冬氨酸和谷氨酸含量较高，尤以谷氨酸最为丰富。白酒丢糟中含有如此丰富微生物细胞所需营养成分，依照循环经济及可持续发展思路，白酒丢糟的资源化综合利用具有十分重要的现实意义。
随着我国经济社会的快速发展以及城市化进程的不断加速，导致城镇污水处理量激增。污水生物处理是我国城镇污水处理厂采用的主流技术，其中活性污泥法由于基建费用相对较少、工艺成熟、运行经验丰富，是应用最为广泛的污水处理技术。我国现阶段城镇污水生物处理对于主要的污染元素氮磷的去除主要基于生物全程脱氮硝化与反硝化作用以及聚磷菌作用。城镇污水或工业废水处理普遍存在生物脱氮不稳定以及新建污水处理厂调试周期过长以及费用过高等问题。例如在我国大部分城镇污水生物处理过程中存在原水碳源不足的问题，从而造成工艺氮磷去除效率不高甚至不能达标排放，所以往往需要另补充碳源。还有负责生物脱氮过程硝化作用的硝化菌世代周期较长，在实际污水处理厂中通常采用增加污泥龄的方式增加硝化菌的浓度和百分比。因此，在废水处理中通常添加生物促进剂。
武汉工程大学王赐恩的硕士学位论文《酒污泥污水处理生物促进剂研究》公开了白酒污泥可以作为生物促进剂，但是，单纯的白酒污泥用作生物促进剂，其处理效果需要进一步的提高。
发明内容
针对以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种效果好的污水处理生物促进剂。
本发明生物促进剂，包含白酒酿造丢糟和白酒污泥，且白酒酿造丢糟和白酒污泥的重量比为1:0.5～10。
在本发明的一些实施方式中，所述白酒酿造丢糟和白酒污泥的重量比为1:1～9。
在本发明优选的实施例中，所述白酒酿造丢糟和白酒污泥的重量比为1:5。
在一个具体的实施方式中，所述白酒污泥中的有机质的含量为20～40wt％。
在本发明的一些实施方式中，所述白酒酿造丢糟为粉末状，含水量低于5％。
在本发明的一些实施方式中，所述生物促进剂还可以包括矿物元素，所述矿物元素为锌、锰、铁、铜、钼、钴、镁、钙中的至少一种。
本发明解决的第二个技术问题是提供本发明所述生物促进剂的制备方法。
本发明生物促进剂的制备方法，包括以下步骤：
a、将干燥后的白酒酿造丢糟粉碎，过100目筛，备用；
b、将白酒污泥直接过滤，稀释，备用；
c、将a步骤处理后的白酒酿造丢糟和b步骤稀释后的白酒污泥混匀，调节pH＝6～8，200～250r/min，25～35℃恒温水浴中培养20～30h，即得生物促进剂。
在本发明的一个具体实施方式中，调节pH＝7，220r/min，30℃恒温水浴中培养24h。
本发明还提供本发明所述的生物促进剂在污水处理中的应用。
本发明生物促进剂，可以用于污水处理中。
在本发明一个具体实施方式中，将生物促进剂直接投加到污水处理***中的反硝化单元，用于提供反硝化所需要的碳源，优化污泥微生物菌种的类型和数量，提高了废水的可生化性与微生物的活性，不仅能够用于污水生物处理工程调试培菌，促进污泥微生物生长，为污水处理厂特别是新建工业污水处理厂的调试提供菌源和促进剂，缩短调试时间，降低调试费用，提高工程效率。还能够用于城镇及工业污水生物处理过程，有效强化了反硝化过程，明显提高了总氮去除率。也可用于含氮***脱氮过程的快速启动及受冲击***的快速恢复。
本发明的生物促进剂，也可以用于污水生物处理工程调试培菌，促进污泥微生物生长，为污水处理厂特别是新建工业污水处理厂的调试提供菌源和促进剂，缩短调试时间，降低调试费用，提高工程效率。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明生物促进剂，采用白酒酿造丢糟与白酒污泥制成，可以对白酒固态酿造丢糟与白酒污泥进行减量化处置，有效解决了污染物排放的问题，避免了对环境的二次污染。
2、本发明对白酒酿造丢糟与白酒污泥进行资源化利用，有效利用了丢糟与污泥中的残余组分，减少了资源的浪费。
3、本发明的生物促进剂，为污水处理过程提供了碳源，增加了活性污泥微生物的数量与种类，提高了废水的可生化性与微生物的活性。
4、本发明的生物促进剂，提高了污水处理过程中的总氮去除率、反硝化速率与潜能，有效强化了反硝化过程。
5、本发明的生物促进剂，能够用于污水生物处理工程调试培菌，促进污泥微生物生长，为污水处理厂特别是新建工业污水处理厂的调试提供菌源和促进剂，缩短调试时间，降低调试费用，提高工程效率。
6、本发明的生物促进剂，能够促使含氮***脱氮过程的快速启动及受冲击***的快速恢复。
具体实施方式
本发明生物促进剂，包含白酒酿造丢糟和白酒污泥，且白酒酿造丢糟和白酒污泥的重量比为1:0.5～10。
本发明采用白酒酿造丢糟和白酒污泥按照特定的配比制成生物促进剂，不仅对白酒固态酿造过程中产生的丢糟与白酒污泥进行处置及资源化利用，而且制成生物促进剂可用于污水处理，强化了反硝化过程，提高了污水处理效率，减少了营养物投加量，降低了污水处理厂的运营成本，解决了污水厂生物处理过程调试周期长，污泥微生物活性恢复慢等问题，促使含氮***脱氮过程的快速启动及受冲击***的快速恢复。
在本发明的一些实施方式中，所述白酒酿造丢糟和白酒污泥的重量比为1:1～9。
在本发明优选的实施例中，所述白酒酿造丢糟和白酒污泥的重量比为1:5。
本发明中，白酒污泥是白酒酿酒工艺生产中产生的废水经处理后达到排放标准后，将水分排出后剩下的废弃物。白酒酿造丢糟是白酒固态酿造行业主要副产物，是酿酒过程中产生的不再发酵利用的物料。
本领域常用的白酒污泥均适用于本发明，在一个具体的实施方式中，所述白酒污泥中的有机质的含量为20～40wt％。
在本发明的一些实施方式中，所述白酒酿造丢糟为粉末状，含水量低于5％。
本发明生物促进剂，还可以包括矿物元素，作为优选的技术方案，所述矿物元素为锌、锰、铁、铜、钼、钴、镁、钙中的至少一种。
本发明的生物促进剂中，加入矿物元素的目的是为反硝化污泥中的微生物提供生长所必须的微量元素，以促进污泥微生物正常生长繁殖代谢等生理活动。矿物元素的添加量可以根据待处理污水中的矿物质含量来确定。如果污水中含有这些元素的话，生物促进剂中可以不用添加矿物元素。
本发明生物促进剂可以采用现有的制备方法制备得到。在本发明的一个实施例中，可以采用如下方法制备得到：
a、将干燥后的白酒酿造丢糟粉碎，过100目筛后备用；
b、将白酒污泥直接过滤，除去稻谷、高粱、大麦等杂质后，稀释，备用；
c、将a步骤处理后的白酒酿造丢糟和b步骤稀释后的白酒污泥混匀，调节pH＝6～8，200～250r/min，25～35℃恒温水浴中培养20～30h，即得生物促进剂。
在本发明的一个具体实施方式中，调节pH＝7，220r/min，30℃恒温水浴中培养24h。
本发明还提供本发明所述的生物促进剂在污水处理中的应用。
本发明生物促进剂，可以用于污水处理中，其应用的原理为：白酒污泥主要由微生物、微生物自身氧化残余物、吸附在活性污泥表面上尚未降解或难以降解的有机物和无机物等组成，富含有机物、氨基酸、菌体蛋白、活性酶及微量元素，重金属含量较低。白酒固态酿造过程中，原料中的大部分淀粉被利用，但白酒酿造丢糟中仍残留有一定的粗淀粉、粗蛋白、粗脂肪和粗纤维。白酒酿造丢糟大部分成分为未发酵完全的残余淀粉，还含有以磷为主的多种矿物元素，它们是构成微生物细胞的物质基础；同时白酒酿造丢糟的干物质中粗蛋白含量甚高，可以为微生物提供丰富的氮源，还含有多种氨基酸以及生长因子，其中天门冬氨酸和谷氨酸含量较高，尤以谷氨酸最为丰富。因此将白酒酿造丢糟与白酒污泥按照一定配比混合搅拌，培养一段时间后制备成生物活性促进剂，按照一定比例投加到废水中，不仅增加了活性污泥中的微生物数量与种类而且提高了废水的可生化性和活性污泥中微生物活性，从而提高了污水处理效果。
所述生物促进剂的投加量与使用方式可根据待处理的污水性质、处理采用的活性污泥的SS(悬浮物)和VSS(挥发性悬浮物)、处理量和处理效果确定，其用量为本领域常规用量。
在本发明一个具体实施方式中，将生物促进剂直接投加到污水处理***中的反硝化单元，用于提供反硝化所需要的碳源，优化污泥微生物菌种的类型和数量，提高了废水的可生化性与微生物的活性，不仅能够用于污水生物处理工程调试培菌，促进污泥微生物生长，为污水处理厂特别是新建工业污水处理厂的调试提供菌源和促进剂，缩短调试时间，降低调试费用，提高工程效率。还能够用于城镇及工业污水生物处理过程，有效强化了反硝化过程，明显提高了总氮去除率。也可用于含氮***脱氮过程的快速启动及受冲击***的快速恢复。
本发明的生物促进剂，也可以用于污水生物处理工程调试培菌，促进污泥微生物生长，为污水处理厂特别是新建工业污水处理厂的调试提供菌源和促进剂，缩短调试时间，降低调试费用，提高工程效率。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例所采用的原料为：
(1)白酒固态酿造丢糟，其理化性能见表1。
表1白酒酿造丢糟理化性质
| 指标 | 含量 | 指标 | 含量 |
| 有机质 | 46.66％ | 纤维素 | 24.54％ |
| C/N | 7.32 | 脂肪 | 5.79％ |
| TN | 2141.95mg/L | 蛋白质 | 20023.89mg/L |
| NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N | 82.92mg/L | 总糖 | 2935.28mg/L |
| TP | 120.81mg/L | 多糖 | 254.29mg/L |
| COD | 15686.47mg/L | 还原糖 | 723.17mg/L |
| TS | 40.19％ | 含水率 | 59.81％ |
| VS | 36.83％ | pH | 3.47 |
其中，“％”为重量百分比，“mg/L”以1g白酒酿造丢糟采用10mL水浸出的浸出液为基准测定。
(2)白酒污泥，其理化性能见表2。
表2白酒污泥理化性质
其中，“％”为重量百分比，“mg/L”以1g白酒污泥采用10mL水浸出的浸出液为基准测定。
采用如下方法制备生物促进剂：
将白酒固态酿造丢糟先经50℃烘箱烘干后，再经粉碎，过100目筛后备用。
将白酒污泥过滤，除去稻谷、高粱、大麦等杂质后，测定混合液悬浮固体浓度(SS)，保证SS值在5000～8000mg/L。
将过100目筛的白酒固态酿造丢糟粉末加入到白酒污泥中，制备成不同配比的丢糟与白酒污泥生物促进剂，通过测定干重，控制丢糟与白酒污泥的混合液悬浮固体浓度为5000mg/L。
采用不同的比例，制备得到不同的生物促进剂，具体的，本实验白酒污泥与白酒酿造丢糟的重量比设置如下：
白酒污泥(参照)、白酒酿造丢糟(参照)
白酒酿造丢糟：白酒污泥＝1：3
白酒酿造丢糟：白酒污泥＝1：5
白酒酿造丢糟：白酒污泥＝1：7
白酒酿造丢糟：白酒污泥＝1：9
将制备好的生物促进剂搅拌均匀后，置于220r/min，30℃恒温水浴中培养24h，并加入矿物元素。其中，按照生物促进剂:矿物元素混合液＝8L:1mL的比例加入如下浓度的矿物元素混合液，所述矿物元素混合液中，MnCl2·4H2O含量为0.6g/L，ZnSO4·7H2O含量为1.3g/L，CoCl2·6H2O含量为0.003g/L，CuSO4·5H2O含量为0.28g/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O含量为0.1g/L。
在所述生物促进剂中按照生物促进剂:MgSO4溶液＝2L:1mL的比例加入浓度为22.72g/L的MgSO4溶液；按照生物促进剂:CaCl2溶液＝8L:3mL的比例加入浓度为18.75g/L的CaCl2溶液；按照生物促进剂:FeCl3溶液＝2L:1mL的比例加入浓度为30.77g/L的FeCl3溶液。
按照每升活性污泥投加5g生物促进剂的比例，将不同配比的生物促进剂分别投加到反应器中，同时加入活性污泥，在125r/min条件下混合搅拌，控制温度为30℃，并加入配置好的硝酸钾溶液与葡萄糖的混合液，开始反应计时并取样，反应360min，停止反应并取样。其中，所述活性污泥为城镇污水处理厂的好氧池末端污泥。
测定反应前和反应后两次取样样品的SS(混合液悬浮固体浓度)、VSS(混合液挥发性悬浮固体浓度)、COD(化学需氧量)、TN(总氮)、NO3 --N(硝态氮)、NO2 --N(亚硝态氮)含量。计算***反硝化速率VDN和反硝化潜力PDN。结果如表3所示。
其中，反硝化速率VDN的计算公式为：
式中：VDN为反硝速率，mg/(gVSS·h)；
ρ(NOx --N)为电子受体保有量，下标if表示进水，ef表示出水；
t为反应时间，h；VSS为混合液挥发性悬浮固体浓度，mg/L
ρ(NOx --N)由下式计算得到：
c(NO3 --N)为硝酸盐浓度，mg/L；c(NO2 --N)为亚硝酸盐浓度，mg/L
反硝化潜力PDN的计算公式为：
式中：PDN为反硝化能力，g/gCOD；
TN为全氮浓度，mg/L；
COD为化学需氧量，mg/L；
下标if表示进水，ef表示出水。
表3
| 反硝化速率(g/gCOD) | 反硝化潜能(mg/(gVSS·h)) | |
| 白酒污泥 | 0.06 | 0.99 |
| 促进剂1:9 | 0.072 | 1.92 |
| 促进剂1:7 | 0.075 | 2.12 |
| 促进剂1:5 | 0.079 | 2.69 |
| 促进剂1:3 | 0.073 | 2.42 |
| 白酒酿造丟糟 | 0.071 | 2.45 |
由表3可以看出，生物促进剂中丢糟的添加加速了反硝化速率，当丢糟：白酒污泥＝1:5时，反硝化速率达到最大值为0.079g/gCOD，相比于未加入丢糟的生物促进剂反硝化速率提升31.67％。随着丢糟占比增大，反硝化潜能略有下降，当丢糟：白酒污泥＝1:5时反硝化潜能最大为2.69mg/(gVSS·h)，相比于未加入丢糟的生物促进剂反硝化潜能提升了172.72％。因此生物促进剂中丢糟的加入不仅强化了反硝化速率，而且能够提升反硝化潜能，且丢糟和白酒污泥的比例为1:5时最佳。
实施例2
与实施例1的区别在于，将实施例1中的活性污泥放置一个月后，再投加生物促进剂进行反硝化实验。结果如表4所示。
表4
| 反硝化速率(g/gCOD) | 反硝化潜能(mg/(gVSS·h)) | |
| 白酒污泥 | 0.044 | 2.06 |
| 促进剂1:9 | 0.068 | 3.19 |
| 促进剂1:7 | 0.101 | 3.17 |
| 促进剂1:5 | 0.116 | 3.78 |
| 促进剂1:3 | 0.106 | 3.64 |
| 白酒酿造丟糟 | 0.109 | 3.52 |
由表4可以看出，尽管实施例2相较于实施例1，活性污泥放置一个月，但当加入丢糟:白酒污泥＝1:5的生物促进剂后，反硝化速率和反硝化潜能依旧能保持实施例1中的性能。说明投加丢糟:白酒污泥＝1:5的生物促进剂后，能够提升含氮***脱氮过程的快速启动及受冲击***的快速恢复。
Claims (10)
1.生物促进剂，其特征在于，包含白酒酿造丢糟和白酒污泥，且白酒酿造丢糟和白酒污泥的重量比为1:0.5～10。
2.根据权利要求1所述的生物促进剂，其特征在于：白酒酿造丢糟和白酒污泥的重量比为1:1～9。
3.根据权利要求2所述的生物促进剂，其特征在于：白酒酿造丢糟和白酒污泥的重量比为1:5。
4.根据权利要求1～3任一项所述的生物促进剂，其特征在于：所述白酒污泥中，有机质的含量为20～40wt％。
5.根据权利要求1～3任一项所述的生物促进剂，其特征在于：所述白酒酿造丢糟为粉末状，含水量低于5％。
6.根据权利要求1～3任一项所述的生物促进剂，其特征在于：所述生物促进剂中还包括矿物元素，所述矿物元素为锌、锰、铁、铜、钼、钴、镁、钙中的至少一种。
7.权利要求1～5任一项所述的生物促进剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将干燥后的白酒酿造丢糟粉碎，过100目筛，备用；
b、将白酒污泥直接过滤，稀释，备用；
c、将a步骤处理后的白酒酿造丢糟和b步骤稀释后的白酒污泥混匀，调节pH＝6～8，200～250r/min，25～35℃恒温水浴中培养20～30h，即得生物促进剂。
8.根据权利要求7所述的生物促进剂的制备方法，其特征在于：调节pH＝7，220r/min，30℃恒温水浴中培养24h。
9.权利要求1～5任一项所述的生物促进剂在污水处理中的应用。
10.根据权利要求9所述的生物促进剂在污水处理中的应用，其特征在于：将所述生物促进剂用于污水处理的反硝化阶段。
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