申请日2013.08.20
公开(公告)日2013.12.11
IPC分类号C02F3/34; C02F3/12
摘要
本发明旨在提供一种成本低、处理效率高、作用时间长，无二次污染的提高废水好氧微生物降解COD能力的生物增强剂，以及利用该增强剂对废水中的COD进行降解处理的方法。按质量份数计算，该生物增强剂包括以下组分：蛋白质1份，葡萄糖1～5份，果胶1～5份，氢氧化铝0.1～10份，多晶硅0.1～10份;把该增强剂对废水进行处理的方法包括以下步骤：(1)将生物增强剂和水加入溶解设施中，搅拌均匀，并进行活化处理1～8小时;(2)将经过活化处理和溶解的生物增强剂投加到进行废水处理的好氧处理单元中，每天一次，并持续15～30天，在这一过程中，好氧处理单元正常运行。本发明可应用于污水处理领域。
权利要求书
1.一种提高废水好氧微生物降解COD能力的生物增强剂，其特征在于，按质量份数计算，其包括1份蛋白质，它还包括以下组分：
葡萄糖 1～5份; 果胶 1～5份;
氢氧化铝 0.1～10份; 多晶硅0.1～10份。
2.根据权利要求1所述的提高废水好氧微生物降解COD能力的生物增强剂，其特征在于，按质量份数计算，其包括以下组分：
蛋白质1份，葡萄糖1份，果胶1份，氢氧化铝0.5份，多晶硅1份;或者，
蛋白质1份，葡萄糖3份，果胶2份，氢氧化铝3份，多晶硅5份;或者，
蛋白质1份，葡萄糖5份，果胶5份，氢氧化铝6份，多晶硅10份。
3.根据权利要求1所述的提高废水好氧微生物降解COD能力的生物增强剂，其特征在于：所述多晶硅为经过300～700目过筛制得。
4.根据权利要求1所述的提高废水好氧微生物降解COD能力的生物增强剂，其特征在于：该生物增强剂为粉末状。
5.一种利用权利要求1所述的生物增强剂提高废水好氧微生物降解COD能力的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将生物增强剂和水加入溶解设施中，其中，生物增强剂的质量与水的体积之间按1:30～1:80的比例混合，搅拌均匀，并进行活化处理1～8小时;
(2)将经过活化处理和溶解的生物增强剂投加到进行废水处理的好氧处理单元中，每天一次，并持续15～30天，在这一过程中，好氧处理单元正常运行。
6.根据权利要求5所述的提高废水好氧微生物降解COD能力的方法，其特征在于，经过步骤(2)处理的废水进入另一好氧处理单元进行处理。
7.根据权利要求5所述的提高废水好氧微生物降解COD能力的方法，其特征在于，在一段时间后，向好氧处理单元添加经过活化处理的生物增强剂，添加量为第一批添加生物增强剂量的10～40%，每天一次，持续15～30天。
8.根据权利要求5所述的提高废水好氧微生物降解COD能力的方法，其特征在于，所述生物增强剂的质量与处理的废水体积之间的比例为1:10～1:50。
9.根据权利要求7所述的提高废水好氧微生物降解COD能力的方法，其特征在于，第一批添加与第二批添加之间的时间间隔为3～6个月。
说明书
提高废水好氧微生物降解COD能力的生物增强剂及方法
技术领域
本发明涉及一种生物增强剂，尤其涉及一种提高废水好氧微生物降解COD能力的生物增强剂以及利用该增强剂提高废水好氧微生物降解COD能力的方法。
背景技术
随着世界经济和工业化的进程，对水的需求量在不断地增加，随之而来的是废水的排放量也日益增多，排放标准也越来越严格。造纸废水主要来自制浆厂、造纸厂，制浆造纸联合企业和一些造纸加工企业等工业部门。造纸企业的废水排放量大，有机物的浓度高，废水的生化性较差，越发引起国内外社会各界的广泛关注。例如制浆过程中产生的中段废水，其COD浓度高达5000-20000mg/L。因此，造纸废水中的COD降解处理成为废水处理的重要一环。
造纸废水中一般含有大量的木质素、一定量半纤维素和纤维素等，这些组份在生化处理中都难以在短时间内进行降解。好氧处理单元作为现行的生化处理单元之一，其对难降解污染物的去除能力的高低直接影响了后续出水的水质。但同时，由于好氧处理单元处理的效果不高，导致后续深度处理的难度增加，后续的运行费用直线上升，从而导致整个废水处理运行成本的增加。废水中难降解的微生物经过后续的深度处理将会引入大量无机盐离子进入到水体中，从而造成水体中的盐度增高，将严重影响排放水体的水质。
目前，国内外有关造纸废水处理的方法主要有物化(沉淀、气浮等)、生化处理(厌氧、水解、好氧等)、深度处理(Fenton高级氧化、气浮深度处理等)等等，各种处理方法和工艺组合各有利弊，但很难达到一定的效率，难以广谱有效经济地达到处理后的排放目标。通常情况下，在运行好氧处理过程中，基本是依靠比较传统的工艺管理技术方案和经验进行对好氧处理进行过程控制，以提高和稳定好氧的处理效率。由于好氧处理主要利用微生物的特性进行处理，因此对于菌种的培养和驯化就比较重要。过去更多的研究在于如何提高优势菌群对废水处理的能力。培育优势微生物菌群和如何的利用高效微生物的特性进行微生物增效一直是研究的热点和难点。但是由于高效微生物菌群的特殊性，其保存和应用都受到了大量的限制，并且在应用高效微生物时容易失去活性，当废水的水质波动较大时，很难适应，现在基本是在每日补加高效微生物，才可以起到相应的作用，但是处理效率仍然有限。同时培育高效微生物的设备和制取工艺均比较昂贵，导致其应用的成本较高。不便于在企业进行推广。
在好氧处理效率不高时，后续深度处理往往采用昂贵的高级氧化技术进行处理，高级氧化处理技术可以有效的降解难溶性的污染物，但是由于其运行成本高，污泥产量大，设备维护量大，运行管理水平较高。在企业应用时造成企业净利润大幅减少。
随着技术的发展，在好氧处理过程中设计出了膜法工艺，但是由于膜法操作技术要求高, 膜的稳定性问题还未彻底解决, 在大水量的工业上还未能广泛地推广应用。在生化处理没有更好的解决之前，目前采用了大量的深度处理工艺，比如Fenton处理，Fenton处理是一种通过投加亚铁和过氧化氢形成强氧化剂对水体中难降解的污染物进行降解的处理工艺，其效果较好。但是其运行成本高，污泥产生量大，设备操作和管理要求都相对较高，同时Fenton处理时，难以对溶解性的COD进行降解处理，这一过程一般只有在生化处理系统中才能够彻底处理。无论对何种废水，其生化处理的效果高低，直接关系到运行费用的高低，因此如何提高生化处理的效率和降低后续运行成本成为目前领域研究的重点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低、处理效率高、作用时间长，无二次污染的提高废水好氧微生物降解COD能力的生物增强剂，以及利用该增强剂对废水中的COD进行降解处理的方法。
本发明中的生物增强剂所采用的技术方案是：按质量份数计算，该生物增强剂包括1份蛋白质，它还包括以下组分：葡萄糖 1～5份;果胶 1～5份;氢氧化铝 0.1～10份;多晶硅0.1～10份。
具体地，按质量份数计算，其包括以下组分：蛋白质1份，葡萄糖1份，果胶1份，氢氧化铝0.5份，多晶硅1份;或者，蛋白质1份，葡萄糖3份，果胶2份，氢氧化铝3份，多晶硅5份;或者，蛋白质1份，葡萄糖5份，果胶5份，氢氧化铝6份，多晶硅10份。也可以取在区间内的其它数值或两端的数值，这根据具体的废水种类而定。
所述多晶硅为经过300～700目过筛制得。
该生物增强剂为粉末状。
利用上述生物增强剂提高废水好氧微生物降解COD能力的方法包括以下步骤：
(1)将生物增强剂和水加入溶解设施中，其中，生物增强剂的质量与水的体积之间按1:30～1:80的比例混合，搅拌均匀，并进行活化处理1～8小时;
(2)将经过活化处理和溶解的生物增强剂投加到进行废水处理的好氧处理单元中，每天一次，并持续15～30天，在这一过程中，好氧处理单元正常运行。
经过步骤(2)处理的废水进入另一好氧处理单元进行处理。
在一段时间后，向好氧处理单元添加经过活化处理的生物增强剂，添加量为第一批添加生物增强剂量的10～40%，每天一次，持续15～30天。
所述生物增强剂的质量与处理的废水体积之间的比例为1:10～1:50。
第一批添加与第二批添加之间的时间间隔为3～6个月。在后续的废水处理过程中，每隔3～6个月进行一个批次生物增强剂的添加。在后续的添加批次中，添加量均为第一批次添加量的10～40%，每天一次，持续15～30天。
本发明的有益效果是：本发明将生物增强剂加入好氧处理单元中，同好氧污泥均匀混合，在部分好氧菌群壁外的胶状荚膜和鞭毛的吸附下，生物增强剂晶粒介入菌群之间刺激部分好氧菌分泌出粘性物质(胞外多聚物分泌物)，促使污泥吸附成核形成菌胶团(即胶状颗粒污泥)，迅速提高反应池内活性污泥的浓度，提高氧的传递效率和利用率，增强对有机物的氧化分解能力，不仅可以提高进水负荷并缩短停留时间，而且可以增强生化系统抗冲击能力，同时微生物种群的平衡和稳定能抑制污泥膨胀的发生。菌胶团的形成可提高生物处理效率，出水水质显著提高;生物增强剂只是协助微生物形成菌胶团，当微生物生命周期结束的时候，生物增强剂与死亡的微生物分离，生物增强剂可以再次与保持活性的微生物进行结合，再次形成菌胶团，由于这一过程的出现，其在应用过程中不需要每日进行补加，仅当一段时间后，随污泥流失的部分需要定期进行补加即可;在形成菌胶团后，可以明显改善污泥的疏水性，大量减少后续污泥脱水的体积，减少污泥的运输费用和处置费用。
菌胶团作为一种特殊形式的活性污泥，其具有沉降性能好、受有机负荷高、生物量和生物活性较高等一系列优点。(1)与絮状污泥相比，好氧颗粒污泥具有较高的沉降速率，增加了生物体在反应器内的停留时间，使反应器内维持较多的生物量，提高了生物体的降解能力，COD去除率可达90%;(2)成熟的菌胶团核内有缺氧生物团，形成了缺氧“A”(缺氧反硝化)与“O”(好氧硝化)的复合式生物载体，颗粒在水体运动中发生相互碰撞，导致颗粒破碎、自凝，为总氮的去除提供了一个均衡的生物硝化与反硝化条件，提高总氮去除效率，氨氮(NH3-N)去除效率达95%以上;(3)生物增强剂促使污泥颗粒化后，多聚物分泌物形成颗粒外的生物膜。生物膜不溶于水且带有超强的吸附性，将磷吸附到颗粒污泥内，通过生物细胞的有机转换，形成生物菌群营养源，提高总磷去除效率，总磷(TP)去除效率达95%以上;(4)好氧颗粒污泥包含多种好氧、兼性及厌氧的微生物，组成一个完整的微生物群落，对废水中多种污染物质具有良好的降解潜力，可用于处理高负荷废水和有毒废水;(5)氧化处理单元添加生物增强剂后，使好氧污泥颗粒化，成熟的好氧颗粒污泥核内有厌氧生物团，部分缺氧菌分解出氧直接作用于好氧菌团，为保持颗粒内部缺氧生物群做功效率，好氧曝气量相应的降低，根据水质不同，溶解氧的质量浓度(DO)约在1.5mg/L，这样就能大幅度降低曝气过程的用电量，节省好氧曝气充氧(传统方法一般DO>2.0mg/L)用电量;(6)在污水处理系统的正常好氧氧化工况中，好氧效率越高，则COD去除量越大，污泥的产量也越多。而当污泥颗粒化后，污泥产量同COD去除量之间的比例关系转换，去除等量COD污泥的产生量大大减少，污泥生化减排可达10-20%。
具体实施方式
实施例一：生物增强剂应用于好氧处理单元处理造纸白水
测得造纸白水原水水样COD 依次为680mg/L，620mg/L，671mg/L，598mg/L，642mg/L，606mg/L，624mg/L，661mg/L。本实施例通过投加生物增强剂到好氧处理单元来降低COD。
按质量份数计算，以1份蛋白质的质量为标准，取蛋白质、葡萄糖、果胶、氢氧化铝和多晶硅按1:1:1:0.5:0.3的比例对原料进行复配制取生物增强剂。然后，取1个1m3 好氧处理系统(SBR处理系统)，向好氧系统中连续加入100L/h造纸废水，然后每日分别加入5g生物增强剂(经过活化处理)，连续20天，期间连续进水。20天后停止投加生物增强剂，仍持续进原水，在25天后开始取样每隔5天取一次，看其对COD 的处理效果，经测定，其二沉池出水COD 值分别为53mg/L，49mg/L，62mg/L，58mg/L，57mg/L，60mg/L，54mg/L，46mg/L。，COD 的去除率分别为92.21%，92.10%，90.76%，90.30%，91.12%，89.44%，91.35%，93.04%。
实施例二：生物增强剂应用于好氧处理单元处理造纸白水
测得造纸白水原水水样COD 依次为542mg/L，450mg/L，497mg/L，513mg/L，499mg/L，504mg/L。本实施例通过投加生物增强剂到好氧处理单元来降低COD。
按质量份数计算，以1份蛋白质的质量为标准，取蛋白质、葡萄糖、果胶、氢氧化铝和多晶硅按1:1:1:0.1:0.1的比例对原料进行复配制取生物增强剂。然后，取1个1m3 好氧处理系统(SBR处理系统)，向好氧系统中连续加入100L/h造纸废水，然后每日分别加入5g生物增强剂(经过活化处理)，连续20天，期间连续进水。20天后停止投加生物增强剂，仍持续进原水，在25天后开始取样每隔5天取一次，看其对COD 的处理效果，经测定，其二沉池出水COD值分别为48mg/L，51mg/L，54mg/L，52mg/L，45mg/L，50mg/L。COD的去除率分别为91.14%，88.67%，89.13%，89.86%，90.98%，90.08%。
实施例三：生物增强剂应用于好氧处理单元处理包装纸废水
测得包装纸废水原水水样COD 依次为1312mg/L，1467mg/L，1409mg/L，1376mg/L，1408mg/L，1412mg/L。本实施通过投加生物增强剂后好氧处理单元来降低COD。
按质量份数计算，以1份蛋白质的质量为标准，取蛋白质、葡萄糖、果胶、氢氧化铝和多晶硅按1:5:5:10:10的比例对原料进行复配制取生物增强剂。然后，取1个1m3 好氧处理系统，附带一个表面负荷0.6m3/m2·h的二沉池。向好氧系统中连续加入100L/h造纸废水，然后每日分别加入6g生物增强剂(经过活化处理)，连续22天，期间连续进水。22天后停止投加生物增强剂，仍持续进原水，在30天后开始取样每隔5天取一次，看其对COD 的处理效果，经测定，其二沉池出水COD值分别为114mg/L，127mg/L，130mg/L，118mg/L，127mg/L，139mg/L。COD的去除率分别为91.31%，91.34%，90.77%，91.42%，90.98%，90.15%。
实施例四：生物增强剂应用于好氧处理单元处理制浆中段废水
测得中段废水原水水样COD 依次为1640mg/L，1712mg/L，1489mg/L，1588mg/L，1569mg/L，1673mg/L。
按质量份数计算，以1份蛋白质的质量为标准，取蛋白质、葡萄糖、果胶、氢氧化铝和多晶硅按1:2:1:5:1对原料进行复配制取生物增强剂。然后，取1个1m3 好氧处理系统，附带一个表面负荷0.6m3/m2·h的二沉池。向好氧系统中连续加入100L/h造纸废水，然后每日分别加入6g生物增强剂(经过活化处理)，连续22天，期间连续进原水。22天后停止投加生物增强剂，仍持续进原水，在30天后开始取样每隔5天取一次，看其对COD 的处理效果，经测定，其二沉池出水COD 值分别为204mg/L，247mg/L，210mg/L，238mg/L，197mg/L，229mg/L。COD 的去除率分别为87.56%，85.57%，85.90%，85.01%，87.44%，86.31%。
实施例五：生物增强剂应用于好氧处理单元处理牛皮纸废水
测得牛皮纸废水原水水样COD 依次为1120mg/L，1003mg/L，989mg/L，1088mg/L，1289mg/L，1143mg/L。
按质量份数计算，以1份蛋白质的质量为标准，取蛋白质、葡萄糖、果胶、氢氧化铝和多晶硅按1:2:2:2:1对原料进行复配制取生物增强剂。然后，取1个24m3 好氧处理系统，附带一个表面负荷0.5m3/m2·h的二沉池。向好氧系统中连续加入1m3/h造纸废水，然后每日分别加入120g生物增强剂(经过活化处理)，连续20天，期间连续进水。20天后停止投加生物增强剂，仍持续进原水，在30天后开始取样每隔5天取一次，看其对COD 的处理效果，经测定，其二沉池出水COD 值分别为113mg/L，98mg/L，110mg/L，103mg/L，107mg/L，119mg/L。COD 的去除率分别为89.91%，90.23%，88.88%，90.53%，91.70%，89.59%。
本发明主要是利用生物增强剂与活性污泥中的微生物反应形成菌胶团，进行协同做功，从而强化了微生物对水体中的污染物进行降解的能力，同时为后续深度处理降低了难度和节省了大量的运行费用。其操作简单，易于控制和管理，适合于多种好氧处理系统，但是其强化好氧系统必须采用类似于处理活性污泥性质的处理系统，可用于各种废水处理，但不适合生物膜类的好氧处理系统。
本发明可应用于污水处理领域。
需要注意的是，上述仅以优选实施例对本发明进行了说明，并不能就此局限本发明的权利范围，因此在不脱离本发明思想的情况下，凡运用本发明说明书部分的内容所进行的等效变化，均理同包含在本发明的权利要求范围内。