申请日2013.04.15
公开(公告)日2013.07.17
IPC分类号C02F3/34
摘要
本发明公开了一种果胶废水的微生物处理工艺，包括以下步骤：(1)向活性污泥处理单元中投加工程菌菌种，经培养、负载，形成富含工程菌的活性污泥，再经驯化和诱导形成果胶降解菌活性污泥，并能够高效分泌果胶酶，形成具有高效降解果胶作用的微生物处理单元;(2)调节果胶废水的pH值为3.5～8.0，然后将其输入步骤(1)得到的活性污泥处理单元进行果胶降解及COD去除过程，果胶降解和COD去除之后，使得果胶废水达标排放。本发明的技术能够高效降解果胶，且果胶降解与COD去除在同一活性污泥处理单元内同步完成，从根本上消除了果胶废水处理过程中的物化污泥，大大降低了果胶废水处理难度和成本。
权利要求书
1.一种果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于，包括：
(1)向活性污泥单元中投加工程菌菌种，培养工程菌并负载到活性 污泥上，再将所述工程菌驯化为果胶降解菌，诱导果胶降解菌产生果胶酶， 形成具有高效降解果胶作用的活性污泥处理单元;
(2)调节果胶废水的pH值为3.5～8.0，然后将所述果胶废水输入步 骤(1)得到的活性污泥处理单元，果胶分解及COD去除之后，经过二沉 池分离得到活性污泥和废水，活性污泥返回步骤(1)，废水达标排放。
2.根据权利要求1所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于， 所述的活性污泥处理单元是指兼氧和/或好氧两种处理方式的组合。
3.根据权利要求1所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于， 步骤(1)中，所述的工程菌菌种的初始投加浓度为0.1～1g/L。
4.根据权利要求1或3所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征 在于，步骤(1)中，所述的工程菌菌种为灰霉菌、镰孢菌、黑曲霉和枯 草杆菌中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于， 步骤(1)中，工程菌培养、负载阶段和驯化、诱导阶段中，培养基质为 含果胶废水，所述的含果胶废水中的果胶浓度为30-6000mg/L。
6.根据权利要求1所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于， 步骤(1)中，培养、负载阶段的pH值为3.5～6.5;
驯化、诱导阶段的pH值为6.0～8.5。
7.根据权利要求1所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于， 步骤(1)中，培养、负载阶段的时间为1～7天;
驯化、诱导阶段的时间为1～7天。
8.根据权利要求1所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于， 步骤(2)中，所述的果胶废水中的果胶浓度为30-6000mg/L。
9.根据权利要求1所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于， 步骤(2)中，所述的果胶分解及COD去除过程的时间为8～72小时。
10.根据权利要求4所述的果胶废水的微生物处理工艺，其特征在于， 步骤(1)中，所述的工程菌菌种为黑曲霉;
步骤(2)中，所述的果胶废水为柑桔囊胞加工废水，果胶浓度为 1500～1800mg/L，所述的活性污泥处理单元为两段好氧处理方式的组合。
说明书
一种果胶废水的微生物处理工艺
技术领域
本发明涉及水污染控制与废水处理技术，特别是果胶废水中果胶的特 效生物降解技术。
背景技术
水果罐头加工、果酱生产、果胶生产与使用企业产生含果胶的废水， 称之为果胶废水。果胶废水往往含大量悬浮物和高浓度的果胶，传统的物 化与生化处理技术难以有效去除果胶。果胶物质的分子量大、附着性极好， 能包裹在菌胶团外面，使菌胶团缺氧，引起污泥膨胀乃至好氧微生物活性 被强烈抑制，导致生化处理效率大幅下降乃至失效。因此，如何去除果胶 是该类废水处理的关键。
目前常规的处理方式是通过预处理分离大部分果胶，然后通过生化处 理进一步降解去除果胶。方法有混凝、臭氧氧化、投加成品果胶酶等。
(1)混凝沉淀(气浮)产生的絮体吸附不溶性果胶，通过渣水分离 去除废水的果胶。混凝法能够有效去除大部分不溶性果胶，但是溶解性果 胶和剩余的不溶性果胶仍然会抑制或破坏后续的生化处理系统。最突出的 问题是混凝沉淀(气浮)产生的污泥含有大量的果胶，因果胶的包裹作用 导致污泥脱水性能很差，不利于污泥处置。
(2)利用臭氧的强氧化性来破坏果胶结构，使果胶变性，达到使果 胶可生化的目的(王晨,白春节,何安标.浙江省柑橘罐头加工废水处理现 状分析,科技资讯，2006，(12):24-26)。可作为生化处理果胶废水的预处 理技术，但是运行成本较高，在实际工程中不容易应用。
(3)成品果胶酶制剂投入到果胶废水中，利用果胶酶降解果胶的专 一性和高效性，能够快速、高效降解高浓度果胶，使废水易于后续生化处 理。实验表明，优化工艺条件为pH=4.5，果胶酶用量(以单位废水计)0.4 g/L,反应温度35℃,反应时间1.0h,在此条件下果胶酶能较好地去除废 水中的果胶(王方园.果胶酶强化处理柑橘罐头生产废水研究[D].浙江： 浙江大学环境与资源学院.2008.)。然而成品果胶酶制剂价格高昂，废水处 理工程中很容易流失，难以推广应用。
常规生物处理方法，如活性污泥法或生物膜法，不能有效去除废水中 的果胶，生化池和二沉池均易产生严重的果胶和污泥上浮现象，导致出水 水质无法达标、恶化操作环境。
发明内容
本发明提供了一种果胶废水的微生物处理工艺，该处理工艺能有效地 处理果胶废水、消除常规生物处理过程中果胶和污泥上浮的现象，同时处 理成本较低。
一种果胶废水的微生物处理工艺，包括：
(1)向活性污泥单元中投加工程菌菌种，培养工程菌并负载到活性 污泥上，再将所述工程菌驯化为果胶降解菌，诱导果胶降解菌产生果胶酶， 形成具有高效降解果胶作用的活性污泥处理单元;
(2)调节果胶废水的pH值为3.5～8.0，然后将所述果胶废水输入步 骤(1)得到的活性污泥处理单元，果胶分解及COD去除之后，经过二沉 池分离得到活性污泥和废水，活性污泥返回步骤(1)，废水达标排放。
所述的工程菌菌种为商业化工程菌。本发明中，将所述的工程菌菌种 投入活性污泥反应池，在充分混合过程中，培养繁殖工程菌，并负载于活 性污泥上，经驯化为果胶降解菌、诱导产生果胶酶。此时，果胶降解菌与 活性污泥充分混合生长形成具有果胶降解活性的稳定菌胶团，该稳定菌胶 团能有效地避免果胶和污泥上浮现象的发生。
图1为富含果胶降解菌的菌胶团分解果胶的机理图，如图1所示，首 先，果胶降解菌产生大量的果胶酶，果胶酶是分解果胶质的一类复合酶， 可分别作用于果胶分子的不同点位，具体可分为两大类：即解聚酶和果胶 酯酶，其中解聚酶能催化果胶解聚，果胶酯酶催化果胶分子中的酯水解; 产生的果胶酶与果胶结合后，果胶酶分解果胶分子中的糖苷键和酯键,使 大分子果胶降解为半乳糖醛酸(如图2所示)、半乳糖醛酸甲酯等成低分 子化合物，此时，活性污泥中其他微生物对这些中间产物进一步降解，达 到彻底降解果胶、去除COD的作用，使得废水达到排放标准。
所述的活性污泥处理单元指A(兼氧)和/或O(好氧)两种处理方式 的组合。
作为优选，步骤(1)中，所述的工程菌菌种的初始投加浓度为 0.1～1g/L。当菌种浓度过低或过高，则培养时间过长或菌种成本太高，综 合经济技术因素，确定投加浓度为0.1～1g/L。
作为优选，步骤(1)中，所述的工程菌菌种为灰霉菌、镰孢菌、黑 曲霉和枯草杆菌中的一种或多种，这些工程菌菌种与活性污泥形成稳定的 菌胶团之后，能够驯化为果胶降解菌，并能够高效地产生果胶酶。
作为优选，步骤(1)中，工程菌培养、负载阶段和驯化、诱导阶段 中，培养基质为含果胶废水，所述的含果胶废水中的果胶浓度为30-6000 mg/L。
步骤(1)中，培养、负载阶段的pH值为3.5～6.5;驯化、诱导阶段 的pH值为6.0～8.5。所述的pH值通过投加盐酸、硫酸、碳酸钠或氢氧化 钠进行调节，pH值处于该范围时，有利于工程菌菌种的生长。
所述的培养、负载阶段的时间为1～7天;时间小于1天，则负载的菌 的密度不够;时间长于7天，则负载效率低。所述的驯化、诱导阶段的时 间为1～7天;时间小于1天，则转化为果胶降解菌的密度太低;7天时间 基本上完成工程菌向果胶降解菌的转化。
作为优选，步骤(2)中，所述的果胶废水中的果胶浓度为30-6000 mg/L，果胶浓度处于该范围之内，能被很好地分解与去除。
果胶废水的pH值影响着果胶酶的产生与发挥作用，步骤(2)中，调 节果胶废水的pH值为3.5～8.0，作为优选，pH为4.0～6.0，此时果胶降解 菌具有最优的分泌果胶酶的活性，果胶分解效率最高。
所述的分解及降解过程越长，分解越完全，作为优选，步骤(2)中， 所述的分解及降解过程的时间为8～72小时，在该时间范围内，所述的果 胶废水中的果胶能够得到充分的分解。
作为优选，步骤(1)中，所述的工程菌菌种为黑曲霉;
步骤(2)中，所述的果胶废水为柑桔囊胞加工废水，果胶浓度为 1500～1800mg/L，所述的活性污泥处理单元为两段好氧处理方式的组合。 采用黑曲霉作为工程菌菌种进行驯化后，对该浓度的柑桔囊胞加工废水具 有更好的处理效果。
作为进一步的优选，步骤(1)中，对黑曲霉进行培养和负载时的pH 为3.7～4.5，对黑曲霉进行驯化和诱导时的pH值为5.2～6.5，该范围有利 于黑曲霉的生长和驯化;作为更进一步的优选，步骤(2)中，调节桔子 罐头加工废水的pH值为4.0～4.5，此时由黑曲霉驯化得到的果胶降解菌具 有最优的分泌果胶酶的活性，对桔子罐头加工废水中的果胶的分解效率最 高。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明利用商业工程菌驯化、诱导为果胶降解菌，将果胶快速分 解为小分子有机物，再通过其他微生物予以降解，为果胶废水提供了一种 高效、快速可行的微生物处理方法，改变了传统生物法无法有效处理果胶 废水的技术现状，避免了常规活性污泥法处理果胶废水导致的果胶上浮、 污泥上浮的恶化工况。
2、本发明利用的商用工程菌一次投加，培养负载于活性污泥上，形 成稳定菌胶团，工程菌经诱导和驯化为果胶降解菌，不用多次投加工程菌， 也不用外加负载材料。
3、采用本发明的技术处理果胶废水，消除了混凝(沉淀或气浮)等 物化处理产生脱水性能很差的污泥的问题。
4、果胶在活性污泥处理单元内被降解，COD被去除，无须特设果胶 处理单元，降低了废水处理成本，便于废水处理设施的运行、维护和管理。