一種果膠廢水的微生物處理工藝的製作方法

2023-05-06 17:18:51 1

專利名稱：一種果膠廢水的微生物處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及水汙染控制與廢水處理技術，特別是果膠廢水中果膠的特效生物降解技術。
背景技術：
水果罐頭加工、果醬生產、果膠生產與使用企業產生含果膠的廢水，稱之為果膠廢水。果膠廢水往往含大量懸浮物和高濃度的果膠，傳統的物化與生化處理技術難以有效去除果膠。果膠物質的分子量大、附著性極好，能包裹在菌膠團外面，使菌膠團缺氧，引起汙泥膨脹乃至好氧微生物活性被強烈抑制，導致生化處理效率大幅下降乃至失效。因此，如何去除果膠是該類廢水處理的關鍵。目前常規的處理方式是通過預處理分離大部分果膠，然後通過生化處理進一步降解去除果膠。方法有混凝、臭氧氧化、投加成品果膠酶等。( I)混凝沉澱(氣浮)產生的絮體吸附不溶性果膠，通過渣水分離去除廢水的果膠。混凝法能夠有效去除大部分不溶性果膠，但是溶解性果膠和剩餘的不溶性果膠仍然會抑制或破壞後續的生化處理系統。最突出的問題是混凝沉澱(氣浮)產生的汙泥含有大量的果膠，因果膠的包裹作用導致汙泥脫水性能很差，不利於汙泥處置。(2)利用臭氧的強氧化性來破壞果膠結構，使果膠變性，達到使果膠可生化的目的(王晨，白春節，何安標.浙江省柑橘罐頭加工廢水處理現狀分析，科技資訊，2006，
(12):24-26)。可作為生化處理果膠廢水的預處理技術，但是運行成本較高，在實際工程中不容易應用。(3)成品果膠酶製劑投入到果膠廢水`中，利用果膠酶降解果膠的專一性和高效性，能夠快速、高效降解高濃度果膠，使廢水易於後續生化處理。實驗表明，優化工藝條件為pH=4.5，果膠酶用量(以單位廢水計)0.4g/L,反應溫度35°C，反應時間1.0h,在此條件下果膠酶能較好地去除廢水中的果膠(王方園.果膠酶強化處理柑橘罐頭生產廢水研究[D].浙江:浙江大學環境與資源學院.2008.)。然而成品果膠酶製劑價格高昂，廢水處理工程中很容易流失，難以推廣應用。常規生物處理方法，如活性汙泥法或生物膜法，不能有效去除廢水中的果膠，生化池和二沉池均易產生嚴重的果膠和汙泥上浮現象，導致出水水質無法達標、惡化操作環境。

發明內容
本發明提供了一種果膠廢水的微生物處理工藝，該處理工藝能有效地處理果膠廢水、消除常規生物處理過程中果膠和汙泥上浮的現象，同時處理成本較低。一種果膠廢水的微生物處理工藝，包括:( I)向活性汙泥單元中投加工程菌菌種，培養工程菌並負載到活性汙泥上，再將所述工程菌馴化為果膠降解菌，誘導果膠降解菌產生果膠酶，形成具有高效降解果膠作用的活性汙泥處理單元；
(2)調節果膠廢水的pH值為3.5 8.0，然後將所述果膠廢水輸入步驟(I)得到的活性汙泥處理單元，果膠分解及COD去除之後，經過二沉池分離得到活性汙泥和廢水，活性汙泥返回步驟(I )，廢水達標排放。所述的工程菌菌種為商業化工程菌。本發明中，將所述的工程菌菌種投入活性汙泥反應池，在充分混合過程中，培養繁殖工程菌，並負載於活性汙泥上，經馴化為果膠降解菌、誘導產生果膠酶。此時，果膠降解菌與活性汙泥充分混合生長形成具有果膠降解活性的穩定菌膠團，該穩定菌膠團能有效地避免果膠和汙泥上浮現象的發生。圖1為富含果膠降解菌的菌膠團分解果膠的機理圖，如圖1所示，首先，果膠降解菌產生大量的果膠酶，果膠酶是分解果膠質的一類複合酶，可分別作用於果膠分子的不同點位，具體可分為兩大類:即解聚酶和果膠酯酶，其中解聚酶能催化果膠解聚，果膠酯酶催化果膠分子中的酯水解；產生的果膠酶與果膠結合後，果膠酶分解果膠分子中的糖苷鍵和酯鍵，使大分子果膠降解為半乳糖醛酸(如圖2所示)、半乳糖醛酸甲酯等成低分子化合物，此時，活性汙泥中其他微生物對這些中間產物進一步降解，達到徹底降解果膠、去除COD的作用，使得廢水達到排放標準。所述的活性汙泥處理單元指A (兼氧)和/或O (好氧)兩種處理方式的組合。作為優選，步驟(I)中，所述的工程菌菌種的初始投加濃度為0.1 lg/L。當菌種濃度過低或過高，則培養時間過長或菌種成本太高，綜合經濟技術因素，確定投加濃度為
0.1 lg/L。作為優選，步驟(I)中，所述的工程菌菌種為灰黴菌、鐮孢菌、黑麴黴和枯草桿菌中的一種或多種，這些工程菌菌種與活性汙泥形成穩定的菌膠團之後，能夠馴化為果膠降解菌，並能夠高效地產生果膠酶。作為優選，步 驟(I)中，工程菌培養、負載階段和馴化、誘導階段中，培養基質為含果膠廢水，所述的含果膠廢水中的果膠濃度為30 - 6000mg/L。步驟(I)中，培養、負載階段的pH值為3.5 6.5 ;馴化、誘導階段的pH值為6.0 8.5。所述的pH值通過投加鹽酸、硫酸、碳酸鈉或氫氧化鈉進行調節，pH值處於該範圍時，有利於工程菌菌種的生長。所述的培養、負載階段的時間為I 7天；時間小於I天，則負載的菌的密度不夠；時間長於7天，則負載效率低。所述的馴化、誘導階段的時間為I 7天；時間小於I天，則轉化為果膠降解菌的密度太低；7天時間基本上完成工程菌向果膠降解菌的轉化。作為優選，步驟(2)中，所述的果膠廢水中的果膠濃度為30 - 6000mg/L，果膠濃度處於該範圍之內，能被很好地分解與去除。果膠廢水的pH值影響著果膠酶的產生與發揮作用，步驟(2)中，調節果膠廢水的pH值為3.5 8.0，作為優選，pH為4.0 6.0，此時果膠降解菌具有最優的分泌果膠酶的活性，果膠分解效率最高。所述的分解及降解過程越長，分解越完全，作為優選，步驟(2)中，所述的分解及降解過程的時間為8 72小時，在該時間範圍內，所述的果膠廢水中的果膠能夠得到充分的分解。作為優選，步驟(I)中，所述的工程菌菌種為黑麴黴；步驟(2)中，所述的果膠廢水為柑桔囊胞加工廢水，果膠濃度為1500 1800mg/L，所述的活性汙泥處理單元為兩段好氧處理方式的組合。採用黑麴黴作為工程菌菌種進行馴化後，對該濃度的柑桔囊胞加工廢水具有更好的處理效果。作為進一步的優選，步驟(I)中，對黑麴黴進行培養和負載時的pH為3.7 4.5，對黑麴黴進行馴化和誘導時的PH值為5.2 6.5，該範圍有利於黑麴黴的生長和馴化；作為更進一步的優選，步驟(2)中，調節桔子罐頭加工廢水的pH值為4.0 4.5，此時由黑麴黴馴化得到的果膠降解菌具有最優的分泌果膠酶的活性，對桔子罐頭加工廢水中的果膠的分解效率最高。同現有技術相比，本發明的有益效果體現在:1、本發明利用商業工程菌馴化、誘導為果膠降解菌，將果膠快速分解為小分子有機物，再通過其他微生物予以降解，為果膠廢水提供了一種高效、快速可行的微生物處理方法，改變了傳統生物法無法有效處理果膠廢水的技術現狀，避免了常規活性汙泥法處理果膠廢水導致的果膠上浮、汙泥上浮的惡化工況。2、本發明利用的商用工程菌一次投加，培養負載於活性汙泥上，形成穩定菌膠團，工程菌經誘導和馴化為果膠降解菌，不用多次投加工程菌，也不用外加負載材料。3、採用本發明的技術處理果膠廢水，消除了混凝(沉澱或氣浮)等物化處理產生脫水性能很差的汙泥的問題。4、果膠在活性汙泥處理單元內被降解，COD被去除，無須特設果膠處理單元，降低了廢水處理成本，便於廢水處理設施的運行、維護和管理。


圖1為本發明中果膠酶降解果膠機理圖；圖2為果膠生物降解方程式；圖3為高效降解果膠的微生物處理單元構建流程；圖4為果膠廢水的微生物處理流程圖。
具體實施例方式圖3為高效降解果膠的微生物處理單元構建流程，圖4為果膠廢水的微生物處理流程圖，以下結合具體的實施例對其進行具體描述。實施例1:向活性汙泥單元投加0.5g/L黑麴黴，調節pH為4.5，培養4天，黑麴黴負載於活性汙泥上，然後調節PH為6.5，馴化和誘導3天，形成具有高效降解果膠作用的活性汙泥。柑桔囊胞加工廢水含果膠1500mg/L，調節廢水pH為4.0，採用0_A_0處理方式:輸入第一段好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.5mg/L，停留時間分別10小時；再輸入兼氧活性汙泥處理單元，控制DO為0.3mg/L，停留時間8小時；再輸入第二段好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.0mg/L，停留時間12小時。果膠去除效率98.5%。對比例1:取普通活性汙泥，柑桔囊胞加工廢水含果膠1500mg/L，調節廢水pH為4.0,採用O-A-O處理方式:輸入第一段好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.5mg/L，停留時間10小時；再輸入兼氧活性汙泥處理單元，控制DO為0.3mg/L，停留時間8小時；再輸入第二段好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.0mg/L，停留時間12小時。果膠無法降解，去除率小於13%。實施例2:向活性汙泥單元投加0.5g/L枯草桿菌，調節pH為5.5，培養5天，枯草桿菌負載於活性汙泥上，然後調節PH為7.0，馴化和誘導3天，形成具有高效降解果膠作用的活性汙泥。桔皮生產果膠清洗廢水含果膠2700mg/L，調節廢水pH為6.0，採用A-O處理方式:輸入兼氧活性汙泥處理單元，控制DO為0.3mg/L，停留時間10小時；再輸入好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.2mg/L，停留時間18小時。果膠去除效率98.0%。對比例2:取普通活性汙 泥，桔皮生產果膠清洗廢水含果膠2700mg/L，調節廢水pH為6.0，採用A-O處理方式:輸入兼氧活性汙泥處理單元，控制DO為0.3mg/L，停留時間10小時；再輸入好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.2mg/L,停留時間18小時。果膠無法降解，去除率小
於 10% ο實施例3:向活性汙泥單元投加0.5g/L灰黴菌，調節pH為5.7，經7天培養，灰黴菌負載於活性汙泥上，調節PH為6.8，馴化、誘導3天，形成具有高效降解果膠作用的活性汙泥。桔子罐頭加工廢水，果膠800mg/L，調節廢水pH為5.0，採用0_0處理方式:輸入第一段好氧活性汙泥單元，控制DO為2.4mg/L，停留時間為12小時；再輸入第二段好氧活性汙泥單元，控制DO為3.3mg/L，停留時間為18小時。果膠去除效率99.0%。對比例3:取普通活性汙泥，桔子罐頭加工廢水，果膠800mg/L，調節廢水pH為5.0，採用0_0處理方式:輸入第一段好氧活性汙泥單元，控制DO為2.4mg/L，停留時間為12小時；再輸入第二段好氧活性汙泥單元，控制DO為3.3mg/L，停留時間為18小時。果膠無法降解，去除率
小於3% ο實施例4:向活性汙泥單元投加0.5g/L黑麴黴，調節pH為3.7，經5天培養，黑麴黴負載於活性汙泥上，調節PH為5.2，馴化、誘導4天，形成具有高效降解果膠作用的活性汙泥。柑桔囊胞加工廢水，果膠1800mg/L，調節廢水pH為4.5，採用0_A_0處理方式:依次輸入第一段好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.0mg/L，停留時間為10小時；再輸入兼氧活性汙泥處理單元，控制DO為0.4mg/L，停留時間為8小時；再輸入第二段好氧活性汙泥處理單元，控制DO為2.5mg/L，停留時間12小時。果膠去除效率98.0%。對比例4:取普通活性汙泥，柑桔囊胞加工廢水，果膠1800mg/L，調節廢水pH為4.5，採用O-A-O處理方式:依次輸入第一段好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.0mg/L，停留時間為10小時；再輸入兼氧活性汙泥處理單元，控制DO為0.4mg/L，停留時間為8小時；再輸入第二段好氧活性汙泥處理單元，控制DO為2.5mg/L,停留時間12小時。果膠無法降解，去除率
小於5% ο實施例5:
向活性汙泥單元投加0.5g/L鐮孢菌，調節pH為6.5，經5天培養，鐮孢菌負載於活性汙泥上，調節pH為8.0，馴化、誘導4天，形成具有高效降解果膠作用的活性汙泥。蘋果汁加工廢水，果膠1200mg/L，調節廢水pH為5.0，採用A-0處理方式:依次輸入兼氧活性汙泥處理單元，控制DO為0.4mg/L，停留時間分別為8小時；再輸入好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.5mg/L，停留時間16小時。果膠去除效率88.0%。對比例5:取普通活性汙泥，蘋果汁加工廢水，果膠1200mg/L，調節廢水pH為5.0，採用A_0處理方式:依次輸入兼氧活性汙泥處理單元，控制DO為0.4mg/L，停留時間分別為8小時；再輸入好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.5mg/L，停留時間16小時。果膠無法降解，去除率小於8%。實施例6:
向活性汙泥單元投加0.5g/L黑麴黴，調節pH為5.0，經4天培養，黑麴黴負載於活性汙泥上，調節PH為6.5，馴化、誘導3天，形成具有高效降解果膠作用的活性汙泥。果凍生產廢水，果膠50mg/L，調節廢水pH為5.0，採用0_0處理方式:輸入第一段好氧活性汙泥處理單元，控制DO為2.5mg/L，停留時間分別為4小時；再輸入第二段好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.0mg/L，停留時間分別為6小時。果膠去除效率94.3%。對比例6:取普通活性汙泥，果凍生產廢水，果膠50mg/L，調節廢水pH為5.0，採用0-0處理方式:輸入第一段好氧活性 汙泥處理單元，控制DO為2.5mg/L，停留時間分別為4小時；再輸入第二段好氧活性汙泥處理單元，控制DO為3.0mg/L,停留時間分別為6小時。果膠無法降解,去除率小於6%。
權利要求
1.一種果膠廢水的微生物處理工藝，其特徵在於，包括: (1)向活性汙泥單元中投加工程菌菌種，培養工程菌並負載到活性汙泥上，再將所述工程菌馴化為果膠降解菌，誘導果膠降解菌產生果膠酶，形成具有高效降解果膠作用的活性汙泥處理單元； (2)調節果膠廢水的pH值為3.5 8.0，然後將所述果膠廢水輸入步驟(I)得到的活性汙泥處理單元，果膠分解及COD去除之後，經過二沉池分離得到活性汙泥和廢水，活性汙泥返回步驟(I )，廢水達標排放。
2.根據權利要求1所述的果膠廢水的微生物處理工藝，其特徵在於，所述的活性汙泥處理單元是指兼氧和/或好氧兩種處理方式的組合。
3.根據權利要求1所述的果膠廢水的微生物處理工藝，其特徵在於，步驟(I)中，所述的工程菌菌種的初始投加濃度為0.1 lg/L。
4.根據權利要求1或3所述的果膠廢水的微生物處理工藝，其特徵在於，步驟(I)中，所述的工程菌菌種為 灰黴菌、鐮孢菌、黑麴黴和枯草桿菌中的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的果膠廢水的微生物處理工藝，其特徵在於，步驟(I)中，工程菌培養、負載階段和馴化、誘導階段中，培養基質為含果膠廢水，所述的含果膠廢水中的果膠濃度為30 - 6000mg/L。
6.根據權利要求1所述的果膠廢水的微生物處理工藝，其特徵在於，步驟(I)中，培養、負載階段的PH值為3.5 6.5 ; 馴化、誘導階段的pH值為6.0 8.5。
7.根據權利要求1所述的果膠廢水的微生物處理工藝，其特徵在於，步驟(I)中，培養、負載階段的時間為I 7天； 馴化、誘導階段的時間為I 7天。
8.根據權利要求1所述的果膠廢水的微生物處理工藝，其特徵在於，步驟(2)中，所述的果膠廢水中的果膠濃度為30 - 6000mg/L。
9.根據權利要求1所述的果膠廢水的微生物處理工藝，其特徵在於，步驟(2)中，所述的果膠分解及COD去除過程的時間為8 72小時。
10.根據權利要求4所述的果膠廢水的微生物處理工藝，其特徵在於，步驟(I)中，所述的工程菌菌種為黑麴黴； 步驟(2)中，所述的果膠廢水為柑桔囊胞加工廢水，果膠濃度為1500 1800mg/L，所述的活性汙泥處理單元為兩段好氧處理方式的組合。
全文摘要
本發明公開了一種果膠廢水的微生物處理工藝，包括以下步驟(1)向活性汙泥處理單元中投加工程菌菌種，經培養、負載，形成富含工程菌的活性汙泥，再經馴化和誘導形成果膠降解菌活性汙泥，並能夠高效分泌果膠酶，形成具有高效降解果膠作用的微生物處理單元；(2)調節果膠廢水的pH值為3.5～8.0，然後將其輸入步驟(1)得到的活性汙泥處理單元進行果膠降解及COD去除過程，果膠降解和COD去除之後，使得果膠廢水達標排放。本發明的技術能夠高效降解果膠，且果膠降解與COD去除在同一活性汙泥處理單元內同步完成，從根本上消除了果膠廢水處理過程中的物化汙泥，大大降低了果膠廢水處理難度和成本。
文檔編號C02F3/34GK103204591SQ20131013020
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月15日 優先權日2013年4月15日
發明者鄒有良, 華偉剛, 沈卓賢, 官寶紅 申請人:杭州浙大易泰環境科技有限公司