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CN110104921B - 一种投加微生物发酵液改善废活性污泥脱水性能的方法 - Google Patents

一种投加微生物发酵液改善废活性污泥脱水性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种投加微生物发酵液改善废活性污泥脱水性能的方法，微生物选用黑曲霉、铜绿假单孢菌、嗜热链球菌和红球菌，发酵培养液采用废糖蜜稀释液与废活性污泥配制，将四种微生物接种至各自培养基培养后按比例接入发酵培养液，在25‑35℃、160‑180r/min条件下发酵2‑5d，得到复合微生物发酵液，将复合微生物发酵液投入废活性污泥中，搅拌反应4小时后脱水处理，调理后污泥含水率降低至50％以下；本申请复合微生物发酵液对温度、pH值等适应性良好，絮凝能力强，脱水效果显著提高，且方法简便，成本低，经脱水处理后的污泥可用作栽培基质或微生物肥料，促进了污泥资源化利用。

Description

一种投加微生物发酵液改善废活性污泥脱水性能的方法
技术领域
本发明涉及环境工程和污泥处理技术领域，具体涉及一种投加微生物发酵液改善废活性污泥脱水性能的方法。
背景技术
近年来，随着我国城市化进程的加快和环境质量标准的提高，导致有待处理的污水量急剧增加，因此现阶段各种污水处理工艺如氧化沟、生物滤池及氧化塘得到广泛应用，最终导致污水处理中另一种污染物(污泥)的大量产生。
目前污泥的处理处置方法主要有卫生填埋、焚烧、制造肥料、制造建材等，这些方法都要求污泥经过脱水和干化处理，即降低污泥中的含水率至50％以下，使其达到稳定化和减量化，才能进一步处置。
现有污泥脱水通常采取物理、化学或生物的方法调理污泥用以改善污泥脱水效果，是减少污泥体积、降低处置和运输成本的有效途径。目前已有将酸处理、超声、微波、电解、冷融等手段应用于污泥脱水，但是这些方法处理费用高，限制了其在水处理领域中大规模推广。另外利用有机、无机以及微生物絮凝剂调理污泥也是目前污泥脱水处理常用方法，然而有机、无机絮凝剂应用于污泥调理成本高，且可能产生二次污染。微生物絮凝剂虽然可以减少絮凝剂带来的污染问题，但是絮凝剂制备过程较繁杂，且调理污泥脱水效果一般。在目前我国污水厂的污泥脱水工艺条件下，污泥含水率只能降低到70％-80％，而且许多污水厂并未对污泥进行脱水处理，污泥含水率往往在90％以上，不能满足卫生填埋等处置的要求。另一方面，脱水污泥中的水分主要是污泥中细胞内部水分，要去除这部分水分，常规的脱水方法已不再适用。
发明内容
本发明专利针对城市和工业污水处理厂污泥脱水性能差、泥饼后续处理处置成本高的现状，克服常规物理化学手段处理污泥的经济限制，提供一种投加微生物发酵液调理污泥的方法及其制备的废活性污泥及废活性污泥的应用，改善污泥的脱水性能，成本低廉，在避免二次污染等问题的同时，达到实现污泥减量化、资源化处置的目的。
为实现上述目的，本发明提供了一种投加微生物发酵液改善废活性污泥脱水性能的方法，包括如下步骤：
(1)微生物培养：微生物选择黑曲霉、铜绿假单孢菌、嗜热链球菌和红球菌，将微生物接种到各自培养基中培养至菌体数量达到108-109cfu/ml；
(2)废糖蜜发酵培养液制备：取工业制糖副产品废糖蜜，加入到稀释罐中，加水搅拌稀释至30-40％制成废糖蜜发酵培养液；
(3)复合微生物发酵液制备：按比例将四种微生物接种至废糖蜜发酵培养液中，在25-35℃、160-180r/min条件下发酵2-5d，得到复合微生物发酵液；
(4)污泥脱水处理：按体积比复合微生物发酵液：活性污泥为1：8-12将复合微生物发酵液直接投入到废活性污泥中，搅拌反应4小时后脱水处理，污泥含水率降低至50％以下。
优选地，废糖蜜发酵培养液中还包括废活性污泥，按体积比废糖蜜稀释液：废活性污泥为4-8:1混合，制成废糖蜜发酵培养液。通过在废糖蜜稀释液中混入废活性污泥，在发酵的同时，提高微生物的环境适应能力，促进后续污泥脱水处理能力。
优选地，按体积比黑曲霉：铜绿假单孢菌：嗜热链球菌：红球菌为2-3：1：1：1将各微生物接种至废糖蜜发酵培养液中。
优选地，黑曲霉培养包括如下步骤：
1)黑曲霉的分离纯化：用接种环从黑曲霉孢子悬浮液接种到小试管斜面中，然后放37℃培养箱中培养24小时。平板划线法挑取菌落于培养皿进行扩大培养。重复上述步骤，经3-5次分离纯化后得到单一菌落的黑曲霉，接种到斜面培养基上，于4℃冰箱储藏；
2)液体培养基制备：液体培养基按葡萄糖40g/L、蛋白胨20g/L、酵母粉10g/L制备而成，经过121℃、30min高压灭菌之后备用；
3)黑曲霉接种培养：取分离纯化后的黑曲霉菌株从斜面培养基，接种至所述液体培养基中，置于30℃恒温摇床发酵，180r/min的转速下振荡培养至菌体数量达到108-109cfu/ml以上。
优选地，所述铜绿假单孢菌采用LB液体培养基培养，将铜绿假单胞菌接种至LB液体培养基，28-32℃、160r/min条件下振荡培养至菌体数量达到108-109cfu/ml；所述LB液体培养基配方为：1000ml水、酵母粉10g、蛋白胨8g、氯化钠5g、磷酸二氢钾2g，pH7.0。
优选地，所述嗜热链球菌培养方法为，将活化后的嗜热链球菌接种至液体培养基中，35℃下培养至菌体数量达到108-109cfu/ml；所述液体培养基配方为，酵母粉7.5g、蛋白胨7.5g、葡萄糖8g、磷酸二氢钾2g、番茄汁100ml、水900ml，pH6.8。
优选地，所述红球菌采用LB液体培养基培养，将活化后的红球菌接种至LB液体培养基，30-35℃、150r/min条件下振荡培养至菌体数量达到108-109cfu/ml；所述LB液体培养基配方为：1000ml水、酵母膏5g、蛋白胨10g、氯化钠5g，pH7.0。
优选地，所述废活性污泥含水率90％以上。
另外，本发明还提供了一种废活性污泥，通过上述方法制备的废活性污泥，其含水率降至50％以下，为废活性污泥的进一步资源化处置带来便利。
再者，本发明还提供了一种通过上述方法制备得到的废活性污泥的应用，由于复合微生物发酵液中富含有益微生物，矿物质，微生物分解废活性污泥中的有害及不易分解物，降低了重金属含量，提高废活性污泥养分含量，改善污泥理化性质，得到的污泥可应用于栽培基质或微生物肥料。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：
(1)本发明采用黑曲霉、铜绿假单孢菌、嗜热链球菌和红球菌复合微生物进行发酵培养，一方面发酵液对温度、pH值等适应性良好，稳定性高，絮凝能力强；另一方面，微生物的选择及合理配伍，降解和转化污泥中有害及不易分解的物质，破坏污泥的胶体成分，促进结合态水向游离态水转变。
(2)本发明发酵培养液采用废蜜糖发酵培养液，废蜜糖富含碳源、矿物质、粗蛋白、维生素等营养物质，适宜微生物的发酵培养，成本低且发酵液絮凝能力强。
(3)本发明通过在废糖蜜稀释液中混入废活性污泥，在发酵的同时，提高微生物污泥环境适应能力，促进后续污泥脱水处理能力。
(4)本发明发酵液制备简单，直接投入到废活性污泥中，无需先制备微生物絮凝剂，简化了污泥脱水流程，降低成本。
(5)复合微生物发酵液处理后的污泥含有多种有益菌，且有机养分、矿物质含量较高，改善了污泥理化性质，适宜作为微生物肥料或栽培基质。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明所述的一种投加微生物发酵液以改善剩余活性污泥脱水性能的方法，具体实施时，所用污泥样品取自浙江杭州某污水处理厂浓缩池，该供试污泥基本特征如表1。
表1供试污泥样品基本特征
pH CST(s) 含水率(％)
7.17 400 90
实施例1：
(1)微生物的培养
1.1黑曲霉的培养
1)黑曲霉的分离纯化：黑曲霉孢子悬浮液在无菌操作台上，依次稀释不同浓度梯度(102～108)，涂布平板法将黑曲霉接种于沙氏葡萄糖琼脂培养基(SDA)上，121℃高压蒸汽灭菌30min。接种后培养皿倒置，在28℃生化培养箱恒温培养48h。平板划线法挑取菌落于玻璃培养皿，重复上述步骤4次，挑取单个菌落的菌苔少许，涂在载玻片上进行显微镜个体形态观察，结合菌落形态特征综合分析。若不纯，需再用平板划线法继续进行分离纯化。若纯，则接种到斜面培养基上，于4℃冰箱储藏；
2)液体培养基制备：按葡萄糖40g/L、蛋白胨20g/L、酵母粉10g/L加入蒸馏水中，搅拌混匀，在120℃高压蒸汽灭菌30min备用；
3)从斜面培养基上挑取纯化的黑曲霉菌株，接种在灭菌后的液体培养基中，30℃恒温摇床振荡培养至菌体数量达到108-109cfu/ml。
1.2铜绿假单孢菌的培养
1)配制LB液体培养基，按配方1000ml水、酵母粉10g、蛋白胨8g、氯化钠5g、磷酸二氢钾2g制备LB液体培养基，调节pH至7.0，于120℃高压蒸汽灭菌30min备用；
2)将活化后的铜绿假单胞菌接种至LB液体培养基，28-32℃、160r/min条件下振荡培养至菌体数量达到108-109cfu/ml。
1.3嗜热链球菌培养
1)配制液体培养基，按配方酵母粉7.5g、蛋白胨7.5g、葡萄糖8g、磷酸二氢钾2g、番茄汁100ml、水900ml制备液体培养基，调节pH至6.8，于120℃高压蒸汽灭菌30min备用；
2)将活化后的嗜热链球菌接种至液体培养基中，35℃下培养至菌体数量达到108-109cfu/ml。
1.4红球菌培养
1)配制LB液体培养基，按配方1000ml水、酵母膏5g、蛋白胨10g、氯化钠5g制备LB液体培养基，调节pH至7.0，于120℃高压蒸汽灭菌30min备用；
2)将活化后的红球菌接种至LB液体培养基中，30-35℃、150r/min条件下振荡培养至菌体数量达到108-109cfu/ml。
(2)废糖蜜发酵培养液制备：取工业制糖副产品废糖蜜，加入到稀释罐中，加水搅拌稀释至30％制成发酵培养液，发酵培养液于120℃高压蒸汽灭菌30min备用。
(3)复合微生物发酵液制备：按体积比黑曲霉：铜绿假单孢菌：嗜热链球菌：红球菌为2：1：1：1将各微生物接种至废糖蜜发酵培养液中，在25℃、160-180r/min条件下发酵5d，得到复合微生物发酵液。
(4)污泥脱水处理：按体积比复合微生物发酵液：活性污泥为1：8将复合微生物发酵液直接投入到待测污泥样品中，搅拌一段时间后静置，每隔一小时测一次CST。反应4h后把污泥样品移至污泥比阻测定装置，在0～0.1MPa的真空度条件下过滤，记录过滤时间t和相应的滤液体积V。选取污泥比阻(SRF)和含水率表征污泥脱水效果，含水率采用重量法测定。污泥比阻(Specific resistance in filtration，SRF)表示恒定压力下过滤时，单位质量污泥在单位过滤面积上的阻力，污泥比阻越大，过滤性能越差，污泥比阻计算见式(1)：
Figure BDA0002020800590000051
式中，P为过滤压强，N/m2；A为过滤面积，m2；μ为滤液粘度，N·s/m2；C为单位体积滤液在过滤介质上截留的干固体重量，kg/m3，1/C＝Ci/(100-Ci)-Cf/(100-Cf)；Ci为原泥含水率，％；Cf为抽滤后泥饼含水率，％；b为过滤方程t/V＝bV+a所示直线的斜率，t为过滤时间，s；V为滤液体积，m3。
投加复合微生物发酵液调理污泥，可显著改善其脱水性能。污泥的比阻略有上升，含水率由原泥90％降低至调理后的49.6％。
实施例2
(1)微生物的培养，参照实施例1。
(2)废糖蜜发酵培养液制备：取工业制糖副产品废糖蜜，加入到稀释罐中，加水搅拌稀释至40％，按体积比废糖蜜稀释液：废活性污泥为4-8:1混合，制成废糖蜜发酵培养液，发酵培养液于120℃高压蒸汽灭菌30min备用。
(3)复合微生物发酵液制备：按体积比黑曲霉：铜绿假单孢菌：嗜热链球菌：红球菌为3：1：1：1将各微生物接种至废糖蜜发酵培养液中，在35℃、160-180r/min条件下发酵2d，得到复合微生物发酵液。
(4)污泥脱水处理：按体积比复合微生物发酵液：活性污泥为1：12将复合微生物发酵液直接投入到待测污泥样品中，反应4h后进行脱水处理。
经上述脱水处理，废活性污泥含水率由原泥90％降低至调理后的48.5％。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术方案。

Claims (5)

1.一种投加微生物发酵液改善废活性污泥脱水性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)微生物培养：微生物选择黑曲霉、铜绿假单孢菌、嗜热链球菌和红球菌，将微生物接种到各自培养基中培养至菌体数量达到108-109cfu/ml；
2)废糖蜜发酵培养液制备：取工业制糖副产品废糖蜜，加入到稀释罐中，加水搅拌稀释至30-40%制成废糖蜜发酵培养液，发酵培养液于120℃高压蒸汽灭菌30min备用；
3)复合微生物发酵液制备：按比例将四种微生物接种至废糖蜜发酵培养液中，在25-35℃、160-180r/min条件下发酵2-5d，得到复合微生物发酵液；
4)污泥脱水处理：按体积比复合微生物发酵液：废活性污泥为1：8-12将复合微生物发酵液直接投入到废活性污泥中，搅拌反应4小时后脱水处理，污泥含水率降低至50%以下，处理后的废活性污泥应用于栽培基质或微生物肥料；
所述废糖蜜发酵培养液中还包括废活性污泥，按体积比废糖蜜稀释液：废活性污泥为4-8:1混合，制成废糖蜜发酵培养液；
所述步骤3)按体积比黑曲霉：铜绿假单孢菌：嗜热链球菌：红球菌为2-3：1：1：1将各微生物接种至废糖蜜发酵培养液中；
所述废活性污泥含水率90%。
2.如权利要求1所述的投加微生物发酵液改善废活性污泥脱水性能的方法，其特征在于，黑曲霉培养包括如下步骤：
1)黑曲霉的分离纯化：用接种环从黑曲霉孢子悬浮液接种到小试管斜面中，然后放37℃培养箱中培养24小时，平板划线法挑取菌落于培养皿进行扩大培养，重复上述步骤，经3-5次分离纯化后得到单一菌落的黑曲霉，接种到斜面培养基上，于4℃冰箱储藏；
2)液体培养基制备：液体培养基按葡萄糖40g/L、蛋白胨20g/L、酵母粉10g/L制备而成，经过121℃、30min高压灭菌之后备用；
3)黑曲霉接种培养：取分离纯化后的黑曲霉菌株从斜面培养基，接种至所述液体培养基中，置于30℃恒温摇床发酵，180r/min的转速下振荡培养至菌体数量达到108-109cfu/ml。
3.如权利要求1所述的投加微生物发酵液改善废活性污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述嗜热链球菌培养方法为，将活化后的嗜热链球菌接种至液体培养基中，35℃下培养至菌体数量达到108-109cfu/ml；所述液体培养基配方为，酵母粉7.5g、蛋白胨7.5g、葡萄糖8g、磷酸二氢钾2g、番茄汁100ml、水900ml，pH6.8。
4.如权利要求1所述的投加微生物发酵液改善废活性污泥脱水性能的方法，其特征在于，所述红球菌采用LB液体培养基培养，将活化后的红球菌接种至LB液体培养基，30-35℃、150r/min条件下振荡培养至菌体数量达到108-109cfu/ml；所述LB液体培养基配方为：1000ml水、酵母膏5g、蛋白胨10g、氯化钠5g，pH7.0。
5.一种如权利要求1-4任一项所述投加微生物发酵液改善废活性污泥脱水性能的方法制备得到的废活性污泥，其特征在于，制备得到的废活性污泥含水率50%以下。
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