申请日2017.05.09
公开(公告)日2017.09.01
IPC分类号C12N1/00; C02F3/12; C02F3/28; C02F101/30
摘要
本发明涉及一种海洋活性污泥产品及其制备方法和水处理应用，所述海洋活性污泥产品富含源自海洋或其他盐环境的耐、嗜盐微生物，以颗粒絮状的活性污泥形态或分离复合菌剂的形态存在，产品中的DO含量为0.1～4.0mg/L、环境温度为0～50度、盐浓度为2～34%、pH值为5～9，且以所述活性污泥形态存在时，其SVI为50～200mL/g、MLVSS为1.2～7.5g/L。本发明提供的制备方法，创新地将嗜盐微生物培养技术和活性污泥培养技术融合运用，制备得到了新型的、用于高盐有机废水处理的微生物净化系统，实现高的废水降解能力、经济的运行费用和温度的运行系统，且适用面广。本发明还提供了相关水处理方法，提高了海洋活性污泥产品的水处理能力和应用面，实用性较强。
权利要求书
1.一种海洋活性污泥产品，其特征在于：所述海洋活性污泥产品富含源自海洋或其他盐环境的耐、嗜盐微生物，所述海洋活性污泥产品以颗粒絮状的活性污泥形态或分离复合菌剂的形态存在，所述海洋活性污泥产品的溶解氧(DO)含量为0.1～4.0mg/L(低于0.5mg/L为厌氧环境)、环境温度为0～50度(长期储藏优选为4度)、盐浓度为2～34%、pH值为5～9，且以所述活性污泥形态存在时，其污泥体积指数(SVI)为50～200mL/g、混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)为1.2～7.5g/ L。
2.根据权利要求1所述一种海洋活性污泥产品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：取用未灭菌海泥作为微生物生长载体、海水配置培养液;
S2：在生物反应器中培养30～180天，获得海洋活性污泥;
S3：指向性改变海洋活性污泥的生存环境，富集优势菌群;
S4：将海洋活性污泥按产品规格分装，或分离获得复合菌剂。
3.根据权利要求2所述的一种海洋活性污泥产品的制备方法，其特征在于：所述海泥的初始污泥体积指数(SVI)为5～35mL/g，所述海水的盐度为2～34%，配置的所述培养液中C、N、P的元素比优选为100：5：1，其对应化学需氧量(COD)浓度为100～600mg/L。
4.根据权利要求2所述的一种海洋活性污泥产品的制备方法，其特征在于：在培养所述海洋活性污泥的过程中，营养液的换新次数为2～7次/周，培养环境的溶解氧(DO)含量为0.1～4.0mg/L(低于0.5mg/L为厌氧培养)，培养环境的温度为20～40度。
5.根据权利要求2所述的一种海洋活性污泥产品的制备方法，其特征在于：所述指向性改变海洋活性污泥的生存环境主要包括改变培养溶液中的有机物成分、无机盐离子成分、盐浓度、pH值、温度、溶氧量、搅拌速度，通过改变生态系统的环境富集对应的所述优势菌群。
6.根据权利要求2所述的一种海洋活性污泥产品的制备方法，其特征在于：所述海洋活性污泥的分装规格为50～200mL/g的污泥体积指数(SVI)、1.2～7.5g/ L的混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)，所述分离过程即通过筛滤脱泥、离心过滤及浓缩获得的悬浮菌液。
7.根据权利要求1所述的一种海洋活性污泥产品的水处理应用，其特征在于：用于盐度为2～10%的已有高盐生物水处理系统的生态系统改良剂时，将所述海洋活性污泥产品直接加入到生物反应器中;用于盐度为2～10%的新建高盐生物水处理系统的原始菌群时，将所述海洋活性污泥产品单独进行3～7天活化扩大培养后，分批次加入到生物反应器中。
8.根据权利要求1所述的一种海洋活性污泥产品的水处理应用，其特征在于：用于盐度为10～34%及以上的超高盐生物处理系统时，将所述海洋活性污泥产品单独进行3～7天活化扩大培养，进行分级驯化后再分批次加入到生物反应器中。
说明书
一种海洋活性污泥产品及其制备方法和水处理应用
技术领域
本发明涉及微生物水处理领域，具体涉及一种海洋活性污泥产品及其制备方法和水处理应用。
背景技术
高盐有机废水是目前工业上较难处理的水体之一，由于废水中含有大量无机盐离子，导致高盐有机废水难以被微生物降解，而采用物理、化学处理技术的成本较高，因此寻求高效的生物处理技术来净化高盐有机废水是一个环保技术难题。
现有技术中记载了“一种强化生物厌氧处理高盐高浓有机废水的方法”(申请号CN201610198750.3)，通过设计反应器和采用微生物驯化技术，能处理盐浓度在5g/L以下的高盐有机废水;由于工业上的高盐有机废水的盐浓度常高于30g/L，该方法难以用来处理工业上的高盐有机废水，也难以运用到处理海洋有机废水(世界大洋的平均盐度为3.5%)，实用性不强。
现有技术中记载了“一种处理高盐废水的厌氧氨氧化反应器运行方法”(申请号CN201410095868.4)，通过采用盐度快速驯化技术，实现了逐步提高微生物菌落的耐盐能力，能处理盐浓度在35g/L以下的高盐有机废水;但该方法使用的微生物菌落的耐盐能力有限，不适用于更高盐度的有机废水处理，且驯化过程不可控，根据不同种类的高盐废水采用的驯化过程也需要改变，适用面不广。
现有技术中记载的“一种高盐废水MBBR处理系统中悬浮填料的挂膜方法”(申请号CN201510580959.1)，通过向反应器内加入嗜盐微生物菌剂，并调节环境条件参数，促使嗜盐微生物菌落挂膜附着在填料表面，形成嗜盐微生物生态环境，有较好的对高盐有机废水的降解能力;但该方法采用的嗜盐微生物菌剂的生态系统过于单一，培养难度较大，适用面不广。
因此，寻求更为高效的高盐有机废水生物处理技术，通过采用更为优化的耐盐微生物生态系统，提高微生物对高盐浓度有机废水的降解能力，且能适用于多种工业有机含有废水的广泛需求，是当前需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种海洋活性污泥产品及其制备方法和水处理应用，通过直接从海泥、海水混合物中培养出新型的活性污泥产品(即微生物生态系统)，用于多种高盐有机废水的处理，实现高效、实用的微生物水处理。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种海洋活性污泥产品，其特征在于：所述海洋活性污泥产品富含源自海洋或其他盐环境的耐、嗜盐微生物，所述海洋活性污泥产品以颗粒絮状的活性污泥形态或分离复合菌剂的形态存在，所述海洋活性污泥产品的溶解氧(DO)含量为0.1～4.0mg/L(低于0.5mg/L为厌氧环境)、环境温度为0～50度(长期储藏优选为4度)、盐浓度为2～34%、pH值为5～9，且以所述活性污泥形态存在时，其污泥体积指数(SVI)为50～200mL/g、混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)为1.2～7.5g/ L。
活性污泥法是一种最常用的生物处理方法，运营价格极低，降解废水采用的微生物是基于絮状污泥载体生存的微生物生态系统。本发明中，海洋活性污泥即从海泥、海水或其他盐环境中分离培养的耐、嗜盐微生物群体，其中固态载体主要为原始海泥和耐、嗜盐微生物生产的生物有机物大分子的混合物，为了满足工业、研究等不同的应用方式，本发明提供的海洋活性污泥产品以颗粒絮状的活性污泥形态或分离复合菌剂的形态存在。还应当说明的是，根据定制的复合耐、嗜盐微生物群体种类的不同，所述海洋活性污泥产品中的溶解氧(DO)含量为0.1～0.5mg/L(对于厌氧耐、嗜盐微生物)、0.5～4.0mg/L(对于好氧耐、嗜盐微生物)或0.1～4.0mg/L(对于好厌氧兼性耐、嗜盐微生物);储藏的环境温度为优选为4度，但基于海洋微生物菌群种类繁多，在0～50度下保存都是可行的，随菌种种类设定;根据应用的水体盐浓度、pH值不同，定向生产的所述海洋活性污泥产品中的盐浓度优选为2～34%，pH值优选为5～9;此外，当所述海洋活性污泥产品以活性污泥形态存在时，为了防止污泥膨胀或包证产品的最佳污泥浓度，其污泥体积指数(SVI)优选为50～200mL/g、混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)优选为1.2～7.5g/ L，这个范围同时也便于分装和保存。
也就是说，本发明提供的一种海洋活性污泥产品，通过将活性污泥法和耐、嗜盐微生物降解技术联合运营，生产出海洋活性污泥产品，实现了传统活性污泥在高盐有机废水生物处理上的应用，适用范围较广。
第二方面，本发明提供了所述一种海洋活性污泥产品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：取用未灭菌海泥作为微生物生长载体、海水配置培养液;在生物反应器中培养30～180天，获得海洋活性污泥;指向性改变海洋活性污泥的生存环境，富集优势菌群;将海洋活性污泥按产品规格分装，或分离获得复合菌剂。
在本发明的进一步实施方式中，所述海泥的初始污泥体积指数(SVI)为5～35mL/g，所述海水的盐度为2～34%，配置的所述培养液中C、N、P的元素比优选为100：5：1，其对应化学需氧量(COD)浓度为100～600mg/L。应当说明的是，所述海泥的初始污泥体积指数(SVI)、盐度取决于取样点，一般地区的海泥的SVI较低，在5～20mL/g间，而在污染或养分较为丰富的海域，取样的海泥的SVI较高，能达到20～35mL/g;全世界大洋的平均盐度为3.5%，一般近海地区取样的海泥、海水盐度为2～3.5%，而一些极端盐水体环境如死海，高达34 %(2011年数据)，死海与附近交汇水域的盐度则在3.5～34%之间;配置的所述培养液中C、N、P的元素比在100：5：1时为最佳培养条件，改变C、N、P比值对微生物群落会有一定的影响，C、N、P比值在后续定向培养或驯化过程中随要求改变;其对应化学需氧量(COD)浓度若低于100mg/L会导致营养不够，微生物生态系统得不到充足的养分，导致培养周期长或培养失败，而COD若高于600mg/L则超过培养微生物的需求，优势微生物生长太快，生态系统不稳定，同时也造成了培养基的浪费。
在培养所述海洋活性污泥的过程中，用于培养海洋活性污泥的营养液的换新次数为2～7次/周，培养环境的溶解氧(DO)含量为0.1～4.0mg/L(低于0.5mg/L为厌氧培养)，培养环境的温度为20～40度。应当说明的是，培养活性污泥过程需要按周期定时换新营养液以保证微生物有充足的营养生长，在培养初期，换新次数应为每日一次(即7次/周)，逐步降低到2次/周至培养完成;而培养环境的DO含量根据培养目标菌体所需设置，作为厌氧培养时，DO含量为0.1～0.5mg/L，作为好氧培养时，DO含量为0.5～4.0mg/L，对于好厌氧兼性耐、嗜盐微生可采用DO为0.1～4.0mg/L均可，但DO含量影响生态系统中好、厌氧盐微生的比例，根据实际定制控制;同时由于海洋微生物的适宜生存环境在20～40度，因此培养环境的温度优选在这个温度范围，否则影响培养速度。
在本发明的进一步实施方式中，所述指向性改变海洋活性污泥的生存环境主要包括改变培养溶液中的有机物成分、无机盐离子成分、盐浓度、pH值、温度、溶氧量、搅拌速度，通过改变生态系统的环境富集对应的所述优势菌群。应当说明的是，指向性改变海洋活性污泥的生存环境是一个类似驯化的过程，通过定制将海洋活性污泥中的优势菌种富集，用以处理对应条件下的高盐有机废水，指向性参数包括改变培养溶液中的有机物成分，即当使用其他有机物，特别是有毒害性的有机物(如苯酚、聚乙烯衍生物等)作为微生物碳源时，仅能讲解这些有机物的海洋微生物能生存下来，通过一定时间的培养，海洋活性污泥中则富集了能降解所述有机物成分或其衍生物的微生物菌群;对于无机盐离子成分，当水体中含有其他无机盐，特别是有毒害性的有机物(如汞离子、铬离子、亚硝酸根离子等)时，仅能耐受这些无机盐离子的海洋微生物能生存下来，通过一定时间的培养，海洋活性污泥中则富集了能耐受这些无机盐离子的微生物菌群;作为无机盐离子成分的一种，当盐浓度(特指氯化钠)改变时，则海洋活性污泥中则富集了能生存在特定盐浓度下的微生物菌群;对于pH值，虽然大部分海洋微生物适宜于相对中性环境(pH值为6.5~8.5)，其中也不乏各种耐酸、耐碱海洋微生物，从而条件水体环境的pH值，通过一定时间的培养后，海洋活性污泥中则富集了能生存在特定pH下的微生物菌群;对于温度，由于温度对细胞活性的影响因菌种而异，所以在特定温度下富集海洋活性污泥中的优势菌群，有利于提高海洋活性污泥的适用面，但由于大部分海洋微生物能存活在5~45度的环境下，温度对微生物的影响相对其他因素其作用较小;对于溶氧量(DO)，作为厌氧培养时，DO含量为0.1～0.5mg/L，作为好氧培养时，DO含量为0.5～4.0mg/L，对于好厌氧兼性耐、嗜盐微生可采用DO为0.1～4.0mg/L均可，故DO含量影响生态系统中好、厌氧盐微生的比例;而搅拌速度主要影响微生物和活性污泥间的结合，黏性大的微生物更能附着在活性污泥上，由于活性污泥吸附了更多地营养物质，则采用较大的搅拌速度时，通过一定时间的培养后，海洋活性污泥中部分黏性较大的微生物菌群的比例会有所提高。
在本发明的进一步实施方式中，所述海洋活性污泥的分装规格为50～200mL/g的污泥体积指数(SVI)、1.2～7.5g/ L的混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)，所述分离过程即通过筛滤脱泥、离心过滤及浓缩获得的悬浮菌液。应当说明的是，海洋活性污泥的分装规格决定了产品的保质期和性价比，当分装后的海洋活性污泥的SVI低于50mL/g时，其活性太低，微生物数量太少，当分装后的海洋活性污泥的SVI高于200mL/g时，由于部分污泥膨胀，大量使用时会造成生物反应器的颗粒悬浮物难以沉降，从而影响水处理效果;当MLVSS含量低于1.2g/L，分装的海洋活性污泥的量太少，对应的水处理功效则不够，而当MLVSS含量高于7.5g/L时，分装的海洋活性污泥的量太多，则其中的微生物数目也很多，由于单位体积内存留的营养物质不够，因此MLVSS过高会导致产品的保质期缩短。
本发明提供的一种海洋活性污泥产品的制备方法，首次将嗜盐微生物培养技术和活性污泥培养技术融合运用，制备得到了新型的、用于高盐有机废水处理的微生物净化系统，实现高的废水降解能力、经济的运行费用和温度的运行系统，且适用面广。
第三方面，本发明还提供了所述一种海洋活性污泥产品的水处理应用方法，用于低盐浓度(盐度为2～10%)废水降解时，对于已有高盐生物水处理系统的生态系统改良剂时，将所述海洋活性污泥产品直接加入到生物反应器中;对于新建高盐生物水处理系统的原始菌群时，将所述海洋活性污泥产品单独进行3～7天活化扩大培养后，分批次加入到生物反应器中。应当说明的是，由于目标废水的盐浓度不高，海洋微生物能无障碍的生存并繁殖在目标废水中，并取得高效的降解速率;当作为所述改良剂应用时，由于反应器中有一定的微生物系统基础，加入的海洋活性污泥产品只是为了给原生态系统添加新的耐、嗜盐菌群，可以直接投加;当作为新生物反应器中的原始菌群时，加入的海洋活性污泥产品优选单独进行3～7天活化扩大培养，再分批次加入到反应器中，以较大限度的增加海洋微生物的菌量，防止在水处理过程中过度的环境冲击造成微生物难以大量繁殖而延长生物反应器的启动时间，需要额外说明的是，由于海洋微生物在适宜条件下2~3天即可富集繁殖，则所述活化扩大培养时间应大于3天，而超过7天则浪费过多资源和时间，没有必要。
此外，当海洋活性污泥用于盐度为10～34%及以上的超高盐生物处理系统时，应将所述海洋活性污泥产品单独进行3～7天活化扩大培养，进行分级驯化后再分批次加入到生物反应器中。应当说明的是，为防止在水处理过程中过度的环境冲击造成微生物难以大量繁殖而影响生物反应器的水处理效果，则需要进行活化扩大培养(同理需3~7天);又由于盐度过高，超过一半海洋微生物的耐受范围，只有少部分海洋微生物能生存并繁殖在所述的超高盐生物处理系统中，因此需要分级驯化(所述分级驯化为水处理术语，指梯度地提高不利于微生物生长的环境因子，以提高微生物的耐受力)后再分批次加入到生物反应器中，以提高海洋微生物的耐盐能力。
本发明提供的海洋活性污泥产品的水处理方法，通过结合水处理经验技术，提高了海洋活性污泥产品的水处理能力和应用面，实用性较强。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
