申请日2015.02.26
公开(公告)日2018.02.09
IPC分类号C02F11/14
摘要
本发明公开了一种用于增强化学强化一级处理(CEPT)污泥的絮凝和脱水能力的复合生物絮凝剂。本发明还公开了使用所述复合生物絮凝剂调节CEPT污泥的方法。
权利要求书
1.一种用于化学强化一级处理污泥调节的生物絮凝剂组合物，其包含以下组分：
a)第一絮凝剂组分，其包含至少一种嗜酸性自养铁氧化细菌和至少一种耐酸性有机营养微生物，所述细菌和微生物生长在含有铁II盐作为能量底物的培养基中或在作为生长培养基的有机废物水解产物中;
其中所述至少一种嗜酸性自养铁氧化细菌包括嗜酸氧化亚铁硫杆菌ANYL-1以v/v计为5-10%;
所述至少一种耐酸性有机营养微生物包括产气双足囊菌以v/v计为1-3%、产朊假丝酵母YE1以v/v计为1-3%和弯曲隐球菌YE2以v/v计为1-3%;
b)第二絮凝剂组分，其包含在含有硫作为能量底物的矿质培养基或污泥滤液中的硫氧化细菌聚生体，所述第二絮凝剂组分的浓度以v/v计为0.1%到1%;其中所述硫氧化细菌聚生体包含嗜酸氧化亚铁硫杆菌ANYL-1和嗜酸氧化硫硫杆菌ACS2;和
c)第三絮凝剂组分，其包含有机营养聚生体，所述有机营养聚生体包含使用污泥或食物废物水解产物作为培养基的至少三种不同的有机营养微生物，其中所述至少三种不同的有机营养微生物包含蜡状短芽孢杆菌BU1、地衣芽孢杆菌BU2和波茨坦短芽孢杆菌BU3;
其中，所述第一絮凝剂组分、第二絮凝剂组分和第三絮凝剂组分以1-5:1-5:1-5的比率掺混。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第一絮凝剂组分、第二絮凝剂组分和第三絮凝剂组分的比率为5:1:1。
3.一种用于调节CEPT污泥的方法，其包括：
a.混合污泥与调节剂以形成污泥混合物;
b.在30℃下培养所述污泥混合物至少1小时以进行絮凝和沉降，从而形成经过调节的污泥;和
使用机械过滤通过毛细管吸收、真空过滤和压滤方法使所述经过调节的污泥脱水，
其中所述调节剂包含以下组分：
a)第一絮凝剂组分，其包含至少一种嗜酸性自养铁氧化细菌和至少一种耐酸性有机营养微生物，所述细菌和微生物生长在含有铁II盐作为能量底物的培养基中或作为生长培养基的有机废物水解产物中，所述第一絮凝剂组分的浓度以v/v计为3到7%;
b)第二絮凝剂组分，其包含在含有硫作为能量底物的矿质培养基或污泥滤液中的硫氧化细菌聚生体，所述第二絮凝剂组分的浓度以v/v计为0.1到1.0%;和
c)第三絮凝剂组分，其包含有机营养聚生体，所述有机营养聚生体包含使用污泥或食物废物水解产物作为培养基的至少三种不同的有机营养微生物，所述第三絮凝剂组分的浓度以v/v计为1到10%。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述调节剂是复合生物絮凝剂，所述复合生物絮凝剂包含所述第一絮凝剂组分、第二絮凝剂组分或第三絮凝剂组分中的两种或更多种的组合，其中所述第一絮凝剂组分、第二絮凝剂组分或第三絮凝剂组分中的每一种的比例都相等，或者其中每种絮凝剂组分的比率为1到5。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述复合生物絮凝剂包含5份所述第一絮凝剂组分、1份所述第二絮凝剂组分和1份所述第三絮凝剂组分。
6.根据权利要求3所述的方法，其中相对于所述污泥混合物，所述调节剂的浓度以v/v计为1%到10%。
7.根据权利要求3所述的方法，其中相对于所述污泥混合物，所述调节剂的浓度以v/v计不少于3%到7%。
8.根据权利要求3所述的方法，其中使用压滤机评估所述经过调节的CEPT污泥的脱水能力。
说明书
用于增强CEPT污泥絮凝和脱水能力的生物絮凝剂组合物
技术领域
本发明旨在通过一种用于使污水污泥快速絮凝并提高污水污泥的过滤能力和脱水能力的方法解决与废水处理设施相关的问题。更具体地说，本发明涉及一种增强污泥脱水能力的新颖的复合生物絮凝剂，其具有展现多功能活性的不同微生物聚生体的掺混物，还涉及使用所述复合生物絮凝剂使污水污泥快速絮凝并提高污水污泥的过滤能力和脱水能力。
背景技术
生活废水通常在处置或再循环之前通过一级、二级和三级方法进行处理。化学强化一级处理(CEPT)方法已经作为用于生活污水的常规方法的替代性处理方法而实施。由于CEPT方法快速处理大量废水，因此该方法非常适用于快速增长的巨型城市和发展中国家。位于香港昂船洲的CEPT工厂是世界上最大的CEPT工厂之一，它每天处理140万立方米污水。典型地，在CEPT方法中使用无机三价絮凝剂(一般是氯化铁)处理污水，随后使用阴离子聚合物去除废水中的悬浮固体。在聚合物处理后，使絮凝污水的悬浮固体颗粒沉降。沉降过程产生极大量的含水量>95%的污泥。
初沉污泥含有体积庞大的水和悬浮颗粒。CEPT污泥的固体含量以重量计在约2-4%的范围内。为了安全处置初沉污泥或进一步利用初沉污泥，污泥固体必须从水中去除并进行稳定。污泥的脱水是必要的，这可以在对污泥适当预调节之后通过机械脱水方法经由压滤或离心来实现。由于具有高浓度的高负电荷的悬浮颗粒，因此CEPT污泥难以脱水并且其需要用非常有效的絮凝剂调节以提高脱水能力。
一般用无机金属絮凝剂和有机聚合物作为脱水前的调节剂。然而，由于需要大量无机絮凝剂，污泥调节本身是污水处理中的一个昂贵过程。过量的FeCl3将导致更严重的问题。在污泥脱水过程中，使用的典型剂量为每公吨干污泥固体使用1-10kg聚电解质聚合物，并且因此所述聚合物占经过调节的污泥的总干固体质量的0.1%-1%。对于极大量的昂贵絮凝剂的需求自身构成了污泥处理方法的约50%成本。另外，用于强化增稠和脱水过程的一些阳离子有机聚合物可能产生强烈气味，因为其在经过脱水的污泥的储存期间发生了降解。此外，聚合物絮凝剂和其衍生物造成了许多生态危害，因为一些衍生物是不可生物降解的，并且所述聚合物絮凝剂和其降解的中间产物对人类健康有害，因为其单体具有神经毒性和致癌性。因此，需要针对污泥脱水开发环保且安全的絮凝剂。
为了消除与使用合成絮凝剂有关的担忧，当前，生物絮凝剂由于具有令人满意的絮凝效果和安全的生物可降解性质而越来越受到关注。生物絮凝剂是来源于微生物培养物整体或微生物培养物产物的无机和有机絮凝剂。已经证实了微生物絮凝剂去除几种废水(包括生活废水、酿酒废水和医药废水)中的悬浮固体、化学需氧量(COD)和重金属的潜能。大多数所报道的微生物絮凝剂是多糖，其仅仅通过桥接机制主要参与到凝聚/絮凝方法中。另一方面，由嗜酸性铁氧化细菌产生的生物源三价铁离子也可用作污泥脱水的潜在凝聚剂/絮凝剂。
本发明提供一种使用无害且低成本的市售化学品、天然存在的微生物和可再生废料的新颖的复合生物絮凝剂和其制造方法。本发明的复合生物絮凝剂包括产生强絮凝剂的自养微生物和有机营养微生物。本发明中使用的自养微生物是从含铁底物和含硫要素获取能量的嗜酸性细菌，使用的有机营养微生物是分离自有机废物的有机营养菌聚生体。制造复合生物絮凝剂的本发明方法包括使用自养细菌和有机营养细菌以及比较便宜的二价铁源和快速生产絮凝剂。复合生物絮凝剂快速提高污泥脱水能力。
本专利申请的该部分或任何其它部分中对任何参考文献的引用或认同都不应解释为承认所述参考文献是本专利申请的现有技术。
发明内容
在第一方面中，本发明提供一种用于CEPT污泥调节的复合生物絮凝剂，其包含至少一种絮凝剂组分，其中所述至少一种絮凝剂组分包含：第一絮凝剂组分，所述第一絮凝剂组分包含至少一种嗜酸性自养铁氧化细菌和至少一种耐酸性有机营养微生物，所述细菌和微生物在含有铁(II)盐作为能量底物的培养基中或在作为生长培养基的有机废物水解产物中生长;第二絮凝剂组分，所述第二絮凝剂组分包含在含有硫作为能量底物的矿质培养基或污泥滤液中的硫氧化细菌聚生体(consortium)，其中所述第二絮凝剂组分的浓度为0.1%到1%(v/v);和第三絮凝剂组分，所述第三絮凝剂组分包含有机营养聚生体，所述有机营养聚生体包含至少三种不同的有机营养微生物，其中所述有机营养微生物使用污泥或食物废物水解产物作为培养基。
在本发明的第一实施方案中，所述第一絮凝剂组分的所述至少一种嗜酸性自养铁氧化细菌包括嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)ANYL-1(5-10%，v/v)。
在本发明的第二实施方案中，所述第一絮凝剂组分的所述至少一种耐酸性有机营养微生物包括浓度为1-3%(v/v)的产气双足囊菌(Dipodascus ingens)、浓度为1-3%(v/v)的产朊假丝酵母(Candida utilis)YE1和浓度为1-3%(v/v)的弯曲隐球菌(Cryptococcus curvatus)YE2。
在本发明的第三实施方案中，所述第二絮凝剂组分的所述硫氧化细菌聚生体包含各自细胞浓度为107到108个细胞/mL的嗜酸氧化亚铁硫杆菌ANYL-1和嗜酸氧化硫硫杆菌(A.thiooxidans)ACS2。
在本发明的第四实施方案中，所述第三絮凝剂组分的所述至少三种不同的有机营养微生物包括细胞浓度为108到109个细胞/mL的蜡状短芽孢杆菌(Brevibacillus cereus)BU1、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)BU2和波茨坦短芽孢杆菌(Brevibacillusborstelensis)BU3。
在本发明的第五实施方案中，掺混在一起的所述第一、第二和第三絮凝剂组分的比率是1-5:1-5:1-5以形成所述复合生物絮凝剂。
在本发明的第二方面中，提供一种以下列步骤调节CEPT污泥的方法：(a)混合污泥与调节剂;(b)在振荡培养箱中在约30℃下培养污泥至少1小时以进行絮凝和沉降;和(c)使用机械过滤通过毛细管吸收、真空过滤和压滤方法使经过调节的污泥脱水。
在本发明的第二方面的第一实施方案中，提供所述用于调节CEPT污泥的方法，其中所述调节剂是浓度为3%到7%(v/v)的所述第一絮凝剂组分。
在本发明的第二方面的第二实施方案中，提供一种方法，其中所述调节剂是浓度为0.1%到1.0%(v/v)的所述第二絮凝剂组分。
在本发明的第二方面的第三实施方案中，提供一种方法，其中所述调节剂是浓度为1%到10%(v/v)的所述第三絮凝剂组分。
在本发明的第二方面的第四实施方案中，所述调节剂是复合生物絮凝剂，其包含比例各自相等的所述第一和第二絮凝剂组分、所述第一和第三絮凝剂组分、所述第二和第三絮凝剂组分、或所述第一、第二和第三絮凝剂组分。
在本发明的第二方面的第五实施方案中，所述调节剂是复合生物絮凝剂，其包含比例不同的所述第一、第二或第三絮凝剂组分中的两种或更多种，其中所述第一、第二和第三絮凝剂组分的比例在1份到5份的范围。在一个实施方案中，所述复合生物絮凝剂包含5份所述第一絮凝剂组分、1份所述第二絮凝剂组分和1份所述第三絮凝剂组分。
在本发明的第二方面的第六实施方案中，所述调节剂占污泥与调节剂的混合物的总体积的1%到10%，或不少于3%到7%(v/v)。
在本发明的第二方面的第七实施方案中，使用压滤机评估经过调节的CEPT污泥的脱水能力。
所属领域技术人员将意识到，除了具体描述的变化和改动以外，本文描述的发明容易作出其它变化和改动。
本发明包括所有这些变化和改动。本发明还包括本说明书中个别地或共同地提到或指出的所有步骤和特征，和这些步骤或特征的任何和所有组合或任何两种或更多种。
在整个本说明书中，除非上下文另外要求，否则单词“包含(comprise)”或诸如如“包含(comprises)”或“包含(comprising)”等变体将被理解为暗示包括所叙述的整数或整数组，但不排除任何其它整数或整数组。还应注意，在本公开书中且尤其在权利要求书和/或段落中，诸如“包含(comprises)”、“包含(comprised)”、“包含(comprising)”等术语可以具有美国专利法赋予其的意义，例如它们可以意味“包括(includes)”、“包括(included)”、“包括(including)”等;并且诸如“基本上由…组成(consisting essentially of)”和“基本上由…组成(consists essentially of)”等术语具有美国专利法赋予其的意义，例如它们涵盖未明确叙述的要素，但排除在现有技术中存在的或影响本发明的基本特征或新颖特征的要素。
此外，在整个本说明书和权利要求书中，除非上下文另外要求，否则单词“包括(include)”或诸如“包括(includes)”或“包括(including)”等变体将被理解为暗示包括所叙述的整数或整数组，但不排除任何其它整数或整数组。
对于本文使用的所选术语的其它定义可以在本发明的具体实施方式中找到并且全文适用。除非另外定义，否则本文所用的所有其它技术术语的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常所了解的含义相同。
所属领域技术人员通过审阅以下描述将了解本发明的其它方面和优点。
