一种高钙有机废水厌氧处理前微生物诱导碳酸钙沉淀除钙新方法

1.本发明涉及一种高钙有机废水厌氧处理前微生物诱导碳酸钙沉淀除钙新方法，适用于高钙有机废水的处理，属于环境工程技术领域。


背景技术：

2.高钙有机废水在厌氧处理过程中，钙离子和碳酸根离子、磷酸盐等物质在生物膜表面结合生成碳酸钙或磷酸钙沉淀，这些沉淀沉积在颗粒污泥内部或者镶嵌在颗粒的孔径上，严重影响颗粒污泥活性，改变颗粒污泥物理性质，影响胞外聚合物分泌，造成生物量减少。钙化的颗粒污泥会影响厌氧反应器的运行和废水的处理效果，严重时会造成处理系统的崩溃，给企业造成极大的经济损失。
3.现有颗粒污泥钙化防治措施一般通过向废水中加入化学药剂，使其与钙离子生成碳酸钙沉淀，或者加入抑垢剂阻止钙离子形成结垢。但上述方法存在药剂投加量大、费用昂贵、条件控制严格等问题，且加入抑垢剂并未除去水中的钙离子。微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)作为一种去除水中无机污染物的替代方法，由于成本低廉、选择性高、操作灵活等优点，被越来越广泛地运用到废水处理中。
4.微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)是自然界广泛存在的一种生物诱导矿化作用。微生物诱导矿化反应方程式如下：
5.co(nh2)2 h2o
→
h2cooh 2nh36.h2cooh h2o
→
nh3 h2co3[0007][0008][0009]
ca
2
cell
→
cell-ca
2
[0010]


技术实现要素：

[0011]
为解决由于废水中钙离子浓度较高，后续厌氧活性污泥出现严重的污泥钙化问题，本发明提供一种高钙有机废水厌氧处理前微生物诱导碳酸钙沉淀除钙新方法。在处理高钙有机废水时，在厌氧处理前增加巴氏芽孢杆菌生物矿化除钙过程。
[0012]
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
[0013]
一种高钙有机废水厌氧处理前微生物诱导碳酸钙沉淀除钙新方法，包括以下步骤：
[0014]
(1)在传统的厌氧反应塔前设置菌液培养池和钙沉池；
[0015]
(2)菌液培养池用于培养巴氏芽孢杆菌，菌液培养池中加入尿素并定期补充；尿素作为营养源，被巴氏芽孢杆菌产生的脲酶分解，产出碳酸钙沉淀所需的碳酸根离子；在菌液培养池设置鼓风机，定时进行曝气，促进巴氏芽孢杆菌生长，得到巴氏芽孢杆菌菌液；
[0016]
(3)在钙沉池底部设置推送泵，将来自菌液培养池的巴氏芽孢杆菌菌液与高钙有机废水在钙沉池中上升搅拌，充分混合，使巴氏芽孢杆菌吸附钙离子与碳酸根离子生成的碳酸钙沉淀；钙沉池底部呈锥形，以便在钙沉池底部收集碳酸钙沉淀；
[0017]
(4)沉淀后废水部分回流到菌液培养池用于再次发酵培养巴氏芽孢杆菌，回流量为菌液培养池需补加液体量，余下废水送入厌氧反应塔进行厌氧消化。
[0018]
步骤(2)具体操作为：将巴氏芽孢杆菌接种到装有培养液的菌液培养池中，按质量百分比计巴氏芽孢杆菌的接种量为菌液培养池中培养液的2～5％，加入尿素并定期补充，尿素的添加量为每升培养液添加20g；于25～35℃发酵培养16～24h，定时进行曝气，即得巴氏芽孢杆菌菌液；所得巴氏芽孢杆菌菌液的巴氏芽孢杆菌浓度od
600
≥0.6，ph为8～9。
[0019]
所述高钙有机废水中钙离子浓度为500～2000mg/l，步骤(3)向钙沉池中通入巴氏芽孢杆菌菌液的量占高钙有机废水体积的比值为5％～40％。
[0020]
所述菌液培养池中培养液成分为：蛋白胨10g/l，牛肉膏粉3g/l，氯化钠5g/l，得到培养液最终ph为7.2～7.6。
[0021]
本发明利用巴氏芽孢杆菌在自身生长代谢过程中能持续产生高活性的脲酶，这种脲酶可以催化尿素水解生成氨和二氧化碳，通过细胞壁分散在溶液中，氨和二氧化碳会快速水解生成铵根离子和碳酸根离子。因为细菌带负电，钙离子会吸附到细菌细胞表面。此时，尿素水解后生成的碳酸根离子将与这些钙离子形成碳酸钙沉淀，与细菌结合。
[0022]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0023]
本发明合理利用巴氏芽孢杆菌对高钙有机废水进行预处理，降低厌氧反应塔进水钙离子浓度，防止钙离子与碳酸根、磷酸根等阴离子生成垢，保证后续厌氧反应正常进行。本发明通过巴氏芽孢杆菌诱导碳酸钙沉淀，沉淀后废水回流到菌液培养池培养巴氏芽孢杆菌，无需加入大量化学沉淀剂或抑垢剂，厌氧反应器无需排泥除垢，解决了厌氧反应器污泥钙化问题，具有显著应用价值。
附图说明
[0024]
本发明提供的一种高钙有机废水厌氧处理前微生物诱导碳酸钙沉淀除钙新方法示意图如图1所示。
[0025]
图中1-鼓风机；2-培养液；3-eimco；4-菌液培养池；5-菌液；6-高钙有机废水；7-推送泵；8-钙沉池；9-排碳酸钙；10-回流；11-脱钙后废水；12-厌氧反应塔；13-厌氧处理后废水。
[0026]
图2不同温度下菌液od
600
值随时间变化曲线。
具体实施方式
[0027]
一种高钙有机废水厌氧处理前微生物诱导碳酸钙沉淀除钙新方法，包括以下步骤：
[0028]
(1)在传统的厌氧反应塔(uasb、egsb、ic)前设置菌液培养池和钙沉池；
[0029]
(2)菌液培养池用于培养巴氏芽孢杆菌，菌液培养池中加入尿素等巴氏芽孢杆菌生长需要的营养元素并定期补充；尿素作为营养源，被巴氏芽孢杆菌产生的脲酶分解，产出碳酸钙沉淀所需的碳酸根离子；在菌液培养池设置鼓风机，定时进行曝气，促进巴氏芽孢杆
菌生长，得到巴氏芽孢杆菌菌液；具体操作为：将巴氏芽孢杆菌接种到装有培养液的菌液培养池中，按质量百分比计巴氏芽孢杆菌的接种量为菌液培养池中培养液的2％，加入尿素并定期补充，尿素的添加量为每升培养液添加20g；于30℃发酵培养18h，定时进行曝气，即得巴氏芽孢杆菌菌液；所得巴氏芽孢杆菌菌液的巴氏芽孢杆菌浓度od
600
＝1.2，ph为8.4。培养液成分为：蛋白胨10g/l，牛肉膏粉3g/l，氯化钠5g/l，得到培养液最终ph为7.4。以下实施例1-3中所用巴氏芽孢杆菌均为市售获得，菌液按照以上条件培养得到。
[0030]
(3)在钙沉池底部设置推送泵，将来自菌液培养池的巴氏芽孢杆菌菌液与高钙有机废水在钙沉池中上升搅拌，充分混合，使巴氏芽孢杆菌吸附钙离子与碳酸根离子生成的碳酸钙沉淀；钙沉池底部呈锥形，以便在钙沉池底部收集碳酸钙沉淀；
[0031]
(4)沉淀后废水部分回流到菌液培养池用于再次发酵培养巴氏芽孢杆菌，回流量为菌液培养池需补加液体量，余下废水送入厌氧反应塔进行厌氧消化。
[0032]
采用钙截留率作为除钙的参考标准，以厌氧反应器进出水浓度计算钙截留率，如下式所示：
[0033][0034]
其中，r为钙截留率，％
[0035]cin
与c
out
分别为厌氧反应器进出水的钙离子浓度，mg/l
[0036]
采用菌液的吸光度(比浊法)作为细菌数量的参考标准。其原理主要依据胞浓度与其菌液混浊度成正比，因此与吸光度也成正比，采用紫外可见分光光度计测定600nm波长时的吸光度(od
600
)来计算细胞数量。将细菌接种到培养液中，在不同温度下培养，每隔两个小时记录其od
600
值。
[0037]
图2为不同温度下菌液od
600
值随时间变化曲线。
[0038]
实施例1：废纸制浆废水处理
[0039]
(1)本实施例中废水取自嘉兴市废纸造纸企业，废纸制浆废水水质为cod浓度5000mg/l，钙离子浓度2000mg/l，ph值为7.0；按照上述一种高钙有机废水厌氧处理前微生物诱导碳酸钙沉淀除钙新方法进行处理。
[0040]
(2)巴氏芽孢杆菌菌液占废水的体积比值分别选择40％、20％、5％，得到表1的实验结果。
[0041]
(3)实验表明，按照上述方法，可显著将废水中钙离子矿化除去。
[0042]
表1为巴氏芽孢杆菌生物预处理废纸制浆废水对照试验
[0043]
[0044]
实施例2：造纸废水处理
[0045]
(1)本实施例中废水取自某造纸企业厌氧塔进水，废水水质为cod浓度4500mg/l，钙离子浓度1200mg/l，ph值为6.9；按照上述一种高钙有机废水厌氧处理前微生物诱导碳酸钙沉淀除钙新方法进行处理。
[0046]
(2)巴氏芽孢杆菌菌液占废水的体积比值分别选择40％、20％、5％，得到表2的实验结果。
[0047]
(3)实验表明，按照上述方法，可显著将废水中钙离子矿化除去。
[0048]
表2为巴氏芽孢杆菌生物预处理制浆造纸废水对照试验
[0049][0050]
实施例3：垃圾渗滤液处理
[0051]
(1)本实施例中废水取自某垃圾填埋场垃圾渗滤液，水质为cod浓度为5000mg/l，钙离子浓度为900mg/l，ph值为7.7；按照上述一种高钙有机废水厌氧处理前微生物诱导碳酸钙沉淀除钙新方法进行处理。
[0052]
(2)巴氏芽孢杆菌菌液占废水的体积比值分别选择40％、20％、5％，得到表3的实验结果。
[0053]
(3)实验表明，按照上述方法，可显著将废水中钙离子矿化除去。
[0054]
表3为巴氏芽孢杆菌生物预处理垃圾渗滤液对照试验
[0055]