申請日2015.05.14
公開(公告)日2015.08.05
IPC分類號C02F103/10; C02F3/34
摘要
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種混合型生物化學(xué)凈水劑及其在污水處理中的應(yīng)用。通過混合菌液TP1、TP2、HH和液體納米聚合氯化鋁復(fù)配而成的生物化學(xué)凈水劑，能將污水中懸浮物完全吸附并沉淀下來，先使污水中不含懸浮物;然后采用吸附能力很強的納米聚合氯化鋁，能有效地除去水中的鐵銹、泥沙以及異味等污染物，該混合型生物化學(xué)凈水劑具有髙效、無污染的特點，污水處理成本低、去污率達到98.5%、固含量去除率達到95.9%、含油量去除率達到99.3%以上，各項指標均能達到或者超過國家標準，非常適用于在生活污水或油田采出污水處理中廣泛推廣使用。
權(quán)利要求書
1.一種混合型生物化學(xué)凈水劑，包括具有凈水能力的混合菌液TP1、TP2、HH和具有強吸附能量的納米粒子液體納米聚合氯化鋁，該混合菌液和納米粒子的重量比為2～4:6～8，優(yōu)選3:7。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合型生物化學(xué)凈水劑，其特征在于：所述混合菌液中TP1：TP2：HH的重量比為0.5～1.5：0.5～1.5:0.5～2，優(yōu)選1:1:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合型生物化學(xué)凈水劑，其特征在于：混合菌液的培養(yǎng)基中各組分重量百分比為：NH4Cl為0.3～0.7%、K2HPO4為0.3～0.7% 、KH2PO4為0.04～0.08%、MgCl2為0.01～0.04% 、液蠟為1～3% 、 酵母膏為0.03～0.007% ，其余為水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合型生物化學(xué)凈水劑，其特征在于：混合菌液的培養(yǎng)基中各組分重量百分比為：NH4Cl為0.5% 、K2HPO4為0.5% 、KH2PO4為0.06% 、MgCl2為0.025%、液蠟為2%、酵母膏為0.005% ，其余為水。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合型生物化學(xué)凈水劑，其特征在于：混合菌液的培養(yǎng)基的PH值為7.1～7.6，優(yōu)選7.2～7.4。
6.權(quán)利要求1至5中任意一項所述的混合型生物化學(xué)凈水劑在污水處理中的應(yīng)用，所述污水優(yōu)選生活污水或油田采出污水。
7.權(quán)利要求6所述混合型生物化學(xué)凈水劑在污水處理中的應(yīng)用，其特征在于：所述油田采出污水懸浮固體含量的檢測方法包括如下步驟：
1)、將濾膜放入蒸餾水中浸泡30min，并用蒸餾水洗3～4 次;
2)、取出濾膜放在烘箱中，90℃下烘30min，取出后放入干燥器冷至室溫，稱重;
3)、按第2條重復(fù)操作，直至恒重;
4)、將已恒重的濾膜用水潤濕裝到微孔濾器上;
5)、將欲測水樣裝入微孔薄膜過濾試驗儀中;
6)、打開真空泵開關(guān)，開始過濾水樣;
7)、用鑷子從濾器中取出濾膜并烘干，用石油醚沖洗濾膜直至濾液無色為止;
8)、再按第2、3條步驟操作;
9)、按照下式計算懸浮固體含量;
C={(A-B)×103}÷V
式中： C—懸浮物固體含量，mg/L;
A—試驗后濾膜質(zhì)量，g;
B—實驗前濾膜質(zhì)量，g;
V—水樣體積，L。
8.權(quán)利要求6所述的混合型生物化學(xué)凈水劑在污水處理中的應(yīng)用，其特征在于：所述油田采出污水含油量的檢測方法包括如下步驟：
1)、取水樣500ml移入分液漏斗中，加入5ml濃硫酸(抑制微生物活體和防止溶液呈堿性乳化)和10g氯化鈉(用來軟化水質(zhì)，使鈣變成氯化鈣沉淀);
2)、用10ml石油醚洗采樣瓶，并把此洗液倒入分液漏斗中，充分震蕩2分鐘，靜置分層;將下層水樣放入原采樣瓶，上層石油醚放入盛有無水硫酸鈉的漏斗中過濾，濾液收集于25ml容量瓶內(nèi);
3)、重復(fù)步驟2)操作;
4)、以石油醚為參比液，在430nm處測定水樣未加藥和加藥后的萃取液的吸光度，并在標準曲線上查出相應(yīng)含油量。
9.權(quán)利要求8所述的混合型生物化學(xué)凈水劑在污水處理中的應(yīng)用，其特征在于：步驟4)中水樣加藥后攪拌，采用先快后慢的方式，快速600r/min攪2分鐘，中速200r/min攪5分鐘，慢速60r/min攪5分鐘。
10.權(quán)利要求6所述的混合型生物化學(xué)凈水劑在污水處理中的應(yīng)用，其特征在于：所述油田采出污水去污率的檢測方法包括如下步驟：用754紫外分光光度計測出污水加藥前后的吸光度的變化，檢測去污率。
說明書
混合型生物化學(xué)凈水劑及其在污水處理中的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種混合型生物化學(xué)凈水劑及其在污水處理中的應(yīng)用。
背景技術(shù)
我國現(xiàn)有污水處理多采用化工材料或礦物無機酸提取技術(shù)，如采用硫酸鋁加激化劑、殺菌劑等方法，或采用漂白粉與堿、礬結(jié)合，但是不能實現(xiàn)快速降解有機物與有害物質(zhì)來凈化改良水質(zhì)，維護水體環(huán)境生態(tài)平衡。
目前微生物和納米材料的凈水劑，其凈水機理如下：
一、微生物凈水劑凈水機理
1、微生物絮凝
目前微生物絮凝劑的絮凝機理主要有莢膜學(xué)說、菌體外纖維素纖絲學(xué)說、電中和作用、疏水學(xué)說和胞外聚合物架橋?qū)W說。莢膜學(xué)說認為細胞在生長過程中形成了黏性莢膜，它可以黏結(jié)顆粒使之形成絮凝體;纖維素纖絲學(xué)說認為菌體外的纖絲直接參與絮凝，把顆粒連接到一起，形成絮凝體;疏水學(xué)說認為顆粒與細胞表面的疏水作用對細菌的黏附作用非常重要;胞外聚合物架橋?qū)W說認為細菌體外的聚合物是絮凝產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，這些物質(zhì)與顆粒相互作用導(dǎo)致了絮凝。無論何種學(xué)說，微生物絮凝劑與顆粒物之間的作用可歸結(jié)為四種，即電中和作用、橋聯(lián)作用、化學(xué)鍵作用和網(wǎng)捕卷掃作用。
(1)電中和作用
生物絮凝劑一般是帶電荷的生物大分子，可以借助于離子鍵、氫鍵等和水中帶有相反電荷的顆粒發(fā)生電中和作用，使膠粒脫穩(wěn)。
(2)橋聯(lián)作用
生物絮凝劑大分子借助于離子鍵、氫鍵及范德華力可以同時結(jié)合多個懸浮粒子，通過架橋方式形成絮體。
(3)化學(xué)鍵作用
生物絮凝劑大分子的某些活性基團，如—OH、—COO等與顆粒表面可以發(fā)生化學(xué)鍵結(jié)合，如氫鍵、表面絡(luò)合等。
(4)網(wǎng)捕卷掃作用
由于絮凝劑和絮凝體在絮凝過程中沉降運動，同向運動和異向運動，將被絮凝物質(zhì)及絮凝體網(wǎng)捕和卷掃起來，以除去污染物。
2、微生物降解
利用微生物治理水污染是目前國際流行的先進的治污技術(shù)。微生物降解有機污染物的基因通常與細胞內(nèi)質(zhì)粒有關(guān)。已發(fā)現(xiàn)有石油降解質(zhì)粒、工業(yè)污染物如氯聯(lián)苯、抗重金屬離子的降解質(zhì)粒、尼龍低聚體降解質(zhì)粒。也能將不同降解質(zhì)粒組合到一種菌株上，使其成為具有多種功能降解能力的菌種。
(1)污水中石油的降解
石油微生物包括好氧的烴氧化菌、厭氧菌及兼性厭氧菌，以石油烴作為生長底物，并通過代謝產(chǎn)生氫氧化酶、脫氫酶等來降解烷烴。
微生物攝取石油方式：一是微生物通過分泌表面活性劑，促進油水互溶，使微生物本身接近石油，攝取溶解在水中的烴類;二是通過微生物菌毛或細胞膜表面脂類和疏水蛋白使細胞形成疏水表面而附著在比細胞大的多的油滴上，直接接觸，進行攝取;三是微生物產(chǎn)生大量乳化劑，使油滴乳化成很多細小顆粒，增大油滴可利用面積，對那些假溶、擬溶或包裹的烴類顆粒作用，進行攝取。
微生物降解石油途徑：微生物對石油的降解主要包括好氧降解和厭氧降解兩種途徑。好氧降解直鏈烷烴，有單末端氧化，碳鏈上一頭開始、雙末端氧化，碳鏈兩頭都進行氧化、次末端氧化，碳鏈上末端第二個碳鏈開始及雙加氧化。環(huán)狀烷烴的降解必須使環(huán)鏈斷裂。厭氧降解主要以硫酸鹽、硝酸鹽、鐵、錳和二氧化碳等作為電子受體來降解石油。
石油降解后產(chǎn)物：主要產(chǎn)物有有機酸如甲酸、乙酸等;氣體如二氧化碳、氫氣、甲烷等;溶劑如醇類、酮類、醛類;表面活性劑如糖脂等。石油經(jīng)過降解后，原油性質(zhì)變好，油水粘度比降低，改善原油流動條件。在降解過程中產(chǎn)生的酶和表面活性劑，能改變巖石表面潤濕性。產(chǎn)生有機酸能溶解部分巖石，擴大滲透率。產(chǎn)生的氣體溶解在石油中，增加油層壓力，降低原油粘度，能提高單井產(chǎn)量，提高油田原油采收率。
(2)對污水中其他污染物降解和處理
淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、纖維的降解。這些物質(zhì)的降解，分別通過微生物產(chǎn)生的淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶來進行。利用組合菌種治理湖泊污水，監(jiān)測結(jié)果表明，湖泊水質(zhì)在一個月內(nèi)均有好轉(zhuǎn)。
二、納米物質(zhì)的凈水機理
納米粒子具有大的比表面積，也是納米粒子吸附作用的重要原因。一種良好的吸附劑，必須滿足比表面積大，內(nèi)部具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的微孔通道，吸附容量大等條件，而顆粒的比表面積與顆粒的直徑成反比。粒子直徑減小到納米級，會引起比表面積的迅速增加，如當(dāng)粒徑為10nm時，比表面積為90m2/g;粒徑為5nm時，比表面積為180m2/g;當(dāng)粒徑下降到2nm時，比表面積猛增到450m2/g。由于納米鋁離子擁有龐大的比表面積，出現(xiàn)了許多活性中心，使其具有極強的吸附能力，無論是對重金屬離子還是促使腐敗的氧原子或氧自由基以及石油等有機物質(zhì)，均具有極強的抓俘能力，能迅速清除廢水中的雜質(zhì)和異味。
新型納米級凈水劑它的吸附能力是普通凈水劑三氯化鋁的10～20倍。因此，它能將污水中懸浮物完全吸附并沉淀下來，先使水中不含懸浮物，然后采用納米磁性物質(zhì)、纖維和活性炭的凈化裝置，能有效地除去水中的鐵銹、泥沙以及異味等污染物。
中國發(fā)明專利CN201010146825.6，公開了利用納米材料快速凈化污水的方法及其裝置，該方法在污水中投加納米材料如鄰羥苯亞基對苯二胺、加有鄰羥苯亞基對苯二胺的液體石蠟等，但是需往污水中大劑量投加凈水藥劑如鐵鹽、鋁鹽等，凈水藥劑在形成礬花，吸附污水中的雜質(zhì)的同時，也吸附了前面投加的納米材料，當(dāng)污泥密度小于水的密度時，污泥即發(fā)生上浮，由于污泥上浮的速度比下沉的速度快，可實現(xiàn)污泥的迅速分離。
中國發(fā)明專利CN200810230646.3：公開了用多菌種混合發(fā)酵生產(chǎn)的水質(zhì)凈化菌劑及制備方法，但是需要秸稈為原料，接入多菌種種子液和秸稈發(fā)酵培養(yǎng)基及濃縮硝化菌液，制得水質(zhì)凈化菌劑。
目前，尚未有報道具有凈水能力的混合菌液和具有強吸附能量的納米粒子復(fù)合而成的混合型生物化學(xué)凈水劑，本領(lǐng)域技術(shù)人員有必要開發(fā)一種吸附能力強，能實現(xiàn)快速降解有機物與有害物質(zhì)來凈化改良水質(zhì)的凈水劑。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有污水治理技術(shù)的不足，提供了一種混合型生物化學(xué)凈水劑，以解決現(xiàn)有污水治理時不能實現(xiàn)快速降解有機物與有害物質(zhì)來凈化改良水質(zhì)的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：
一種混合型生物化學(xué)凈水劑，包括具有凈水能力的混合菌液TP1、TP2、HH和具有強吸附能量的納米粒子液體納米聚合氯化鋁，該混合菌液和納米粒子的重量比為2～4:6～8，優(yōu)選3:7。
采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比：通過具有凈水能力的混合菌液TP1、TP2、HH和具有強吸附能力的納米粒子液體納米聚合氯化鋁復(fù)配而成的生物化學(xué)凈水劑，能將污水中懸浮物完全吸附并沉淀下來，先使污水中不含懸浮物;然后采用吸附能力很強的納米聚合氯化鋁，能有效地除去水中的鐵銹、泥沙以及異味等污染物，去污率可達到98.5%、固含量去除率可達到95.9%、含油量去除率可達到99.3%以上，各項指標均能達到或者超過國家標準。
本發(fā)明的優(yōu)選方案如下：
所述混合菌液中TP1：TP2：HH的重量比為0.5～1.5：0.5～1.5:0.5～2，優(yōu)選1:1:1。
混合菌液的培養(yǎng)基中各組分重量百分比為：NH4Cl為0.3～0.7%、K2HPO4為0.3～0.7% 、KH2PO4為0.04～0.08%、MgCl2為0.01～0.04% 、液蠟為1～3% 、 酵母膏為0.03～0.007% ，其余為水。
混合菌液的培養(yǎng)基中各組分重量百分比為：NH4Cl為0.5% 、K2HPO4為0.5% 、KH2PO4為0.06% 、MgCl2為0.025%、液蠟為2%、酵母膏為0.005% ，其余為水。
混合菌液的培養(yǎng)基的PH值為7.1～7.6，優(yōu)選7.2～7.4。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種混合型生物化學(xué)凈水劑在污水處理中的應(yīng)用，所述污水優(yōu)選生活污水或油田采出污水。
本發(fā)明的優(yōu)選方案如下：
所述油田采出污水懸浮固體含量的檢測方法包括如下步驟：
1)、將濾膜放入蒸餾水中浸泡30min，并用蒸餾水洗3～ 4 次。
2)、取出濾膜放在烘箱中，90℃下烘30min，取出后放入干燥器冷至室溫，稱重。
3)、按第2條重復(fù)操作，直至恒重。
4)、將已恒重的濾膜用水潤濕裝到微孔濾器上。
5)、將欲測水樣裝入微孔薄膜過濾試驗儀中。
6)、打開真空泵開關(guān)，開始過濾水樣。
7)、用鑷子從濾器中取出濾膜并烘干，用石油醚沖洗濾膜直至濾液無色為止。
8)、再按第2、3條步驟操作。
9)、按照下式計算懸浮固體含量。
C={(A-B)×103}÷V
式中： C—懸浮物固體含量，mg/L;
A—試驗后濾膜質(zhì)量，g;
B—實驗前濾膜質(zhì)量，g;
V—水樣體積，L。
所述油田采出污水含油量的檢測方法包括如下步驟：
1)、取水樣500ml移入分液漏斗中，加入5ml濃硫酸(抑制微生物活體和防止溶液呈堿性乳化)和10g氯化鈉。
2)、用10ml石油醚洗采樣瓶，并把此洗液倒入分液漏斗中，充分震蕩2分鐘，靜置分層;將下層水樣放入原采樣瓶，上層石油醚放入盛有無水硫酸鈉的漏斗中過濾，濾液收集于25ml容量瓶內(nèi)。
3)、重復(fù)步驟2)操作。
4)、以石油醚為參比液，在430nm處測定水樣未加藥和加藥后的萃取液的吸光度，并在標準曲線上查出相應(yīng)含油量。
步驟4)中水樣加藥后攪拌，采用先快后慢的方式，快速600r/min攪2分鐘，中速200r/min攪5分鐘，慢速60r/min攪5分鐘。
所述油田采出污水去污率的檢測方法包括如下步驟：用754紫外分光光度計測出污水加藥前后的吸光度的變化，來確定去污率。
本發(fā)明中HH，菌種編號：1.2362，分類命名：HH紅球菌Rhodococcus erythropolis，于2013-8-12購買于北京中國科學(xué)院微生物研究所。
TP1，菌種編號：1.6510，分類命名：地衣芽孢桿菌Bacillus licheniformis , 于2014-9-6購買于北京中國科學(xué)院微生物研究所。
TP2，菌種編號：1.7461，分類命名：地衣芽孢桿菌 Bacillus licheniformis，于2014-9-6購買于北京中國科學(xué)院微生物研究所。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但實施例不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
實施例1
一種混合型生物化學(xué)凈水劑，由具有凈水能力的混合菌液TP1、TP2、HH和具有強吸附能量的納米粒子液體納米聚合氯化鋁組成，該混合菌液和納米粒子的重量比為3:7。
其中混合菌液中TP1：TP2：HH的重量比為1:1:1。
該混合菌液的培養(yǎng)基中各組分重量百分比為：NH4Cl為0.5% 、K2HPO4為0.5% 、KH2PO4為0.06% 、MgCl2為0.025%、液蠟為2%、酵母膏為0.005% ，其余為水。
進一步的，混合菌液的培養(yǎng)基的PH值為7.2～7.4。
本發(fā)明還提供一種混合型生物化學(xué)凈水劑在污水處理中的應(yīng)用，該污水為油田采出污水。
采用實施例1的混合型生物化學(xué)凈水劑處理油田采出污水后，檢測污水懸浮固體含量、污水含油量和去污率的情況如下：
1、懸浮固體含量的檢測：
該油田采出污水懸浮固體含量的檢測方法步驟如下：
1)、將濾膜放入蒸餾水中浸泡30min，并用蒸餾水洗3～4 次。
2)、取出濾膜放在烘箱中，90℃下烘30min，取出后放入干燥器冷至室溫，稱重。
3)、按第2條重復(fù)操作，直至恒重，二次稱量差小于0.2mg。
4)、將已恒重的濾膜用水潤濕裝到微孔濾器上。
5)、將欲測水樣裝入微孔薄膜過濾試驗儀中。
6)、打開真空泵開關(guān)，開始過濾水樣。
7)、用鑷子從濾器中取出濾膜并烘干，用石油醚沖洗濾膜直至濾液無色為止。
8)、再按第2、3條步驟操作。
9)、按照下式計算懸浮固體含量。
C={(A-B)×103}÷V
式中： C—懸浮物固體含量，mg/L。
A—試驗后濾膜質(zhì)量，g。
B—實驗前濾膜質(zhì)量，g。
V—水樣體積，L。
2、污水含油量的檢測：
該油田采出污水含油量的檢測方法步驟如下：
1)、取水樣500ml移入分液漏斗中，加入5ml濃硫酸，該濃硫酸用于抑制微生物活體和防止溶液呈堿性乳化，和10g氯化鈉。
2)、用10ml石油醚洗采樣瓶，并把此洗液倒入分液漏斗中，充分震蕩2分鐘，靜置分層;將下層水樣放入原采樣瓶，上層石油醚放入盛有無水硫酸鈉的漏斗中過濾，濾液收集于25ml容量瓶內(nèi)。
3)、重復(fù)步驟2)操作。
4)、以石油醚為參比液，在430nm處測定水樣未加藥和加藥后的萃取液的吸光度，并在標準曲線上查出相應(yīng)含油量。
步驟4)中水樣加藥后攪拌，采用先快后慢的方式，快速600r/min攪2分鐘，中速200r/min攪5分鐘，慢速60r/min攪5分鐘。
3、污水去污率的檢測：
該油田采出污水去污率的檢測方法步驟如下：
用754紫外分光光度計測出污水加藥前后的吸光度的變化，來確定去污率為98.5%。
實施例2
實施例2與實施例1的區(qū)別在于：
該混合菌液和納米粒子的重量比為2:8。
其中混合菌液中TP1：TP2：HH的重量比為0.5:0.5:2。
該混合菌液的培養(yǎng)基中各組分重量百分比為：NH4Cl為0.3% 、K2HPO4為0.3% 、KH2PO4為0.08% 、MgCl2為0.04%、液蠟為1%、酵母膏為0.003% ，其余為水。
進一步的，混合菌液的培養(yǎng)基的PH值為7.1～7.3。
按照實施例1方法檢測的檢測油田采出污水的懸浮固體含量為94.8% 、污水含油量為99.2% 和去污率為97.3%。
實施例3
實施例3與實施例1的區(qū)別在于：
該混合菌液和納米粒子的重量比為4:6。
其中混合菌液中TP1：TP2：HH的重量比為1.5:1.5:0.5。
該混合菌液的培養(yǎng)基中各組分重量百分比為：NH4Cl為0.7% 、K2HPO4為0.7% 、KH2PO4為0.04% 、MgCl2為0.01%、液蠟為3%、酵母膏為0.007% ，其余為水。
進一步的，混合菌液的培養(yǎng)基的PH值為7.4～7.6。
按照實施例1方法檢測的檢測油田采出污水的懸浮固體含量為83%、污水含油量為90% 和去污率為93%。
另外，采用實施例1至3的混合型生物化學(xué)凈水劑在處理生活污水時，最終廢水COD濃度降低到40mg/L以內(nèi)，遠低于國家排放標準。 COD的測定是用北京連華大地科技發(fā)展有限公司5B-3B(H)COD多參數(shù)測定儀測定。
本發(fā)明的混合型生物化學(xué)凈水劑，去污率能達到98.5%、固含量去除率可達到95.9%、含油量去除率可達到99.3%。各項指標均能達到或者超過國家標準。用量比現(xiàn)有技術(shù)的藥品少20-30%。
本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和精神，可以有多種方案實現(xiàn)本發(fā)明，以上所述僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
