一种利用产甲烷厌氧菌群处理造纸废水的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用产甲烷厌氧菌群处理造纸废水的方法，是将草浆造纸废水池底部沉积物加入甲烷富集培养基进行富集以及指标检测得到适用于处理造纸废水的产甲烷厌氧菌群；再将造纸废水、产甲烷厌氧菌群与厌氧污泥混合加入上流式厌氧反应器（UASB）中从而实现了对造纸废水的处理。本发明的产甲烷厌氧菌群不仅能够直接处理造纸废水，还能够使废水的pH降低，同时该菌群还能利用废水中的有机物产生可沼气。本发明方法作为一种处理造纸废水初级处理方法，对造纸废水后续和进一步的处理提供了有利的基础，降低了成本和增加了回收率，并且减少了二次污染，在造纸废水治理方面具有明显的经济效益和社会效益，有很大的应用前景。
【专利说明】一种利用产甲烷厌氧菌群处理造纸废水的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用碱性厌氧菌群处理造纸废水的方法，尤其涉及一种利用产甲烷厌氧菌群处理造纸废水的方法。
【背景技术】
[0002]工业废水的厌氧处理由于资源化利用程度高、处理彻底、避免二次污染、处理成本低等优点受到了环保工作者的普遍重视。来源于麦草、木材原料的草浆、木浆造纸黑液等工业废水具有PH和COD负荷(pHlI~13，C0D> 100, OOOmg L—1)高，量大、色度高、纤维悬浮物多的特点，且有部分废水水温高、可生化性差。
[0003]目前国内外处理造纸废水主要采用好氧和物化技术，但其系统曝气量和加药量大，废水处理的运行费高，对制浆造纸企业造成了很大的环保压力。厌氧处理主要指利用一定量甲烷产生的厌氧工艺，由于废水厌氧处理不需要曝气充氧，运转费用低，产生的污泥量少且性质稳定、易于处理，并可产生生物能(沼气)，因此国内造纸企业采用厌氧技术处理化学法制浆过程废水工艺呈逐渐增多的趋势，并且在利用菌群来处理造纸废水的应用中，传统的厌氧消化池、厌氧生物滤池等工艺正在逐渐减少，而具备高负荷处理能力和高处理效率的厌氧反应器如内循环反应器、膨胀颗粒污泥床反应器正蓬勃发展和普遍使用。
[0004]甲烷厌氧菌群具有在厌氧条件下生长迅速、产甲烷能力强的特点。然而经检索，利用产甲烷厌氧菌群处理碱性草浆或木浆造纸黑液等工业废水的方法未见报道。
【发明内容】
[0005]针对现有草浆或木浆造纸废水处理中的问题，本发明提供了一种利用产甲烷厌氧菌群处理造纸废水的方法。
[0006]本发明所述利用产甲烷厌氧菌群处理造纸废水的方法，步骤是:
[0007](I)取5± Ig草浆造纸废水沉积物在厌氧培养箱中分别加入装有45±5mL以甲酸钠为底物的甲烷富集培养基的IOOmL厌氧瓶中、以乙酸钠为底物的甲烷富集培养基的IOOmL厌氧瓶中、以H2/C02为底物的甲烷富集培养基的IOOmL厌氧瓶中，在30~35°C静置培养10± I天；之后在厌氧培养箱中按体积比为5%的接种量将各个瓶中的富集培养物再转接到含对应底物的甲烷富集培养基的上述厌氧瓶中，再在30~35°C静置培养10±1天；然后以如上方式再转接2-4次，分别得到了以甲酸钠为底物的产甲烷厌氧菌群、以乙酸钠为底物的产甲烷厌氧菌群和以H2/C02为底物的产甲烷厌氧菌群；
[0008]在上述最后一次转接培养过程中，用排水法分别收集得到的三种产甲烷厌氧菌群产生的气体并计算各自培养10± I天的产气总量，同时分别各自抽取5±lmL的气体，用气相色谱仪检测各气体中甲烷的纯度；
[0009]其中，上述甲烷富集培养基配方为:I升蒸馏水中含1.25克酵母粉，0.5克蛋白胨，
0.5 克大豆胨，0.5 克 L-半胱氨酸，0.544 克 KH2PO4,1.3064 克 Na2HPO4, ImL 刃天青，ρΗ7.5 ；将上述配制的甲烷富集培养基分装入厌氧瓶后按如下操作:抽换气，充入N2后加入终浓度为20mM的甲酸钠得到以甲酸钠为底物的甲烷富集培养基，或加入终浓度为20mM的乙酸钠得到以乙酸钠为底物的甲烷富集培养基；抽换气，充入H2: CO2: N2=4:1:5的混合气，得到以H2/C02为底物的甲烷富集培养基；115°C条件下灭菌30分钟；
[0010](2)取检测后产气量最多且甲烷纯度达到70%以上的产甲烷厌氧菌群，以体积比为5%的接种量接种于其对应底物的甲烷富集培养基中，以步骤(I)所述条件扩大培养，得到不少于I升且OD值为3~4的产甲烷厌氧菌群，此菌群即为用于处理造纸废水的产甲烷厌氧菌群； [0011](3)将步骤(2)确立的用于处理造纸废水的产甲烷厌氧菌群与厌氧污泥按照体积比为1:2-3的比例混合，构建成用于处理造纸废水的构建菌群；
[0012](4)选择碱性草浆或木浆造纸黑液为造纸废水样本，然后按照造纸废水1L、步骤
(3)制得的用于处理造纸废水的构建菌群3~4L、水5~6L的比例量将其混合，再接入到上流式厌氧反应器(UASB)中，在30~35°C条件下反应，72小时后每天向UASB中流加500~IOOOmL的用水稀释10倍的造纸废水，处理过程中间隔取样测定造纸废水的pH、C0D指标，待其pH=8~9、C0D去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释5倍的造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释3.3倍的造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释2.5倍的造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释2倍的造纸废水，待其pH=8~9、C0D去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释1.6倍的造纸废水,待其pH=8~9XOD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释1.4倍的造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释1.25倍的造纸废水，持续流加5~18个月，实现对造纸废水的处理；
[0013]其中，上述草浆造纸废水指标为:pH=ll~12，C0D=11000~120,000mg L-1 ;木浆造纸废水指标为:pH=ll ~13，C0D=106, 000 ~157，000。
[0014]上述利用产甲烷厌氧菌群处理造纸废水的方法中:步骤(3)所述厌氧污泥优选取自葡萄酒厂废水处理池池底沉积污泥。
[0015]本发明所述的用于处理造纸废水的产甲烷厌氧菌群由草浆造纸废水池池底沉积物中富集得到。该菌群在甲烷菌富集培养基中生长良好，其最适生长温度在30°C，最适pH为8.0，具有耐受高pH、生长快、产甲烷能力强等特点。与原始厌氧污泥相比，添加该菌群后的厌氧污泥经驯化后用于造纸废水厌氧处理具有处理能力强、处理效果好的优点。
[0016]本发明的产甲烷厌氧菌群不仅具有直接处理造纸废水的能力，并且还能够使废水的PH降低，同时该菌群还能利用废水中的有机物产生可回收利用的沼气。本发明方法作为一种处理造纸废水初级处理方法，对造纸废水后续和进一步的处理提供了有利的基础，降低了成本和增加了回收率，并且减少了二次污染，在造纸废水治理方面具有明显的经济效益和社会效益，有很大的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】[0017]图1实施例2构建菌群处理草浆造纸废水连续流加处理效果。
[0018]图2实施例3构建菌群处理木浆造纸废水连续流加处理效果。
[0019]图3实施例2以及实施例3构建菌群处理造纸废水产气量情况。
【具体实施方式】
[0020]实施例1:产甲烷厌氧菌群的富集以及指标测定
[0021]取5± Ig草浆造纸废水沉积物在厌氧培养箱中分别加入装有45±5mL以甲酸钠为底物的甲烷富集培养基的IOOmL厌氧瓶中、以乙酸钠为底物的甲烷富集培养基的IOOmL厌氧瓶中、以H2/C02为底物的甲烷富集培养基的IOOmL厌氧瓶中，在30~35°C静置培养10± I天；之后在厌氧培养箱中按体积比为5%的接种量将各个瓶中的富集培养物再转接到含对应底物的甲烷富集培养基的上述厌氧瓶中，再在30~35°C静置培养10±1天；然后以如上方式再转接2-4次，分别得到了以甲酸钠为底物的产甲烷厌氧菌群、以乙酸钠为底物的产甲烷厌氧菌群和以H2/C02为底物的产甲烷厌氧菌群；
[0022]在上述最后一次转接培养过程中，用排水法分别收集得到的三种产甲烷厌氧菌群产生的气体并计算各自培养10± I天的产气总量，同时分别各自抽取5±lmL的气体，用气相色谱仪检测各气体中甲烷的纯度；
[0023]其中，上述甲烷富集培养基配方为:I升蒸馏水中含1.25克酵母粉，0.5克蛋白胨，
0.5 克大豆胨，0.5 克 L-半胱氨酸，0.544 克 KH2PO4,1.3064 克 Na2HPO4, 1mL 刃天青，ρΗ7.5 ；将上述配制的甲烷富集培养基分装入厌氧瓶后按如下操作:抽换气，充入N2后加入终浓度为20mM的甲酸钠得到以甲酸钠为底物的甲烷富集培养基，或加入终浓度为20mM的乙酸钠得到以乙酸钠为底物的甲烷富集培养基；抽换气，充入H2: CO2: N2=4:1:5的混合气，得到以H2/C02为底物的甲烷富集培养基；115°C条件下灭菌30分钟。
[0024]实施例2:利用产甲烷厌氧菌群处理草浆造纸黑液的方法
[0025](I)取实施例1检测后产气量最多且甲烷纯度达到70%以上的产甲烷厌氧菌群，以体积比为5%的接种量接种于其对应底物的甲烷富集培养基中，以实施例1所述条件扩大培养，得到不少于I升且OD值为3~4的产甲烷厌氧菌群，此菌群即为用于处理造纸废水的产甲烷厌氧菌群；
[0026](2)将步骤(I)确立的用于处理造纸废水的产甲烷厌氧菌群与厌氧污泥按照体积比为1:2-3的比例混合，构建成用于处理造纸废水的构建菌群；
[0027](3)选择碱性草浆造纸黑液(草浆造纸废水指标为:pH=ll~12，C0D=11000~120, OOOmg I/1)为造纸废水样本，然后按照造纸废水1L、步骤(2)制得的用于处理造纸废水的构建菌群3~4L、水5~6L的比例量将其混合，再接入到上流式厌氧反应器(UASB)中，在30~35°C条件下反应，72小时后每天向UASB中流加500~IOOOmL的用水稀释10倍的造纸废水，处理过程中间隔取样测定造纸废水的pH、COD指标，待其pH=8~9、C0D去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释5倍的造纸废7K，待其PH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释3.3倍的造纸废水，待其pH=8~9、C0D去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释2.5倍的造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释2倍的造纸废水，待其pH=8~9、C0D去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释1.6倍的造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释1.4倍的造纸废水，待其pH=8~9、C0D去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释1.25倍的造纸废水，持续流加5~18个月，实现对造纸废水的处理。
[0028]实施例3:利用产甲烷厌氧菌群处理木浆造纸黑液的方法
[0029](I)选取三种产甲烷厌氧菌群中产气量最多且所产气体甲烷纯度达到70%以上的产甲烷厌氧菌群，以体积比为5%的接种量，接种于20瓶含有对应底物的45mL甲烷富集培养基的IOOmL的厌氧瓶中，在30~35°C条件下，静置厌氧培养到OD达到3~4，得到用于处理造纸废水的产甲烷厌氧菌群；
[0030](2)将用于处理造纸废水的产甲烷厌氧菌群与厌氧污泥按照体积比为1:3的比例混合成适用于处理造纸废水的构建菌群
[0031](3)选择木浆造纸黑液(木浆造纸废水指标为:pH=ll~13，C0D=106，000~157,000)为造纸废水样本，然后按照木浆造纸废水1L、适用于处理造纸废水的构建菌群3~4L、水5~6L的比例量将其混合，再接入到上流式厌氧反应器(UASB)中，在30~35°C条件下反应，72小时后每天向UASB中流加500~IOOOmL的用水稀释10倍的木浆造纸废水，处理过程中间隔取样测定木浆造纸废水的pH、COD指标，待其pH=8~9、C0D去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释5倍的木浆造纸废水，待其PH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释3.3倍的木浆造纸废水，待其pH=8~9、C0D去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释2.5倍的木浆造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释2倍的木浆造纸废水，待其p H=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释1.6倍的木浆造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释
1.4倍的木浆造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释1.25倍的木浆造纸废水，持续流加5~18个月，实现对造纸废水的处理。
【权利要求】
1.一种利用产甲烷厌氧菌群处理造纸废水的方法，步骤是: (I)取5±lg草浆造纸废水沉积物在厌氧培养箱中分别加入装有45±5mL以甲酸钠为底物的甲烷富集培养基的IOOmL厌氧瓶中、以乙酸钠为底物的甲烷富集培养基的IOOmL厌氧瓶中、以H2/C02为底物的甲烷富集培养基的IOOmL厌氧瓶中，在30~35°C静置培养10± I天；之后在厌氧培养箱中按体积比为5%的接种量将各个瓶中的富集培养物再转接到含对应底物的甲烷富集培养基的上述厌氧瓶中，再在30~35°C静置培养10±1天；然后以如上方式再转接2-4次，分别得到了以甲酸钠为底物的产甲烷厌氧菌群、以乙酸钠为底物的产甲烷厌氧菌群和以H2/C02为底物的产甲烷厌氧菌群； 在上述最后一次转接培养过程中，用排水法分别收集得到的三种产甲烷厌氧菌群产生的气体并计算各自培养10± I天的产气总量，同时分别各自抽取5± ImL的气体，用气相色谱仪检测各气体中甲烷的纯度； 其中，上述甲烷富集培养基配方为:1升蒸馏水中含1.25克酵母粉，0.5克蛋白胨，0.5克大豆胨，0.5克L-半胱氨酸，0.544克KH2PO4,1.3064克Na2HPO4, ImL刃天青，ρΗ7.5 ;将上述配制的甲烷富集培养基分装入厌氧瓶后按如下操作:抽换气，充入N2后加入终浓度为20mM的甲酸钠得到以甲酸钠为底物的甲烷富集培养基，或加入终浓度为20mM的乙酸钠得到以乙酸钠为底物的甲烷富集培养基；抽换气，充入H2:C02:N2=4:1:5的混合气，得到以H2/CO2为底物的甲烷富集培养基；115°C条件下灭菌30分钟； 2)取检测后产气量最多且甲烷纯度达到70%以上的产甲烷厌氧菌群，以体积比为5%的接种量接种于其对应底物的甲烷富集培养基中，以步骤(I)所述条件扩大培养，得到不少于I升且OD值为3~4的产甲烷厌氧菌群，此菌群即为用于处理造纸废水的产甲烷厌氧菌群； (3)将步骤(2)确立的用于处理造纸废水的产甲烷厌氧菌群与厌氧污泥按照体积比为1:2-3的比例混合，构建成用于处理造纸废水的构建菌群； (4)选择碱性草浆或木浆造纸黑液为造纸废水样本，然后按照造纸废水1L、步骤(3)制得的用于处理造纸废水的构建菌群3~4L、水5~6L的比例量将其混合，再接入到上流式厌氧反应器(UASB)中，在35~38 °C条件下反应，72小时后每天向UASB中流加500~IOOOmL的用水稀释10倍的造纸废水，处理过程中间隔取样测定造纸废水的pH、C0D指标，待其pH=8~9、C0D去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释5倍的造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释3.3倍的造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释2.5倍的造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释2倍的造纸废水，待其pH=8~9、C0D去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释1.6倍的造纸废水,待其pH=8~9XOD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释1.4倍的造纸废水，待其pH=8~9、COD去除率达到50%~60%后，每天向上流式厌氧反应器中流加500~IOOOmL的用水稀释1.25倍的造纸废水，持续流加5~18个月，实现对造纸废水的处理； 其中，上述草浆造纸废水指 标为:pH=ll~12，C0D=11000~120，OOOmg L—1 ;木浆造纸废水指标为:pH=ll ~13，C0D=106, 000 ~157，000。
2.如权利要求1所述利用产甲烷厌氧菌群处理造纸废水的方法，其特征在于:步骤(3)所述厌氧污泥取自葡萄酒厂.废水处理池池底沉积污泥。
【文档编号】C02F3/28GK103466811SQ201310462363
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】杨春玉, 许平, 程彬, 王伟 申请人:山东大学