CN104031905A - 一种通过电场强化厌氧氨氧化细菌活性方法 - Google Patents

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乔森
尹鑫
周集体
金若菲
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Abstract

本发明涉及一种通过电场强化厌氧氨氧化细菌活性方法，属于厌氧氨氧化脱氮工艺领域。一种通过电场强化厌氧氨氧化细菌活性方法，将电场作用于含有厌氧氨氧化细菌的反应器，其中，电场强度为1～4V/cm，电场的作用方式为间歇式作用，所述间歇式作用方式为电场作用时间和间歇时间均为3h、6h或12h，电场作用时间为12h/24h。本发明中使用的方法简单，材料廉价易得，非常适合环境微生物及其环境保护行业的广泛应用，并有利于工业化生产。

Description

一种通过电场强化厌氧氨氧化细菌活性方法
技术领域
本发明涉及一种通过电场强化厌氧氨氧化细菌活性方法，属于厌氧氨氧化脱氮工艺领域。
背景技术
厌氧氨氧化工艺是一种新型的脱氮工艺，它具有节能、产泥少等优点。但是，由于其菌群倍增时间长、生长条件严格、启动缓慢等缺点一直难以工业应用。因此，选用合适的方法强化厌氧氨氧化细菌活性来快速启动厌氧氨氧化反应器或者提高厌氧氨氧化反应器脱氮效率是研究重点。目前，已经有研究者发现，一定范围的超声、磁场等物理场强在合适的作用时间下都能够增强厌氧氨氧化细菌的活性。但是这几种方法都存在场强的施加过程比较复杂，且运行成本较高，不适合大规模的产业化应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过电场强化厌氧氨氧化细菌活性方法，提供一种更具应用前景的提高厌氧氨氧化细菌反应器脱氮效率的方法，相比起超声和磁场，电场是一种更加成熟、简单的技术。
一种通过电场强化厌氧氨氧化细菌活性方法，将电场作用于含有厌氧氨氧化细菌的反应器，其中，电场强度为1～4V/cm，电场的作用方式为间歇式作用，所述间歇式作用方式为电场作用时间和间歇时间相同，均为3h、6h或12h，电场作用时间为12h/24h。
上述技术方案中，所述反应器为现有技术中为本领域技术人员所知的可以用于厌氧氨氧化反应的反应器，如流化床反应器、固定床反应器、生物膜反应器、序批式反应器、气提式反应器等。
上述技术方案中，所述“间歇式作用”为恒定电场连续作用一定时间(电场作用时间)后，停止作用一定时间(间歇时间)，如此重复进行；所述“电场作用时间为12h/24h”指每24小时内电场作用时间的总和为12小时。
上述技术方案中，优选所述电场强度为1V/cm、2V/cm、4V/cm，最优选为2V/cm。
本发明所述通过电场强化厌氧氨氧化细菌活性方法优选所述间歇式作用方式为电场作用时间和间歇时间均为6小时。
本发明提供的方法与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明提供了一种全新的方法可以用于增强厌氧氨氧化细菌反应器微生物活性。
(2)本发明使用的技术极大的提升了厌氧氨氧化细菌反应器的脱氮效率，增长率接近43％。并提供了两个外加电场影响厌氧氨氧化细菌活性的关键因素即最佳电场强度和最佳连续脉冲作用时间，为以后的学术研究和工业应用提供了极大的便利条件。
(3)本发明中使用的方法简单，材料廉价易得，非常适合环境微生物及其环境保护行业的广泛应用，并有利于工业化生产。
附图说明
图1为连续实验的电场反应器装置简图，其中，附图标记如下：1，直流稳压电源；2，进水口；3，出水口；4，反应器；5，电场阳极极板；6，电场阴极极板。
图2为连续实验反应器效果图；其中，a为不同作用时间下NH4 +-N去除效率比较，b为NO2 --N去除效率比较，c为NO3 --N去除效率比较，d为TN去除效率比较；电场反应器电场强度为2V/cm。R1为不加电场反应器，R2为电场反应器。
图3为连续反应器电场作用下不同作用时间段实时定量基因扩增荧光检测(QPCR)结果图。其中，R1为不加电场反应器，R2为电场反应器。
图4为连续反应器电场作用下不同作用时间段粗酶肼脱氢酶活性图。其中，R1为不加电场反应器，R2为电场反应器。
图5为连续反应器在最佳电场强度和最佳作用时间条件下长期稳定运行反应器效果图；其中，a为不同作用时间下NH4 +-N去除效率比较，b为NO2 --N去除效率比较，c为NO3 --N去除效率比较，d为TN去除效率比较；电场反应器电场强度为2V/cm。R1为不加电场反应器，R2为电场反应器。
图6为连续反应器在最佳电场强度和最佳作用时间条件下长期稳定运行QPCR结果图。其中，R1为不加电场反应器，R2为电场反应器。
图7为连续反应器在最佳电场强度和最佳作用时间条件下长期稳定运行不同时间段粗酶肼脱氢酶活性图。其中，R1为不加电场反应器，R2为电场反应器。，
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例中所用反应器4均为柱形上流式厌氧污泥床反应器。反应器4采用柱形有机玻璃管加工而成，内径为45mm、高320mm。反应器4采用底部设有进水口2，顶部设有出水口3，进水口2和出水口3的直径均为10mm。本实施例的电场阳极极板5和电场阴极极板6均为高35cm、宽10cm的石墨板，将反应器4至于两个石墨板中间，板间间距为5cm，实验电场输出所采用的电源为美国安捷伦公司生产的型号为Agilent E3620A的直流稳压电源。
实施例1～3
采用两个相同的反应器，在其中一个反应器外部施加恒定电场(R2)，另外一个作为控制实验反应器(R1)进行比较。两个反应器有效体积均为500ml，各投加厌氧氨氧化湿污泥50g(MLVSS为4920mg/l)，两个反应器进水均采用完全相同的实验室模拟废水，模拟废水中氨氮浓度为180mg/L以硫酸铵形式加入，亚硝氮浓度为220mg/L以亚硝酸钠形式加入，大量元素及微量元素浓度见表1和表2。实验采用间歇电场作用，电场作用时间为12h/24h,在一个周期内，电场作用时间和间歇时间相同，分别为3h、6h、12h，具体操作如表3。通过实验发现当一个周期内电场作用时间和间歇时间均为6h时，反应器活性最好，厌氧氨氧化细菌活性大概提高了27％，并伴随着粗酶肼脱氢酶酶活，血红素c浓度，QPCR等结果的变化，同时增大或减少连续作用时间和间歇周期厌氧氨氧化反应器脱氮效率均会降低，反应器的菌群性能参数如表4。
表1
项目 浓度(mg/l) 项目 浓度(mg/l)
KHCO3 125 MgSO4.7H2O 0.2
KH2PO4 54 FeSO4.7H2O 0.625
CaCl2.2H2O 0.3 微量元素 1.25ml/l
表2
项目 浓度(g/l) 项目 浓度(g/l)
EDTA 15 NaMoO4.2H2O 0.22
ZnSO4.7H2O 0.43 NiCl2.6H2O 0.19
CoCl2.6H2O 0.24 NaSeO4.10H2O 0.21
MnCl2.4H2O 0.99 H3BO4 0.014
CuSO4.5H2O 0.25 NaWO4.2H2O 0.05
表3
时间(天) 1-15 16-30 30-45 46-
电场作用时间 12h/24h 12h/24h 12h/24h 12h/24h
电场间歇时间 3h 6h 12h 6h
电场作用时间 3h 6h 12h 6h
电场强度(V/cm) 2 2 2 2
表4
实施例4
实验采用两个相同的反应器，在其中一个反应器外部施加恒定电场(R2)，另外一个作为控制实验反应器(R1)进行比较。两个反应器有效体积均为500ml，各投加厌氧氨氧化湿污泥50g(MLVSS为4920mg/l)，两个反应器进水均采用完全相同的实验室模拟废水(同实施例1)。通过连续的反应器实验考查在最佳的电场作用条件下，长期稳定运行对厌氧氨氧化反应器的影响，最佳电场施加条件即电场强度为2V/cm，电场作用时间为12h/24h，作用方式为电场作用时间和间歇时间均为6h，采用缩短水力停留时间的方法提升进水氮负荷。经过200天的培养，R1和R2进水进水氮负荷均提升到了7.5kg-TN/m3/d，水力停留时间＝0.73h，R1和R2的氮去除负荷分别约为3.7kg-TN/m3/d和5.3kg-TN/m3/d。电场反应器提升了43％的TN脱氮效率。反应器的菌群性能参数如表5。
表5

Claims (4)

1.一种通过电场强化厌氧氨氧化细菌活性方法，其特征在于：将电场作用于含有厌氧氨氧化细菌的反应器，
其中，电场强度为1～4V/cm，电场的作用方式为间歇式作用，所述间歇式作用方式为电场作用时间和间歇时间相同，均为3h、6h或12h，电场作用时间为12h/24h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电场强度为1V/cm、2V/cm、4V/cm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述电场强度为2V/cm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于：所述间歇式作用方式为电场作用时间和间歇时间均为6h。
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