CN105948242A - 一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜，所述方法包括步骤：制备地衣芽胞杆菌微生物菌剂，填料挂膜处理，和厌氧反应器的生物膜培养三个步骤。本方法可以提高厌氧污泥对抗生素的耐受能力，使经过挂膜后的厌氧生物反应器能够有效处理并耐受高浓度的抗生素生产废水。

Description

一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法。
背景技术
抗生素主要是由细菌、霉菌或其他微生物产生的次级代谢产物或人工合成的类似物。20世纪90年代以后，科学家们将抗生素的范围扩大，统称为生物药物素。主要用于治疗各种细菌感染或致病微生物感染类疾病，一般情况下对其宿主不会产生严重的副作用。
抗生素生产包括微生物发酵、过滤、萃取结晶、提炼、精制等过程。以粮食或糖蜜为主要原料生产抗生素的废水主要来自分离、提取、精制纯化工艺的高浓度有机废水，如结晶液、废母液等，种子罐、发酵罐的洗涤废水以及发酵罐的冷却水等。因此废水有以下特点：COD含量高、废水中SS浓度高、成分复杂、存在生物毒性物质。抗生素生产废水属于难降解有机废水，特别是残留的抗生素对微生物的强烈抑制作用，可造成废水处理过程复杂、成本高和效果不稳定。因此在抗生素废水的处理过程中，需要采用物理处理方法结合生化处理方法对抗生素废水进行处理，但是大多数情况下，仍然难以获得较为理想的效果。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种简单、高效的抗生素废水处理方法，提高抗生素降解率。
发明内容
由于高浓度的抗生素废水中残留的抗生素含量也相应较高，会对厌氧污泥产生抑制作用，从而限制了厌氧污泥对抗生素废水处理效率的进一步提高。传统的挂膜方法用于抗生素废水处理，往往会出现处理效率低、启动时间长等问题。本发明目提供了一种培养用于抗生素废水处理的生物膜方法，可解决抗生素废水对填料上附着的厌氧微生物活性抑制的问题，同时可以快速高效地使微生物在填料上附着，缩短厌氧生物反应器的启动时间。
为实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜，所述方法包括步骤：
（1）制备微生物菌剂
发酵地衣芽胞杆菌（Bacillus licheniformis），从而制得所述微生物菌剂；
（2）填料挂膜处理
取污水处理厂剩余污泥，向污泥中投加制备的所述微生物菌剂；将挂膜组合填料放入污泥液中，进行第一次曝气，停止曝气后，沉降弃去上清，添加抗生素发酵废水，进行第二次曝气，停止爆气后即可在所述挂膜组合填料上得到好氧生物膜；
（3）厌氧反应器的生物膜培养
将制备后的好氧生物膜放入IC反应器中，同时向IC反应器中投加厌氧污泥，再用抗生素发酵废水将反应器填满，厌氧静置后，开始向IC反应器中连续进入抗生素废水，从而实现对所述抗生素废水的处理。
进一步地，所述步骤（1）中，将活化后的地衣芽胞杆菌接种至种子培养基中获得种子液，种子培养基为：蛋白胨10g/L，牛肉膏5g/L，NaCl5g/L，pH7.2～7.5，于37℃、120r/min条件下培养24h；
然后将种子液接入液体发酵培养基中，接种量为5%，液体发酵培养基为：麸皮25g/L， 豆粕粉20g/L， KH2PO4 0.6g/L， 初始pH为7.5。于37℃、120r/min条件下培养20h，即可得所述微生物菌剂。
进一步地，所述步骤（2）中，所述微生物菌剂的体积投加量为0.5~3%，并调节pH为6~8。
进一步地，所述步骤（2）中，第一次曝气时间为24~72h（优选为48h）；和/或，第二次曝气时间为24~72h（优选为48h）。
进一步地，所述步骤（2）中，添加抗生素发酵废水后添加FeCl2 0.5g/L、和MnCl2 0.3g/L。
进一步地，所述步骤（3）中，逐渐提高IC反应器中抗生素废水的浓度，最终达到处理高浓度抗生素废水的水平。
进一步地，所述步骤（3）中，向IC反应器中投加的厌氧污泥为反应器体积1/8~1/3，优选为1/5。
本发明的第二方面，提供了地衣芽胞杆菌（Bacillus licheniformis），在制备用于抗生素废水厌氧处理的生物膜中的用途。优选，选用地衣芽胞杆菌（Bacillus licheniformis ，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC 2876）。地衣芽孢杆菌CGMCC2876 γ-聚谷氨酸合成酶基因的异源表达及其作用机理研究，第七届中国工业生物技术发展高峰论坛，2013.05公开。
与现有方法相比，本发明的优点包括：
1.由于高浓度的抗生素废水中残留的抗生素含量也相应较高，会对厌氧污泥产生抑制作用，从而限制了厌氧污泥对抗生素废水处理效率的进一步提高。本方法可以提高厌氧污泥对抗生素的耐受能力，使经过挂膜后的厌氧生物反应器能够有效处理并耐受高浓度的抗生素生产废水。
2.在抗生废水处理中，也有很多通过挂膜的方式进行废水处理，但是由于水中抗生素的存在，往往导致微生物附着能力低下，厌氧反应器启动时间长。本方法可以有效提高微生物在填料上附着量，缩短反应器的启动时间，防止反应器发生污泥逃逸，达到高效挂膜、高效处理的目标。
以下将结合附图对本发明的构思及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
具体实施方式
本发明的一个优选地工艺流程如下：
步骤 1. 微生物菌剂富集培养制备：
将地衣芽胞杆菌（Bacillus licheniformis ，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCC 2876）的保藏菌种划线转接到活化斜面37℃恒温静置培养48h。接1环生长良好的活化斜面种子至种子培养基中，种子培养基为：蛋白胨10g/L，牛肉膏5g/L，NaCl5g/L，pH7.2～7.5。于37℃、120r/min条件下培养24h。
将活化后的种子接入液体发酵培养基中，接种量为5%，液体发酵培养基为：麸皮25g/L， 豆粕粉20g/L， KH2PO4 0.6g/L， 初始pH为7.5。于37℃、120r/min条件下培养20h。即可得到富集后的微生物菌剂。
步骤 2. 填料挂膜处理：
取污水处理厂剩余污泥，污泥浓度为2g/L，向污泥中投加制备后的微生物菌剂，投加量为1%（v/v）， pH为7.5。组合填料是由多个填料片组合而成，填料片是由双圈大塑料环构成，并将涤纶丝压在环上，填料片由一条纤维绳串联而成，可市场购买，例如广东顺德佳新、江苏欧旭环境科技有限公司等，但不限于此。将市场购买的组合填料放入污泥液中，进行曝气，曝气时间为48h。再停止曝气，沉降后弃去上清，添加抗生素发酵废水，控制混合液的COD为2000mg/L，并添加FeCl2 0.5g/L、MnCl2 0.3g/L，pH为7.5，曝气48h。即可在填料上得到好氧生物膜。
步骤 3. 厌氧反应器的生物膜培养：
将制备后的好氧生物膜放入IC反应器中，同时向IC反应器中投加反应器体积1/5的厌氧污泥，再用抗生素发酵废水将反应器填满，厌氧静置2天。2天后开始向IC反应器中连续进入抗生素废水，COD控制在3000~4000mg/L，HRT=1d。连续运行10天后，逐渐提高废水处理浓度，最终达到处理高浓度抗生素废水的水平。
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。由于抗生素种类繁多，无法一一列举，应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
实施例 1
将地衣芽胞杆菌（Bacillus licheniformis）的保藏菌种划线转接到活化斜面37℃恒温静置培养48h。接1环生长良好的活化斜面种子至种子培养基中，于37℃、120r/min条件下培养24h。将活化后的种子接入液体发酵培养基中，接种量为5%，于37℃、120r/min条件下培养20h，得到富集后的微生物菌剂。
取污水处理厂剩余污泥，污泥浓度为2g/L，向污泥中投加制备后的微生物菌剂，投加量为1%， pH为7.5。将市场购买的组合填料放入污泥液中，进行曝气，曝气时间为48h。再停止曝气，沉降后弃去上清，添加庆大霉素发酵废水，控制混合液的COD为2000mg/L，并添加FeCl2 0.5g/L、MnCl2 0.3g/L，pH为7.5，曝气48h。取部分挂膜后的填料晾干，测定其挂膜量为10.8mg/g填料。
将制备后的好氧生物膜放入IC反应器中，同时向IC反应器中投加反应器体积1/5的厌氧污泥，再用庆大霉素发酵废水将反应器填满，厌氧静置2天。2天后开始向IC反应器中连续进入抗生素废水，COD控制在3000~4000mg/L，HRT=1d。连续运行10天后，逐渐提高废水处理浓度，第39天达到进水COD10000mg/L的处理水平。
正常运行后，进水COD为10000mg/L，出水COD为920mg/L，COD去除率为90.8%。进水庆大霉素含量为36mg/L，出水庆大霉素含量为9.8mg/L，抗生素降解率为72.8%。
对比例 1
取污水处理厂剩余污泥，污泥浓度为2g/L，不向其投加微生物菌剂， pH为7.5。将市场购买的组合填料放入污泥液中，进行曝气，曝气时间为48h。再停止曝气，沉降后弃去上清，添加庆大霉素发酵废水，控制混合液的COD为2000mg/L，并添加FeCl2 0.5g/L、MnCl2 0.3g/L，pH为7.5，曝气48h。取部分挂膜后的填料晾干，测定其挂膜量为6.1mg/g填料。
将制备后的好氧生物膜放入IC反应器中，同时向IC反应器中投加反应器体积1/5的厌氧污泥，再用庆大霉素发酵废水将反应器填满，厌氧静置2天。2天后开始向IC反应器中连续进入抗生素废水，COD控制在3000~4000mg/L，HRT=1d。连续运行10天后，逐渐提高废水处理浓度，第54天达到进水COD10000mg/L的处理水平。
正常运行后，进水COD为10000mg/L，出水COD为2160mg/L，COD去除率为78.4%。进水庆大霉素含量为36mg/L，出水庆大霉素含量为16.5mg/L，抗生素降解率为54.2%。
实施例 2
将地衣芽胞杆菌（Bacillus licheniformis）的保藏菌种划线转接到活化斜面37℃恒温静置培养48h。接1环生长良好的活化斜面种子至种子培养基中，于37℃、120r/min条件下培养24h。将活化后的种子接入液体发酵培养基中，接种量为5%，于37℃、120r/min条件下培养20h，得到富集后的微生物菌剂。
取污水处理厂剩余污泥，污泥浓度为2g/L，向污泥中投加制备后的微生物菌剂，投加量为1%， pH为7.5。将市场购买的组合填料放入污泥液中，进行曝气，曝气时间为48h。再停止曝气，沉降后弃去上清，添加螺旋霉素发酵废水，控制混合液的COD为2000mg/L，并添加FeCl2 0.5g/L、MnCl2 0.3g/L，pH为7.5，曝气48h。取部分挂膜后的填料晾干，测定其挂膜量为15.1mg/g填料。
将制备后的好氧生物膜放入IC反应器中，同时向IC反应器中投加反应器体积1/5的厌氧污泥，再用螺旋霉素发酵废水将反应器填满，厌氧静置2天。2天后开始向IC反应器中连续进入抗生素废水，COD控制在3000~4000mg/L，HRT=1d。连续运行10天后，逐渐提高废水处理浓度，第28天达到进水COD10000mg/L的处理水平。
正常运行后，进水COD为10000mg/L，出水COD为840mg/L，COD去除率为91.6%。进水螺旋霉素含量为36mg/L，出水螺旋霉素含量为7.6mg/L，抗生素降解率为78.9%。
对比例 2
取污水处理厂剩余污泥，污泥浓度为2g/L，不向其投加微生物菌剂， pH为7.5。将市场购买的组合填料放入污泥液中，进行曝气，曝气时间为48h。再停止曝气，沉降后弃去上清，添加螺旋霉素发酵废水，控制混合液的COD为2000mg/L，并添加FeCl2 0.5g/L、MnCl2 0.3g/L，pH为7.5，曝气48h。取部分挂膜后的填料晾干，测定其挂膜量为7.9mg/g填料。
将制备后的好氧生物膜放入IC反应器中，同时向IC反应器中投加反应器体积1/5的厌氧污泥，再用螺旋霉素发酵废水将反应器填满，厌氧静置2天。2天后开始向IC反应器中连续进入抗生素废水，COD控制在3000~4000mg/L，HRT=1d。连续运行10天后，逐渐提高废水处理浓度，第47天达到进水COD10000mg/L的处理水平。
正常运行后，进水COD为10000mg/L，出水COD为2304mg/L，COD去除率为77.0%。进水螺旋霉素含量为36mg/L，出水螺旋霉素含量为15.8mg/L，抗生素降解率为56.1%。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法，其特征在于所述方法包括步骤：
1）制备微生物菌剂
发酵地衣芽胞杆菌（Bacillus licheniformis），从而制得所述微生物菌剂；
2）填料挂膜处理
取污水处理厂剩余污泥，向污泥中投加制备的所述微生物菌剂；将挂膜组合填料放入污泥液中，进行第一次曝气，停止曝气后，沉降弃去上清，添加抗生素发酵废水，进行第二次曝气，停止曝气后即可在所述挂膜组合填料上得到好氧生物膜；
3）厌氧反应器的生物膜培养
将制备后的好氧生物膜放入IC反应器中，同时向IC反应器中投加厌氧污泥，再用抗生素发酵废水将反应器填满，厌氧静置后，开始向IC反应器中连续进入抗生素废水，从而实现对所述抗生素废水的处理。
2.根据权利要求1所述的一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法，其特征在于：所述步骤1）中，将活化后的地衣芽胞杆菌接种至种子培养基中获得种子液，种子培养基为：蛋白胨10g/L，牛肉膏5g/L，NaCl5g/L，pH7.2～7.5，于37℃、120r/min条件下培养24h；然后将种子液接入液体发酵培养基中，接种量为5%，液体发酵培养基为：麸皮25g/L， 豆粕粉20g/L， KH2PO4 0.6g/L， 初始pH为7.5，于37℃、120r/min条件下培养20h，即可得所述微生物菌剂。
3.根据权利要求1所述的一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述微生物菌剂的体积投加量为0.5~3%，并调节pH为6~8。
4.根据权利要求1所述的一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法，其特征在于：所述步骤2）中，第一次曝气时间为24~72h；和/或，第二次曝气时间为24~72h。
5.根据权利要求1所述的一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法，其特征在于：所述步骤2）中，第一次曝气时间为48h；和/或，第二次曝气时间为48h。
6.根据权利要求1所述的一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法，其特征在于：所述步骤2）中，添加抗生素发酵废水后添加FeCl2 0.3~0.8g/L、和MnCl2 0.1~0.5g/L。
7.根据权利要求1所述的一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法，其特征在于：所述步骤3）中，逐渐提高IC反应器中抗生素废水的浓度，最终达到处理高浓度抗生素废水的水平。
8.根据权利要求1所述的一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法，其特征在于：所述步骤3）中，向IC反应器中投加的厌氧污泥体积为反应器体积的1/8~1/3。
9.根据权利要求1所述的一种培养用于抗生素废水厌氧处理的生物膜的方法，其特征在于：所述步骤3）中，向IC反应器中投加的厌氧污泥体积为反应器体积的1/5。
10.地衣芽胞杆菌（Bacillus licheniformis）在制备用于抗生素废水厌氧处理的生物膜中的用途。
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