CN108070543A - 一种适用于低c/n比废水处理的脱氮菌制剂的制备和应用 - Google Patents

一种适用于低c/n比废水处理的脱氮菌制剂的制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于低C/N比废水处理的脱氮菌制剂的制备和应用，采用信号分子诱导制备一种适用于低C/N比废水处理的脱氮菌剂，所述信号分子为N‑酰基高丝氨酸内酯类物质(AHLs)，所述脱氮菌为包括异养硝化好氧反硝化菌和土著菌。本发明的脱氮菌制剂应用于低C/N比化工废水处理中，实现总氮减排。将脱氮菌制剂添加到污水中进行处理，可以在不改变现有工艺条件下，提高生化系统脱氮效率，实现总氮减排。经过本发明的脱氮菌制剂强化调理后，出水TN浓度将比原出水降低15％以上。

Description

一种适用于低C/N比废水处理的脱氮菌制剂的制备和应用
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种适用于低C/N比废水处理的脱氮菌制剂的制备和应用。
背景技术
环境统计年报显示，2013年城市污水处理厂共去除化学需氧量1109.7万吨，氨氮100.3万吨，总氮81.3万吨。工业企业中，去除化学需氧量1804.9万吨，氨氮109.6万吨，总氮数据还没有统计。污水排入城镇下水道水质标准(CJ 343-2010)给出总氮限值为70mg/L，各行业废水排放标准有差别，从总体情况看工业企业的总氮减排空间非常大。由于在氨氮减排过程中部分氨氮是转化以硝态氮形式排放，总氮污染物排放总量巨大。因此，在有机污染物显著减排的情况下，总氮污染物已上升为内陆水体富营养化的主要因子。
化学原料及化学制品制造业废水水量大(占到总工业废水量的14％)，水质较复杂，属于典型三高有机废水(高有机污染物、高含盐量和高氨氮废水)。该类废水具有双低特性，即低B/C比和低C/N比。在低C/N比条件下，采用传统方法(A/O、A/A/O、BAF)脱总氮需要补充大量碳源，运行成本极高。一些生物脱氮新工艺(同步硝化反硝化工艺、短程硝化反硝化工艺、厌氧氨氧化工艺)由于运行条件苛刻，无法在化工类废水处理中应用，因此加强低C/N比化工废水总氮污染物减排工作刻不容缓。
公开号为CN107177530A的中国专利文献公开了一种新的生活污水高效脱氮菌及其应用。应用于农村生活污水治理中，具有较好的脱氮效果。通过投加该菌，可有效提高对农村生活污水中氮的去除效率。
公开号为CN106929448A的中国专利文献提供了一种可降解不同形态氮的脱氮菌株，该菌株被命名为CZ1701，属一种不动杆菌。本发明所提供的CZ1701菌株对于各种形态氮都有很高的降解率，其对NH3-N、NO3-N、NO2-N及总N(TN)的降解率分别达到89.1％、53.2％、66.7％和86.6％。特别适用于降解高浓度氨氮废水如养殖场粪便废水的处理中。
公开号为CN106635947A的中国专利文献公开一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，将耐盐脱氮菌剂接种到好氧池中；通过在控制系统有机负荷和氨氮负荷下，采用增加污水的浓度方法，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化，获得耐盐脱氮菌剂。适用于化工、制药、制革、食品、采油、海产品加工等含盐废水处理行业，对低浓度、高浓度的氨氮去除效果均非常理想。
公开号为CN106479935A的中国专利文献一种废水处理用反硝化菌剂的制备方法。具体制备方法为：(1)将具有反硝化作用的活性污泥接种至生物反应器中。(2)于缺氧条件下，维持生物反应器温度为20～35℃，以全自动连续进水方式向生物反应器中添加反硝化菌培养基。(3)测定上述反应器对有机碳源的利用率，根据检测结果，分等级投加不同用量的稀土，以提升最终制备得到的反硝化菌剂的脱氮性能。(4)在上述反应器对有机碳源的利用率达到85％时，将反应器中的部分培养液取出，离心分离制成浓缩菌悬液。(5)向浓缩菌悬液中加入保护剂，均匀干燥喷雾到经过灭菌的载体上，密封储藏，即制成反硝化菌剂。本发明制备的反硝化脱氮菌剂的繁殖活化性能均较好，菌剂的反硝化速率较快，大于1.0mgNO3-N/(mgVSS·d)。
公开号为CN105779323A的中国专利文献涉及一株高效降解群体感应信号分子的枯草芽孢杆菌，及其菌剂的低成本生产方法和使用方法，属于农用微生物菌剂和节能减排技术领域。本发明采用的菌株是从松树叶片分离筛选出来的一株枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)SZX11菌株。本发明利用甘薯淀粉废水作为液态发酵培养基，大规模培养枯草芽孢杆菌，并制备农用微生物菌剂，该工艺能耗低、生产成本低廉，操作简单，还可以使甘薯淀粉废水得到资源化利用，减少污染排放。本发明生产的菌剂用于滴灌系统的灌溉用水中，不仅可以延缓灌水器的堵塞，而且可以明显改善农产品的品质，显示出广阔的应用前景。
从已公开的中国专利文献看，涉及化工废水处理总氮减排的技术较少，其中采用生物脱氮菌剂强化低C/N废水原位总氮减排的技术更少。利用信号分子的群体感应效应提高活性污泥中脱氮酶的活力制备脱氮菌剂，在生物脱氮领域未见有应用。
发明内容
本发明提供了一种适用于低C/N比废水处理的脱氮菌制剂的制备和应用，利用信号分子的诱导作用制备脱氮菌制剂并用在低C/N比化工废水的强化处理，可以显著提高原有生化系统的反硝化效率，实现总氮减排。
一种适用于低C/N比废水处理的脱氮菌制剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将经斜面活化的异养硝化好氧反硝化菌接种于液体培养基中，控温30-38℃，通气1:0.5-1，培养12-24h，得液体菌液；
(2)在人工配制污水与待处理低C/N比废水的混合水中加入兼氧性活性污泥3000-5000mg/L，同时按1～10g/L加入所述液体菌液并加入诱导剂0.1-1mg/L，间隙性曝气搅拌培养，控制溶解氧浓度0.1-0.5mg/L，控温25-35℃；
(3)培养1～3天后静置沉淀污泥，去除上清液，加入等体积如步骤(2)中所述混合水，并按步骤(2)添加两种液体菌液及AHLs类诱导剂，与步骤(2)相同条件下重新搅拌培养，如此重复若干次，直至污泥浓度达到5000mg/L以上，平板检测污泥中活菌浓度达到108CFU/ml以上，反硝化负荷达到0.5kg/m3·d以上，培养完成。
此处的重复若干次重复的过程是指“按1～10g/L添加所述液体菌液并加入诱导剂0.1-1mg/L AHLs类物质，间隙性曝气搅拌培养，控制溶解氧浓度0.1-0.5mg/L，控温25-35℃；培养1～3天后静置沉淀污泥，去除上清液，加入等体积污水，并按步骤(2)添加所述液体菌液及诱导剂，与步骤(2)相同条件下重新搅拌培养”。
本发明制备得到的脱氮菌剂由信号分子诱导的土著菌和两种特定的微生物活菌复合而成，土著菌与两种微生物活菌之间在污水生化处理系统中相互促进、彼此协同、共同促进反硝化效率的提高，特别适用于低C/N比废水处理。由本发明脱氮菌制剂强化过的化工类废水生化处理系统，出水TN浓度将比原出水降低15％以上。
优选地，所述异养硝化好氧反硝化菌为红球菌(Rhodococcus sp.)、假单胞菌(Pseudomonas sp.)、根瘤菌(Rhizobium sp.)、丛毛单胞菌(Comamonassp.)中任一两种组合，且步骤(1)中分别进行斜面活化、步骤(2)中分别按0.5～5g/L投加。
更进一步优选地，所述异养好氧反硝化菌组合为红球菌(Rhodococcussp.)+假单胞菌(Pseudomonas sp.)、根瘤菌(Rhizobium sp.)+丛毛单胞菌(Comamonas sp.)或红球菌(Rhodococcus sp.)+根瘤菌(Rhizobium sp.)。
所用菌株本身均为现有菌株即可。
优选地，所述混合水中人工配制污水与待处理低C/N比废水的混合体积比为1:0.5～1.5；进一步优选为1:0.8～1.2；最优选为1:1。
进一步优选地，所述人工配制污水中含有葡萄糖0.1～0.3g/L、乙酸钠0.2～0.4g/L、蛋白胨0.1～0.2g/L、硫酸铵0.03～0.07g/L、硝酸钠0.1～0.5g/L、尿素0.005～0.015g/L、磷酸二氢钾0.02～0.08g/L，磷酸氢二钾0.005～0.015g/L。
进一步优选地，所述低C/N比废水为C/N小于10的化工类有机物废水。包括医药、化工原料、农药、印染类生产废水等。
优选地，所述诱导剂为N-酰基高丝氨酸内酯类物质(AHLs)。
本发明为制备得到适用于低C/N比废水处理的脱氮菌制剂，一方面由信号分子AHLs诱导土著菌和本发明优选的两种特定的微生物活菌复合而成，另一方面采用待处理低C/N比废水与人工模拟废水混合驯化，在土著菌与优选的两种特定微生物复合、优选信号分子及优选驯化条件下制备得到的脱氮菌制剂，土著菌与两种微生物活菌之间在污水生化处理系统中相互促进、彼此协同、共同促进反硝化效率的提高。
本发明所述制备方法，一种更优选的技术方案为：
(1)将经斜面活化的红球菌(Rhodococcus sp.)和假单胞菌(Pseudomonas sp.)分别接种于液体培养基中，控温32℃，通气1:0.5，培养24，得两种液体菌液；
(2)在人工配制污水与待处理低C/N比废水的混合水(体积比1:1)中加入兼氧性活性污泥4000mg/L，同时分别按1g/L添加所述液体菌液并加入诱导剂0.2mg/L AHLs类物质，间隙性曝气搅拌培养，控制溶解氧浓度0.2mg/L，控温28℃；
(3)培养3天后静置沉淀污泥，去除上清液，加入等体积污水，并按步骤(2)添加所述两种液体菌液及AHLs类诱导剂，与步骤(2)相同条件下重新搅拌培养，如此重复若干次，直至污泥浓度达到5000mg/L，平板检测污泥中活菌浓度达到108CFU/ml，反硝化负荷0.6kg/m3·d，培养完成。
另一种更优选的方案为：
(1)将经斜面活化的根瘤菌(Rhizobium sp.)和丛毛单胞菌(Comamonassp.)分别接种于液体培养基中，控温35℃，通气1:0.8，培养20h，得两种液体菌液；
(2)在人工配制污水与待处理低C/N比废水的混合水(体积比1:1)中加入兼氧性活性污泥4000mg/L，同时分别按2.5g/L添加所述液体菌液并加入诱导剂0.5mg/L AHLs类物质，间隙性曝气搅拌培养，控制溶解氧浓度0.3mg/L，控温30℃；
(3)培养2天后静置沉淀污泥，去除上清液，加入等体积污水，并按步骤(2)添加所述两种液体菌液及AHLs类诱导剂，与步骤(2)相同条件下重新搅拌培养，如此重复若干次，直至污泥浓度达到6000mg/L以上，平板检测污泥中活菌浓度达到109CFU/ml，反硝化负荷达到0.7kg/m3·d，培养完成。
另一种更优选的方案为：
(1)将经斜面活化的红球菌(Rhodococcus sp.)和根瘤菌(Rhizobiumsp.)分别接种于液体培养基中，控温38℃，通气1:1，培养12h，得两种液体菌液；
(2)在人工配制污水与待处理低C/N比废水的混合水(体积比1:1)中加入兼氧性活性污泥4000mg/L，同时分别按5g/L添加所述液体菌液并加入诱导剂1mg/L AHLs类物质，间隙性曝气搅拌培养，控制溶解氧浓度0.5mg/L，控温35℃；
(3)培养1天后静置沉淀污泥，去除上清液，加入等体积污水，并按步骤(2)添加所述两种液体菌液及AHLs类诱导剂，与步骤(2)相同条件下重新搅拌培养，如此重复若干次，直至污泥浓度达到7000mg/L以上，平板检测污泥中活菌浓度达到109CFU/ml，反硝化负荷达到0.7g/m3·d，培养完成。
本发明还提供一种如所述制备方法制备得到的脱氮菌制剂。
本发明还提供一种如所述脱氮菌剂在低C/N比废水处理中的应用，即一种低C/N比废水的处理方法。
优选地，包括如下步骤：将本发明所述脱氮菌制剂采用连续和/或间隙添加方式加入到污水生化处理系统的进水端，所述脱氮菌制剂每天的添加量为污水处理量的千分之0.01-0.1，连续投加10-30d。
优选地，废水处理的工艺为活性污泥法或生物膜法污水生物处理工艺。
按上述应用方法处理后，原污水生化处理系统经过脱氮菌制剂的强化调理后，出水TN浓度将比原出水降低15％以上。
本发明的有益效果在于：采用信号分子诱导不可培养土著菌生长获得高负荷脱氮微生物菌种，原位强化低C/N比化工废水生化处理系统，迅速提高系统活性污泥的反硝化能力，可以在不改变工艺条件下实现原生化系统的总氮减排。该方法具有成本低、运行稳定和处理效率高的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)将经斜面活化的红球菌(Rhodococcus sp.)、假单胞菌(Pseudomonas sp.)分别接种于液体培养基中，控温32℃，通气1:0.5，培养24，得两种液体菌液；
(2)在人工配制污水中加入兼氧性活性污泥3000mg/L，同时按1g/L添加所述液体菌液并加入诱导剂0.2mg/L AHLs类物质，间隙性曝气搅拌培养，控制溶解氧浓度0.2mg/L，控温28℃；
(3)培养3天后静置沉淀污泥，去除上清液，加入等体积污水，并按步骤(2)添加所述两种液体菌液及AHLs类诱导剂，与步骤(2)相同条件下重新搅拌培养，如此重复若干次，直至污泥浓度达到5000mg/L，平板检测污泥中活菌浓度达到108CFU/ml，反硝化负荷0.6kg/m3·d，培养完成。
实施例2
(1)将经斜面活化的根瘤菌(Rhizobium sp.)、丛毛单胞菌(Comamonassp.)。分别接种于液体培养基中，控温35℃，通气1:0.8，培养20h，得两种液体菌液；
(2)在人工配制污水中加入兼氧性活性污泥4000mg/L，同时按2.5g/L添加所述液体菌液并加入诱导剂0.5mg/L AHLs类物质，间隙性曝气搅拌培养，控制溶解氧浓度0.3mg/L，控温30℃；
(3)培养2天后静置沉淀污泥，去除上清液，加入等体积污水，并按步骤(2)添加所述两种液体菌液及AHLs类诱导剂，与步骤(2)相同条件下重新搅拌培养，如此重复若干次，直至污泥浓度达到6000mg/L以上，平板检测污泥中活菌浓度达到109CFU/ml，反硝化负荷达到0.7kg/m3·d，培养完成。
实施例3
(1)将经斜面活化的红球菌(Rhodococcus sp.)、根瘤菌(Rhizobium sp.)分别接种于液体培养基中，控温38℃，通气1:1，培养12h，得两种液体菌液；
(2)在人工配制污水中加入兼氧性活性污泥4000mg/L，同时按5g/L添加所述液体菌液并加入诱导剂1mg/L AHLs类物质，间隙性曝气搅拌培养，控制溶解氧浓度0.5mg/L，控温35℃；
(3)培养1天后静置沉淀污泥，去除上清液，加入等体积污水，并按步骤(2)添加所述两种液体菌液及AHLs类诱导剂，与步骤(2)相同条件下重新搅拌培养，如此重复若干次，直至污泥浓度达到7000mg/L以上，平板检测污泥中活菌浓度达到109CFU/ml，反硝化负荷达到0.7g/m3·d，培养完成。
实施例4
某医药原料药和中间体生产企业污水处理工程为例，处理工艺为物化+A/O+ICEAS，设计水量2500吨/天，实际处理水量2200吨/天，设计完全混合废水CODcr≤3000mg/L，NH3-N≤300mg/L，TN≤400mg/L，设计出水水质达处理后出水执行《污水综合排放标准》GB8978-1996二级排放标准CODcr≤300mg/L，NH3-N≤50mg/L，TN≤70mg/L。实际平均进水水质CODcr 2800mg/L，NH3-N 240mg/L，TN 310mg/L，实际平均出水水质CODcr 280mg/L，NH3-N42mg/L，TN 78mg/L。CODcr、NH3-N指标基本达标，冬季受低温影响达标率降低，TN全年达标率低。采用本发明的脱氮菌制对该污水厂生化系统进行原位生物强化脱氮处理。
在现场控温搅拌装置中培养活菌制剂(实施例1～3制备)并流加到生化处理系统A池进水端。添加量为每天44kg，连续投加5d进行强化调理，之后，每天11kg，连续投加10d，总投加菌剂量330kg。同时对原有工艺运行参数做优化，提高O池曝气量，增加回流比。
经2个月的调试，原污水生化处理系统污染物降解性能均得到提高，统计生物强化后半年的平均生化出水CODcr 260mg/L，NH3-N 36mg/L，TN 62mg/L，三项指标全年达标，TN达标率大幅提高，生化出水TN浓度降低20％。该企业污水处理工程在没有改变原有工艺条件下，经过原位生物强化后，实现生化出水总氮减排目标。脱氮菌制剂原位强化技术投资成本低，实施路线简单，可达性强。
实施例5
某城镇污水处理厂为例，其中生活污水60％，工业污水40％。处理工艺为A/A/O活性污泥法，设计水量5万吨/天，实际处理水量5万吨/天，设计进水水质CODcr≤500mg/L，NH3-N≤35mg/L，TN≤50mg/L，设计出水水质达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。实际平均进水水质CODcr 280mg/L，NH3-N 33mg/L，TN≤43mg/L，实际平均出水水质CODcr 46mg/L，NH3-N 2.2mg/L，TN 16.5mg/L，COD全年达标率90％，TN达标率低于70％。
采用本发明的脱氮菌制对该污水厂生化系统进行强化处理。在现场直接将菌剂投加入生化处理系统A池进水端。添加量为每天100kg，连续投加5d进行强化调理，之后每天50kg，连续投加10d，总投加菌剂量1000kg。
经过2个月的调试，原污水生化处理系统活性污泥的沉降性能显著提高，平均出水COD、NH3-N浓度将比原出水降低10％，TN浓度将比原出水降低20％，出水主要水质指标达到排放标准，全年COD达标率100％，TN达标率98％。该污水处理厂原设计出水执行GB18918-2002一级B排放标准，提标改造受到场地限制，故采用脱氮菌生物强化技术实施原位提标，技术实施获得成功，节省了大量投资成本，突破了受场地限制工程提标改造难的技术瓶颈，展现了良好的应用前景。
实施例6
某纺织印染公司污水处理厂，处理工艺为兼氧+生物接触氧化法，设计水量0.5万吨/天，实际处理水量0.6万吨/天。设计进水COD 2000mg/L，NH3-N 50mg/L，TN 70mg/L，设计纳管标准COD 200mg/L，NH3-N 20mg/L，TN 50mg/L。实际进水COD 3000mg/L，NH3-N 100mg/，TN 110mg/L，实际出水COD 300mg/L，NH3-N 80mg/，TN 100mg/L。由于进水污染物负荷较高，生化池采用生物接触氧化法，污染物去除负荷较低，出水无法达到纳管标准。
采用本发明的脱氮菌制对该污水厂生化系统进行强化处理。同时增设二沉池，调整原工艺为活性污泥法。将实施例1～3制备得的活菌制剂采用间隙添加方式加入到污水生化处理系统的进水端。添加量为每天20kg，连续投加5d进行强化调理，之后每天5kg，连续投加10d，总投加菌剂量150kg。经过3个月的调试，原污水生化处理系统的活性污泥活力显著提高，平均出水CODcr 146mg/L，NH3-N 5.2mg/L，TN 26.5mg/L，出水完全达到纳管标准。

Claims (10)

1.一种适用于低C/N比废水处理的脱氮菌制剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将经斜面活化的异养硝化好氧反硝化菌接种于液体培养基中，控温30-38℃，通气1:0.5-1，培养12-24h，得液体菌液；
(2)在人工配制污水与待处理低C/N比废水的混合水中加入兼氧性活性污泥3000-5000mg/L，同时按1～10g/L加入所述液体菌液并加入诱导剂0.1-1mg/L，间隙性曝气搅拌培养，控制溶解氧浓度0.1-0.5mg/L，控温25-35℃；
(3)培养1～3天后静置沉淀污泥，去除上清液，加入等体积如步骤(2)中所述混合水，并按步骤(2)添加菌液及AHLs类诱导剂，与步骤(2)相同条件下重新搅拌培养，如此重复若干次，直至污泥浓度达到5000mg/L以上，平板检测污泥中活菌浓度达到108CFU/ml以上，反硝化负荷达到0.5kg/m3·d以上，培养完成。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述异养硝化好氧反硝化菌为红球菌(Rhodococcus sp.)、假单胞菌(Pseudomonas sp.)、根瘤菌(Rhizobium sp.)、丛毛单胞菌(Comamonas sp.)中任一两种组合，且步骤(1)中分别进行斜面活化、步骤(2)中分别按0.5～5g/L投加。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述混合水中人工配制污水与待处理低C/N比废水的混合体积比为1:0.5～1.5。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述人工配制污水中含有葡萄糖0.1～0.3g/L、乙酸钠0.2～0.4g/L、蛋白胨0.1～0.2g/L、硫酸铵0.03～0.07g/L、硝酸钠0.1～0.5g/L、尿素0.005～0.015g/L、磷酸二氢钾0.02～0.08g/L，磷酸氢二钾0.005～0.015g/L。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述低C/N比废水为C/N小于10的化工类有机物废水。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述诱导剂为N-酰基高丝氨酸内酯类物质。
7.一种如权利要求1～6任一权利要求所述制备方法制备得到的脱氮菌制剂。
8.一种如权利要求7所述脱氮菌剂在低C/N比废水处理中的应用。
9.根据权利要求8所述应用，其特征在于，包括如下步骤：将如权利要求7所述脱氮菌制剂采用连续和/或间隙添加方式加入到污水生化处理系统的进水端，所述脱氮菌制剂每天的添加量为污水处理量的千分之0.01-0.1，连续投加10-30d。
10.根据权利要求8所述应用，其特征在于，所述低C/N比废水为C/N小于10的化工类有机物废水，废水处理的工艺为活性污泥法或生物膜法污水生物处理工艺。
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