CN110004075A - 一种反硝化细菌营养剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反硝化细菌营养剂，包括反硝化细菌优势碳源和无机盐，可促进反硝化细菌生长和脱氮。所述反硝化细菌优势碳源包括糖类碳源和小分子有机酸类碳源，其中，糖类碳源的分子量为150‑500，小分子有机酸类碳源的分子量为100‑300。相应地，本发明还公开了一种反硝化细菌营养剂的制备方法和应用。本发明选用的糖类碳源和小分子有机酸类碳源，化学结构简单，相对分子质量小，易于被反硝化细菌利用，有利于反硝化细菌生长和脱氮，针对性强。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种反硝化细菌营养剂及其制备方法和应用。
背景技术
传统生物脱氮技术经历近百年的发展，凭借着成熟完善的技术体系被广泛应用到污水处理系统中，并衍生出众多工艺形式，如：A/O、A/A/O、SBR、氧化沟、Bardrnpho与UCT等。无论传统生物脱氮工艺如何演变，都离不开利用硝化细菌和反硝化细菌进行脱氮的本质。硝化细菌在好氧条件下将有机氮和氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐；反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐转化气态氮(N2和N2O)释放到空气中。反硝化细菌于1886年被人类首次分离，后来，又陆续发现了丙酸杆菌属(Propionibacterium)、克雷伯氏菌(Klebsiella)、螺旋菌属(Spirillum)等兼性厌氧反硝化细菌。根据对反硝化细菌长期研究，传统认为细菌的反硝化过程是在一个严格的缺氧环境中进行的。直到20世纪80年代，好氧反硝化细菌的发现打破了这种传统反硝化理论。30多年来，经过几代国内外研究者的努力，目前已经发现的好氧反硝化细菌约50多个属，130多种，包括了无色杆菌属(Achrombacter)、短杆菌属(Brevibacterium)、苍白杆菌属(Ochrobacturum)等。其中环境中最普遍存在的好氧反硝化细菌为假单胞菌属(Pseudomonaceae)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、副球菌属(Paracoccus)等。王永霞等(2018年)对滇池沉积物和水体的可培养好氧反硝化细菌的研究表明，从滇池沉积物和水体中，共分离出260株好氧反硝化菌，经16S rRNA基因序列分析，260株菌分属于2门13科14属的59个种。假单胞菌属(Pseudomonas)为优势细菌属，其次是不动杆菌属(Acinetobacter)、气单胞菌属(Aeromonas)和代尔夫特菌属(Delftia)。可见，污水或水体中的反硝化细菌是分属不同种属的菌群的集合。
不论是传统反硝化细菌还是好氧反硝化细菌，异养反硝化微生物利用有机碳源作为反硝化电子供体来完成反硝化过程。然而，传统生物脱氮技术由于反硝化段碳氮比失衡，导致反硝化细菌缺少有机物作为电子供体，硝酸盐难以转化为气态氮释放到空气中，总氮排放不达标。在反硝化段中，需要提供反硝化细菌生长所需的碳源与其他生长因子。因此，补充碳源成为污水处理设施常见处理脱氮不达标方式之一，且常见措施是投加单一碳源。然而，有研究表明长期投加单一碳源会影响反硝化段中细菌生物量以及反硝化细菌群落结构。如何优化碳源投加配比成为当前研究热点。
公开号为CN108238682A的专利公开了一种废水生化处理反硝化微生物复合营养制剂，主要针对维持反硝化段污泥活性来配置，成分中虽然含有多种碳源成分，但类型单一，主要为单糖、寡糖或多糖类碳源；缺乏反硝化细菌脱氮的最优碳源—小分子有机酸类。单糖、寡糖或多糖类虽然可以使反硝化细菌增殖，但同时也是污水处理系统中其他微生物种群的可利用碳源，缺乏针对性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种反硝化细菌营养剂，针对性强，可以促进反硝化细菌生长和脱氮，使反硝化细菌在系统中成为优势种群。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种反硝化细菌营养剂的制备方法，制备方法简单。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种反硝化细菌营养剂的应用，有效除去废水中的总氮。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种反硝化细菌营养剂，包括反硝化细菌优势碳源和无机盐，可促进反硝化细菌生长和脱氮。
作为上述方案的改进，所述反硝化细菌优势碳源包括糖类碳源和小分子有机酸类碳源，其中，糖类碳源的分子量为150-500，小分子有机酸类碳源的分子量为100-300。
作为上述方案的改进，所述反硝化细菌营养剂包括：
糖类碳源 5-30份
小分子有机酸类碳源 70-95份
无机盐 0.1-2.5份。
作为上述方案的改进，所述反硝化细菌营养剂包括：
糖类碳源 10-20份
小分子有机酸类碳源 80-90份
无机盐 0.5-1份。
作为上述方案的改进，所述糖类碳源为葡萄糖、淀粉和红糖中的一种或几种；
所述小分子有机酸类碳源为乙酸盐、柠檬酸盐、琥珀酸盐和酒石酸盐中的一种或几种；
所述无机盐为可溶性钙盐、镁盐和磷酸盐中的一种或几种。
作为上述方案的改进，所述反硝化细菌优势碳源包括5-15％葡萄糖、0-10％淀粉、0-10％红糖10-50％乙酸盐、30-80％柠檬酸盐、0-10％琥珀酸盐和0-10％酒石酸盐。
相应地，本发明还提供了一种反硝化细菌营养剂的制备方法，包括以下步骤：
将反硝化细菌优势碳源和无机盐混合、粉碎、研磨，得到第一混合物；
将第一混合物过40目筛网，收集筛下物，得到第二混合物；
将第二混合物过100目筛网，收集筛上物，得到营养剂。
作为上述方案的改进，所述反硝化细菌优势碳源包括糖类碳源和小分子有机酸类碳源；
所述糖类碳源为葡萄糖、淀粉和红糖中的一种或几种；
所述小分子有机酸类碳源为乙酸、柠檬酸、琥珀酸和酒石酸中的一种或几种；
所述无机盐为可溶性钙盐、镁盐和磷酸盐中的一种或几种。
作为上述方案的改进，将5-30份糖类碳源、70-95份小分子有机酸类碳源和0.1-2.5份无机盐混合、粉碎、研磨，得到第一混合物。
相应地，本发明还提供了一种反硝化细菌营养剂在水处理脱氮中的应用，包括以下步骤：
测量废水的成分，得出废水中BOD5为a(mg/L)，总氮为b(mg/L)；
向废水中投加X(mg/L)的反硝化细菌营养剂，其中，2(4b-a)≤X≤5(4b-a)；
向废水中投加反硝化细菌。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种反硝化细菌营养剂，包括反硝化细菌优势碳源和无机盐，可促进反硝化细菌生长和脱氮。所述反硝化细菌优势碳源包括糖类碳源和小分子有机酸类碳源，其中，糖类碳源的分子量为150-500，小分子有机酸类碳源的分子量为100-300。本发明选用的糖类碳源和小分子有机酸类碳源，化学结构简单，相对分子质量小，易于被反硝化细菌利用，有利于反硝化细菌生长和脱氮。
2、本发明提供的一种反硝化细菌营养剂的制备方法，使得营养剂的粒度在40目至100目之间，不仅可以保证产品外观形状均一、易溶于水，还可以保证粉体不至于过细，防止粉尘污染。
3、本发明提供的一种反硝化细菌营养剂的应用，向废水添加反硝化细菌营养剂，为反硝化细菌提供优势碳源，优化废水处理脱氮中碳源投加配比，针对性促进反硝化细菌在废水中快速生长繁殖，促进反硝化脱氮，提高脱氮效率。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供的一种反硝化细菌营养剂，包括反硝化细菌优势碳源和无机盐，可促进反硝化细菌生长和脱氮。
所述反硝化细菌优势碳源包括糖类碳源和小分子有机酸类碳源，其中，糖类碳源的分子量为150-500，小分子有机酸类碳源的分子量为100-300。本发明选用的糖类碳源和小分子有机酸类碳源，化学结构简单，相对分子量小，易于被反硝化细菌利用，有利于反硝化细菌生长和脱氮，特别是小分子有机酸类碳源是反硝化细菌的优势碳源，有利于促进反硝化细菌的异化脱氮作用。因此本发明的营养剂针对性强。若糖类碳源的分子量和小分子有机酸类碳源的分子量超出上述范围，则不能只促进反硝化细菌生长和脱氮。
具体的，所述反硝化细菌营养剂包括糖类碳源5-30份、小分子有机酸类碳源70-95份、无机盐0.1-2.5份。
优选的，所述反硝化细菌营养剂包括糖类碳源10-20份、小分子有机酸类碳源80-90份、无机盐0.5-1份。
糖类碳源是大多数微生物可利用的碳源，可提供反硝化细菌生长和脱氮，也是目前实际应用中常用到的碳源。小分子有机酸类碳源是反硝化细菌的优势碳源，比糖类碳源更有利于促进反硝化细菌的生长，并促进异化脱氮作用，因此针对性更强。无机盐是微生物生长必需的常量元素和微量元素的组合。
由于小分子有机酸类碳源更容易被反硝化细菌所利用，因此本发明营养剂中小分子有机酸类碳源的含量较高，而为了更能适用于更多种类的反硝化细菌，营养剂中添加了少量的糖类碳源，无机盐根据反硝化细菌生长需要量添加，通常钙镁磷等常量元素需要量为10-4-10-3mol/L。
所述糖类碳源为葡萄糖、淀粉和红糖中的一种或几种。
所述小分子有机酸类碳源为乙酸盐、柠檬酸盐、琥珀酸盐和酒石酸盐中的一种或几种。
所述无机盐为可溶性钙盐、镁盐和磷酸盐中的一种或几种。营养剂中的无机盐主要是常量元素钙、镁、磷，以补充废水中常常缺失的无机盐部分，若缺少这几种无机盐成分，会影响反硝化细菌的生长及脱氮。
优选的，反硝化细菌优势碳源包括5-15％葡萄糖、0-10％淀粉、0-10％红糖10-50％乙酸盐、30-80％柠檬酸盐、0-10％琥珀酸盐和0-10％酒石酸盐。
本发明的另一目的是提供一种反硝化细菌营养剂的制备方法，包括以下步骤：
将反硝化细菌优势碳源和无机盐混合、粉碎、研磨，得到第一混合物；
将第一混合物过40目筛网，收集筛下物，得到第二混合物；
将第二混合物过100目筛网，收集筛上物，得到营养剂。
需要说明的是，营养剂的粒度在40目至100目之间。由于可溶性钙盐如：无水氯化钙是颗粒状的，颗粒状的固体想要与营养剂的其他粉末物质如玉米淀粉(通常为60-80目)混合均匀，需要将颗粒状物质磨碎过筛。营养剂粒度在40目至100目之间，一是可以保证产品外观形状均一、易溶于水，二是可以保证粉体不至于过细，防止粉尘污染。
具体的，所述反硝化细菌优势碳源包括糖类碳源和小分子有机酸类碳源。
反硝化细菌营养剂包括：
糖类碳源 5-30份
小分子有机酸类碳源 70-95份
无机盐 0.1-2.5份。
所述糖类碳源为葡萄糖、淀粉和红糖中的一种或几种；
所述小分子有机酸类碳源为乙酸、柠檬酸、琥珀酸和酒石酸中的一种或几种；
所述无机盐为可溶性钙盐、镁盐和磷酸盐中的一种或几种。
本发明的另一目的是提供一种反硝化细菌营养剂的应用，包括以下步骤：
(1)测量废水的成分，得出废水中BOD5为a(mg/L)，总氮为b(mg/L)；
(2)向废水中投加X(mg/L)的反硝化细菌营养剂，其中，2(4b-a)≤X≤5(4b-a)；
(3)向废水中投加反硝化细菌。
本发明向废水添加反硝化细菌营养剂，为反硝化细菌提供优势碳源，优化废水处理脱氮中碳源投加配比，针对性促进反硝化细菌在废水中快速生长繁殖，促进反硝化脱氮，提高脱氮效率。
下面将以具体实施例来进一步阐述本发明
实施例1
一种反硝化细菌营养剂，包括以下重量份的原料：葡萄糖5份，乙酸钠10份，柠檬酸三钠80份，琥珀酸钠3份，酒石酸钠1.9份，磷酸氢二钾0.1份。
实施例2
一种反硝化细菌营养剂，包括以下重量份的原料：葡萄糖15份，淀粉4.9份，红糖10份，乙酸钠30份，柠檬酸三钠30份，酒石酸钠10份，磷酸氢二钾0.1份。
实施例3
一种反硝化细菌营养剂，包括以下重量份的原料：葡萄糖5份，淀粉10份，乙酸钠50份，柠檬酸三钠30份，琥珀酸钠2.5份，氯化钙0.5份，硫酸镁1.0份，磷酸氢二钾1份。
实施例4
一种反硝化细菌营养剂，包括以下重量份的原料：葡萄糖7份，淀粉3份，红糖4份，乙酸钠10份，柠檬酸三钠60份，琥珀酸钠10份，酒石酸钠5份，氯化钙0.1份，硫酸镁0.5份，磷酸氢二钾0.4份。
对比例1
一种反硝化细菌营养剂，由葡萄糖组成。
对比例2
一种反硝化细菌营养剂，由乙酸钠组成。
对比例3
一种反硝化细菌营养剂，由柠檬酸三钠组成。
实施例5
将实施例1-4和对比例1-3的反硝化细菌营养剂分别加入到7个250mL锥形瓶中，锥形瓶装有200mL废水和1ml反硝化细菌菌液，其中，每瓶的反硝化细菌营养剂的投加量为0.16g，所述废水含有100mgN/L硝酸盐氮；
将锥形瓶密封静置培养72h，然后检测废水成分，结果如下：
表1各组反硝化效果
| 组别 | 总氮(mg/L) | 氨氮(mg/L) | 硝酸盐(mg/L) | 亚硝酸盐(mg/L) |
| 对比例1 | 75.6 | 4.27 | 41.5 | 28.6 |
| 对比例2 | 60.6 | 0.89 | 20.3 | 38.3 |
| 对比例3 | 37.8 | 2.57 | 18.6 | 11.9 |
| 实施例1 | 12.5 | 3.81 | 6.2 | 0.5 |
| 实施例2 | 15.1 | 2.52 | 7.1 | 4.8 |
| 实施例3 | 10.8 | 4.07 | 5.6 | 0.37 |
| 实施例4 | 8.7 | 2.26 | 6.2 | 0.85 |
在总氮脱除方面，实施例1-4的脱氮效果显著强于对比例1-3，其中实施例4的总氮脱除率达到90％以上，且无明显亚硝酸盐积累。
对比例1-3使用单一碳源，其中，柠檬酸三钠为反硝化细菌的最优碳源，其次为乙酸钠、葡萄糖。
实施例1-4使用复合碳源，效果均优于柠檬酸三钠组。由于反硝化细菌是分属于不同属种的菌群的集合，能够利用复合碳源的反硝化菌数量要比单纯能利用柠檬酸三钠的反硝化菌数量要多，在复合碳源环境下，协同脱氮效应更明显。由此可知，反硝化细菌为菌群，而非单一种属细菌，复合碳源更有利于脱氮。
实施例6
将实施例1-4和对比例1-3的反硝化细菌营养剂分别加入到7个200mL锥形瓶中，锥形瓶装有200mL废水和1ml反硝化细菌菌液，其中，每瓶的反硝化细菌营养剂的投加量为0.4g，所述废水含有100mgN/L硝酸盐氮；
将锥形瓶密封静置培养72h，然后检测废水成分，结果如下：
表2各组反硝化效果
| 组别 | 总氮(mg/L) | 氨氮(mg/L) | 硝酸盐(mg/L) | 亚硝酸盐(mg/L) |
| 对比例1 | 68.8 | 7.66 | 37.1 | 25.9 |
| 对比例2 | 50.4 | 0.68 | 2.73 | 47.7 |
| 对比例3 | 15.70 | 2.69 | 12.89 | 0.003 |
| 实施例1 | 4.74 | 1.65 | 4.27 | 0.05 |
| 实施例2 | 6.73 | 1.52 | 5.45 | 0.08 |
| 实施例3 | 3.95 | 0.92 | 2.83 | 0.005 |
| 实施例4 | 3.61 | 1.48 | 2.06 | 0.04 |
从表1和表2可知，反硝化细菌营养剂的增加有利于反硝化作用脱氮。此外，反硝化细菌营养剂中小分子有机酸类碳源含量增加，有利于反硝化脱氮。
实施例7
采集广东江门某电镀工业园区废水，经检测，废水原水水质如下：
表3废水水质表
取4个实验桶，每个实验桶各装入20L废水，并均接种污水处理厂反硝化段污泥1000mg/L。根据表3的数据(BOD5为a，总氮为b)，计算反硝化细菌营养剂的添加量为X，其中，2(4b-a)≤X≤5(4b-a)，使废水中BOD5含量为总氮的4-15倍。
将将实施例4和对比例1-3的反硝化细菌营养剂分别加入到上述4个实验桶中，其中，每桶的反硝化细菌营养剂的投加量为23.2g。
将实验桶密封静置培养，检测各组脱氮效果，结果如下：
表4各组总氮指标的变化以及去除率
从表中看出5天后实验组出水总氮为26.7mg/L,去除率达到82.88％，实验组比其他单一碳源对照组总氮去除率提高了15-30％，效果明显。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种反硝化细菌营养剂，其特征在于，包括反硝化细菌优势碳源和无机盐，可促进反硝化细菌生长和脱氮。
2.如权利要求1所述的反硝化细菌营养剂，其特征在于，所述反硝化细菌优势碳源包括糖类碳源和小分子有机酸类碳源，其中，糖类碳源的分子量为150-500，小分子有机酸类碳源的分子量为100-300。
3.如权利要求2所述的反硝化细菌营养剂，其特征在于，包括：
糖类碳源 5-30份
小分子有机酸类碳源 70-95份
无机盐 0.1-2.5份。
4.如权利要求3所述的反硝化细菌营养剂，其特征在于，包括：
糖类碳源 10-20份
小分子有机酸类碳源 80-90份
无机盐 0.5-1份。
5.如权利要求3所述的反硝化细菌营养剂，其特征在于，所述糖类碳源为葡萄糖、淀粉和红糖中的一种或几种；
所述小分子有机酸类碳源为乙酸盐、柠檬酸盐、琥珀酸盐和酒石酸盐中的一种或几种；
所述无机盐为可溶性钙盐、镁盐和磷酸盐中的一种或几种。
6.如权利要求5所述的反硝化细菌营养剂，其特征在于，所述反硝化细菌优势碳源包括5-15％葡萄糖、0-10％淀粉、0-10％红糖10-50％乙酸盐、30-80％柠檬酸盐、0-10％琥珀酸盐和0-10％酒石酸盐。
7.一种反硝化细菌营养剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将反硝化细菌优势碳源和无机盐混合、粉碎、研磨，得到第一混合物；
将第一混合物过40目筛网，收集筛下物，得到第二混合物；
将第二混合物过100目筛网，收集筛上物，得到营养剂。
8.如权利要求7所述的反硝化细菌营养剂的制备方法，其特征在于，所述反硝化细菌优势碳源包括糖类碳源和小分子有机酸类碳源；
所述糖类碳源为葡萄糖、淀粉和红糖中的一种或几种；
所述小分子有机酸类碳源为乙酸、柠檬酸、琥珀酸和酒石酸中的一种或几种；
所述无机盐为可溶性钙盐、镁盐和磷酸盐中的一种或几种。
9.如权利要求8所述的反硝化细菌营养剂的制备方法，其特征在于，将5-30份糖类碳源、70-95份小分子有机酸类碳源和0.1-2.5份无机盐混合、粉碎、研磨，得到第一混合物。
10.权利要求1-5任一项所述的反硝化细菌营养剂或权利要求6-9任一项所述方法制备的反硝化细菌营养剂在水处理脱氮中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
测量废水的成分，得出废水中BOD5为a(mg/L)，总氮为b(mg/L)；
向废水中投加X(mg/L)的反硝化细菌营养剂，其中，2(4b-a)≤X≤5(4b-a)；
向废水中投加反硝化细菌。
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