CN110357271B

CN110357271B - 一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法

Info

Publication number: CN110357271B
Application number: CN201910572347.6A
Authority: CN
Inventors: 刘鹏程; 张文武; 杜佳丽; 李栩琪; 丁静; 俞少伟
Original assignee: Hangzhou Xiuchuan Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Xiuchuan Technology Co ltd
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2039-06-27
Also published as: CN110357271A

Abstract

本发明涉及水处理领域，公开了一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，包括：1)选择短小芽孢杆菌Bacillus pumilus AD 0599作为反硝化菌株；2)对反硝化菌株扩增培养，获取菌体后与垃圾渗滤液生化前端厌氧污泥混合后作为种子菌种；3)将种子菌种置于反硝化滤池底部，装载颗粒活性炭；将活化废水通入反硝化滤池进行活化；4)停止通活化废水，添加碳源后通垃圾渗滤液进行脱氮。本发明可直接对低碳氮比的垃圾渗滤液生化出水进行快速生物脱氮，本选用短小芽孢杆菌，仅添加少量碳源就可将生化段出水中的硝态氮进行快速反硝化去除，并且同时还可进一步降低出水的CODcr，减轻后续膜分离的压力。

Description

一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法。

背景技术

垃圾渗滤液是在垃圾的卫生填埋过程中产生的一种高浓废水，含有垃圾本身被挤压出来的水分，进入填埋场的雨雪，微生物分解有机物产生的代谢水等，其成分会随着垃圾的种类、地域、季节、填埋的时间发生变化。总体说来垃圾渗滤液产业都有较高的CODcr和总氮，其中CODcr在一万到十几万不等，总氮一般超过1000mg/L。当前，国内外渗滤液处理，以生化+膜分离处理技术为主，传统生化+纳滤膜分离的技术应用于渗滤液处理的实际工程案例比较常见。

垃圾渗滤液中的总氮，大部分经脱氮微生物的联合作用去除，污水中的有机氮及氨氮经过氨化作用、硝化反应、反硝化反应，最后转化为氮气。生化法脱氮具有经济、有效、易操作、无二次污染等特点。

但是由于垃圾渗滤液总氮过高，波动较大，碳氮比偏低，若采用生化+纳滤等膜分离处理技术，前端生化段很难直接将总氮一次处理达标。纳滤膜对一价离子分离作用较弱，膜出水中常存在硝态氮超标的问题，因此需要在膜分离前端进行处理。如果直接对原生化段进行调整，对工程的改动较大，不确定因素增多且见效慢，能耗大而且对减少末端出水的硝态氮作用不显著，并不划算。如果在生化段末端通过增加反渗透工序或加药等物化方式去除，则不仅费用较高，还可能存在二次污染物。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，本发明可直接对低碳氮比的垃圾渗滤液生化出水进行快速生物脱氮，本发明选用特殊的短小芽孢杆菌，通过厌氧反硝化滤池，仅添加少量的碳源就可以将生化段出水中的硝态氮进行快速反硝化去除，并且同时还可进一步降低出水的CODcr，减轻后续膜分离的压力。

本发明的具体技术方案为：一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，包括如下步骤：

1)反硝化菌株选择：选择命名为AD 0599的短小芽孢杆菌作为反硝化菌株，已在2019年4月22日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其保藏编号为CGMCC17611；微生物分类命名为短小芽孢杆菌Bacillus pumilus。

2)反硝化菌株培育：对反硝化菌株进行扩增培养，扩增培养后，离心去除上清液获取菌体后与垃圾渗滤液生化前端厌氧污泥混合后作为种子菌种。

3)反硝化菌株活化：将种子菌种置于反硝化滤池底部，然后以颗粒活性炭填料装载于种子菌种之上；配制含NO₃-N＝95-105mg/L、CODcr＝950-1050mg/L、pH＝7-8的活化废水，将活化废水以下进上出方式通过反硝化滤池，进行活化。其中，活化废水水温为30-35℃，活化时间为5-7天，停留时间为24-48h。

由于本发明采用的硝化菌种是粉剂保存的，菌种处于休眠状态，丢到废水中之前通过活化可以激活菌种的反硝化活性，并且促进菌种在滤池滤料上的快速附着，为后期废水处理的快速启动做准备。

4)垃圾渗滤液脱氮：停止通活化废水，在垃圾渗滤液生化出水中添加碳源后，向反硝化滤池以下进上出方式通垃圾渗滤液进行深度脱氮处理，直至将总氮降至目标出水指标以下。

在本发明中：

1、本发明中的菌种为实验室筛选出来的可以在低碳氮比(C/N＝3～5∶1)的情况下对废水中的硝态氮可以快速去除，菌种本身的反硝化效率比较高。(本菌种主要是在低碳氮比的情况下反硝化比一般菌种快，具有显著的优势，而在碳源充足时反硝化效率并没有明显优势)。

2、生物滤池中的活性炭滤料具有较好的生物相容性，其多孔结构可以帮助菌种附着，起到截留菌种提高滤池中生物量的作用。

3、活性炭还可以吸附硝态氮，在其表面增加菌种和硝态氮的接触时间，在体系停留时间较短的情况下提高反硝化效率。

4、活性炭生物滤池的过滤作用可以帮助获得澄清的出水，出水无需絮凝沉淀。

作为优选，步骤2)中，扩增培养采用LB培养基，包括酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，氯化钠10g/L。

作为优选，步骤2)中，扩增培养直至浓度达到OD₆₀₀＝1.3-1.5后，进行后续处理。

作为优选，步骤2)中，离心转速为5000-7000r/min。

作为优选，步骤2)中，所述菌体与垃圾渗滤液生化前端厌氧污泥的质量比为4.5-5.5∶1。

本发明中筛选的高效反硝化菌种AD 0599 Bacillus pumilus，可在低碳氮比的条件下快速将垃圾渗滤液中的硝态氮通过反硝化作用去除。补充垃圾渗滤液生化前端厌氧污泥可以补充非培菌种，以及部分与反硝化菌种AD 0599 Bacillus pumilus具有特殊代谢互助功能菌种，并在后续的废水处理中通过驯化极大的强化这种互助关系，丰富反硝化反应的微生物种群，提高系统的稳定性。选择上述菌体与污泥比例既可以保证菌种AD 0599Bacillus pumilus的菌种优势性，又可为菌群驯化提供最佳接种量。

作为优选，步骤3)中，所述活化废水包括：葡萄糖0.75-0.85g/L，硝酸钾0.720-0.725g/L，磷酸二氢钾0.21-0.23g/L，氯化钠0.9-1.1g/L和水。

作为优选，步骤4)中，所述碳源为葡萄糖，所述碳源的添加量以使渗滤液中C/N比达到3～5∶1为准。

作为优选，步骤4)中，垃圾渗滤液在反硝化滤池中的停留时间为24h～48h。

作为优选，所述反硝化滤池包括：壳体、布水器、承托层、颗粒活性炭填料、排气管。

所述壳体的底部设有进水口、顶部设有出水口，壳体内部由下至上依次设有所述布水器、承托层和颗粒活性炭填料；所述排气管埋设于颗粒活性炭填料中且其顶部直达壳体顶部与外界相通。

本发明中反硝化滤池的运行原理为：在低碳氮比条件下，废水由活性炭生物滤下端进入，通过布水器后可以在滤池中分布均匀，且借助废水向下的湍流快速混匀；在滤池中装填有一定量粒径较小的粒状活性炭滤料，活性炭具有良好的生物相容性，可以为菌种提供载体，另外其多孔结构可以较好的吸附硝态氮等污染物，为生物反硝化提供场所；污水流经时，滤料在停留时间相同的情况下可延长废水的流动路径，增加微生物与污染物的接触时间，提高反硝化效率；此外，污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点，截留污水中的悬浮物，且保证菌体不会随水漂出，在保证出水澄清的同时起到截留菌种，提高生物量的作用。因此，以AD 0599 Bacillus pumilus为主的高效反硝化菌群结合活性炭生物滤池的特点，工程上可以获得更好地反硝化效果。

其中，排气管作用是：排出反硝化过程中产生的氮气等气体。布水器作用是使进水分布均匀，便于在体系中充分混合，获得更好的处理效果

本发明还提供了一种反硝化菌株，命名为AD 0599，已在2019年4月22日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其保藏编号为CGMCC 17611，微生物分类命名为短小芽孢杆菌Bacillus pumilus。

相对于同类菌株，该反硝化菌株具有更强的反硝化能力。

本发明菌种在低碳氮比的情况下反硝化比一般菌种快，具有显著优势，在碳源充足时反硝化效率并没有明显优势；本菌种在反硝化的最低理论C/N比附近(3～5∶1)可以取得较好的反硝化效率，一般反硝化菌种对C/N比的要求在8～10∶1以上，在上述低C/N比的情况下反硝化作用很低，效率比AD 0599慢50～80％。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明可直接对低碳氮比的垃圾渗滤液生化出水进行快速生物脱氮，本选用特殊的短小芽孢杆菌，通过厌氧反硝化滤池，仅添加少量的碳源就可以将生化段出水中的硝态氮进行快速反硝化去除，并且同时还可进一步降低出水的CODcr，减轻后续膜分离的压力。

附图说明

图1为本发明中反硝化滤池的结构示意图；

图2为实施例1中活性炭生物滤池启动阶段出水硝态氮与停留时间关系图。

附图标记为：壳体1、布水器2、承托层3、颗粒活性炭填料4、排气管5、进水口6、出水口7。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

总实施例

一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，包括如下步骤：

2)反硝化菌株培育：采用LB培养基(包括酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，氯化钠10g/L)，对反硝化菌株进行扩增培养，浓度达到OD₆₀₀＝1.3-1.5后，5000-7000r/min离心去除上清液获取菌体后与垃圾渗滤液生化前端厌氧污泥按质量比4.5-5.5∶1混合后作为种子菌种。

3)反硝化菌株活化：将种子菌种置于反硝化滤池底部，然后以颗粒活性炭填料装载于种子菌种之上；配制含NO₃-N＝95-105mg/L、CODcr＝950-1050mg/L、pH＝7-8的活化废水(葡萄糖0.75-0.85g/L，硝酸钾0.720-0.725g/L，磷酸二氢钾0.21-0.23g/L，氯化钠0.9-1.1g/L和水)，将活化废水以下进上出方式通过反硝化滤池，进行活化。其中，活化废水水温为30-35℃，活化时间为5-7天，停留时间为24-28h。

4)垃圾渗滤液脱氮：停止通活化废水，在垃圾渗滤液中添加碳源(优选葡萄糖)，碳源的添加量以使渗滤液中碳源比为C/N比＝3～5∶1为准)，向反硝化滤池以下进上出方式通垃圾渗滤液进行脱氮处理，直至将总氮降至目标出水指标以下。垃圾渗滤液在反硝化滤池中的停留时间为24-48h。

如图1所示，上述反硝化滤池包括：壳体1、布水器2、承托层3、颗粒活性炭填料4、排气管5。所述壳体的底部设有进水口6、顶部设有出水口7，壳体内部由下至上依次设有所述布水器、承托层和颗粒活性炭填料；所述排气管埋设于颗粒活性炭填料中且其顶部直达壳体顶部与外界相通。

其中，本发明中短小芽孢杆菌AD 0599 Bacillus pumilus的筛菌过程为：

筛选的种子菌种为发明人实验室前期分菌积累的反硝化菌种库，且均为兼性厌氧菌：

1)种子菌液准备

1.1)取反硝化菌种库中的保存的500支冻干管菌种；

1.2)将冻干管远离菌种的一端在酒精灯烧热，滴一滴无菌水，使冻干管一头因骤冷而碎裂，完成开管；

1.3)用巴氏吸管吸取无菌水加入冻干管反复吹吸溶解菌株粉末，得到菌粉溶液；

1.4)吸取菌粉溶液，滴一滴到预先装有LB培养基的试管中，完成接种；

1.5)将接种好的试管密封，放入33-37℃培养箱100-150rpm振荡培养活化6-18h；

1.6)用插管式分光光度计读取菌液浓度，λ＝600nm，当试管菌液OD＝0.45-0.55时，即到菌种生长对数期，将其转接到装有稀释三倍的LB培养基的锥形瓶中扩大培养，在相同条件下培养到OD＝0.45-0.55时，作为A组种子菌种液。

2、低C/N比条件下反硝化速率评估

反硝化菌种初步培筛选养基：纯净水作溶剂，添加葡糖糖0.25g/L、硝酸钾0.5g/L、磷酸氢二钾0.05g/L、磷酸二氢钾0.05g/L、七水硫酸镁0.02g/L、酵母提取物0.01g/L；pH7.0-7.2。

吸取培养好的A组种子菌液3mL于4℃，4000rpm离心机中离心2分钟，去掉上清，将菌体重悬接入含30mL反硝化菌种初步评估培养基的具塞厌氧瓶中。接种后厌氧瓶在厌氧培养箱中进行密封，于30℃，100rpm恒温气浴摇床中振荡培养，12h后用插管式分光光度计读取菌液浓度，λ＝600nm，选取浓度最高的100组测定溶液中残留的硝态氮浓度，对比后挑选出残留浓度最低的50株菌株，作为B组种子菌液。

3、菌种对废水的反硝化评估实验

吸取实验2中培养好的B组种子菌液8mL接入含80mL反硝化菌种评估养基(垃圾渗滤液生化出水中添加葡萄糖0.1g/L，磷酸氢二钾0.05g/L、磷酸二氢钾0.05g/L、七水硫酸镁0.02g/L、酵母提取物0.01g/L；pH7.0-7.2)的具塞厌氧瓶中。接种后厌氧瓶在厌氧培养箱中进行密封，于30℃，100rpm恒温气浴摇床中振荡培养，每个菌种3组重复，每间隔6小时用注射器取样测定培养基中CODcr、硝态氮和总氮的浓度，选24h内反硝化效率最好的菌种作为目标菌种。

在反硝化评估实验中，最终获得的目标菌种经16s rRNA鉴定与短小芽孢杆菌Bacillus pumilus的相似性最高，所以命名为Bacillus pumilus AD 0599。反硝化评估实验中，废水初始含硝态氮约100mg/L，CODcr约450mg/L，C/N比接近4.5∶1，AD 0599在12h时对硝态氮的去除率为80.7％，反硝化效率高出其他49株菌种10％～20％，24h时对硝态氮的去除率为95.1％，反硝化效率高出其他49株菌种5％～10％。

实施例1

深圳某垃圾填埋厂的垃圾渗滤液采用两级AO工艺进行硝化反硝化，之后对生化出水采用纳滤分离，生化出水的水质指标如下表所示，生化末端出水总氮超标。废水中硝态氮为主，有少量的氨氮、有机氮，需要将总氮降至35mg/L以下。从水质数据可以看出该废水碳氮比接近4∶1，碳源紧张，并且生化出水BOD₅较低，可生化性差。

垃圾渗滤液排放标准如下表所示

CODcr(mg/L)	BOD5(mg/L)	悬浮物(mg/L)	总氮(mg/L)	氨氮(mg/L)	总磷(mg/L)
						≤100	≤30	≤30	≤35	≤25	≤3

操作如下：

1、反硝化菌种培育：

选取反硝化性能较好的短小芽孢杆菌AD 0599 Bacillus pumilus作为反硝化菌株(已在2019年4月22日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其保藏编号为CGMCC17611)，用LB培养基(包括酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，氯化钠10g/L，121℃灭菌20min)进行扩增，菌体浓度达到OD600＝1.4左右，于大体量离心机中以转速6000r/min离心去掉上清获取菌体后与垃圾渗滤液生化前端厌氧污泥以5∶1的比例混合，作为种子菌种。

2、反硝化菌株活化：将种子菌种置于反硝化滤池(如图1所示)底部，然后以颗粒活性炭填料装载于种子菌种之上；配制含NO₃-N＝/100mg/L、CODcr＝1000mg/L、pH＝7-8的活化废水(葡萄糖0.8g/L，硝酸钾0.722g/L，磷酸二氢钾0.22g/L，氯化钠1.0g/L和水)，将活化废水以下进上出方式通过反硝化滤池，进行活化。其中，活化废水水温为30℃，活化时间为7天，停留时间为1天。出水与停留时间的关系如图2所示。

3、垃圾渗滤液脱氮：停止通活化废水，在垃圾渗滤液中添加葡萄糖，使其浓度达到0.15g/L，向反硝化滤池以下进上出方式通垃圾渗滤液进行脱氮处理。

碳源添加量、停留时间对废水出水的CODcr、总氮的影响，结果如下表所示。

由上可知，本发明团队根据废水水质选择以短小芽孢杆菌AD 0599Bacilluspumilus作为反硝化菌株，结合活性炭生物滤池工艺，仅添加少量的葡萄糖，停留时间4-6h即可获得总氮低于35mg/L的澄清出水，并且出水的CODcr均低于原水的CODcr，本发明在快速脱氮的同时可进一步除碳，减轻后续纳滤的压力。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，其特征在于包括如下步骤：

1) 反硝化菌株选择：选择命名为AD 0599的短小芽孢杆菌作为反硝化菌株，已在2019年4月22日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其保藏编号为CGMCC17611；微生物分类命名为短小芽孢杆菌Bacillus pumilus；

2) 反硝化菌株培育：对反硝化菌株进行扩增培养，扩增培养后，离心去除上清液获取菌体后与垃圾渗滤液生化前端厌氧污泥混合后作为种子菌种；

3) 反硝化菌株活化：将种子菌种置于反硝化滤池底部，然后以颗粒活性炭填料装载于种子菌种之上；配制含NO₃-N=95-105mg/L、CODcr=950-1050mg/L、pH=7-8的活化废水，将活化废水以下进上出方式通过反硝化滤池，进行活化；其中，活化废水水温为30-35℃，活化时间为5-7天，停留时间为24-48h；

4) 垃圾渗滤液脱氮：停止通活化废水，在垃圾渗滤液中添加碳源后，向反硝化滤池以下进上出方式通垃圾渗滤液进行脱氮处理，直至将总氮降至目标出水指标以下。

2.如权利要求1所述的一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，其特征在于，步骤2）中，扩增培养采用LB培养基，包括酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，氯化钠10g/L。

3.如权利要求1所述的一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，其特征在于，步骤2）中，扩增培养直至浓度达到OD₆₀₀=1.3-1.5后，进行后续处理。

4.如权利要求1所述的一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，其特征在于，步骤2）中，离心转速为5000-7000r/min。

5.如权利要求1或2所述的一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，其特征在于，步骤2）中，所述菌体与垃圾渗滤液生化前端厌氧污泥的质量比为4.5-5.5：1。

6.如权利要求1所述的一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，其特征在于，步骤3）中，所述活化废水包括：葡萄糖0.75-0.85g/L，硝酸钾0.720-0.725g/L，磷酸二氢钾0.21-0.23g/L，氯化钠0.9-1.1g/L和水。

7.如权利要求1所述的一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，其特征在于，步骤4）中，所述碳源为葡萄糖，所述碳源添加量以使垃圾渗滤液中C/N比为3~5:1为准。

8.如权利要求1所述的一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，其特征在于，步骤4）中，垃圾渗滤液在反硝化滤池中的停留时间为24h~48h。

9.如权利要求1所述的一种垃圾渗滤液生化出水快速生物脱氮方法，其特征在于，所述反硝化滤池包括：壳体、布水器、承托层、颗粒活性炭填料、排气管；

10.一种反硝化菌株，其特征在于：所述反硝化菌株命名为AD 0599，已在2019年4月22日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其保藏编号为CGMCC 17611，微生物分类命名为短小芽孢杆菌Bacillus pumilus。