CN110499275A - 基于aqs的扰动负荷条件下驯化腐殖酸还原菌的方法 - Google Patents

基于aqs的扰动负荷条件下驯化腐殖酸还原菌的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于AQS的扰动负荷条件下驯化腐殖酸还原菌的方法，包括以下步骤：步骤1，依次将AQS和取自污水处理厂的含有腐殖酸还原菌的厌氧活性污泥加入到反应器内；步骤2，将含葡萄糖废水连同硝酸盐作为反应液泵入到反应器本体内，作为反应器本体的第一天进水；步骤3，将第一天从反应器本体内排出的反应液按体积比(1‑1.2):(1‑1.2)稀释，作为第二天的反应液通过进水口泵入到反应器本体中；步骤4，依次重复步骤2和步骤3，均进行九～十一天。本发明以含葡萄的废水驯化腐殖酸还原菌可增加腐殖酸还原菌的广谱性；通过贫/富交替营养的运行可以有效提高腐殖酸还原菌应对恶劣环境的能力。

Description

基于AQS的扰动负荷条件下驯化腐殖酸还原菌的方法
技术领域
本发明涉及废水或沉积物的生物处理技术领域，特别是涉及一种基于AQS的扰动负荷条件下驯化腐殖酸还原菌的方法。
背景技术
腐殖酸还原菌是具有腐殖质呼吸特性的厌氧微生物，广泛存在于沉积物中，且可以环境中有机质作为电子供体，腐殖质作为专性电子受体，偶联能量用于细胞生长，进而加速有机质的矿化。因此腐殖酸还原菌在水体自净，沉积物修复，污水处理等方面具有广阔的应用前景。但在有机质含量低的沉积物中，腐殖酸还原菌活性降低，不利于其在底泥生物修复中的应用，同时，对于如何驯化出抗恶劣环境能力强的腐殖酸还原菌的方法仍处于空白阶段。
目前对于腐殖酸还原菌的驯化仅限于实验室规模，对于工业化的应用还不成熟，存在腐殖酸类似物易流失，成本高等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于AQS的扰动负荷条件下驯化腐殖酸还原菌的方法，AQS具有低成本，对环境污染小且难溶于水的性质，减少了规模化、高密度培养腐殖酸还原菌的成本，为工业化的应用提供了方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
本发明的一种基于AQS的扰动负荷条件下驯化腐殖酸还原菌的方法，包括以下步骤：
步骤1，首先将固定化后的腐殖酸类似物AQS通过加料口加入到反应器本体内，再将取自污水处理厂的含有腐殖酸还原菌的活性污泥通过加料口加入到反应器本体的底端，其中所述固定化后的腐殖酸类似物AQS与所述厌氧活性污泥的体积比为(1-1.5)：(1-1.5)；
步骤2，通过进水口将含葡萄糖的废水连同硝酸盐作为反应液泵入到反应器本体内，作为反应器本体的第一天进水，在反应器本体内，流经固液分离机构时，反应液与夹杂在其中的污泥和AQS进行分离，污泥和AQS向下沉降，部分反应液经由出水口排出，部分反应液在回流泵的作用下，通过回流管进行回流；
步骤3，将第一天从反应器本体内排出的反应液按体积比(1-1.2):(1-1.2)稀释，作为第二天的反应液通过进水口泵入到反应器本体中，反应液在反应器本体内通过固液分离机构与污泥和AQS分离后，一部分经由出水口排出，一部分进行回流；
步骤4：依次重复步骤2和步骤3，所述步骤2和步骤3各进行九～十一天。
在上述技术方案中，所述步骤2和步骤3中，所述反应器中反应液的上升流速为4m/h
在上述技术方案中，所述步骤2中含葡萄糖的废水的COD为1～2g/L，优选为1g/L。
在上述技术方案中，扰动负荷驯化方法共进行20天，其中第1天-第5天的反应器中反应液的HRT(水力停留时间)为24h，第6-第14天的反应器中反应液的HRT为8h，第15- 第20天反应器中反应液的HRT为4.8h。
在上述技术方案中，所述步骤2中的硝酸盐为硝酸钠或硝酸钾。
在上述技术方案中，所述步骤2中的硝酸盐中的氮元素与AQS的摩尔比为(1-3)：(5-8)，优选为2：7。
在上述技术方案中，所述步骤1中固定化后的腐殖酸类似物AQS粒径为4-7mm，能有效被第一挡板、第二挡板和第三挡板所截留，防治固定化AQS的流失。
在上述技术方案中，所述步骤1中的活性污泥是指取自传统市政污水处理厂二沉池的活性污泥，所述活性污泥的SS为25-28g/L，VSS为18-20g/L，VSS/SS为0.7-0.8。
本发明的另一方面，还包括所述扰动负荷驯化方法在驯化腐殖酸还原菌中的应用。
在上述技术方案中，经由扰动负荷驯化后，具有腐殖酸还原能力的活性污泥的VSS为 8-9g/L，为无扰动负荷驯化的2～3倍。
在上述技术方案中，经由扰动负荷驯化的腐殖酸还原菌的微生物活性即VSS/SS为0.35-0.40，为无扰动负荷驯化的1.8-2倍。
在上述技术方案中，经由扰动负荷驯化的腐殖酸还原菌的醌还原率为30-40％，是无扰动负荷驯化的1.2～1.5倍。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、以含葡萄糖的废水驯化腐殖酸还原菌可增加腐殖酸还原菌的广谱性；
2、通过降低进水的有机物浓度可以有效的减少代谢副产物的生成；
3、通过贫/富交替营养的运行可以减少有机物的用量，进而较少运行费用；
4、通过贫/富交替营养的运行可以有效提高腐殖酸还原菌应对恶劣环境的能力；
5、通过贫/富交替营养的运行可以有效提高腐殖酸还原菌的生物量；
6、通过贫/富交替营养的运行可以有效提高腐殖酸还原菌的活性；
7、通过贫/富交替营养的运行可以有效提高醌的还原能力；
8、改进的固液分离装置可以有效的使固液分离，工艺简单，价格低廉；
9、本发明操作简单，一次性投资成本较低，易于在实际中应用。
附图说明
图1是驯化腐殖酸还原菌的发生器的结构示意图。
图2是本发明的扰动负荷驯化方法和对比实验的无负荷扰动的驯化方法所得腐殖酸还原菌的醌还原率。
图3是本发明的扰动负荷驯化方法和对比实验的无负荷扰动的驯化方法所得腐殖酸还原菌的量。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，本发明的驯化腐殖酸还原菌的发生器，包括反应器本体1：最低端设有进水口2，底端侧壁上设有取泥口3，中部侧壁上设有加料口14，最顶端设有出气口4，顶端侧壁上设有出水口5；
固液分离机构：设置在反应器本体1顶端，包括第一挡板6、第二挡板7和第三挡板8；所述第一挡板6、第二挡板7和第三挡板8交叉设置，并且均倾斜向下，与反应器本体1内壁的夹角均为40°-70°，所述第一挡板6、第二挡板7和第三挡板8之间的缝隙形成供液体流通的S型通道。
循环结构：包括设置在所述反应器本体1的底端侧壁上的第一回流口9、设置在所述反应器本体1的顶端侧壁上的第二回流口10、设置在所述第一回流口9和第二回流口10之间的回流管11和串接在所述回流管11上的回流泵12。
所述反应器本体1包括从下到上依次连接、同轴心设置的下漏斗部1-1、下圆筒部1-2、上漏斗部1-3和上圆筒部1-4，所述上圆筒部1-4的内径大于下圆筒部1-2的内径。
所述进水口2设置在下漏斗部1-1的正底端，所述取泥口3设置在下圆筒部1-2的侧壁上，所述出水口5设置在上圆筒部1-4的侧壁上，所述出气口4设置在上圆筒部1-4的正上方。
所述下漏斗部1-1、下圆筒部1-2之间设有布水板13。
实施例2
本实施例的完整的驯化周期为20天，在不同有机物浓度的含葡萄糖废水条件下交叉驯化各10天。
本发明的扰动负荷驯化腐殖酸还原菌的方法，包括以下步骤：
步骤1，首先将1L固定化后的腐殖酸类似物AQS通过加料口14加入到反应器本体1内，再将1L取自污水处理厂的含有腐殖酸还原菌的厌氧活性污泥加料口14加入到反应器本体1 的底端；
其中固定化后的腐殖酸类似物-AQS的制备参照的制备方法详见公布号为CN102060379A的中国专利“一种固定化醌类化合物在加速微生物反硝化过程中的应用”中的固定化后的腐殖酸类似物-AQDS的制备。
步骤2，通过进水口2以将COD为1g/L的含葡萄糖废水连同硝酸盐作为反应液泵入到反应器本体1内，作为反应器本体1的第一天进水，在反应器本体1内，流经固液分离机构时，反应液与夹杂在其中的污泥和AQS进行分离，污泥和AQS向下沉降，部分反应液经由出水口5排出，部分反应液在回流泵的作用下，通过回流管11进行回流，使反应液上升流速为4m/h。如此，可对充分利用随废水一同被排出的AQS，即减少环境污染，又可充分利用 AQS。
步骤3，将第一天从反应器本体1内排出的反应液按体积比1:1稀释，作为第二天的反应液通过进水口2泵入到反应器本体1中，反应液的COD控制在0.5g/L，同样的，反应液在反应器本体1与污泥和AQS分离后，一部分排出，一部分以进行回流，使反应液上升流速为4m/h。
步骤4：依次重复步骤2和步骤3，所述步骤2共进行10天，所述步骤3共进行10天。第1天-第5天的HRT(水力停留时间)为24h，第6-第14天的HRT为8h，第15-第20天的 HRT为4.8h。运行工况如下表所示。
运行阶段 I II III
天数/d 1-5 6-14 15-20
HRT(h)水力停留时间 24 8 4.8
进水流量/h 0.20L 0.59L 0.99L
上升流速v(m/h) 4 4 4
固定化AQS作用机理如下：
在反应器内COD用于腐殖酸还原菌的电子供体，AQS作为电子受体。氮源作为电子受体，还原态AQS用作电子供体并被最终还原为AQS进一步被利用。
实施例3
以无扰动负荷驯化实验作为对照实验和实施例2进行对比，所述对照实验是指，通过进水口2以将反应液泵入到反应器本体1中，反应液的COD始终控制在1g/L左右，如此驯化20天，其中第1天-第5天的HRT(水力停留时间)为24h，第6-第14天的HRT为8h，第 15-第20天的HRT为4.8h，
运行工况如下表所示。
运行阶段 I II III
天数/d 1-5 6-14 15-20
HRT(h)水力停留时间 24 8 4.8
进水流量/h 0.20L 0.59L 0.99L
上升流速v(m/h) 4 4 4
在监测降解效果时，出水口5可作为水质监测取样口，取泥口3可作为污泥取样口。
如图2所示，利用本发明的扰动负荷驯化方法和无负荷扰动的驯化方法进行对比，可知，扰动负荷驯化后微生物醌的还原能力明显大于无扰动的驯化方法，其中微生物醌的还原能力通过吸光值测定，具体的，先通过不同醌浓度下溶液的吸光值拟合标准曲线，然后通过线性回归方程，计算相应吸光值下的溶液中醌的浓度，从而计算还原率。
经测定，扰动负荷驯化后微生物醌的还原率为30％～40％，无扰动负荷驯化后微生物醌的还原率为20％～27％，驯化前微生物醌的还原率为0.2％。扰动负荷驯化后微生物醌还原率为无扰动负荷驯化的1.2～1.5倍。
如图3所示，扰动负荷驯化后微生物量(扰动负荷驯化后具有腐殖酸还原能力的活性污泥的VSS)为8.24g/L，无扰动负荷驯化后微生物量为3.52g/L，扰动负荷驯化后的微生物量为无扰动负荷驯化的2～3倍。
扰动负荷驯化后微生物活性((VSS(可挥发性悬浮物)/SS(总固体悬浮物)))0.37，其中VSS和SS测定的标准号为GB/T11901-1989，无扰动负荷驯化后微生物活性为0.20，扰动负荷驯化后微生物活性为无扰动负荷驯化的1.8-2倍。
综上所述，本发明能够驯化出高密度抗恶劣环境强的腐殖酸还原菌。驯化可以增加细菌生物活性，提高微生物产量，增加其还原醌的能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于AQS的扰动负荷条件下驯化腐殖酸还原菌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，首先将固定化后的腐殖酸类似物AQS通过加料口加入到反应器本体内，再将取自污水处理厂的含有腐殖酸还原菌的活性污泥通过加料口加入到反应器本体的底端，其中所述固定化后的腐殖酸类似物AQS与所述厌氧活性污泥的体积比为(1-1.5)：(1-1.5)；
步骤2，通过进水口将含葡萄糖的废水连同硝酸盐作为反应液泵入到反应器本体内，作为反应器本体的第一天进水，在反应器本体内，流经固液分离机构时，反应液与夹杂在其中的污泥和AQS进行分离，污泥和AQS向下沉降，部分反应液经由出水口排出，部分反应液在回流泵的作用下，通过回流管进行回流；
步骤3，将第一天从反应器本体内排出的反应液按体积比(1-1.2):(1-1.2)稀释，作为第二天的反应液通过进水口泵入到反应器本体中，反应液在反应器本体内通过固液分离机构与污泥和AQS分离后，一部分经由出水口排出，一部分进行回流；
步骤4：依次重复步骤2和步骤3，所述步骤2和步骤3各进行九～十一天。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2和步骤3中，所述反应器中反应液的上升流速为4m/h 。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中含葡萄糖的废水的COD为1～2g/L。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法共进行20天，其中第1天-第5天的反应器中反应液的HRT为24h，第6-第14天的反应器中反应液的HRT为8h，第15-第20天反应器中反应液的HRT为4.8h。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中的硝酸盐为硝酸钠或硝酸钾，所述步骤2中的硝酸盐中的氮元素与AQS的摩尔比为(1-3)：(5-8)，优选为2：7。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的活性污泥是指取自传统市政污水处理厂二沉池的活性污泥，所述活性污泥的SS为25-28g/L，VSS为18-20g/L，VSS/SS为0.7-0.8。
7.如权利要求1所述的方法在驯化腐殖酸还原菌中的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，经由扰动负荷驯化后，具有腐殖酸还原能力的活性污泥的VSS为8-9g/L，为无扰动负荷驯化的2～3倍。
9.如权利要求7所述的应用，其特征在于，经由扰动负荷驯化后，腐殖酸还原菌的微生物活性为0.35-0.40，为无扰动负荷驯化的1.8-2倍。
10.如权利要求7所述的应用，其特征在于，经由扰动负荷驯化后，腐殖酸还原菌的醌还原率为30-40％，是无扰动负荷驯化的1.2～1.5倍。
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