CN111170471B

CN111170471B - 复合聚磷菌流动生物床膜法

Info

Publication number: CN111170471B
Application number: CN202010049502.9A
Authority: CN
Inventors: 言红红; 郑勇生; 郑言; 言文炫
Original assignee: Zhejiang Yongxu Environmental Engineering Co ltd
Current assignee: Zhejiang Yongxu Environmental Engineering Co ltd
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2040-01-16
Also published as: CN111170471A

Abstract

本发明公开了一种复合聚磷菌流动生物床膜法，包括以下步骤：1)好氧阶段：将污水泵入设有柔性填料的反应器中，将复合聚磷菌投入反应器中，曝气，投加COD和甲乙酮；2)厌氧阶段：排出反应器中的水，注入厌氧进水，进水过程中水流对柔性填料上的生物膜进行冲刷，投加COD；3)好氧厌氧交替：反应器开始运行时，好氧阶段持续10～15d后，切换厌氧阶段5～8d，然后投加0.08～0.1mg/L油酸月桂醇酯，继续保持厌氧阶段3～4d，好氧阶段结束排出水的正磷酸盐浓度低于0.07mg/L，正磷酸盐去除率高达99.8％以上，厌氧阶段结束排出水中正磷酸盐浓度高达102mg/L以上。

Description

复合聚磷菌流动生物床膜法

技术领域

本发明属于聚磷菌用于处理污水技术领域，具体是一种复合聚磷菌流动生物床膜法。

背景技术

近年来，随着工农业生产的发展、人口的急剧膨胀，大量含氮、磷的污水未经处理或处理不达标便被排入水体中，引起藻类大量繁殖，导致绝大多数地表水体出现富营养化现象。研究表明，磷是水体富营养化的最主要限制性因素，采用生物修复技术，处理污废水中的磷，无二次污染、效果好，已成为人们的共识。所以生物除磷是当前环保领域的研究热点。

国内外学者研究发明了多种生物除磷工艺，生物除磷方法可分为两类：1）主流工艺和2）侧流工艺，其中强化生物除磷工艺是一种主流工艺，磷通过排放剩余污泥去除。相反地，侧流工艺中生物体内的磷释放到液相中，通过浓度超过50mgP/L 的磷酸盐浓溶液回收，可用结晶与化学试剂的工艺处理。

在主流工艺中过量的剩余污泥处理是昂贵且能量密集的，EBPR 工艺无法避免产生大量的剩余污泥，若处理不当会产生生物毒性，在污泥处理过程中也会产生多余的温室气体。另一方面，现在我国很多地区并不具备处理污泥和回收剩余污泥中资源的条件，常常花费许多财力还浪费了大量的资源。测流工艺需先获得磷酸盐浓溶液才能大量回收磷，而磷酸盐浓溶液的获取难度较高，所花费的成本较大。因此，如何低成本高效地去除污水中的磷并进行高效回收，是目前亟需解决的问题。

因此，本领域亟需一种复合聚磷菌流动生物床膜法。

有鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合聚磷菌流动生物床膜法，以解决上述至少一个技术问题。

具体的，本发明提供了一种复合聚磷菌流动生物床膜法，包括以下步骤：

1）好氧阶段：将污水泵入设有柔性填料的反应器中，将复合聚磷菌投入反应器中，复合聚磷菌为气单胞菌属、假单胞菌属、不动杆菌属中的一种或几种，曝气量为2.0~4.5mg/L，COD含量为150~250mg/L，PO₄ ^3—-P含量为30~45mg/L，甲乙酮含量为1.5~2.8 mg/L，NH₄ ⁺-N含量为45~50 mg/L，用碳酸氢钠调节pH为7.0~8.5，温度为25~35℃。

采用上述方案，在好氧条件下，甲乙酮可刺激提高聚磷酸盐激酶的活性，提高其转移高能磷酸基的效率，以四聚磷酸盐为引物先合成ATP，最终以高度聚合的多聚磷酸盐颗粒的形式将能量储存在体内。随着聚磷菌胞内四聚磷酸盐浓度的降低，聚磷菌加快通过消耗细菌质子移动力来将胞外的正磷酸盐以中性或电阳性的形式主动运输到胞内合成ATP的速度。污水中的正磷酸盐被聚磷菌以多聚磷酸盐颗粒的形式进行储能，吸磷后细胞内积累的磷大大超过了聚磷菌自身生长所需要的能量。

2）厌氧阶段：排出反应器中的水，注入厌氧进水，进水过程中水流对柔性填料上的生物膜进行冲刷，将在微环境中无竞争优势的杂菌冲刷去除。厌氧进水中氧气含量为0.08~0.1 mg/L，COD含量为1800~2500mg/L，NH₄ ⁺-N含量为45~50 mg/L，用碳酸氢钠调节pH为7.0~8.5，温度为25~35℃。

采用上述方案，生物膜厚度过厚会导致物质的传质障碍形成厌氧区以及营养物质无法到达生物膜内层，从而无法获得高密集的有效菌种群落。其他杂菌因生长环境不适合其生长增殖，对生物膜的附着力较弱，在进水冲刷过程中，大量杂菌从生物膜上剥离掉落，真正有效的聚磷菌被高度富集。在厌氧进水阶段，水流对柔性填料上的生物膜进行冲刷，不需要设置额外的反冲洗步骤，具有节能高效的优点。

3）好氧厌氧交替：反应器刚运行阶段，好氧阶段持续10~15d后，切换厌氧阶段5~8d，然后投加0.08~0.1 mg/L油酸月桂醇酯，继续持续厌氧阶段3~4d。上述好氧-厌氧切换循环2~3次后，反应器处于稳定运行状态。

采用上述方案，随着上述好氧-厌氧切换循环，柔性填料上的生物膜中聚磷菌群成为优势群落，大量分散的聚磷菌群增殖粘连在一起形成较大团聚结构。团聚结构中的菌体体积明显增大，是菌种处于快速吸收正磷酸盐的积累期的表现，这也预示着反应器中的生态系统已达到稳定状态。

之后好氧阶段持续2~3d，切换厌氧阶段1~2d，然后投加0.08~0.1 mg/L油酸月桂醇酯，继续持续厌氧阶段1~2d，好氧阶段结束排出水的正磷酸盐浓度低于0.07 mg/L，去除率高达99.8%以上。厌氧阶段结束排出水中正磷酸盐浓度高达102 mg/L以上。

采用上述方案，在厌氧条件下，聚磷菌分解体内的多聚磷酸盐颗粒而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚β-羟基丁酸及糖原等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解多聚磷酸盐颗粒所产生的正磷酸盐排出体外。聚磷菌在释磷时存在阈值，在厌氧阶段持续一段时间后，水中的正磷酸盐浓度趋于稳定，大量的磷元素仍被积蓄在聚磷菌的生物膜内。油酸月桂醇酯可提高多聚磷酸盐外切酶的活性，激活EDTA，重新启动多聚磷酸盐的分解反应。多聚磷酸盐的分解引起胞内磷酸盐的积累，不能用于合成的磷酸盐将被载体蛋白识别，通过主动扩散的方式将过剩的磷酸盐排到胞外，正磷酸盐的回收率提高。在厌氧阶段，聚磷菌胞内多聚磷酸盐分解量的增多，可增加其在好氧阶段对胞外正磷酸盐的吸收量。

进一步，复合聚磷菌为鲍曼不动杆菌、约氏不动杆菌、铜绿假单胞菌以及施氏假单胞菌。所述鲍曼不动杆菌为鲍曼不动杆菌ATCC19606标准菌种，质控菌株第二代斜面培养物；所述约氏不动杆菌为上海博湖生物科技有限公司售卖的约氏不动杆菌；所述铜绿假单胞菌为山东博科科学仪器有限公司售卖的铜绿假单胞菌；所述施氏假单胞菌为上海邦景实业有限公司售卖的施氏假单胞菌。

进一步，所述甲乙酮含量为2.0~2.5 mg/L。

进一步，所述油酸月桂醇酯含量为0.1 mg/L。

进一步，所述柔性填料为挂式尼龙。挂式尼龙成本低廉，容易获得且本身强度大、韧性好，在反应器中能很好地保持生物膜形态。

本发明具有以下有益效果：

1、污水中的正磷酸盐被聚磷菌以多聚磷酸盐颗粒的形式进行储能，吸磷后细胞内积累的磷大大超过了聚磷菌自身生长所需要的能量，出水的正磷酸盐浓度低于0.07 mg/L，去除率高达99.8%以上；

2、其他杂菌因生长环境不适合其生长增殖，对生物膜的附着力较弱，在进水冲刷过程中，大量杂菌从生物膜上剥离掉落，真正有效的聚磷菌被高度富集；

3、油酸月桂醇酯可提高多聚磷酸盐外切酶的活性，激活EDTA，重新启动多聚磷酸盐的分解反应。多聚磷酸盐的分解引起胞内磷酸盐的积累，不能用于合成的磷酸盐将被载体蛋白识别，通过主动扩散的方式将过剩的磷酸盐排到胞外，正磷酸盐的回收率提高。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1：

复合聚磷菌流动生物床膜法，包括以下步骤：

1）好氧阶段：将污水泵入设有挂式尼龙的反应器中，将鲍曼不动杆菌、约氏不动杆菌、铜绿假单胞菌以及施氏假单胞菌投入反应器中，曝气量为4.5mg/L，COD含量为250mg/L，PO₄ ^3—-P含量为45mg/L，甲乙酮含量为2.8 mg/L，NH₄ ⁺-N含量为50 mg/L，用碳酸氢钠调节pH为8.5，温度为35℃；

2）厌氧阶段：排出反应器中的水，注入厌氧进水，进水过程中水流对柔性填料上的生物膜进行冲刷，将在微环境中无竞争优势的杂菌冲刷去除，厌氧进水中氧气含量为0.1mg/L，COD含量为2500mg/L，NH₄ ⁺-N含量为50 mg/L，用碳酸氢钠调节pH为8.5，温度为35℃；

3）好氧厌氧交替：反应器刚运行阶段，好氧阶段持续10d后，切换厌氧阶段5d，然后投加0.1 mg/L油酸月桂醇酯，继续持续厌氧阶段3d，好氧-厌氧切换循环2次后，反应器处于稳定运行状态，之后好氧阶段持续2d，切换厌氧阶段1d，然后投加0.1 mg/L油酸月桂醇酯，继续持续厌氧阶段1d。

实施例2：

复合聚磷菌流动生物床膜法，包括以下步骤：

1）好氧阶段：将污水泵入设有挂式尼龙的反应器中，将鲍曼不动杆菌、约氏不动杆菌、铜绿假单胞菌以及施氏假单胞菌投入反应器中，曝气量为2.0mg/L，COD含量为150mg/L，PO₄ ^3—-P含量为30mg/L，甲乙酮含量为1.5mg/L，NH₄ ⁺-N含量为45mg/L，用碳酸氢钠调节pH为7.0，温度为25℃；

2）厌氧阶段：排出反应器中的水，注入厌氧进水，进水过程中水流对柔性填料上的生物膜进行冲刷，将在微环境中无竞争优势的杂菌冲刷去除，厌氧进水中氧气含量为0.08mg/L，COD含量为1800mg/L，NH₄ ⁺-N含量为45mg/L，用碳酸氢钠调节pH为7.0，温度为25℃；

3）好氧厌氧交替：反应器刚运行阶段，好氧阶段持续15d后，切换厌氧阶段8d，然后投加0.08 mg/L油酸月桂醇酯，继续持续厌氧阶段4d，好氧-厌氧切换循环3次后，反应器处于稳定运行状态，之后好氧阶段持续1d，切换厌氧阶段2d，然后投加0.08 mg/L油酸月桂醇酯，继续持续厌氧阶段2d。

实施例3：

复合聚磷菌流动生物床膜法，包括以下步骤：

1）好氧阶段：将污水泵入设有挂式尼龙的反应器中，将鲍曼不动杆菌、约氏不动杆菌、铜绿假单胞菌以及施氏假单胞菌投入反应器中，曝气量为3.5mg/L，COD含量为200mg/L，PO₄ ^3—-P含量为38mg/L，甲乙酮含量为2.2mg/L，NH₄ ⁺-N含量为47mg/L，用碳酸氢钠调节pH为8.0，温度为35℃；

2）厌氧阶段：排出反应器中的水，注入厌氧进水，进水过程中水流对柔性填料上的生物膜进行冲刷，将在微环境中无竞争优势的杂菌冲刷去除，厌氧进水中氧气含量为0.1mg/L，COD含量为2200mg/L，NH₄ ⁺-N含量为48mg/L，用碳酸氢钠调节pH为8.0，温度为35℃；

3）好氧厌氧交替：反应器刚运行阶段，好氧阶段持续10d后，切换厌氧阶段6d，然后投加0.1 mg/L油酸月桂醇酯，继续持续厌氧阶段3d，好氧-厌氧切换循环2次后，反应器处于稳定运行状态，之后好氧阶段持续1d，切换厌氧阶段2d，然后投加0.08 mg/L油酸月桂醇酯，继续持续厌氧阶段2d。

实施例4：

复合聚磷菌流动生物床膜法，包括以下步骤：

1）好氧阶段：将污水泵入设有挂式尼龙的反应器中，将鲍曼不动杆菌、约氏不动杆菌、铜绿假单胞菌以及施氏假单胞菌投入反应器中，曝气量为3.5mg/L，COD含量为200mg/L，PO₄ ^3—-P含量为38mg/L，NH₄ ⁺-N含量为47mg/L，用碳酸氢钠调节pH为8.0，温度为35℃；

实施例5：

复合聚磷菌流动生物床膜法，包括以下步骤：

3）好氧厌氧交替：反应器刚运行阶段，好氧阶段持续10d后，切换厌氧阶段9d，氧-厌氧切换循环2次后，反应器处于稳定运行状态，之后好氧阶段持续1d，切换厌氧阶段4d。

实施例6：

测定反应器稳定运行后，测定尼龙上附着的生物膜厚度。

利用显微镜对生物膜表面以及载体表面两次对焦成像,通过物镜的移动距离得到生物膜厚。具体操作方法如下：生物膜样品从反应器中取出后直接放置于显微镜观察平台上并加以固定,选定观察倍数后对生物膜表面进行对焦,直到获得清晰图像,记下此时的显微镜微调刻度数；继续通过微调钮调节物镜对载体表面进行对焦直至获得对载体表面的清晰图像,记下此时的微调钮读数;经校正后,两次成像时微调钮读数之差即为所测生物膜厚。采用上述方法测定实施例3、4、5中尼龙上附着的生物膜厚度，平行测定三次，取平均值，测定结果如表1所示。

表1生物膜厚度测定

	生物膜厚度（μm）
		实施例3	28.6
实施例4	25.8
		实施例5	26.4

已知在动力学增长末期,活性生物量达到最大值,生物膜反应器中的液相达到稳定状态,此时生物膜很薄,一般不超过50μm，上述表1可知，反应器中生物膜的厚度为26~29μm，也在动力学增长末期的范围之内，本反应器中的生物膜已基本成熟，从厚度方面来看，生物膜的发展会经历一个由薄到厚再由厚到薄的过程,在此过程中,真正有效的聚磷菌被高度富集。生物膜的厚度为26~29μm的情况下，生物膜内的传质速率较好，不会形成厌氧区。

实施例7：

取实施例3、4、5好氧阶段处理完毕的排出水和厌氧阶段处理完毕的排出水，采用GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》测量以下指标：化学需氧量（COD）、PO₄ ^3—-P以及总磷，单位mg/L，结果如表2所示。

表2污水处理效果统计表

	化学需氧量（COD）	PO43—-P	总磷
				好氧阶段排入水	200	38	38
实施例3好氧排出水	15.7	0.06	0.11
				实施例4好氧排出水	33.3	1.49	2.02
实施例5好氧排出水	20.5	0.13	0.91
				厌氧阶段排入水	2200	0	0
实施例3厌氧排出水	25.3	108.1	123.6
				实施例4厌氧排出水	38.7	91.4	100.2
实施例5厌氧排出水	100.6	73.5	92.7

由表2可知，采用本发明所提供的复合聚磷菌流动生物床膜法，首先，在好氧条件下，甲乙酮可刺激提高聚磷酸盐激酶的活性，提高其转移高能磷酸基的效率，以四聚磷酸盐为引物先合成ATP，最终以高度聚合的多聚磷酸盐颗粒的形式将能量储存在体内。随着聚磷菌胞内四聚磷酸盐浓度的降低，聚磷菌加快通过消耗细菌质子移动力来将胞外的正磷酸盐以中性或电阳性的形式主动运输到胞内合成ATP的速度。污水中的正磷酸盐被聚磷菌以多聚磷酸盐颗粒的形式进行储能，吸磷后细胞内积累的磷大大超过了聚磷菌自身生长所需要的能量。其次，油酸月桂醇酯可提高多聚磷酸盐外切酶的活性，激活EDTA，重新启动多聚磷酸盐的分解反应。多聚磷酸盐的分解引起胞内磷酸盐的积累，不能用于合成的磷酸盐将被载体蛋白识别，通过主动扩散的方式将过剩的磷酸盐排到胞外，正磷酸盐的回收率提高。在厌氧阶段，聚磷菌胞内多聚磷酸盐分解量的增多，可增加其在好氧阶段对胞外正磷酸盐的吸收量。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.复合聚磷菌流动生物床膜法，其特征在于包括以下步骤：

1）好氧阶段：将污水泵入设有柔性填料的反应器中，将复合聚磷菌投入反应器中，所述复合聚磷菌为气单胞菌属、假单胞菌属、不动杆菌属中的一种或几种，曝气量为2.0~4.5mg/L，COD含量为150~250mg/L，PO₄ ^3--P含量为30~45mg/L，甲乙酮含量为1.5~2.8 mg/L，NH₄ ⁺-N含量为45~50 mg/L，用碳酸氢钠调节pH为7.0~8.5，温度为25~35℃；

2）厌氧阶段：排出反应器中的水，注入厌氧进水，进水过程中水流对柔性填料上的生物膜进行冲刷，厌氧进水中氧气含量为0.08~0.1 mg/L，COD含量为1800~2500mg/L，NH₄ ⁺-N含量为45~50 mg/L，用碳酸氢钠调节pH为7.0~8.5，温度为25~35℃；

3）好氧厌氧交替：反应器开始运行时，好氧阶段持续10~15d后，切换厌氧阶段5~8d，然后投加0.08~0.1 mg/L油酸月桂醇酯，继续保持厌氧阶段3~4d，好氧-厌氧切换循环2~3次后，反应器处于稳定运行状态，之后好氧阶段持续2~3d，切换厌氧阶段1~2d，然后投加0.08~0.1 mg/L油酸月桂醇酯，继续保持厌氧阶段1~2d，好氧阶段结束排出水的正磷酸盐浓度低于0.07 mg/L，正磷酸盐去除率高达99.8%以上，厌氧阶段结束排出水中正磷酸盐浓度高达102 mg/L以上。

2.根据权利要求1所述的复合聚磷菌流动生物床膜法，其特征在于，所述复合聚磷菌为鲍曼不动杆菌、约氏不动杆菌、铜绿假单胞菌以及施氏假单胞菌。

3.根据权利要求1所述的复合聚磷菌流动生物床膜法，其特征在于，所述甲乙酮含量为2.0~2.5 mg/L。

4.根据权利要求1所述的复合聚磷菌流动生物床膜法，其特征在于，所述油酸月桂醇酯含量为0.1 mg/L。

5.根据权利要求1所述的复合聚磷菌流动生物床膜法，其特征在于，所述柔性填料为挂式尼龙。