CN111348753A

CN111348753A - 一种强化反硝化微生物脱氮的方法

Info

Publication number: CN111348753A
Application number: CN201811574858.3A
Authority: CN
Inventors: 陈明翔; 高会杰; 孙丹凤; 郭志华; 王刚; 李宝忠
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: Sinopec Dalian Petrochemical Research Institute Co ltd; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-06-30

Abstract

本发明涉及一种强化反硝化微生物脱氮的方法，是在反硝化脱氮体系中，投加一定量过滤菌体后的乳酸菌发酵液，所述的乳酸菌为发酵产乳酸的菌株。本发明将乳酸菌发酵液过滤菌体后投加到反硝化脱氮体系中，从而可以强化反硝化微生物的脱氮效果，缩短脱氮时间，具有操作简单、见效快、无二次污染等优点。

Description

一种强化反硝化微生物脱氮的方法

技术领域

本发明属于环保废水处理技术领域，具体涉及生物脱氮技术，尤其涉及一种强化反硝化微生物脱氮的方法。

背景技术

生物法由于其高效、低成本和无二次污染的优点，目前成为各污水处理厂主流的二级处理技术。随着排放标准的日益严格，废水中的总氮排放量也成为必须控制的指标，因此，继硝化菌除氨氮技术之后，反硝化菌脱氮技术也被人们日益关注。反硝化菌是一类把废水中硝酸盐氮或者亚硝酸盐氮转化为氮气的兼性厌氧微生物。这类微生物一般只有在厌氧的条件下，才能诱导出反硝化作用所需的硝酸盐还原酶A和亚硝酸还原酶，以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体进行脱氮。由于污水处理厂来水的水量、水中污染物的种类和浓度的变化较大，为了保证废水中的总氮稳定达标排放，经常需要采用人工强化的方法来强化微生物的处理能力。微生物处理能力的强化方法通常分为两种，一种是通过投加特种微生物的方式进行强化；一种是通过投加生物促进剂的方式进行强化。

特种菌种的培养环境与废水有极大的差别，特种菌种对废水的生存环境、原有菌群都需要一个适应过程，这造成投加的菌种见效慢或逐步被淘汰的问题，甚至会产生生态安全的问题；同时，废水尤其是工业废水的成分复杂，对微生物产生抑制的物质较多，会导致投加的菌种失去活性。因此，通过投加特殊菌种对废水进行生物强化存在效果不理想、或者需要定期补充的缺点。

生物强化剂能够促进废水处理系统中微生物的新陈代谢，激活土著微生物在较差环境中的活性，从而提高微生物的处理效果或者保证生化单元的平稳运行。通常情况下，生物促进剂不含菌体，不会产生生态安全问题，生物促进剂的组分无毒，不存在二次污染和污染物转移的问题。

CN105621611A公开了一种利用亚硝酸盐进行反硝化的脱氮菌剂及其应用，该发明主要是采用特殊组合和配比的菌株实现了反硝化脱氮，涉及多种菌株，制备过程较复杂。CN106754450A记载了一种反硝化微生物培养促进剂，主要包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和有机酸盐，可以促进反硝化微生物的生长，提高处理效果。但是，上述强化反硝化微生物脱氮的促进剂组分较多，而且金属盐的长期使用会造成废水的二次污染。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种强化反硝化微生物脱氮的方法。本发明将乳酸菌发酵液过滤菌体后投加到反硝化脱氮体系中，从而可以强化反硝化微生物的脱氮效果，缩短脱氮时间，具有操作简单、见效快、无二次污染等优点。

本发明提供的强化反硝化微生物脱氮的方法，包括如下内容：在反硝化脱氮体系中，投加一定量过滤菌体后的乳酸菌发酵液，所述乳酸菌为发酵产乳酸的菌株。

本发明中，所述过滤菌体后的乳酸菌发酵液的投加量为脱氮体系体积的0.05%-0.5%，优选0.1%-0.3%。

本发明中，所述的乳酸菌为能利用碳源产生乳酸的菌株，所述碳源为葡萄糖、乳糖、淀粉等中的至少一种。所述的乳酸菌可以为乳酸链球菌、乳酸杆菌等，具体可以是德氏乳杆菌、干酪乳杆菌、双歧杆菌等中的至少一种，优选干酪乳杆菌。

本发明中，所述乳酸菌发酵液的制备方法为：将乳酸菌种子液接种至发酵培养基中进行发酵，发酵条件为：溶解氧为5%-15%，pH值为7.0-7.5，温度为35-55℃，搅拌转速为150-300rpm，发酵全程通入空气。发酵50-60h后结束，过滤菌体，可以采用离心、过滤等分离方式，离心分离的转速为5000-10000rpm；过滤采用微滤膜或者超滤膜过滤，操作压力为0.01-0.4MPa。

本发明中，所述制备乳酸菌发酵液采用的发酵培养基可以根据具体菌株确定。优选发酵培养基的组成为：葡萄糖70g/L，玉米粉30g/L，糖蜜20g/L，甘氨酸10g/L，KH₂PO₄1.5g/L，MgSO₄ 0.5g/L。

本发明中，进一步的，在投加乳酸菌发酵液的同时，投加一定量的牛肉膏，投加量为10-100mg/L，优选30-60mg/L。

本发明中，所述的反硝化微生物为能利用有机物作为电子供体，利用硝酸盐和/或亚硝酸盐作为电子受体将其还原成氮气的微生物。

本发明中，所述的反硝脱氮体系中，硝酸盐氮和/或亚硝酸盐氮的含量低于5000mg/L。脱氮体系的反应条件为：碳氮比为2:1-5:1，投加的碳源为甲醇、葡萄糖、乙酸等碳源中的至少一种，温度为20-40℃，pH为6-9，溶解氧为<0.5mg/L。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明将乳酸菌发酵液过滤脱除菌体后投加到反硝化脱氮体系中，发酵液中的剩余物和发酵产物协同作用可以促进反硝化脱氮，具有处理时间短、脱氮效果好等优点。

（2）在反硝化微生物脱氮体系中投加过滤菌体后的乳酸菌发酵液，还能调控反应过程pH，为反硝化微生物提供更适宜的脱氮环境。

（3）在投加过滤菌体后的乳酸菌发酵液的同时投加少量牛肉膏，有助于反应体系的快速启动、快速脱氮，进一步缩短处理时间。

（4）本方法无二次污染、成本较低，操作方法简单，可以根据企业需要，在较短的时间内恢复或强化生化单元脱总氮的能力。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明强化反硝化脱氮的方法和和效果。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法。下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均可从生化试剂商店购买得到。

本发明中，亚硝酸盐氮浓度采用GB7493-87《水质-亚硝酸盐氮的测定-分光光度法》测定；硝酸盐氮采用GB/T 7480-1987《水质-硝酸盐氮的测定-酚二磺酸分光光度法》测定；总氮浓度采用GB11894 -89《水质-总氮的测定-碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》。

实施例1

乳酸发酵菌为CN102051336A所提供的干酪乳杆菌FY-04，保藏编号为CGMCC No. 3269。

种子培养基的组成为：葡萄糖20g/L，酵母膏5g/L，蛋白胨10g/L，牛肉膏10g/L，NaCl10g/L，醋酸钠5g/L，柠檬酸铵2g/L，MgSO₄ 0.2g/L，碳酸钙20g/L，自然pH值，121℃灭菌20min。将干酪乳杆菌FY-04接入灭菌后种子培养基中，在40-45℃培养36h得到种子液。

发酵培养基的组成为：葡萄糖70g/L，玉米粉30g/L，糖蜜20g/L，甘氨酸10g/L，KH₂PO₄ 1.5g/L，MgSO₄ 0.5g/L，121℃灭菌20min。

在5L的发酵罐中，将乳酸菌种子液按体积比10%接种至发酵培养基中，发酵条件为：溶解氧为10%，pH值为7.0，用氨水调节pH值，温度为40℃，搅拌转速为200rpm，全程通入空气，发酵60h。发酵完成后，在8000rpm离心5min，分离出发酵液备用。

某SBR生物脱氮体系，处理废水中总氮含量为1000mg/L（其中硝氮含量90%左右），在碳氮比为3:1（碳源为甲醇），温度为30℃，pH为7.5-9.0，溶解氧为<0.5mg/L、停留时间为24h的条件下，处理后出水中总氮去除率为81%。按照体积比0.2%投加上述乳酸菌发酵滤液，投加18h后总氮去除率提高至90%以上。

实施例2

乳酸发酵菌为德氏乳杆菌保加利亚亚种，保藏号BNCC187941，购买得到。

种子培养基为MRS培养基：酪胨10.0g/L，牛肉粉8.0g/L，酵母粉4.0g/L，葡萄糖20.0g/L，MgSO₄0.2g/L，乙酸钠5.0g/L，柠檬酸铵2.0g/L，K₂HPO₄2.0g/L，MnSO₄ 0.05 g/L，吐温80 1.0g/L，pH 6.2，121℃灭菌15min。将德氏乳杆菌保加利亚亚种接入灭菌后种子培养基中，在37℃厌氧培养12h得到种子液。利用得到的种子液进行乳酸菌发酵液的制备，制备方法同实施例1。

生物脱氮体系同实施例1，按照体积比0.2%投加上述乳酸菌发酵滤液，投加24h后总氮去除率提高至90%以上。

实施例3

乳酸发酵菌为青春双歧杆菌模式株，保藏号ATCC 15703，购买得到。

种子培养基为BBL液体培养基：蛋白胨15.0g/L,葡萄糖20.0g/L，酵母浸膏2.0g/L，可溶性淀粉0.5g/L，NaCl 5.0g/L，L-半胱氨酸0.5g/L，番茄浸粉5.0g/L，肝浸粉2.0g/L，吐温80 1.0g/L，pH 6.6-7.0，115℃灭菌20min。将青春双歧杆菌模式株接入灭菌后种子培养基中，在37℃厌氧培养12h得到种子液。利用得到的种子液进行乳酸菌发酵液的制备，制备方法同实施例1。

生物脱氮体系同实施例1，按照体积比0.2%投加上述乳酸菌发酵滤液，投加24h后总氮去除率提高至88%以上。

实施例4

菌种、种子液放大培养、发酵液制备和生物脱氮体系同实施例1，按照体积比0.2%投加上述乳酸菌发酵滤液，同时按照50mg/L投加牛肉膏，投加15h后总氮去除率提高至90%以上。

实施例5

菌种、种子液放大培养、发酵液制备同实施例1。某A/O生物脱氮体系，处理废水中总氮含量为300mg/L（硝氮和氨氮含量比2：1），在碳氮比为3:1，温度为30℃，pH为7.5-9.0，A池溶解氧为<0.5mg/L，O池溶解氧为1-2mg/L、总停留时间为20h的条件下处理，出水总氮为60mg/L，总氮去除率80%。按照体积比0.1%投加实施例1过滤菌体后的乳酸菌发酵液至A池，投加20h后出水总氮为30mg/L，总氮去除率达到90%。

实施例6

菌种、种子液放大培养、发酵液制备同实施例1。某A/O生物脱氮体系，处理废水中总氮含量为1500mg/L（亚硝氮1200mg/L，硝氮200mg/L，氨氮100mg/L），在碳氮比为4:1，温度为30℃，pH为7.5-9.0，A池溶解氧为<0.5mg/L，O池溶解氧为1-2mg/L、总停留时间为30h的条件下处理，出水中总氮去除率为75%。按照体积比0.2%投加实施例1过滤菌体后的乳酸菌发酵液和80mg/L的牛肉膏至A池，投加30h后出水中总氮去除率为90%左右。

比较例1

菌种、种子液放大培养、发酵培养基同实施例1，但在发酵液的制备过程中，发酵完毕后无需分离菌体。生物脱氮体系同实施例1，按照体积比0.2%投加上述带有乳酸菌的发酵液，投加24h后总氮去除率为75%左右，72h后总氮去除率为78%左右，120h后总氮去除率恢复至81%。

比较例2

菌种和种子液放大培养同实施例1，发酵培养基的组成为实施例2中的MRS培养基，发酵液制备和生物脱氮体系同实施例1，按照体积比0.2%投加上述过滤菌体后的乳酸菌发酵液，投加24h后总氮去除率提高至85%左右。

Claims

1.一种强化反硝化微生物脱氮的方法，其特征在于包括如下内容：在反硝化脱氮体系中，投加一定量过滤菌体后的乳酸菌发酵液，所述的乳酸菌为发酵产乳酸的菌株。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述乳酸菌发酵液的投加量为反硝化脱氮体系体积的0.05%-0.5%，优选0.1%-0.3%。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的乳酸菌为能利用碳源发酵产乳酸的菌株，碳源为葡萄糖、乳糖、淀粉中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的乳酸菌为乳酸链球菌、乳酸杆菌中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的乳酸菌为德氏乳杆菌、干酪乳杆菌、双歧杆菌中的至少一种，优选干酪乳杆菌。

6.根据权利要求1、4或5所述的方法，其特征在于：所述乳酸菌发酵液的制备方法为：将乳酸菌种子液接种至发酵培养基中进行发酵，发酵条件为：溶解氧为5%-15%，pH值为7.0-7.5，温度为35-55℃，搅拌转速为150-300rpm，发酵全程通入空气。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：乳酸菌发酵液脱除菌体采用离心、过滤，离心分离的转速为5000-10000rpm；过滤采用微滤膜或者超滤膜过滤，操作压力为0.01-0.4MPa。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述乳酸菌发酵液采用的发酵培养基组成为：葡萄糖70g/L，玉米粉30g/L，糖蜜20g/L，甘氨酸10g/L，KH₂PO₄ 1.5g/L，MgSO₄ 0.5g/L。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在投加乳酸菌发酵液的同时，投加牛肉膏，投加量为10-100mg/L，优选30-60mg/L。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的反硝化微生物为能利用有机物作为电子供体，利用硝酸盐和/或亚硝酸盐作为电子受体将其还原成氮气的微生物。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的反硝脱氮体系中，硝酸盐氮和/或亚硝酸盐氮的含量低于5000mg/L；反应条件为：碳氮比为2:1-5:1，温度为20-40℃，pH为6-9，溶解氧为<0.5mg/L。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：反硝化脱氮体系中使用的碳源为甲醇、葡萄糖、乙酸中的至少一种，优选甲醇。