CN111422979A

CN111422979A - 一种缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法

Info

Publication number: CN111422979A
Application number: CN202010033669.6A
Authority: CN
Inventors: 张放; 曾建雄; 戴昆
Original assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Current assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Priority date: 2020-01-13
Filing date: 2020-01-13
Publication date: 2020-07-17

Abstract

本发明提供了一种缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法，包括以下步骤：S1：取厌氧污泥，用培养基悬浮振荡混合均匀，离心去上清，重复以上操作若干次；S2：将步骤S1得到的厌氧污泥接种于厌氧反应器中，加入培养基，海藻酸钠，黄原胶和卡拉胶，通入过量的氮气和二氧化碳混合气，并密封，在温度为30～36℃的条件下连续培养100～180天，进行厌氧多糖水解菌群的富集；S3:将步骤S2富集的厌氧多糖水解菌群接种于正在处理污水的厌氧膜生物反应器中，接种量50～400mL/L，通入过量的氮气和二氧化碳的混合气体，将厌氧膜生物反应器密封，在温度为30～36℃的条件下连续运行。该方法能有效缓解膜污染，成本低。

Description

一种缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法

技术领域

本发明涉及一种缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法，属于膜生物反应器技术领域。

背景技术

膜生物反应器(Membrane BioReactor,MBR)是一种膜分离技术与生物处理技术相结合的新型高效废水处理系统。膜生物反应器因其有效的截留作用，可保留世代周期较长的微生物，保持高活性污泥浓度并提高生物处理有机负荷。因此，厌氧膜生物反应器具有良好的应用前景。但是，在厌氧膜生物反应器运行过程中存在厌氧膜污染问题，导致膜通量降低。目前主要采用反冲洗和药剂清洗(如次氯酸钠和氢氧化钠等)等方法降低膜污染，导致运行成本增加和膜材料的寿命降低。

厌氧膜生物反应器中细菌外聚合物(EPS)逐渐提高是导致膜污染的主要原因之一。EPS是由多糖类，蛋白质，糖蛋白质，脂蛋白质和微生物体内的其他大分子物质组成。它们形成粘性基质，将细胞粘附在膜表面上，并且使生物膜保持在一起。EPS的提高使得在膜表面形成凝胶层，使通量下降。EPS的主要成分是胞外多糖(PS,10-30％)与蛋白质(PN,40％-60％)，并且，PS含有中含有海藻酸钠、黄原胶和卡拉胶等多糖成分。这些物质可以为微生物提供良好的营养，利用富集具有多糖厌氧转化功能菌群对膜生物反应器的膜污染进行处理可能会具有广阔的应用前景。但是到目前为止，现有技术中还没关于富集具有多糖厌氧转化功能的菌群缓解厌氧膜污染的报道。

发明内容

本发明提供了一种缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法，包括以下步骤：

S1：取厌氧污泥，用培养基悬浮振荡混合均匀，离心去上清，重复以上操作若干次；

S2：将步骤S1得到的厌氧污泥接种于厌氧反应器中，加入培养基，海藻酸钠，黄原胶和卡拉胶，通入过量的氮气和二氧化碳混合气，并密封，在温度为30～36℃的条件下连续培养100～180天，进行厌氧多糖水解菌群的富集；

S3:将步骤S2富集的厌氧多糖水解菌群接种于正在污水处理的厌氧膜生物反应器中，接种量50～400mL/L，通入过量的氮气和二氧化碳的混合气体，将厌氧膜生物反应器密封，在温度为30～36℃的条件下连续运行。

作为进一步改进的，在步骤S1中，所述厌氧污泥来源于处理剩余污泥的厌氧反应器。

作为进一步改进的，在步骤S1中，所述离心的转速为8500～10000rpm，离心时间为4～6min。

作为进一步改进的，所述培养基的配方为NH₄Cl 450～550mg/L；KH₂PO₄ 80～120mg/L；Na₂SO₄ 45～55mg/L；KCl 45～55mg/L；CaCl₂ 8～12mg/L；MgCl₂.6H₂O 65～75mg/L；MnCl₂.4H₂O 0.6～1mg/L；CoCl₂.2H₂O 1.0～1.4mg/L；FeSO₄.7H₂O 3.0～3.4mg/L；AlCl₃ 0.4～0.6mg/L；NaMO₄.2H₂O 0.05～0.15mg/L；H₃BO₃ 0.1～0.25mg/L；NiCl₂.6H₂O 0.4～0.6mg/L；CuCl₂.2H₂O 1.0～1.2mg/L；ZnSO₄.2H₂O 3.0～3.5mg/L。

作为进一步改进的，所述培养基通过酸或碱调节pH为7.0～8.0。

作为进一步改进的，所述海藻酸钠，黄原胶和卡拉胶在反应体系中的浓度均为为1～3g/L。

作为进一步改进的，所述氮气和二氧化碳的混合气体中氮气和二氧化碳的体积比70～85％：15～25％。

本发明的有益效果是：

本发明的缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法能有效降解厌氧膜生物反应器中的细菌外聚合物，缓解膜污染，厌氧膜生物反应器运行100天后，膜通量仍然稳定。

本发明的缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法克服了传统的反冲洗和药剂清洗的缺点，降低了运行成本，增加了膜材料的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例的厌氧反应器的结构示意图。

图2是本发明实施例的多糖水解菌群降解EPS典型成分为甲烷的转化图。

图3为本发明实施例的厌氧膜生物反应器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

取厌氧污泥(250mL)，厌氧污泥来源于实验室内降解剩余污泥的厌氧反应器(运行温度为36℃，水力学停留时间为15天，有机负荷为2.0g-COD/(L天),甲烷产量为600mL/天，微生物浓度为14g/L)，利用250mL无机盐厌氧培养基(为常规培养基，pH值为7.0-8.0，其组成为NH₄Cl 500mg/L；KH₂PO₄ 100mg/L；Na₂SO₄ 50mg/L；KCl 50mg/L；CaCl₂ 10mg/L；MgCl₂.6H₂O 70mg/L；MnCl₂.4H₂O 0.8mg/L；CoCl₂.2H₂O 1.2mg/L；FeSO₄.7H₂O 3.2mg/L；AlCl₃0.5mg/L；NaMO₄.2H₂O 0.10mg/L；H₃BO₃ 0.2mg/L；NiCl₂.6H₂O 0.5mg/L；CuCl₂.2H₂O 1.1mg/L；ZnSO₄.2H₂O 3.2mg/L)悬浮污泥，并采用涡流振荡混合均匀；设置离心机8500rpm，离心8分钟，去除上清液；上述步骤重复3次，以去除残留的小分子有机酸。

之后，将清洗过后的厌氧污泥接种于2.5L的厌氧反应器(图1，反应器工作体积为1.8L)中，并加入3.6g海藻酸钠，3.6g黄原胶和1.8g卡拉胶，和1550mL上述厌氧培养基，确保加入的微生物量在1.5-2.0g/L左右。通入50L(氮气/二氧化碳＝80％/20％)混合气，排除反应器中残留的空气。将上述厌氧反应器密封，并维持温度为35℃，pH值为7.0-8.0。每隔2天分析主要代谢产物，包括甲烷和氢气采用气相色谱仪(SP6890，山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司)分析。乙酸，丙酸和丁酸等采用气相色谱仪(GC7890,安捷伦科技(中国)有限公司)分析。每隔10天加入3.6g海藻酸钠，3.6g黄原胶和1.8g卡拉胶，连续培养150天，得到厌氧多糖水解菌群。该菌群具有厌氧降解海藻酸钠，黄原胶和卡拉胶的功能(如图2所示)。

在厌氧膜生物反应器(图3,工作体积为3.0L)中，接种上述富集的厌氧多糖水解菌群，接种量为100mL/L，通入过量的氮气和二氧化碳的混合气体，将该厌氧反应器密封，pH值为7.0-8.0，在温度为35℃的条件下以乙酸钠(10g/L)为底物连续运行100天，进水速率为600mL/天，经检测，主要产物是甲烷，小分子酸仅检测到乙酸，其浓度低于50mg/L。并且膜污染得到较大的改善，膜通量稳定，出水速率为600mL/天。

所述甲烷采用气相色谱仪(SP6890,山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司)检测。该仪器主要仪器参数如下：包括双路热导池的检测器和两根长度为2m填充

分子筛的不锈钢气相色谱分离柱。氢气的测定条件为：进样口、柱温箱和热导池温度分别为60、80和100℃；用氮气作为载气；气体的进样量为1mL。气相中甲烷的测定条件改为：进样口、柱温箱和热导池温度分别为120、120和130℃；用氢气作为载气；气体的进样量为1mL。乙酸，丙酸和丁酸等采用气相色谱仪(GC7890,安捷伦科技(中国)有限公司)进行检测。该仪器主要包括火焰离子化检测器、自动进样系统和色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm的熔融硅胶毛细管色谱柱(DB-FFAP))。测定条件简述如下：采用程序升温方式控制柱温箱温度，初温为70℃并保持3分钟，然后以20℃/分钟的速度升高到180℃，并保持3分钟；进样口和检测器的温度分别设定为250和300℃；载气是高纯N2(>99.99％)。液相样品测定之前先用0.45μm微滤膜过滤，然后用3％的甲酸溶液稀释和酸化。

实施例2：

厌氧膜生物反应器(如图3所示，工作体积为3.0L)中，接种上述厌氧多糖水解菌群，接种量初始为250mL/L，通入过量的氮气和二氧化碳的混合气体，而后将该厌氧反应器密封，pH值为7.0-8.0，并在温度为30℃的条件下以生物污水(COD 300mg/L)连续运行150天，进水速率为1000mL/天，其他操作同实施例1。经检测，反应器主要产物是甲烷，小分子有机酸仅检测到乙酸，其浓度低于20mg/L。并且膜污染得到较大的改善，膜通量稳定，出水速率为1000mL/天，并且，出水基本满足《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》中一级A的要求。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述厌氧污泥来源于处理剩余污泥的厌氧反应器。

3.根据权利要求1所述的缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述离心的转速为8500～10000rpm，离心时间为4～6min。

4.根据权利要求1所述的缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法，其特征在于：所述培养基的配方为NH₄Cl 450～550mg/L；KH₂PO4 80～120mg/L；Na₂SO₄ 45～55mg/L；KCl 45～55mg/L；CaCl₂ 8～12mg/L；MgCl₂.6H₂O 65～75mg/L；MnCl₂.4H₂O 0.6～1mg/L；CoCl₂.2H₂O1.0～1.4mg/L；FeSO₄.7H₂O3.0～3.4mg/L；AlCl₃ 0.4～0.6mg/L；NaMO₄.2H₂O 0.05～0.15mg/L；H₃BO₃0.1～0.25mg/L；NiCl₂.6H₂O 0.4～0.6mg/L；CuCl₂.2H₂O 1.0～1.2mg/L；ZnSO₄.2H₂O3.0～3.5mg/L。

5.根据权利要求5所述的缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法，其特征在于：所述培养基通过酸或碱调节pH为7.0～8.0。

6.根据权利要求1所述的缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法，其特征在于：所述海藻酸钠，黄原胶和卡拉胶在反应体系中的浓度均为为1～3g/L。

7.根据权利要求1所述的缓解厌氧膜生物反应器膜污染的方法，其特征在于：所述氮气和二氧化碳的混合气体中氮气和二氧化碳的体积比70～85％：15～25％。