CN112591889A - 微生物膜强化膜生物反应器脱氮的方法 - Google Patents

微生物膜强化膜生物反应器脱氮的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用有氧反硝化微生物膜强化膜生物反应器脱氮的方法，属于环境保护技术领域。本发明采用的有氧反硝化菌株是从污水处理厂的活性污泥中分离筛选出来的两株具有异养硝化‑有养反硝化功能的高效脱氮细菌：丛毛单胞菌（Comamonas sp.）W2菌株和假单胞菌（Pseudononassp.）W12菌株；将这两株细菌混合培养，制备液体菌剂，负载到软性填料上，制备成有氧反硝化微生物膜。将生物膜安装在膜生物反应器中，对总氮的去除率提升40%以上，从而提高膜生物反应器的出水水质。该方法操作简单、易于推广。

Description

微生物膜强化膜生物反应器脱氮的方法
技术领域
本发明涉及一种利用有氧反硝化菌制备微生物膜，并用于强化膜生物反应器脱氮，提高运行效率的方法。属于环境保护技术领域。
背景技术
膜生物反应器(MBR)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的高效污水处理技术，以膜组件取代二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，减少污水处理设施占地，并通过保持低污泥负荷减少污泥量。与传统的生化水处理技术相比，膜生物反应器具有以下优点：处理效率高、出水水质好；设备紧凑、占地面积小；易实现自动控制、运行管理方便。但是，由于膜生物反应器处理污水是在连续曝气状态下运行，缺少反硝化过程，虽然氨氮可以快速被氧化为硝态氮，但是污水中总氮的去除效果并不理想。
有氧反硝化是指微生物在有一定溶解氧浓度的污水，利用硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化的过程。中国发明专利(申请号201810745834.3和申请号201811214591.7) 公开的了添加有氧反硝化菌提升MBR脱氮效率的方法。但是，在溶解氧浓度过高的情况下，有氧反硝化菌的脱氮性能也会受到显著抑制。
发明内容
为了解决膜生物反应器去除总氮能力差的问题，本专利发明人利用两株具有异养硝化 -有养反硝化功能的高效脱氮细菌：丛毛单胞菌(Comamonas sp.)W2菌株和假单胞菌(Pseudononas sp.)W12菌株，制备成有氧反硝化微生物膜，用于强化MBR对污水中总脱的去除效果。
本发明采用的异养硝化有氧反硝化菌株是从污水处理厂的活性污泥中分离筛选获得，于2016年05月17日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号分别为：丛毛单胞菌(Comamonas sp.)CGMCC No.12459、假单胞菌(Pseudononas sp.)CGMCC No.12460。保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
本发明所述的有氧反硝化微生物膜的制备方法如下：
S1、有氧反硝化菌培养基的制备：采用化学纯试剂和MBR出水配制，在每100升MBR出水中，分别添加KNO3 200～350g，Na2HPO4·12H2O 150～200g，KH2PO4 50～100g， MgSO4·7H2O 5～10g，糖蜜300～500g；pH范围为7.0～7.5；115～121℃高温灭菌15～25分钟，自然降温至室温，即得有氧反硝化菌液体培养基；
S2、液体种子的培养：向装有体积比为15％-25％的有氧反硝化菌培养基的三角瓶中分别接种斜面保藏的丛毛单胞菌W2菌株和假单胞菌W12菌株，于25～35℃，120～200转/分振荡培养16～30小时，分别得到W2和W12的液体种子；
S3、有氧反硝化液体菌剂的制备：向装了有氧反硝化菌培养基的发酵罐中接种体积比为1％～ 5％的丛毛单胞菌W2液体种子和5％～1％的假单胞菌W12液体种子，于25～35℃，通无菌空气培养12～30小时；将培养好的发酵液经涂平板菌落计数，活菌数达到2×109CFU/毫升以上，即得到有氧反硝化液体菌剂；
S4、微生物膜的制备：将步骤S3得到的有氧反硝化液体菌剂与1％～5％的环糊精水溶液按照体积比为2:1～1:2混合均匀；将软性填料浸入混合菌液中，在曝气的条件下，浸泡15～30 分钟；取出吸附了饱和菌液的软性填料，沥干，再置于真空冷冻干燥机中冻干到含水率20％以下，即得到具有高效有氧反硝化功能的微生物膜。
本发明所述的微生物膜强化MBR脱氮的方法如下：
在膜生物反应器中，按照体积比0.2％～3％均匀安装上述S4步骤制备的微生物膜，并且正常接种活性污泥，启动运行；启动过程中活性污泥中的微生物快速附着在S4步骤制备的微生物膜表面，形成结构更复杂的微生物群落，可以提升MBR的总氮脱除率40％以上。
本发明具有以下有益的效果：
由于微生物膜在MBR的活性污泥系统中形成结构复杂的微生物群落，有氧反硝化菌能够接触的溶解氧浓度较低，反硝化功能增强，能够更好提升MBR的脱氮效率，MBR出水中硝态氮和总氮的浓度大幅度较低，可以降低受纳水体富营养化的风险。
具体实施方式
实施例1：有氧反硝化菌剂的制备
1、有氧反硝化菌培养基的制备：采用化学纯试剂和MBR出水配制，在每100升MBR出水中，分别添加KNO3 300g，Na2HPO4·12H2O 180g，KH2PO4 90g，MgSO4·7H2O 6g，糖蜜 350g；pH范围为7.0～7.5；115℃高温灭菌20min；
2、液体种子的培养：向装有有氧反硝化菌培养基的三角瓶中接种斜面保藏的丛毛单胞菌W2 菌株，于30℃，150转/分振荡培养20小时，得到W2的液体种子；向装有有氧反硝化菌培养基的三角瓶中接种斜面保藏的假单胞菌W12菌株，于32℃，180转/分振荡培养24小时，得到W12的液体种子；
3、液体菌剂的制备：向装了有氧反硝化菌培养基的发酵罐中接种体积比为3％的丛毛单胞菌W2液体种子和2％的假单胞菌W12液体种子，于30℃，通无菌空气培养20小时；将培养好的发酵液经涂平板菌落计数，活菌数达到3×109CFU/毫升以上，即得到有氧反硝化液体菌剂。
实施例2：有氧反硝化微生物膜的制备
将实施例1得到的有氧反硝化液体菌剂与3％的环糊精水溶液按照体积比为1:1混合均匀；将软性填料浸入混合菌液中，在曝气的条件下，浸泡20分钟；取出吸附饱和菌液的软性填料，沥干，再置于真空冷冻干燥机中冻干到含水率15％以下，即得到具有高效有氧反硝化功能的微生物膜。
实施例3：微生物膜强化MBR脱氮效率
在两组MBR中，分别按照体积比0.5％和2％，均匀安装实施例1制备的微生物膜，并且用一组不安装微生物膜的MBR做对照，正常接种活性污泥，启动运行；启动过程中活性污泥中的微生物快速附着在微生物膜表面，形成结构更复杂的微生物群落；稳定运行后，各实验组的出水中，主要污染物指标如表1所示。
表1.MBR对生活污水脱氮实验结果
水质指标 COD(mg/L) 氨氮(mg/L) 总氮(mg/L)
生活污水进水 277～360 20～35 33～49
无微生物膜MBR出水 28～35 0.39～1.0 11～15
0.5％生物膜MBR出水 21～27 0.27～0.63 6.5～9.1
2％生物膜MBR出水 19～23 0.15～0.38 5.0～7.3
由上述实施例可知，本发明提供了一种有氧反硝化微生物膜的制备方法，并提供了这种微生物膜在强化MBR脱氮中的应用；微生物膜强化的MBR对污水中的氨氮的平均去除率提升 20％以上，对总氮的平均去除率提升40％以上，从而提高膜生物反应器的出水水质。

Claims (3)

1.一种有氧反硝化微生物膜的制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
S1、有氧反硝化菌培养基的制备：采用化学纯试剂和MBR出水配制，在每100升MBR出水中，分别添加KNO3 200～350 g，Na2HPO4·12H2O 150～200 g，KH2PO4 50～100 g，MgSO4·7H2O 5～10 g，糖蜜 300～500 g；pH范围为7.0~7.5；115~121℃高温灭菌15~25分钟，自然降温至室温，即得有氧反硝化菌液体培养基；
S2、液体种子的培养：向装有体积比为15%-25%的有氧反硝化菌培养基的三角瓶中分别接种斜面保藏的2株有氧反硝化菌——丛毛单胞菌W2菌株和假单胞菌W12菌株，于25～35℃，120～200转/分振荡培养16～30小时，分别得到W2和W12的液体种子；
S3、有氧反硝化液体菌剂的制备：向装了有氧反硝化菌培养基的发酵罐中接种体积比为1％～5％的丛毛单胞菌W2液体种子和5％～1％的假单胞菌W12液体种子，于25～35℃，通无菌空气培养12～30小时；将培养好的发酵液经涂平板菌落计数，活菌数达到2×109 CFU/毫升以上，即得到有氧反硝化液体菌剂；
S4、微生物膜的制备：将步骤S3得到的有氧反硝化液体菌剂与1%～5%的环糊精水溶液按照体积比为2:1～1:2混合均匀；将软性填料浸入混合菌液中，在曝气的条件下，浸泡15～30分钟；取出吸附了饱和菌液的软性填料，沥干，再置于真空冷冻干燥机中冻干到含水率20%以下，即得到具有高效有氧反硝化功能的微生物膜。
2.权利要求1所述的2株有氧反硝化菌——丛毛单胞菌W2菌株和假单胞菌W12菌株，其特征在于：保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号分别为：丛毛单胞菌（Comamonas sp.）CGMCC No.12459、假单胞菌（Pseudononas sp.）CGMCC No.12460。
3.权利要求1所述的有氧反硝化微生物膜用于强化膜生物反应器脱氮的方法，其特征在于：在膜生物反应器中，按照体积比0.2%～3%均匀安装权利要求1所述的有氧反硝化微生物膜，并且正常接种活性污泥，启动运行；启动过程中活性污泥中的微生物快速附着在S4步骤制备的微生物膜表面，形成结构更复杂的微生物群落，提升MBR的总氮脱除率。
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