CN113415896B - 用于缺氧培养生物法在线再生活性炭类吸附载体的复合功能菌剂及其应用 - Google Patents

用于缺氧培养生物法在线再生活性炭类吸附载体的复合功能菌剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于缺氧培养生物法在线再生活性炭类吸附载体的复合功能菌剂，其包括能够降解目标原水中的目标污染物的菌，所述目标原水中的目标污染物为有机物和总氮。将复合功能菌剂投入活性炭滤池，通过驯化能够在活性炭类吸附载体上形成由致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体，由此实现生物法在线再生活性炭类吸附载体，从而在保障对目标污染物去除效果不会降低的同时，简化工艺，并大大缩减工程运营和人力成本。

Description

用于缺氧培养生物法在线再生活性炭类吸附载体的复合功能菌剂及其应用
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于缺氧培养生物法在线再生活性炭类吸附载体的复合功能菌剂及其应用。
背景技术
在水处理领域吸附载体主要用于对有机污染物的吸附，良好的吸附载体不仅仅需要很高的吸附容量量，其表面结构也有一定的要求。以活性炭为例，因其具有丰富空隙结构和复杂的比表面积，以及强大的吸附能力和良好的化学稳定性，作为各种水质处理的应用技术而被广泛认可。但是活性炭对不同水质污染物的吸附性虽然表现稳定，一旦达到吸附饱和，就会降低吸附效率，甚至不再具有吸附能力，需及时替换，故运行费用较高，同时对于吸附饱和活性炭的处理也会成为用户的负担。因此，应用于水处理领域，如何能够将吸附质从吸附饱和的活性炭中去除来实现活性炭再生，是一个常见的技术问题。最常用的加热再生法，将吸附饱和的活性炭转移处理，通过设置再生温度850℃左右将活性炭中吸附的有机物进行高温降解，已在实际工程中广泛应用。虽然具备了一定的规模和广泛性，但是操作繁琐、并且消耗大量的能耗、运维以及人力成本，不适应于实际的工程应用。因此，如何使活性炭在现场发挥吸附作用的同时一边实现吸附性能再生，从而规避线下处理饱和活性炭使其再生的技术费用，节省运行成本是一个棘手的技术问题。
目前在线处理主要以超声波再生法作为显著技术，利用超声波发生装置固定在活性炭滤池，将超声波探针伸入活性炭滤池中，通过超声降解吸附在活性炭表面的有机物从而实现原位再生。该技术虽然能够实现活性炭再生，但对微生物的降解活性也会造成一定影响，甚至对某些菌种造成致命打击，从而对于滤池本身而言丧失一定的降解能力；从工程应用的角度也增加了运行成本。而生物法再生则是利用微生物分解吸附在活性炭上的有机物，以达到降解污染物的同时再生活性炭的目的，同时也作为普遍的水处理技术被应用。但是该技术理论上的可行性很难投入到复杂的工程应用中，是因为不同的水体体系复杂，原水中含有不同的微生物种群，会对降解活性炭有机物的功能菌造成干扰，甚至会使功能菌群失效。而采用直接投加功能菌的方式分解吸附在活性炭上的有机物来维持活性炭吸附能力的工艺或技术，对进水有机物的要求是50mg/L以下，这严重限制了实际工程的应用。如何在现有活性炭滤池基础上，不依托其它技术手段而仅通过技术主体本身就能够充分发挥功能菌的降解性，也无需考虑原水体系中复杂土著微生物对外源投加的功能菌的降解效果造成干扰，从而实现活性炭的吸附再生性，具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明的目的在于为解决现有技术中存在的缺陷，提供一种用于缺氧培养生物法在线再生活性炭类吸附载体的复合功能菌剂及其应用。该复合功能菌剂能够降解目标原水中的有机物和总氮，且经过在原水环境中驯化能够形成适应原水环境的复合型功能菌群稳定地附着在活性炭类吸附载体上，然后进一步用于降解目标原水中的目标污染物。利用该复合功能菌剂能够在保留原水，不除原菌的条件下，通过将其投入活性炭滤池形成生物膜的启动方法，来实现生物法在线再生活性炭类吸附载体的技术，在保证目标污染物(有机物、氮等)去除效果不降低的同时，简化工艺，并大大缩减工程运营和人力成本。
为此，本发明第一方面提供了一种用于缺氧培养生物法在线再生活性炭类吸附载体的复合功能菌剂，其包括能够降解目标原水中的目标污染物的菌，其中，所述目标原水中的目标污染物为有机物和总氮。
根据本发明的一些实施方式，所述复合功能菌剂包括梭菌属(Clostridium)、微小杆菌属(Exiguobacterium)的菌中的至少两种；
在本发明的一些具体优选的实施例中，所述复合功能菌剂包含保藏编号为CGMCCNo.21648的丁酸梭菌WQ2021009株、保藏编号为CGMCC No.21649的乙酰微小杆菌WQ2021010株。
根据本发明的另一些实施方式，所述复合功能菌剂还包含任选地含有气单胞菌属(Aeromonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)和丛毛单胞菌属(Comamonas)的菌中的至少一种。
本发明第二方面提供了如本发明第一方面所述的复合功能菌剂在生物法在线再生活性炭类吸附载体中的应用，其包括：
步骤S1，在滤池中，将复合功能菌剂与活性炭类吸附载体和目标原水混合培养，驯化，获得具有稳定附着的适应于原水环境的复合型功能菌群的活性炭类吸附载体；
步骤S2，向滤池中通入目标原水对目标污染物进行降解处理，获得可排放水。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1包括：
步骤B，将复合功能菌剂、营养液与目标原水混合均匀，获得复合功能菌剂-目标原水混合液；
步骤C，将复合功能菌剂-目标原水混合液加入含有活性炭类吸附载体的滤池中，并向滤池加入目标原水，使水位上升到刚好浸没活性炭类吸附载体，获得复合功能菌剂-活性炭类吸附载体-目标原水混合物；
步骤D，静置，对复合功能菌剂-活性炭类吸附载体-目标原水混合物进行缺氧培养后，将滤池中液体排空；
步骤E，重复步骤B-D，使适应原水环境的复合型功能菌群稳定附着在活性炭类吸附载体中，获得具有稳定附着的适应原水环境的复合型功能菌群的活性炭类吸附载体；
在步骤E中，重复步骤B-D 2次以上，优选为2-3次。
在本发明的一些实施例中，在步骤C中将复合功能菌剂-目标原水混合液均匀地分布于活性炭类吸附载体上；优选地，滤池中的活性炭类吸附载体为清洗过的活性炭类吸附载体。
在本发明的另一些实施例中，在步骤D中，保持水温在18～42℃之间；优选地，所述缺氧培养的时间为3～5天。
本发明中，所述营养液含有碳、氮、磷元素；优选地，所述营养液含有葡萄糖、尿素和磷酸二氢钾；进一步优选地营养液中碳、氮和磷的摩尔比为100∶5∶1。
在本发明的一些实施例中，在复合功能菌剂-目标原水混合液中，所述复合功能菌剂与营养液中碳源的质量比为(1～100)∶1，优选为(1～10)∶1；所述水与复合功能菌剂和营养液的总质量之比为(1～1000)∶1，优选为(1～100)∶1。
本发明中，所述活性炭类吸附载体包括活性炭和/或活性焦。
在本发明的一些实施例中，所述活性炭为煤制颗粒状活性炭；优选地，所述活性炭的碘值为600～1100，强度＞90％，比表面积为500～1200m2/g。
在本发明的另一些实施例中，所述活性焦为碘值为400～800，强度＞90％，比表面积为400～800m2/g。
本发明中，所述目标原水的COD为40～3858mg/L，特别地，所述目标原水的COD为200～3858mg/L，总氮为26～200mg/L。
在本发明的一些实施例中，所述目标原水包括处理工业废水的调节池出水、初沉池出水、二沉池出水、高密池出水、MBR膜出水、RO膜浓水和冷却塔循环排污水中的一种或几种；所述工业废水包括纺织染整废水、石油石化废水、精细化工废水、煤化工废水、热能工程废水、造纸废水、医药废水、医疗废水、发酵废水、食品废水和市政废水中的一种或几种。
本发明的有益效果如下：
本发明所提供的生物在线再生活性炭类吸附载体的方法能够保留原水，不用过滤原菌的基础上，通过将复合功能菌剂投入活性炭滤池，并在活性炭类吸附载体上形成由致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体的启动方法，来实现生物法在线再生活性炭类吸附载体技术，在保证目标污染物(有机物、总氮等)去除效果不降低的同时，简化工艺，并大大缩减工程运营和人力成本。
附图说明
下面将结合附图对本发明做进一步的阐述。
图1为本发明的研究中所使用的滤池的示意图。
图2示出活性炭吸附原水COD、TN(总氮)的变化趋势。
图3-1示出Ⅰ号滤池进出水COD含量的监测结果。
图3-2示出Ⅰ号滤池进出水TN含量的监测结果。
图4-1示出Ⅱ号滤池进出水COD含量的监测结果。
图4-2示出Ⅱ号滤池进出水TN含量的监测结果。
图5示出Ⅱ号活性炭滤池进出口总氮含量监测结果(进水总氮在26～200mg/L)。
菌种保藏
丁酸梭菌(Clostridium butyricum)，由徐韡卿分离、鉴定，已在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称：CGMCC)；地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所)进行保藏，保藏日期：2021年01月18日，保藏编号：CGMCCNo.21648。本发明中该菌株被命名为丁酸梭菌WQ2021009株(Clostridium butyricumstrain WQ2021009)。
乙酰微小杆菌(Exiguobacterium acetylicum)，由徐韡卿分离、鉴定，已在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称：CGMCC)；地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所)进行保藏，保藏日期：2021年01月18日，保藏编号：CGMCCNo.21649。本发明中该菌株被命名为乙酰微小杆菌WQ2021010株(Exiguobacteriumacetylicum strain WQ2021010)。
具体实施方式
为使本发明容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明。但在详细描述本发明前，应当理解本发明不限于描述的具体实施方式。还应当理解，本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式，而并不表示限制性的。
除非另有定义，本文中使用的所有术语与本发明所属领域的普通技术人员的通常理解具有相同的意义。虽然与本文中描述的方法和材料类似或等同的任何方法和材料也可以在本发明的实施或测试中使用，但是现在描述了优选的方法和材料。
Ⅰ、术语
本发明所述用语“可排放水”是指符合污水综合排放标准或符合法律或法规规定的可以排放的水或可以利用的水。
本发明所述用语“水力停留时间”是指待处理污水在反应器内的平均停留时间(HRT)，也就是污水与生物反应器内微生物作用的平均反应时间。
本发明所述用语“任选地”是指选择性加入成分，亦指可以加入，也可以不加入。
本文所述用语“约”，“大约”，“基本上”和“主要”，当与元件，浓度，温度或其它物理或化学性质或特性的范围结合使用时，覆盖可能存在于属性或特性的范围的上限和/或下限中的变化，包括例如由舍入，测量方法或其他统计变化导致的变化。例如本文所述，与量，重量等相关的数值，被定义的“约”是每个特定值的所有数值加或减1％，例如，用语“约10％”应理解为“9％至11％”。
Ⅱ、实施方案
在工程应用领域针对吸附饱和的活性炭在线再生问题，一直作为痛点而迟迟无法提高活性炭的耐用性，不仅提高了运维成本，并利用外界手段进行活性炭有机物的脱附，必然会对微生物的生存环境造成一定的影响，甚至会酿成“灭菌”的后果，从而导致滤池整体对水质污染物的降解能力大大降低。而“在线再生”最理想的解决方案是依托技术本身，使吸附饱和的活性炭在不需要任何外加技术下，通过附着在活性炭孔隙中的微生物对吸附的有机物进行降解，从而提高活性炭的耐用性可长期使用。在这个过程中，不需要任何繁琐的技术操作，单单通过功能菌剂的投加方式使其稳定附着在活性炭孔隙形成由适应原水环境的致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体，就足以实现活性炭吸附目标污染物(有机物、总氮等)的同时，持续被功能菌进行降解脱附，从而保持恒定的吸附容量。同时该操作过程，不需要顾虑原水的菌群和投加的功能菌群形成竞争效应而对原水菌群进行灭菌操作，对功能菌本身以及生存环境也不会造成伤害，功能菌种的降解性能也会保持良好稳定状态。因此考虑到工程实际应用价值，本发明不仅可以保持降低运维成本，易操作上手，并且完全适应于多数不同水质环境下活性炭类吸附载体滤池的应用背景。
本发明第一方面所涉及的复合功能菌剂，主要是用于在以缺氧培养的方式处理所含目标污染物为有机物和总氮的目标原水的过程中，以生物法在线再生活性炭类吸附载体的复合功能菌剂。
本发明人研究发现，在以缺氧培养的方式处理所含目标污染物为有机物和总的目标原水的过程中，将上述复合功能菌剂投入活性炭滤池，通过驯化能够在活性炭类吸附载体上形成由致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体，由此实现生物法在线再生活性炭类吸附载体，从而提高活性炭类吸附载体的耐用性，并对出水有机污染物的降解起到很好的促进作用，保障对目标污染物去除效果不会降低的同时，简化工艺，并大大缩减工程运营和人力成本。
本发明中所述“再生活性炭类吸附载体”是指重现或恢复甚至进一步提高活性炭类吸附载体的吸附性能。
根据本发明的一些实施方式，所述复合功能菌剂包括梭菌属(Clostridium)、微小杆菌属(Exiguobacterium)的菌中的至少两种；这可以理解为所述复合功能菌剂是由上述两种或两种以上不同菌属的菌组成的优势菌群。
优选地，所述复合功能菌剂包含保藏编号为CGMCC No.21648的丁酸梭菌WQ2021009株和保藏编号为CGMCC No.21649的乙酰微小杆菌WQ2021010株。
本发明人研究发现，所述复合功能菌剂还包含任选地含有气单胞菌属(Aeromonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)和丛毛单胞菌属(Comamonas)的菌中的至少一种时，对于复合功能菌剂缺氧培养在线再生活性炭类吸附载体具有较好的增效作用。
在本发明的一些具体优选的实施例中，所述复合功能菌剂包含保藏编号为CGMCCNo.21648的丁酸梭菌WQ2021009株(简称为丁酸梭菌)和保藏编号为CGMCC No.21649的乙酰微小杆菌WQ2021010株(简称为乙酰微小杆菌)；优选地，所述复合功能菌剂还包含保藏编号为CGMCC1.9061的源水气单胞菌(Aeromonas aquariorum)、保藏编号为CGMCC1.15316的施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)和保藏编号为CGMCC1.8059的水丛毛单胞菌(Comamonas aquatica)。
本发明中，所述复合功能菌剂以种子液的形式配制。本发明中对于种子液的制备方法没有特别的限制，可以采用本领域常规的方法制备。本发明中，所述复合功能菌剂以种子液的形式配制。
例如，在一些例子中，所述复合功能菌剂由丁酸梭菌、乙酰微小杆菌、源水气单胞菌、施氏假单胞菌和水丛毛单胞菌组成，其中，丁酸梭菌、乙酰微小杆菌、源水气单胞菌、施氏假单胞菌和水丛毛单胞菌的数量比为(1-2)∶(1-2)∶(0.5-1)∶(0.5-1)∶(0.5-1)，优选为(1-1.5)∶(1-1.5)∶(0.7-1)∶(0.7-1)∶(0.7-1)，更优选为1∶1∶0.7∶0.7∶0.7。
本发明第二方面涉及如本发明第一方面所述的复合功能菌剂在生物法在线再生活性炭类吸附载体中的应用，其可以理解为利用本发明第一方面所述的复合功能菌剂生物法在线再生活性炭类吸附载体的方法，该方法采用将本发明第一方面所述的复合功能菌剂投入活性炭滤池并在活性炭类吸附载体上形成由致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体的启动方法来实现生物法在线再生活性炭类吸附载体，在保证目标污染物去除效果不降低的同时，简化工艺，并大大缩减工程运营和人力成本。
该方法包括：
步骤S1，在滤池中，将复合功能菌剂与活性炭类吸附载体和目标原水混合培养，驯化，获得具有稳定附着的适应于原水环境的复合型功能菌群的活性炭类吸附载体；
步骤S2，直接向滤池中满负荷通入目标原水对目标污染物进行降解处理，获得可排放水。
所述步骤S1具体包括：
步骤B，将复合功能菌剂、营养液与目标原水混合均匀，使其充分混合，获得复合功能菌剂-目标原水混合液；
步骤C，将复合功能菌剂-目标原水混合液加入含有活性炭类吸附载体的滤池中，使其均匀地分布于活性炭类吸附载体上，并向滤池加入目标原水，使水位上升到刚好浸没活性炭类吸附载体，获得复合功能菌剂-活性炭类吸附载体-目标原水混合物；
步骤D，静置，对复合功能菌剂-活性炭类吸附载体-目标原水混合物进行缺氧培养后，将滤池中液体排空；
步骤E，重复步骤B-D 2次以上，优选为2-3次，使适应原水环境的复合型功能菌群稳定附着在活性炭类吸附载体上并形成由致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体，获得具有稳定附着的适应原水环境的复合型功能菌群的活性炭类吸附载体。
本发明方法的特点在于：
所述营养液是提供微生物快速繁殖生长的溶液，主要由碳、氮、磷三种元素组成，其中包括常规的葡萄糖、尿素、磷酸二氢钾，且葡萄糖、尿素、磷酸二氢钾按C∶N∶P＝100∶5∶1的比例添加。
本发明中所述活性炭类吸附载体是指孔隙结构发达，具有较强吸附性的多孔吸附载体，其主要包括活性炭和/或活性焦。
所述活性炭为煤制颗粒状活性炭；优选地，所述活性炭的碘值为600～1100，强度＞90％，比表面积为500～1200m2/g。
所述活性焦为碘值为400～800，强度＞90％，比表面积为400～800m2/g。
本发明中目标原水的范围较为广泛，其COD在40～3858mg/L，特别是其COD在200～3858mg/L以及总氮在26～200mg/L范围内的都可适用于本发明；所述目标原水包括处理工业废水的调节池出水、初沉池出水、二沉池出水、高密池出水、MBR膜出水、RO膜浓水和冷却塔循环排污水中的一种或几种；所述工业废水包括纺织染整废水、石油石化废水、精细化工废水、煤化工废水、热能工程废水、造纸废水、医药废水、医疗废水、发酵废水、食品废水和市政废水中的一种或几种。
在复合功能菌剂-目标原水混合液中，所述复合功能菌剂与营养液中碳源的质量比为(1～100)∶1，优选为(1～10)∶1，更优先为1∶1；所述水与复合功能菌剂和营养液的总质量之比为(1～1000)∶1，优选为(1～100)∶1,更优先为(1～10)∶1，更进一步优选为10∶1。
上述步骤C中是将上述步骤B的复合功能菌剂、营养液与目标原水混合后均匀加入活性炭滤池中，并均匀地分布于滤池中的活性炭类吸附载体上。在这个操作过程一般建议提前对滤池中的活性炭类吸附载体进行清洗，洗去漂浮炭及灰分等杂质，并保持活性炭类吸附载体在湿润状态下将复合功能菌剂-目标原水混合液加入含有活性炭类吸附载体的滤池中，这样有利于微生物更好的附着并进行生长；然后用泵将原水送入滤池中，通过泵压使水液面上升至浸没所有的活性炭类吸附载体，做好培养的准备。
本发明中对于用泵将目标原水送入滤池中的方式没有特别的限制，可以采用常规的泵送加水方式，例如，既可以用泵将目标原水从滤池底部送入滤池，也可以用泵将目标原水从滤池上部送入滤池，目前尚未观察到用泵将目标原水送入滤池中的方式对于后续复合功能菌剂-活性炭类吸附载体-目标原水混合物的驯化具有什么特别的影响。
本发明中对于“上述步骤B的复合功能菌剂、营养液与目标原水混合后均匀加入活性炭滤池中，并均匀地分布于滤池中的活性炭类吸附载体上”的“均匀加入”方式没有特别的限制，只要能够制得上述步骤B的复合功能菌剂、营养液与目标原水的混合液“均匀地分布”滤池中的活性炭类吸附载体上即可，例如，可以采用均匀喷洒的方式。
上述步骤D中，目标原水中目标污染物决定了活性炭滤池是好氧滤池，还是缺氧滤池，也就是说目标原水中目标污染物决定了步骤D对复合功能菌剂-活性炭类吸附载体-目标原水混合物进行好氧培养还是缺氧培养。
本发明中所述目标原水中的目标污染物为有机物和总氮，因此所述活性炭滤池为缺氧滤池；通过持续3～5天的静置培养后，将滤池内的液体排空，为投加的菌种提供附着生存的环境。但是需要特别注意的是静置培养期间，需要保持水温在18～42℃之间。
上述步骤E是为在短时间内继续增加适应原水环境的菌种量，重复步骤B、步骤C和步骤D的操作，这样反复循环2～3次进行驯化，适应原水环境的复合型功能菌就会稳定附着在活性炭类吸附载体上，并形成由致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体，此时就可以直接通入目标原水进行目标污染物质的降解了。
本发明方法的特点还在于，不需要对原水进行额外的预处理，如对原水中的土著菌进行灭菌处理；另外本发明方法可根据原水的目标污染物而选择厌氧或缺氧条件。
本发明中所述活性炭滤池是指内含活性炭类吸附载体的滤池，本发明中对于活性炭滤池没有特别的限制，只要能够实现生物法缺氧培养在线再生活性炭类吸附载体，并进一步对目标污染物进行降解处理即可，可以采用本领域中常规的或现有的活性炭滤池。
本发明中对于活性炭滤池的液流的形式没有特别的限制，即可以采用上流式也可以采用下流式，例如，上流式或下流式滤池均可适用于于本发明方法。
例如，在一些例子中，可以采用不含曝气装置的活性炭滤池，也可以借用如图1所示的活性炭滤池(好氧培养用，含曝气装置)，该滤池用于本发明研究不需要开启或配置曝气装置或部件，只需静置培养。
图1所示的活性炭滤池包括由上至下依次设置的反应柱和底座，以及设置于反应柱和底座之间并将二者相连接的曝气盘8(本发明中可以不设置)；其中，所述曝气盘8是模拟布气装置，表面均匀地分布着气孔；所述反应柱主要由柱体9以及填充于柱体内的活性炭类吸附载体组成；所述底座主要包括底座基体、以及设置于底座基体上的进水端口5和进气口6(本发明中可以不设置或关闭)，所述进水端口5一端与原水泵4相连，另一端通过管道连接于柱体9的底部进水端口5，用于向反应柱(即滤池)内送入目标原水；进气口6一端与曝气泵7(本发明中可以不设置或关闭)相连，另一端连接于曝气盘8内的曝气分布器，用于实现滤池曝气。
本领域技术人员应该了解的是，曝气盘8在实际工程应用中为布气装置(包括但不限于穿孔曝气管、布气滤头、布气滤砖等装置)以及级配砾石，起到用于分散和打碎气泡的作用。本发明中所述曝气盘8可以采用实际工程应用中的布气装置，也可以在实验室小试中采用在分布着贯通气孔的树脂板或塑料板等来制成。
在一些具体的实施例中，借用图1所示的活性炭滤池进行缺氧培养生物法在线再生活性炭类吸附载体，其包括：
一、在滤池中，将复合功能菌剂与活性炭类吸附载体和目标原水混合培养，驯化，获得具有稳定附着的适应于原水环境的复合型功能菌群的活性炭类吸附载体；
(1)将复合型功能菌剂和营养液混合后与原水在水桶1中充分混合均匀，获得复合功能菌剂-目标原水混合液；
(2)通过泵3将复合功能菌剂-目标原水混合液输送入进水口5，经柱体9的底部进水口进入柱体9，若有需要，可继续加入目标原水清洗水桶1，并将清洗水也输送到进水口5，同时从原水桶2注入原水，通过泵4经进水口5进入柱体9，并使柱体9内的液面达到完全浸没柱体9中活性炭类吸附载体的表面。当混合溶液完全浸湿柱体9内的活性炭类吸附载体表面上后，获得复合功能菌剂-活性炭类吸附载体-目标原水混合物；
(3)不设置或关闭曝气泵7，关闭进气口6，此时反应滤池为缺氧滤池，静置培养；静置维持3～5天，为投加的菌种提供依附生存的环境。
经过3～5天的静置培养后，将进水口5与原水泵之间的连接管断开，从进水口5将滤池内部的液体排空。
(4)重复上述步骤(1)至(3)的操作，通过功能菌液与营养液混合，外投进原水中充分混合，再输送至活性炭类吸附载体表面上，并用原水注入反应柱内部，直到达到时间条件后继续排空液体，循环2～3次进行驯化。
由此使得外投的复合功能菌剂能稳定的附着在活性炭类吸附载体表面，并形成适应于原水环境的致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体嵌入活性炭类吸附载体丰富充盈的孔隙中。若干天后，获得具有稳定附着的适应原水环境的复合型功能菌群的活性炭类吸附载体。
二、向滤池中通入目标原水对目标污染物进行降解处理，获得可排放水
直接从原水池2中向反应滤池9通入原水至与出水口10相平齐的液面，活性炭滤池也开始投入生产工作，对原水中污染物进行降解，降解后的水从出水口10可排放至排水池11中。而在整个降解过程中，活性炭类吸附载体通过对有机污染物的吸附作用，而填在活性炭类吸附载体孔隙中的微生物以及形成的致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体会对吸附的有机物进行降解。此过程实现了活性炭类吸附载体边对有机物进行吸附，边被微生物降解而脱附的过程，从而进一步落实了活性炭类吸附载体的在线再生的目的，即提高了活性炭类吸附载体的耐用性。
从上述可以看出，本发明方法是在微生物筛选技术的支持下，将复合功能菌剂完全投入待降解原水中充分混合，然后倒入装有活性炭类吸附载体的滤池中进行浸润、静置驯化后投入正常工作，使微生物附着于活性炭类吸附载体上并形成由致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体，长期降解活性炭类吸附载体吸附的目标污染物(有机物、总氮等)，保障了活性炭类吸附载体的吸附效率，从而为生物法在线再生活性炭类吸附载体提供更为便捷的解决方法。
III、检测方法
一、COD测试实验
所需仪器主要包含：消解反应器(DRB 200,HACH)、紫外可见分光光度计(DR 3900,HACH)。
操作步骤主要包括：
1、配置分析水样
(1)取COD预制管试剂瓶(COD检测量程范围在30～1500mg/L)；
(2)选择第一样品为空白样，移取2ml纯净水至预制管内，拧紧盖子摇匀；
(3)第二个样品以及后面的若干测试样都移取2ml待测样至预制管内，拧紧盖子后摇匀。(注：摇匀后预制管发烫属于正常现象。)
2、消解
(1)对DRB200消解器进行开机，选择COD模式进行升温至150℃。
(2)打开安全罩依次将步骤1中的预制管放入消解孔内，盖上安全罩。
(3)开启后进行120min的消解倒计时。
(4)倒计时结束后会自动进入降温状态，当降温至120℃时打开安全罩，将预制管试剂摇匀后依次放入试管架静置并冷却至室温。
3、检测
(1)打开哈希DR3900，按选项-所有程序-435程序COD HR-开始；
(2)第一空白样预制管擦干净放入孔内，盖上遮光罩，归零；
(3)依次对测试样品进行检测并记录。
二、总氮测试实验
所需仪器主要包含：消解反应器(DRB200，HACH)、紫外可见分光光度计(DR3900，HACH)。
操作步骤主要包括：
(1)取高量程总氮消解试剂管(检测量程范围在2～150mg/L)，加入一包总氮过硫酸盐试剂粉包。
(2)取一试剂管中加入0.5ml配套的去离子水(或完全不含氮的水代替配套的去离子水)作为空白，其余试剂管中分别加入0.5ml样品。
(3)将试剂管盖上盖子，猛烈摇晃至少30s混合均匀。
(4)打开DRB200消解器，加热至105℃。将试剂管插入消解器，盖上盖子，加热消解30min。消解时间结束后，立即从消解器中取出，放在试剂管冷却架上冷却至室温。
(5)将试剂管的盖子打开，分别向试剂管中各加入一包TNA(总氮A)试剂粉包。盖上盖子，上下摇晃试剂管15s。启动仪器定时器，计时反应3min。
(6)计时时间结束后，将试剂管的盖子打开，分别向试剂管中各加入一包TNB(总氮B)试剂粉包。盖上盖子，上下摇晃试剂管15s。启动仪器定时器，计时反应2min。
(7)计时时间结束后，打开两个TNC(总氮C)试剂管，将2ml消解液分别加入TNC试剂管中。盖上盖子并缓慢倒转试剂管10次以混合均匀。启动仪器定时器，计时反应5min。
(8)计时时间结束后，打开DR3900，选择TN HR程序。将空白值的试剂管擦拭干净，并将它放入16mm圆形适配器中。按下“Zero(零)”键进行仪器调零。
(9)将装有样品的试剂管擦拭干净，并将它放入16mm圆形适配器中。按下“Read(读数)”键读取总氮含量。
实施例
以下通过具体实施例对于本发明进行具体说明。下文所述实验方法，如无特殊说明，均为实验室常规方法。下文所述实验材料，如无特别说明，均可由商业渠道获得。
采用某石化厂MBR产水作为进水端进水(原水)，其进水总氮含量在26～200mg/L之间。
所述复合功能菌剂由以下菌株组成：
丁酸梭菌WQ2021009株，保藏编号为CGMCC No.21648；
乙酰微小杆菌WQ2021010株，保藏编号为CGMCC No.21649；
源水气单胞菌(Aeromonas aquariorum)，保藏编号为CGMCC NO.1.9061(中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心)；
施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)，保藏编号为CGMCC1.15316(中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心)；
水丛毛单胞菌(Comamonas aquatica)，保藏编号为CGMCC1.8059(中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心)。
所述复合功能菌剂以种子液的形式配制，种子液采用本领域常规的方法制备。所述复合功能菌剂由丁酸梭菌、乙酰微小杆菌、源水气单胞菌、施氏假单胞菌和水丛毛单胞菌的种子液按照丁酸梭菌∶乙酰微小杆菌∶源水气单胞菌∶施氏假单胞菌∶水丛毛单胞菌＝1∶1∶0.7∶0.7∶0.7的体积比配制而成。
实施例1：
采用对照试验和采样检测来验证向滤池投加功能菌剂的操作方法能够实现活性炭在线再生。
1.烧杯实验
设置烧杯试验，通过对活性炭的吸附性能进行检验。以方便为滤池提供活性炭的吸附饱和数据。通过选择5g/L的活性炭，用COD浓度为285.72mg/L、TN为83.27mg/L的进水进行吸附实验。每隔5min进行出水采样，测其COD、TN的值，并根据COD以及TN的变化来判断活性炭的吸附性是否达到饱和。如图2所示。
从图2可以看出，经活性炭吸附后的原水COD随时间的延长而呈现下降趋势，直到60min左右趋于稳定，而在80min以后，甚至会出现COD小幅度上升的趋势。其原因是吸附饱和以后，活性炭不但不具备吸附性能，甚至会因为过饱和而脱附本身有机物，从而也验证了活性炭已达到饱和状态。而从TN的吸附趋势图中也能够看到其缓慢的下降趋势，直到80min左右其下降趋势平于稳定。从整体来看，在60min,活性炭对原水COD的吸附量达到34％，对TN的吸附量达到62.8％。
2.小试效果对比
(1)鉴于现场原水COD浓度在200mg/L～585mg/L之间，TN浓度在26～200mg/L范围内。设置两个相同条件的活性碳滤池，分别编号为Ⅰ号、Ⅱ号；
两个活性炭滤池的结构均如图1所，两个滤池的反应柱尺寸保持一致，同时采用相同类型的活性炭，活性炭粒径以及投入反应柱的数量均保持一致，水力停留时间为2小时。
(2)向Ⅰ号滤池投加上述烧杯实验中经过吸附饱和的活性炭，通入原水，静置进行吸附，每隔15min采样进行COD、TN检测，当COD、TN变化不明显时即确定吸附饱和，排空滤池中液体，按照上述方法将功能菌液与目标原水混合后的溶液将活性炭浸没静置培养后，继续进行通入原水试验。
(3)根据本发明技术方案的操作流程向Ⅱ号滤池加入未展开吸附工作的活性炭，采用如图1所示的滤池及其缺氧培养操作流程和步骤向Ⅱ号滤池投加复合型功能菌液后，并通入原水进行工作。
(4)通过Ⅰ号、Ⅱ号滤池的反应，每隔24h，连续90天对水样进行采集并测其COD、TN，并于90天后终止反应，如图3-1、图3-2，对Ⅰ号滤池的COD、TN进行实时监测，以及图4-1、图4-2对Ⅱ号滤池的COD、TN的实时监测。
从图3-1和4-1对照来看，虽然实时监测进水COD有所不同，但都在200～500mg/L之间波动。饱和活性炭经过复合型功能菌液的投加后对进水的降解是有效果的，但是从整体来看具有一定程度的波动，这种现象可以推测微生物附着于饱和活性炭的菌数较少，更多为游离于活性炭外表面，或滤池整体内部，驯化培养形成生物膜的场所不单一，且不牢靠，从而对降解的程度具备波动性。而从图4-1来看，未投入吸附的活性炭与功能菌液混合后进行的降解工作，其效果优于饱和后投加的活性炭，出水COD值基本在100mg/L之间浮动，而且从整体来看浮动范围很小。因此也验证了上述猜想，微生物附着生长形成由致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体的场所单一且稳定，对进水降解的效果比较显著。同理从3-2和4-2对照来看，也是相似的实验现象，未饱和的活性炭经过功能菌剂的投加并在其空隙及表面进行着床驯化能够在活性炭类吸附载体上形成由致密的、丰富的菌群及其分泌物形成的共生体，对含氮有机物的降解也具有显著的效果，且呈现波动较小的降解幅度。
实施例2：
为了说明本发明缺氧培养生物法在线再生吸附载体对总氮的去除非常明显，采用某石化厂MBR产水作为进水(原水)，其总氮含量范围在26～200mg/L，搭建Ⅱ号滤池，将复合功能菌剂、活性炭以及目标原水混合培养驯化后，对滤池进出水的总氮进行90天的监测。
完成上述操作方法后，对滤池进出水的总氮进行90天监测，结果如图5所示。其进水的总氮含量为26～200mg/L，整体出水中的总氮去除效果显著，去除率稳定在75％～90％。第28天时出水总氮有较小的波动，是因受进水总氮含量突然增高的影响导致，但并不会影响滤池的整体正常运行，系统经过短暂适应后，即使后续入水总氮含量持续增高，出水总氮含量基本稳定。因此，通过缺氧培养的生物菌种附着在活性炭孔隙中对总氮具有良好的降解作用，整体滤池的运行条件对进水端并没有苛刻的适应要求，这足以证明了该技术对工业现场具有良好的适用性。
上述实施例通过实验论证了本发明方法对于活性炭实现“在线再生”的有效性。为更有针对性的说明本发明对工程应用的价值，采用实际工业废水进行验证。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明做出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (9)

1.一种复合功能菌剂在缺氧培养生物法在线再生活性炭类吸附载体中的应用，所述复合功能菌剂包括能够降解目标原水中的目标污染物的菌，其中，所述目标原水中的目标污染物为有机物和总氮；
所述复合功能菌剂由丁酸梭菌、乙酰微小杆菌、源水气单胞菌、施氏假单胞菌和水丛毛单胞菌组成；
所述丁酸梭菌为保藏编号为CGMCC No.21648的丁酸梭菌WQ2021009株；所述乙酰微小杆菌为保藏编号为CGMCC No.21649的乙酰微小杆菌WQ2021010株；所述源水气单胞菌为保藏编号为CGMCC1.9061的源水气单胞菌菌株；所述施氏假单胞菌为保藏编号为CGMCC1.15316的施氏假单胞菌菌株；所述水丛毛单胞菌保藏编号为CGMCC1.8059的水丛毛单胞菌菌株。
2.根据权利要求1所述的应用，其包括：
步骤S1，在滤池中，将复合功能菌剂与活性炭类吸附载体和目标原水混合培养，驯化，获得具有稳定附着的适应于原水环境的复合型功能菌群的活性炭类吸附载体；
步骤S2，向滤池中通入目标原水对目标污染物进行降解处理，获得可排放水；
步骤S1包括：
步骤B，将复合功能菌剂、营养液与目标原水混合均匀，获得复合功能菌剂-目标原水混合液；
步骤C，将复合功能菌剂-目标原水混合液加入含有活性炭类吸附载体的滤池中，并向滤池加入目标原水，使水位上升到刚好浸没活性炭类吸附载体，获得复合功能菌剂-活性炭类吸附载体-目标原水混合物；
步骤D，静置，对复合功能菌剂-活性炭类吸附载体-目标原水混合物进行缺氧培养后，将滤池中液体排空；
步骤E，重复步骤B-D，使适应原水环境的复合型功能菌群稳定附着在活性炭类吸附载体中，获得具有稳定附着的适应原水环境的复合型功能菌群的活性炭类吸附载体；
在步骤E中，重复步骤B-D2-3次；
所述缺氧培养的时间为3~5天；
在步骤D中，保持水温在18~42℃之间。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，在步骤C中将复合功能菌剂-目标原水混合液均匀地分布于活性炭类吸附载体上。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述营养液含有葡萄糖、尿素和磷酸二氢钾；营养液中碳、氮和磷的摩尔比为100∶5∶1；和/或，在复合功能菌剂-目标原水混合液中，所述复合功能菌剂与营养液中碳源的质量比为(1~10)∶1；水与复合功能菌剂和营养液的总质量之比为(1~100)∶1。
5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述活性炭类吸附载体包括活性炭和/或活性焦。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述活性炭为煤制颗粒状活性炭；所述活性炭的碘值为600~1100，强度＞90%，比表面积为500~1200m2/g。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述活性焦为碘值为400~800，强度＞90%，比表面积为400~800m2/g。
8.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述目标原水包括处理工业废水的调节池出水、初沉池出水、二沉池出水、高密池出水、MBR膜出水、RO膜浓水和冷却塔循环排污水中的一种或几种；所述工业废水包括纺织染整废水、石油石化废水、精细化工废水、煤化工废水、热能工程废水、造纸废水、医药废水、医疗废水和发酵废水中的一种或几种。
9.根据权利要求3-7中任意一项所述的应用，其特征在于，所述目标原水包括处理工业废水的调节池出水、初沉池出水、二沉池出水、高密池出水、MBR膜出水、RO膜浓水和冷却塔循环排污水中的一种或几种；所述工业废水包括纺织染整废水、石油石化废水、精细化工废水、煤化工废水、热能工程废水、造纸废水、医药废水、医疗废水和发酵废水中的一种或几种。
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