CN113698047A - 一种微生物强化人工湿地农村生活污水净化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微生物强化人工湿地农村生活污水净化的方法，利用分离、纯化后得到的人工湿地优势菌种芽孢杆菌属、假单胞菌属和产碱杆菌属复合优势菌液的投加，并适当调节进水的pH值，提高湿地系统中优势菌的比例。人工湿地以沸石为基质，选用香蒲和美人蕉混合种植，用蠕动泵抽取农村生活污水至人工湿地，回流运行，提高COD、氨氮、TP的去除效率。该方法将微生物与人工湿地有机的结合在一起，利用微生物强化人工湿地系统，有效增加了湿地微生物的数量和活性，提高了人工湿地对农村生活污水的去除效率，具有显著的社会价值。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种微生物强化人工湿地农村生活污水净化的方法。
背景技术
人工湿地技术广泛应用于农村生活污水处理，但就目前已有的工程应用及研究来看，人工湿地在实际应用中存在较多问题，如运行不稳定，COD、氨氮及总磷的去除效率不能达到理想效果等。
人工湿地去除污染物的机理较为复杂，结合了基质、微生物及植物群落的物理、化学和生物等多方面因素。其中，微生物在人工湿地污水净化中的作用尤为重要，人工湿地中的微生物可利用污水中的碳、氮、磷等有机污染物进行新陈代谢活动，实现有机污染物的转化或去除。
微生物降解污染物的过程受多方面因素的影响，包括pH、基质、溶解氧、运行方式等，不同环境条件下微生物的结构和组成直接影响人工湿地的净化效果。因此，调控人工湿地系统中微生物的生长环境，强化人工湿地中微生物种群，有助于湿地系统高效持久的运行。
此外，目前污水回流作用在农村生活污水净化中应用较少，而湿地出水中含有部分未被消耗的溶解氧，出水回流可增强水体流动性，增大污染物与微生物等接触时间与面积，充分利用水中的溶解氧，利于微生物的代谢反应，从而提高COD、氨氮和总磷等物质的去除率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供了一种微生物强化人工湿地农村生活污水净化的方法。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：一种微生物强化人工湿地农村生活污水净化的方法，包括步骤如下：
步骤1、取运行一年以上的人工湿地沸石基质于无菌水中，利用摇床振荡洗脱沸石基质表面的生物膜，振荡时间为10～15min，转数160～200dr/min；将振荡后的菌液接种至营养琼脂培养基中，划线分离，25～30℃恒温培养2～3天，挑取单菌落进行多次划线，直至无杂菌出现，保存纯化后的菌种，所述纯化后的菌种为假单胞菌属、芽孢杆菌属和产碱杆菌属；
步骤2、用接种环刮取步骤1得到的纯化后的菌种，中的优势菌种接种到LB培养基中富集培养至培养液OD600nm＝1，得到微生物优势菌液；
步骤3、将OD600nm＝1的微生物优势菌液按照体积比1:10比例与生活污水混合，投加到人工湿地中，并调节pH为6.5～8.5；
步骤4、抽取生活污水至人工湿地，并在人工湿地出水口将出水回流，对人工湿地系统进行回流比为50％～150％的回流运行，时间为3～5天；收集出水口水样，检测COD去除率、氨氮去除率和总磷去除率。
进一步地，所述人工湿地的基质为按填料比例为1:5混合的土壤和1～2cm的沸石，且以6～10株/m2的种植密度交叉种植香蒲和美人蕉两种湿地植物。
进一步地，所述人工湿地的运行回流比优选150％。
进一步地，所述营养琼脂培养基组成为：牛肉膏3g、蛋白胨10g、氯化钠5g、琼脂15g、蒸馏水1000mL。
进一步地，所述步骤3中人工湿地的pH值优选为7.5。
本发明首先通过人工湿地系统的构建：利用沸石基质吸附作用，同时混合种植两种湿地植物，形成丰富微生物群落结构，有效的去除COD、氨氮和总磷。利用湿地基质中优势菌筛分、培养、驯化和投加，提高优势菌的比例，通过调节湿地系统pH，强化人工湿地系统微生物群落。然后采用回流运行方式，增加内部溶解氧含量，强化优势菌数量，增强植物与微生物协同作用，进一步提高污染物的去除效率。该方法充分将优势菌微生物与人工湿地系统相结合，通过优化湿地的结构和运行方式来强化湿地微生物活性，具有显著的环境、经济和社会价值。与现有技术相比，本发明设计的工艺有如下优点和显著进步：
(1)本发明采用投加人工湿地优势菌，调整优势菌适宜pH，并辅助以去除氨氮效果较好的沸石，提高了处理效率，同时采用回流运行方式增加了优势菌的活性，保证整个系统稳定运行，使得人工湿地处理后的生活污水指标达到排放标准。
(2)本发明投资和运行费用低，操作简单。
附图说明
图1为本发明人工湿地系统结构示意图；
图2为不同pH条件下混合菌液的生长曲线。
具体实施方式
下面对本发明做出进一步的详细阐述，仅用于本实施例，并非用于限制本发明的保护范围。
待处理生活污水COD为150～200mg/L,氨氮含量为50～60mg/L,总磷含量为1.5～2.6mg/L。
本发明公开了一种微生物强化人工湿地农村生活污水净化系统，如图1所示，包括依次连接的集水池、人工湿地和出水池；生活污水通入集水池中，在集水池中调节pH值；将调整完pH值的生活污水通入人工湿地中，向人工湿地中接种外源微生物，将处理后的生活污水通入出水池；出水池中处理后的生活污水通过回流，流入到人工湿地中进行二次处理，达到排放标准后出水。
实施例1
步骤1、取人工湿地沸石基质于无菌水中，摇床振荡15min，转数160dr/min；将振荡后的无菌液接种到营养琼脂培养基中，营养琼脂配制为牛肉膏3g、蛋白胨10g、氯化钠5g、琼脂15g、蒸馏水1000mL，30℃恒温培养2～3d，分离出三种单独优势菌，将分离出来菌落进行高通量测序，测试结果显示为假单胞菌属和芽孢菌属和产碱杆菌属。
步骤2、将分离出的优势菌属假单胞菌属、芽孢杆菌属和产碱杆菌属混合接种到LB培养基中进行富集培养至培养液OD600nm＝1。
步骤3、取混合菌液与无菌生活污水按照1:10进行混合，并调节pH6.5～8.5，于恒温培养箱中培养48h，温度为30℃，转数为160dr/min。
步骤3、将分离出三种优势菌混合接种到LB培养基中进行富集培养24h，每隔2h测定OD600nm值。
混合菌液经过24h培养，混合菌液的生长曲线如图2所示，当菌液pH为7.5时，微生物的生长曲线效果最好，在2h左右逐渐进入生长对数期，菌量随时间逐渐增加，并逐渐达到稳定期，OD600nm在1.67左右。
实施例2
步骤1、取人工湿地沸石基质于无菌水中，摇床振荡10min，转数160～200dr/min；将振荡后的无菌液接种到营养琼脂培养基中，营养琼脂配制为牛肉膏3g、蛋白胨10g、氯化钠5g、琼脂15g、蒸馏水1000mL，25～30℃恒温培养2～3d，分离出三种单独优势菌，将分离出来菌落进行高通量测序，测试结果显示为假单胞菌属和芽孢菌属和产碱杆菌属。
步骤2、将分离出的优势菌属假单胞菌属、芽孢杆菌属和产碱杆菌属混合接种到LB培养基中进行富集培养至培养液OD600nm＝1。
步骤3、将OD600nm＝1的微生物优势菌液按照体积比1:10比例与生活污水混合中，并调节pH为7.5，均匀地掺入土壤和沸石中。
步骤4：进水口采用蠕动泵抽取生活污水至人工湿地，并在人工湿地出水口将出水回流，回流比为50％，运行时间为3d，收集出水口水样，检测COD、氨氮和总磷含量。所述人工湿地基质为土壤和1～2cm的沸石，填料比例为1:5(v/v)，以6～10株/m2的种植密度交叉种植香蒲和美人蕉两种湿地植物。
实施例3
步骤1、取人工湿地沸石基质于无菌水中，摇床振荡10min，转数160～200dr/min；将振荡后的无菌液接种到营养琼脂培养基中，营养琼脂配制为牛肉膏3g、蛋白胨10g、氯化钠5g、琼脂15g、蒸馏水1000mL，25～30℃恒温培养2～3d，分离出三种单独优势菌，将分离出来菌落进行高通量测序，测试结果显示为假单胞菌属和芽孢菌属和产碱杆菌属。
步骤2、将分离出的优势菌属假单胞菌属、芽孢杆菌属和产碱杆菌属混合接种到LB培养基中进行富集培养至培养液OD600nm＝1。
步骤3、将OD600nm＝1的微生物优势菌液按照1:10比例与生活污水混合中，并调节pH为7.5，均匀地掺入土壤和沸石中。
步骤4、进水口采用蠕动泵抽取生活污水至人工湿地，并在人工湿地出水口将出水回流，回流比为100％，运行时间为3d，收集出水口水样，检测COD、氨氮和总磷。所述人工湿地基质为土壤和1～2cm的沸石，填料比例为1:5(v/v)，交叉种植香蒲和美人蕉两种湿地植物。
实施例4
步骤1、取人工湿地沸石基质于无菌水中，摇床振荡10min，转数160～200dr/min；将振荡后的无菌液接种到营养琼脂培养基中，营养琼脂配制为牛肉膏3g、蛋白胨10g、氯化钠5g、琼脂15g、蒸馏水1000mL，25～30℃恒温培养2～3d，分离出三种单独优势菌，将分离出来菌落进行高通量测序，测试结果显示为假单胞菌属和芽孢菌属和产碱杆菌属。
步骤2、将分离出的优势菌属假单胞菌属、芽孢杆菌属和产碱杆菌属混合接种到LB培养基中进行富集培养至培养液OD600nm＝1。
步骤3、将OD600nm＝1的微生物优势菌液按照1:10比例与生活污水混合中，并调节pH为7.5，均匀地掺入土壤和沸石中。
步骤4、进水口采用蠕动泵抽取生活污水至人工湿地，并在人工湿地出水口将出水回流，回流比为150％，运行时间为3d，运行时间为3d，收集出水口水样，检测COD、氨氮和总磷。所述人工湿地基质为土壤和1～2cm的沸石，填料比例为1:5(v/v)，交叉种植香蒲和美人蕉两种湿地植物。
连续运行一个月后，检测COD、氨氮和总磷的含量，其中出水COD、氨氮和总磷的去除率如表1所示，添加过微生物并调节pH，污染物的去除效率明显增加，进一步通过回流运行，COD、氨氮和总磷去除率进一步提高，其中当回流比为150％时，COD、氨氮和总磷去除率高达85％，83％，80％。
表1不同条件下人工湿地污染物去除效率
| 条件 | COD去除率 | 氨氮去除率 | 总磷去除率 |
| 未添加微生物 | 50％ | 30％ | 30％ |
| 添加微生物 | 71％ | 59％ | 62％ |
| 回流比50％ | 75％ | 64％ | 66％ |
| 回流比100％ | 80％ | 72％ | 71％ |
| 回流比150％ | 85％ | 83％ | 80％ |
实施例5
步骤1、取购买的假单胞菌属和芽孢杆菌属和产碱杆菌属，购买源为中国工业微生物菌种保藏管理中心，型号分别为CICC 10768、CICC 10206、CICC 24302，接种至LB培养基中富集培养至培养液OD600nm＝1。
步骤2、将OD600nm＝1的微生物优势菌液按照1:10比例与生活污水混合中，并调节pH为7.5，均匀地掺入土壤和沸石中。
步骤3、进水口采用蠕动泵抽取生活污水至人工湿地，并在人工湿地出水口将出水回流，回流比为150％，运行时间为3d，收集出水口水样，检测COD、氨氮和总磷。所述人工湿地基质为土壤和1～2cm的沸石，填料比例为1:5，交叉种植香蒲和美人蕉两种湿地植物。
连续运行一个月后，经检测，COD、氨氮和总磷去除率为87％，82％，83％。
综上所述，本发明采用投加人工湿地优势菌，调整优势菌适宜pH，并辅助以去除氨氮效果较好的沸石，提高了处理效率，同时采用回流运行方式增加了优势菌的活性，保证整个系统稳定运行，使得人工湿地处理后的生活污水指标达到排放标准。并且本发明投资和运行费用低，成本较低，操作简单。
以上实施例仅对发明做进一步说明，本发明的范围不受所举实施例局限。
Claims (5)
1.一种微生物强化人工湿地农村生活污水净化的方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1、取运行一年以上的人工湿地沸石基质于无菌水中，利用摇床振荡洗脱沸石基质表面的生物膜，得振荡后的菌液，振荡时间为10～15min，转数160～200dr/min；将振荡后的菌液接种至营养琼脂培养基中，划线分离，25～30℃恒温培养2～3天，挑取单菌落进行多次划线，直至无杂菌出现，保存纯化后的菌种，所述纯化后的菌种为假单胞菌属、芽孢杆菌属和产碱杆菌属；
步骤2、用接种环刮取步骤1得到的纯化后的菌种中的优势菌种接种到LB培养基中富集培养至培养液OD600nm＝1，得到微生物优势菌液；
步骤3、将步骤2得到的微生物优势菌液按照体积比1:10与生活污水混合，投入人工湿地中，并调节pH为6.5～8.5；
步骤4、抽取生活污水至人工湿地，并在人工湿地出水口将出水回流，对人工湿地系统进行回流比为50％～150％的回流运行，时间为3～5天。
2.根据权利要求书1所述的微生物强化人工湿地农村生活污水净化的方法，其特征在于，所述人工湿地的基质为按填料比例为1:5混合的土壤和1～2cm的沸石，且以6～10株/m2的种植密度交叉种植香蒲和美人蕉两种湿地植物。
3.根据权利要求书1所述的微生物强化人工湿地农村生活污水净化的方法，其特征在于，所述人工湿地的运行回流比优选150％。
4.根据权利要求书1所述的微生物强化人工湿地农村生活污水净化的方法，其特征在于，所述营养琼脂培养基组成为：牛肉膏3g、蛋白胨10g、氯化钠5g、琼脂15g、蒸馏水1000mL。
5.根据权利要求书1所述的微生物强化人工湿地农村生活污水净化的方法，其特征在于，所述步骤3中人工湿地的pH值优选为7.5。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114163074A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-11 | 南京大学 | 一种采用人工湿地处理污水处理厂尾水的方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101265458A (zh) * | 2008-04-21 | 2008-09-17 | 苏州市嘉林科技发展有限公司 | 强成膜菌的制成和强化污水脱氮的方法 |
| CN101343119A (zh) * | 2008-08-14 | 2009-01-14 | 浙江商达环保有限公司 | 一种沸石-菖蒲人工湿地污水处理系统及处理方法 |
| CN102642978A (zh) * | 2011-02-20 | 2012-08-22 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种适用于污水分散处理的高效循环式垂直流人工湿地及设备 |
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2021
- 2021-09-23 CN CN202111113535.6A patent/CN113698047A/zh active Pending
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