CN113929219A - 一种废水生化调试的处理系统及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种废水生化调试的处理系统及处理方法，该处理方法包括如下步骤：水质分析；污泥取样；配制无机盐培养基组成，并往无机盐培养基加入维生素及微量元素；摇瓶接种；实时成分及生长检测：一级摇瓶培养基配制灭菌；污泥传代；准备筛选细菌、真菌的无菌微生物平皿；菌株分离、纯化；送测序进行菌种安全鉴定；二级摇瓶培养基配制灭菌；增殖扩大培养；配制微生物反应器罐体高碳氮比培养基。本发明将高效菌种就地筛选、驯化发酵增殖、现场接种调试集成于一体，针对不同工业废水进行靶向性微生物处理；工业废水处理工程现场调试具有快速、高效、成本低廉、操作自动化程度高的特点。

Description

一种废水生化调试的处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及工业废水处理技术领域，特别涉及一种废水生化调试的处理系统及处理方法。
背景技术
在传统的废水处理工程调试及修复崩溃生化系统过程中，一般是接种已有污水处理厂经过脱水后的剩余污泥，此类方法具有接种污泥来源广泛、接种成本低的优点，但是也具有接种调试驯化时间长、接种污泥杂菌及杂质多的缺点，特别是难降解物质较多的工业废水(化工、石化、制药、焦化、印染等)处理工程，生化调试周期高达一年以上，有的甚至一直无法完成生化调试，对工业生产造成极大的风险，由此造成的间接生产成本也大大的升高。进入21世纪以来，随着生物技术的发展，污水处理中高效菌种的应用也越来越广泛，但由于工业废水种类高达成千上万种，而高效菌种种类极为有限，并且需要在实验室筛选培养、发酵车间进行发酵纯化脱水等一系列繁琐工序，因此传统的高效菌种已无法满足千差万别的工业废水的生化处理要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种废水生化调试的处理系统及处理方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种废水生化调试的处理系统，包括依次布设的货架、试剂柜、超净工作台、恒温摇床、水槽、自动灭菌微生物反应器、小型纯水机、小型电炉锅、空压机、电子天平、倒置显微镜、紫外分光光度计、氨氮水质分析仪、总有机碳分析仪、超高效液相色谱仪、气瓶柜、双层培养箱、立式压力蒸汽灭菌器。
本发明还提供一种废水生化调试的处理方法，包括如下步骤：
步骤一、水质分析：确定主要污染物及难降解污染物；
步骤二、污泥取样：取好氧及厌氧污泥；
步骤三、配制无机盐培养基组成，并往无机盐培养基加入0.1％(V/V)的维生素及微量元素；
步骤四、摇瓶接种；将污泥沉降后大部分上清先倒出，混匀污泥，各取2mL污泥接种于灭菌的含同比例污染物的无机盐培养基中，分为筛选好氧降解菌与筛选厌氧降解菌，并放置于恒温摇床中培养，再开启普通照明，培养7天左右；
步骤五、实时成分及生长检测：主要污染物检、总有机碳检测、氨氮降解检测、微生物浓度及硫酸根检测；
步骤六、一级摇瓶培养基配制灭菌：配制一定体积的无机盐培养基，加入微量元素，加入与污水中主要污染物浓度相近的污染物物质，PH值调节至6.8-7.0，并进行高温高压灭菌；灭菌完毕后，在超净工作台内加入过滤除菌的维生素液及视要求添加一定过滤除菌碳源，将好氧与厌氧两种模式各自取一部分添加碳源与无碳源作对比；
步骤七、污泥传代：取之前摇瓶接种的污泥各一定体积，在超净工作台中接种至灭过菌的一级摇瓶培养基，继续放入恒温摇床进行好氧、厌氧、光照培养，每培养7天对接种的污泥菌摇瓶进行观察、取样、检测，若观察到溶液性状发生改变及取样检测到主要污染物及其降解中间产物浓度大幅度下降，则可对其进行扩大培养，否则继续传代培养7天后再检测各数值；
步骤八、准备筛选细菌、真菌的无菌微生物平皿：配制低浓度富集培养基，再通过添加1.5％(w/v)琼脂粉配好灭菌，并降温至60℃左右后，拿进超净工作台进行倒置培养皿，再放置20min以上待其凝固；
步骤九、菌株分离、纯化：通过取驯化后污泥水，无菌涂布到各种营养的微生物平皿上，挑出主要的单菌落；
步骤十、送测序进行菌种安全鉴定，鉴定无害进行下一步；
步骤十一、二级摇瓶培养基配制灭菌：扩大其培养体积及添加主要降解菌需要的碳氮源，其他操作重复上述一级摇瓶培养基配制灭菌；
步骤十二、增殖扩大培养：在超净工作台中接种至二级摇瓶培养基，其他操作重复上述污泥传代；
步骤十三、配制微生物反应器罐体高碳氮比培养基：在无机盐培养基的基础上额外加入碳氮源与主要污染物及降解中间产物作为总碳氮源，配制好后用纯水在清洗好的微生物反应器上定容；
步骤十四、实消灭菌；
步骤十五、接种；
步骤十六、结束培养：从污泥中筛选驯化的高效混合降解菌发酵培养3～7天后，取样镜检；
步骤十七、排放扩大的液态筛选污泥菌至污水中。
优选地，所述步骤三中无机盐培养基组成包括：NH4Cl 0.5g、KNO3 0.5g、KH2PO41g、K2HPO4 1g、NaCl 1g、MgSO4·7H2O 0.2g，培养基液的PH值调节至6.8-7.0，并在121℃下，进行30min的高温高压灭菌。
优选地，所述步骤三中微量元素的配方包括：六水氯化铁5mg/L、五水硫酸铜0.05mg/L、硼酸1mg/L、四水氯化锰0.05mg/L、七水硫酸锌1mg/L、六水硝酸钴0.5mg/L，定容1000mL。
优选地，所述步骤三中维生素配方包括：维生素B1 0.1mg/L、乙尼克丁酸10mg/L、对氨基苯甲酸10mg/L、生物素0.1mg/L，定容10mL。
优选地，所述步骤四中恒温摇床的培养温度设置为30℃，转速为160rpm。
优选地，所述步骤五中主要污染物检采用超高效液相色谱仪的方法UPLC进行检测，总有机碳检测采用总有机碳分析仪(TOC)进行检测，氨氮降解检测采用氨氮水质分析仪来检测(NH3-N)，微生物浓度及硫酸根检测采用紫外分光光度计进行检测。
优选地，所述步骤十中菌种安全鉴定具体步骤为：将离心的菌种送外部公司进行16S rRNA基因扩增并在测序仪上进行测序，测序结果于NCBI进行在线BLAST比对，利用MEGAversion 5.1软件对同源性较高的序列构建16S rRNA基因系统发育树，明确菌种类型及确认其安全性。
优选地，所述步骤十四中的实消灭菌采用小型空压机通过不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器供给空气，小型纯水机通过不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器供给纯化水，小型电锅炉通过隔热不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器供给高温高压蒸汽，自动灭菌微生物反应器清洗、电极校正后组装好，确认罐体气密性，当培养基已搅拌溶解均匀定容后，开启控制器自动灭菌功能，在121℃下，进行20min实消灭菌。
优选地，所述步骤十五中接种：由于一级摇瓶中污泥在不断传代后已接种至二级摇瓶培养基，培养3～7天，使用火环接种法接种至实消冷却的微生物反应器中，温度控制30℃，微生物反应器带有夹套及加热装置，转速控制可依据P/V，根据主要降解菌的特性，若为好氧微生物，通空气DO控制在2mg/L以上，若为厌氧微生物，不通空气使DO控制在0.2mg/L以下，PH通过连接氨水或碳酸氢钠溶液调节控制在6.5±0.5。
优选地，所述步骤十七的具体步骤：根据从污泥中筛选驯化的高效混合降解菌特性，即视为厌氧混合发酵降解菌与好氧混合发酵降解菌，通过不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器的底阀，并通过精确计量泵将其排放至污水厂各工艺段的污水中，根据各个生化处理单元的运行状况控制微生物的投加量。
采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：本发明将高效菌种就地筛选、驯化发酵增殖、现场接种调试集成于一体，针对不同工业废水进行靶向性微生物处理；工业废水处理工程现场调试具有快速、高效、成本低廉、操作自动化程度高的特点。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明。
参照图1，本发明提供一种废水生化调试的处理系统，包括依次布设的货架、试剂柜、超净工作台、恒温摇床、水槽、自动灭菌微生物反应器、小型纯水机、小型电炉锅、空压机、电子天平、倒置显微镜、紫外分光光度计、氨氮水质分析仪、总有机碳分析仪、超高效液相色谱仪、气瓶柜、双层培养箱、立式压力蒸汽灭菌器；所述超净工作台用于放入移液器、枪头、电动移液器，小型纯水机需要外接自来水管。
参照图2，本发明还提供一种废水生化调试的处理方法，，包括如下步骤：
步骤一、水质分析S1：确定主要污染物及难降解污染物；
步骤二、污泥取样S2：取好氧及厌氧污泥；
步骤三、配制无机盐培养基组成S3，并往无机盐培养基加入0.1％(V/V)的维生素及微量元素；
步骤四、摇瓶接种S4；将污泥沉降后大部分上清先倒出，混匀污泥，各取约2mL污泥接种于灭菌的含同比例污染物的无机盐培养基中，分为筛选好氧降解菌与筛选厌氧降解菌，此过程可不无菌，封上透气膜扎紧的为筛选好氧降解菌，完全封死扎紧的为筛选厌氧降解菌，并放置于恒温摇床中培养，培养温度可设置为30℃，转速160rpm，再开启普通照明，有利于光合细菌生长，培养7天左右；
步骤五、实时成分及生长检测S5：主要污染物检、总有机碳检测、氨氮降解检测、微生物浓度及硫酸根检测；
步骤六、一级摇瓶培养基配制灭菌S6：配制一定体积的无机盐培养基，加入微量元素，加入与污水中主要污染物浓度相近的污染物物质，PH值调节至6.8-7.0，在121℃下，进行30min高温高压灭菌；灭菌完毕后，在超净工作台内加入过滤除菌的维生素液及视要求添加一定过滤除菌碳源，可分好氧与厌氧两种模式各自取一部分添加碳源与无碳源作对比；
步骤七、污泥传代S7：取之前摇瓶接种的污泥各一定体积，在超净工作台中接种至灭过菌的一级摇瓶培养基，继续放入恒温摇床进行好氧、厌氧、光照培养，每培养7天对接种的污泥菌摇瓶进行观察、取样、检测，若观察到溶液性状发生改变及取样检测到主要污染物及其降解中间产物浓度大幅度下降，则可对其进行扩大培养，否则继续传代培养7天后再检测各数值，一般需要1个月左右能筛选驯化出来降解菌，超过2个月仍未筛选出来降解菌可重新选择污泥来源；
步骤八、准备筛选细菌、真菌的无菌微生物平皿S8：可根据菌群配制一定类型的低浓度富集培养基，这里低浓度可以是1/4，可分为添加一定浓度的主要及其中间产物污染物与不添加污染物筛选一些功能菌，再通过添加1.5％(w/v)琼脂粉配好灭菌，降温至60℃左右，拿进超净工作台进行倒置培养皿，并放置20min以上待其凝固；
步骤九、菌株分离、纯化S9：通过之前检测到污染物大幅度下降筛选驯化后摇瓶的污泥菌液，在超净工作台中无菌用移液器插枪头吸取污泥菌液到各种配好的低浓度富集培养基的微生物平皿上，使用涂布棒平板划线，放入生化、霉菌培养箱等培养，分好氧与厌氧，30℃、光照培养1～3d，待其长出微生物观察其菌落大小及取样在显微镜下观察其形态；先配置好各富集培养基装于离心管并灭菌，在超净工作台中挑出主要的单菌落，接种至各个富集培养基的离心管，放入恒温摇床中培养1～3d，培养温度可设置为30℃，转速160rpm，在进行光照，培养结束后在小型离心机离心弃上清收集菌体，用于微生物测序鉴定；
步骤十、送测序进行菌种安全鉴定S10：将离心的菌种送外部公司进行16S rRNA基因扩增并在测序仪上进行测序，测序结果于NCBI(http：//www.ncbi.nlm.nih.gov)进行在线BLAST比对，利用MEGA version 5.1软件对同源性较高的序列构建16S rRNA基因系统发育树，明确菌种类型及确认其安全性(另外要注意的一点是前面污泥传代需要验证降解菌随着污染物降解完毕其数量需要呈现稳定或呈现下降趋势，防止此类降解菌危害人体、环境)；
步骤十一、二级摇瓶培养基配制灭菌S11：扩大其培养体积及添加主要降解菌需要的碳氮源，其他操作重复上述一级摇瓶培养基配制灭菌；
步骤十二、增殖扩大S12：在超净工作台中接种至二级摇瓶培养基，其他操作重复上述污泥传代；
步骤十三、配制微生物反应器罐体高碳氮比培养基S13：由于已鉴定出了相应主要降解菌，查阅其最适碳氮源，在无机盐培养基的基础上额外加入此类碳氮源与主要污染物及降解中间产物作为总碳氮源，配制好后用纯水在清洗好的微生物反应器上定容；
步骤十四、实消灭菌S14：采用小型空压机通过不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器供给空气，小型纯水机通过不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器供给纯化水，小型电锅炉通过隔热不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器供给高温高压蒸汽，自动灭菌微生物反应器清洗、电极校正后组装好，确认罐体气密性，当培养基已搅拌溶解均匀定容后，开启控制器自动灭菌功能，在121℃下，进行20min实消灭菌；
步骤十五、接种S15：由于一级摇瓶中污泥在不断传代后已接种至二级摇瓶培养基，培养3～7天，使用火环接种法接种至实消冷却的微生物反应器中，温度控制30℃，微生物反应器带有夹套及加热装置，转速控制可依据P/V，根据主要降解菌的特性，若为好氧微生物，通空气DO控制在2mg/L以上，若为厌氧微生物，不通空气使DO控制在0.2mg/L以下，PH通过连接氨水或碳酸氢钠溶液调节控制在6.5±0.5。
步骤十六、结束培养S16：当从污泥中筛选驯化的高效混合降解菌发酵培养3～7天后，取样镜检；
步骤十七、排放扩大的液态筛选污泥菌至污水中S17：根据从污泥中筛选驯化的高效混合降解菌特性，即视为厌氧混合发酵降解菌与好氧混合发酵降解菌，通过不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器的底阀，并通过精确计量泵将其排放至污水厂各工艺段的污水中，根据各个生化处理单元的运行状况控制微生物的投加量。
所述步骤三中无机盐培养基组成包括：NH4Cl 0.5g、KNO3 0.5g、KH2PO4 1g、K2HPO41g、NaCl 1g、MgSO4·7H2O 0.2g，培养基液的PH值调节至6.8-7.0，并在121℃下，进行30min的高温高压灭菌。
所述步骤三中微量元素的配方包括：六水氯化铁5mg/L、五水硫酸铜0.05mg/L、硼酸1mg/L、四水氯化锰0.05mg/L、七水硫酸锌1mg/L、六水硝酸钴0.5mg/L，定容1000mL。
所述步骤三中维生素配方包括：维生素B1 0.1mg/L、乙尼克丁酸10mg/L、对氨基苯甲酸10mg/L、生物素0.1mg/L，定容10mL。
所述步骤四中恒温摇床的培养温度设置为30℃，转速为160rpm。
所述步骤五中主要污染物检采用超高效液相色谱仪的方法UPLC进行检测，总有机碳检测采用总有机碳分析仪(TOC)进行检测，氨氮降解检测采用氨氮水质分析仪来检测(NH3-N)，微生物浓度及硫酸根检测采用紫外分光光度计进行检测。
所述步骤八中筛选出来不同的菌对应不同富集培养基成分，如下表1：
表1
Figure BDA0003324139320000081
Figure BDA0003324139320000091
本实施例中使用的设备如下表2
表2
Figure BDA0003324139320000101
通过上述实施例可知，本发明将高效菌种就地筛选、驯化发酵增殖、现场接种调试集成于一体，针对不同工业废水进行靶向性微生物处理；工业废水处理工程现场调试具有快速、高效、成本低廉、操作自动化程度高的特点。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种废水生化调试的处理系统，其特征在于，该处理系统包括依次布设的货架、试剂柜、超净工作台、恒温摇床、水槽、自动灭菌微生物反应器、小型纯水机、小型电炉锅、空压机、电子天平、倒置显微镜、紫外分光光度计、氨氮水质分析仪、总有机碳分析仪、超高效液相色谱仪、气瓶柜、双层培养箱、立式压力蒸汽灭菌器。
2.一种废水生化调试的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、水质分析：确定主要污染物及难降解污染物；
步骤二、污泥取样：取好氧及厌氧污泥；
步骤三、配制无机盐培养基组成，并往无机盐培养基加入维生素及微量元素；
步骤四、摇瓶接种；将污泥沉降后的上清先倒出，混匀污泥，各取适量污泥接种于灭菌的含同比例污染物的无机盐培养基中，分为筛选好氧降解菌与筛选厌氧降解菌，并放置于恒温摇床中培养，再开启普通照明，进行培养；
步骤五、实时成分及生长检测：污染物检、总有机碳检测、氨氮降解检测、微生物浓度及硫酸根检测；
步骤六、一级摇瓶培养基配制灭菌：配制一定体积的无机盐培养基，加入微量元素，加入与污水中主要污染物浓度相近的污染物物质，PH值调节至6.8－7.0，并进行高温高压灭菌；灭菌完毕后，在超净工作台内加入过滤除菌的维生素液及视要求添加一定过滤除菌碳源，将好氧与厌氧两种模式各自取一部分添加碳源与无碳源作对比；
步骤七、污泥传代：取之前摇瓶接种的污泥各一定体积，在超净工作台中接种至灭过菌的一级摇瓶培养基，继续放入恒温摇床进行好氧、厌氧、光照培养，每培养7天对接种的污泥菌摇瓶进行观察、取样、检测，若观察到溶液性状发生改变及取样检测到主要污染物及其降解中间产物浓度大幅度下降，则可对其进行扩大培养，否则继续传代培养7天后再检测各数值；
步骤八、准备筛选细菌、真菌的无菌微生物平皿：配制低浓度富集培养基，再通过添加琼脂粉配好灭菌，并进行降温后，拿进超净工作台进行倒置培养皿，再放置20min以上待其凝固；
步骤九、菌株分离、纯化：通过取驯化后污泥水，无菌涂布到各种营养的微生物平皿上，挑出主要的单菌落；
步骤十、送测序进行菌种安全鉴定，鉴定无害进行下一步；
步骤十一、二级摇瓶培养基配制灭菌：扩大其培养体积及添加主要降解菌需要的碳氮源，其他操作重复上述一级摇瓶培养基配制灭菌；
步骤十二、增殖扩大培养：在超净工作台中接种至二级摇瓶培养基，其他操作重复上述污泥传代；
步骤十三、配制微生物反应器罐体高碳氮比培养基：在无机盐培养基的基础上额外加入碳氮源与主要污染物及降解中间产物作为总碳氮源，配制好后用纯水在清洗好的微生物反应器上定容；
步骤十四、实消灭菌；
步骤十五、接种；
步骤十六、结束培养：从污泥中筛选驯化的高效混合降解菌发酵培养3～7天后，取样镜检；
步骤十七、排放扩大的液态筛选污泥菌至污水中。
3.根据权利要求2所述的废水生化调试的处理方法，其特征在于，所述步骤三中无机盐培养基组成包括：NH4Cl 0.5g、KNO3 0.5g、KH2PO4 1g、K2HPO4 1g、NaCl 1g、MgSO4·7H2O0.2g，培养基液的PH值调节至6.8-7.0，并在121℃下，进行30min的高温高压灭菌。
4.根据权利要求2所述的废水生化调试的处理方法，其特征在于，所述步骤三中微量元素的配方包括：六水氯化铁5mg/L、五水硫酸铜0.05mg/L、硼酸1mg/L、四水氯化锰0.05mg/L、七水硫酸锌1mg/L、六水硝酸钴0.5mg/L，定容1000mL。
5.根据权利要求2所述的废水生化调试的处理方法，其特征在于，所述步骤三中维生素配方包括：维生素B1 0.1mg/L、乙尼克丁酸10mg/L、对氨基苯甲酸10mg/L、生物素0.1mg/L，定容10mL。
6.根据权利要求2所述的废水生化调试的处理方法，其特征在于，所述步骤五中污染物检采用超高效液相色谱仪的方法UPLC进行检测，总有机碳检测采用总有机碳分析仪进行检测，氨氮降解检测采用氨氮水质分析仪来检测，微生物浓度及硫酸根检测采用紫外分光光度计进行检测。
7.根据权利要求2所述的废水生化调试的处理方法，其特征在于，所述步骤十中菌种安全鉴定具体步骤为：将离心的菌种送外部公司进行16S rRNA基因扩增并在测序仪上进行测序，测序结果于NCBI进行在线BLAST比对，利用MEGA version 5.1软件对同源性较高的序列构建16S rRNA基因系统发育树，明确菌种类型及确认其安全性。
8.根据权利要求2所述的废水生化调试的处理方法，其特征在于，所述步骤十四中的实消灭菌采用小型空压机通过不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器供给空气，小型纯水机通过不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器供给纯化水，小型电锅炉通过隔热不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器供给高温高压蒸汽，自动灭菌微生物反应器清洗、电极校正后组装好，确认罐体气密性，当培养基已搅拌溶解均匀定容后，开启控制器自动灭菌功能，在121℃下，进行20min实消灭菌。
9.根据权利要求2所述的废水生化调试的处理方法，其特征在于，所述步骤十五中接种：由于一级摇瓶中污泥在不断传代后已接种至二级摇瓶培养基，培养3～7天，使用火环接种法接种至实消冷却的微生物反应器中，温度控制30℃，微生物反应器带有夹套及加热装置，转速控制可依据P/V，根据主要降解菌的特性，若为好氧微生物，通空气DO控制在2mg/L以上，若为厌氧微生物，不通空气使DO控制在0.2mg/L以下，PH通过连接氨水或碳酸氢钠溶液调节控制在6.5±0.5。
10.根据权利要求2所述的废水生化调试的处理方法，其特征在于，所述步骤十七的具体步骤：根据从污泥中筛选驯化的高效混合降解菌特性，即视为厌氧混合发酵降解菌与好氧混合发酵降解菌，通过不锈钢管道连接至自动灭菌微生物反应器的底阀，并通过精确计量泵将其排放至污水厂各工艺段的污水中，根据各个生化处理单元的运行状况控制微生物的投加量。
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