CN114480209A - 一种发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水处理领域,涉及一种发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺,包括:将含有脱氮自养菌的污泥接种至上升式厌氧反应器,使用青石、菱铁矿和单质硫作为反应器的填料,填装过程中分批次依次装入填料和污泥,使泥水混合均匀;所述上升式厌氧反应器填装完毕后,进行挂膜驯化,得到自养反硝化的菌体;将所述自养反硝化的菌体使用发酵法规模化生产,即得。本发明构建了一种以硫铁单质及其化合物为电子供体进行自养反硝化的菌体;使用发酵法规模化生产自养型脱氮菌剂。该菌剂脱氮能力更强,更适合工业污水和市政污水脱氮处理。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域,具体涉及一种发酵法生产自养型菌剂的生产工艺。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
污水中的总氮含量愈来愈高,其废水中硝酸盐为主要污染物,硝酸盐废水若直接排放到环境中,会引起水体富营养化现象。因此如何去除水中硝酸盐成为亟待解决的问题。
目前在脱氮领域,生物脱氮技术是最经济有效的去除硝酸盐的方法,传统的硝酸盐去除工艺一般是利用异养型反硝化菌种进行脱氮,这种菌株以甲醇、乙酸钠等有机碳源为电子供体,在厌氧环境下由异养反硝化菌将硝酸盐转换为氮气,从而达到脱氮的目的,该菌株虽然可以有效的去除污水中的总氮,但其消耗碳源量大,运行成本高,污泥产量大,给企业带来较大的成本压力。
但在传统污水处理厂中,自养型脱氮菌在活性污泥内所占的比例较低,仅在厌氧段少量存活,由于缺乏反应底物,几乎无法起到脱氮的效果,用原有活性污泥进行驯化,其驯化周期长,工艺系统启动缓慢,且调试和运行过于复杂。
发明内容
针对以上缺陷,本发明的目的是生产一种高效的自养脱氮菌剂,可直接投加在缺氧池内,增加反硝化菌群的丰度。
为实现上述技术目的,本发明采用如下技术方案:
本发明的第一个方面,提供了一种发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺,包括:
将含有脱氮自养菌的污泥接种至上升式厌氧反应器,使用青石、菱铁矿和单质硫作为反应器的填料,填装过程中分批次依次装入填料和污泥,使泥水混合均匀;
所述上升式厌氧反应器填装完毕后,进行挂膜驯化,得到自养反硝化的菌体;
将所述自养反硝化的菌体使用发酵法规模化生产,即得。
相较于传统的反硝化,本发明提供了一种化能自养菌,其中的主要菌株脱氮硫杆菌菌可在厌氧环境下以单质硫及其硫化物为电子供体,将硝酸盐直接转换为氮气,硫单质及硫化物来源丰富且价格低廉,以此类还原物质作为反硝化的电子供体,可从根本上减少有机碳源的投加量,降低污水运行的成本。
同时,批量发酵生产高效的自养反硝化菌剂投加至反应器内,可快速启动反应器,大幅缩短调试工期,提高系统稳定性。
本发明的第二个方面,提供了上述的工艺生产的自养型脱氮菌剂。
本发明的第三个方面,提供了上述的自养型脱氮菌剂在工业污水或市政污水脱氮处理中的应用。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明采用污泥驯化的方式筛选菌株,虽菌剂纯度不如单一脱氮硫杆菌的纯度高,但菌群丰度高,包含多种自养脱氮菌,多种脱氮菌在发酵过程中协同生长,产酸自养菌和产碱自养菌协同作用,达到各自良好的生长率,因此脱氮能力更强,更适合工业污水和市政污水脱氮处理。
(2)构建一种以硫铁单质及其化合物为电子供体进行自养反硝化的菌体;使用发酵法规模化生产自养型脱氮菌剂。
(3)该菌剂主要菌种为脱氮杆菌,它是一种革兰氏阴性菌,细胞形态为短杆状,具有内部褶皱结构,端生鞭毛,运行性强。是一种专性自养和兼性厌氧细菌。
(4)该生产工艺方法的特征为:脱氮杆菌的接种量为4%-8%,培养温度为,发酵时间为5小时,反应底物为硫单质。
(5)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性,易于规模化生产。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为上升式反应器的工艺流程图;
其中,反应器主体为有机玻璃柱,高为45cm,底部直径为10cm,1为配水桶,2为进水泵,3为集气瓶,4为下部取样口,5为中部取样口,6为上部取样口,7为填料,8为二沉池。
图2为反应器出水水质变化图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺,包括:
脱氮自养菌的获取:
采取市政污水处理厂厌氧塔内的絮状污泥和缺氧池内的活性污泥300ml,接种至上升式厌氧反应器,使用青石、菱铁矿和单质硫作为反应器的填料,粒径均为2-3mm,填装高度为40cm,填装过程应分批次依次装入填料和污泥,保证泥水混合均匀。
进水为人工配水,试验用水组分:NO3 --N由Na NO3配置,Na NO3浓度为 200ml/L,其余培养基成分为:磷酸二氢钾10mg/L,二水合氯化钙240mg/L,七水合氯化钙320mg/L,碳酸氢钠800mg/L,微量元素Ⅰ1mg/L,微量元素Ⅱ 1.25mg/L。见表1
表1微量元素配比
反应器填装完毕后在条件下进行挂膜驯化,由于反硝化自养菌挂膜较慢,前期驯化阶段适量投加醋酸钠作为碳源,COD/N=5:1,之后逐步减低醋酸钠含量,最后反应器进入完全自养阶段,反应器运行第50d,取反应器上、中、下部生物膜进行扫描电镜观察。
本发明实验中观察到微生物均为短杆状,使用高通量测序技术进行16srRNA 生物多样性检测分析,结果显示Sulfurimanas(硫单细胞菌属)的丰度为21%-24%,Methylophilales(嗜甲基菌目)丰度为51%-57%。
本发明筛选出的菌种具有多种硫氧化脱氮的能力,虽纯度不及单一菌株的菌剂,但其生物丰度更高,抗冲击能力和脱氮能力更强,更适用于工业污水及和市政污水处理厂进行脱氮处理。
本发明提供的一种自养反硝化菌剂的制备方法,主要包括以下步骤:
步骤一:制备种子液,准备配置好的培养基,向培养基中接种4%筛选出的自养反硝化菌,培养2小时后,检测培养基的OD值以监测菌株的生长情况,并每隔1小时检测培养基OD值,同时梯度变化接种量,经过12小时培养,确定 OD值最大的培养液最为种子液,同时记录接种量和培养时间作为最适接种量和接种时间。
步骤二:发酵培养,制备发酵培养液,将步骤一制备的种子液接种至发酵罐内,设定PH为7-7.5,温度为30℃,整个发酵过程均为厌氧发酵,但发酵过程中会有氮气产生,发酵过程要保证罐内气压无大幅变化,确保呼吸阀正常运行。发酵2小时后,检测罐内OD值和硝酸钠浓度,根据检测结果绘制菌浓生长曲线,确定最佳发酵结束点,发酵时间为20小时,结束时OD浓度达到2.3左右,经 16srRNA生物多样性检测分析,脱氮硫杆菌的丰度在21%左右。
步骤一所述的种子液培养基成分为:硝酸钠100ml/L,蛋白胨50mg/L,磷酸二氢钾10mg/L,二水合氯化钙240mg/L,七水合氯化钙32mg/L,碳酸氢钠 800mg/L,微量元素Ⅰ1mg/L,微量元素Ⅱ1.25mg/L,微量元素配比见表1。
步骤二所属的发酵培养基的成分为:硫磺粉末100mg,铁粉50mg,磷酸二氢钾50ml/L,氯化钙32ml/L,硫酸镁300ml/L,碳酸氢钠800mg/L,微量元素Ⅰ微量元素Ⅱ各1ml/L,微量元素配比见表1。
下面结合具体的实施例,对本发明做进一步的详细说明,应该指出,所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
一种用于污水处理厂脱氮的复合菌剂,菌剂包含脱氮硫杆菌和其他自养脱氮菌,脱氮硫杆菌的丰度在21%-24%。
实施例1:
自养型脱氮菌的获取:
试验用水组分:NO3 --N由Na NO3配置,Na NO3浓度为200ml/L,其余培养基成分为:磷酸二氢钾10mg/L,二水合氯化钙240mg/L,七水合氯化钙320mg/L,碳酸氢钠800mg/L,微量元素Ⅰ1mg/L,微量元素Ⅱ1.25mg/L,微量元素配比见表1。
采取市政污水处理厂厌氧塔内的絮状污泥和缺氧池内的活性污泥300ml,接种至上升式厌氧反应器,使用青石、菱铁矿和单质硫作为反应器的填料,粒径均为2-3mm,首先填入10cm的青石作为衬托层,也可作为碱性物质补充硫自养反硝化消耗的碱度,然后填入菱铁矿和单质硫,作为硫自养反应底物,其比例为2: 1,反应底物的填装高度为30cm,总填装高度为40cm,然后向反应器内装入浓度为5g/ml的市政污水处理厂污泥,填装容积为80%。填装过程应分批次依次装入填料和污泥,保证泥水混合均匀。
反应器填装完毕后在条件下进行挂膜驯化,由于反硝化自养菌挂膜较慢,前期驯化阶段适量投加醋酸钠作为碳源,COD/N=5:1,之后逐步减低醋酸钠含量,最后反应器进入完全自养阶段,
在反应器启动前期,氮元素的去除率非常低,只有2mgN/(L·h),随反应器运行的第20d,氮元素的去除率有一个明显的上升,达到了80%,控制进水硝酸钠浓度不变,缩短HRT至4h,反应器出水硝酸钠浓度在20mg/L以下,在第40d,出水硝酸钠浓度在5mg/L以下,去除速率达0.95KG/(m3·d)。
反应器运行第50d,取反应器上、中、下部生物膜进行扫描电镜观察。
本发明实验中观察到微生物均为短杆状,使用高通量测序技术进行16srRNA 生物多样性检测分析,结果显示Sulfurimanas(硫单细胞菌属)的丰度为21%-24%,Methylophilales(嗜甲基菌目)丰度为51%-57%。
实施例2:
发酵种子液制备:
种子液培养基成分为:硝酸钠100ml/L,蛋白胨50mg/L,磷酸二氢钾10mg/L,二水合氯化钙240mg/L,七水合氯化钙32mg/L,碳酸氢钠800mg/L,微量元素Ⅰ1mg/L,微量元素Ⅱ1.25mg/L。
准备配置好的培养基,向培养基中接种5%实施例1筛选出的自养反硝化菌,培养2小时后,检测培养基的OD值以监测菌株的生长情况,并每隔4小时检测培养基OD值,经过12h培养后,观察该复合菌剂种子液的去除效率,数据见表2。同时进行接种量的梯度实验,接种量由3%-8%进行梯度实验,数据见表3.
表2种子液不同培养时间的生长情况
表3种子液不同接种量的生长情况
实施例3
微生物发酵培养:
发酵培养基的成分为:硝酸钠200ml/L,硫磺粉末100mg,铁粉50mg,磷酸二氢钾50ml/L,氯化钙32ml/L,硫酸镁300ml/L,碳酸氢钠800mg/L,微量元素Ⅰ微量元素Ⅱ各1ml/L,微量元素配比见表1。
将实施例2制备的种子液接种至发酵罐内,设定PH为7-7.5,温度为30℃,整个发酵过程均为厌氧发酵,但发酵过程中会有氮气产生,发酵过程要保证关内气压无大幅变化,确保呼吸阀正常运行。发酵2小时后,检测罐内OD值和硝酸钠浓度,根据检测结果绘制菌浓生长曲线,确定最佳发酵结束点,发酵时间为 20小时,结束时OD浓度达到2.1左右,经16srRNA生物多样性检测分析,脱氮硫杆菌的丰度在21%左右。实验数据如表4
表4发酵罐菌浓监测数据
实施例4
实际废水处理:
表5实际废水水质参数
反应器为上升式反应器,使用青石、菱铁矿和单质硫作为反应器的填料,粒径均为2-3mm,填装高度为40cm,填装过程分批次依次装入填料和实施例3制备的复合菌剂,保证泥水混合均匀。反应器在室温(21-31℃)下运行17周,水质变化见图2。
最后应该说明的是,以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分进行等同替换。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 (10)
1.一种发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺,其特征在于,包括:
将含有脱氮自养菌的污泥接种至上升式厌氧反应器,使用青石、菱铁矿和单质硫作为反应器的填料,填装过程中分批次依次装入填料和污泥,使泥水混合均匀;
所述上升式厌氧反应器填装完毕后,进行挂膜驯化,得到自养反硝化的菌体;
将所述自养反硝化的菌体使用发酵法规模化生产,即得。
2.如权利要求1所述的发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺,其特征在于,所述填料的粒径均为2-3mm,填装高度为40~42cm。
3.如权利要求1所述的发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺,其特征在于,进水为人工配水,Na NO3浓度为200ml/L,磷酸二氢钾10mg/L,二水合氯化钙240mg/L,七水合氯化钙320mg/L,碳酸氢钠800mg/L,微量元素Ⅰ1mg/L,微量元素Ⅱ1.25mg/L。
4.如权利要求3所述的发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺,其特征在于,所述微量元素Ⅰ包括:EDTA 5000mg/L、硫酸亚5000mg/L。
5.如权利要求3所述的发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺,其特征在于,所述微量元素Ⅱ包括:EDTA 1000mg/L、硼酸14mg/L、四水合氯化锰990mg/L、五水合硫酸铜250mg/L、七水合硫酸锌430mg/L、六水合氯化镍190mg/L、十水合硒酸钠210mg/L、二水合钼酸纳220mg/L。
6.如权利要求1所述的发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺,其特征在于,前期驯化阶段投加醋酸钠作为碳源,COD/N=4~5:1,之后逐步减低醋酸钠含量,最后反应器进入完全自养阶段。
7.如权利要求1所述的发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺,其特征在于,种子液培养基成分为:硝酸钠100ml/L,蛋白胨50mg/L,磷酸二氢钾10mg/L,二水合氯化钙240mg/L,七水合氯化钙32mg/L,碳酸氢钠800mg/L,微量元素Ⅰ1mg/L,微量元素Ⅱ1.25mg/L。
8.如权利要求1所述的发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺,其特征在于,发酵培养基的成分为:硫磺粉末100mg,铁粉50mg,磷酸二氢钾50ml/L,氯化钙32ml/L,硫酸镁300ml/L,碳酸氢钠800mg/L,微量元素Ⅰ微量元素Ⅱ各1ml/L。
9.权利要求1-8任一项所述的工艺生产的自养型脱氮菌剂。
10.权利要求9所述的自养型脱氮菌剂在工业污水或市政污水脱氮处理中的应用。
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CN202210170369.1A CN114480209A (zh) | 2022-02-23 | 2022-02-23 | 一种发酵生产自养型脱氮菌剂的生产工艺 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115784515A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-03-14 | 山东太平洋环保股份有限公司 | 一种用于制药废水强化生物脱碳脱氮性能的装置及其方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115784515A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-03-14 | 山东太平洋环保股份有限公司 | 一种用于制药废水强化生物脱碳脱氮性能的装置及其方法 |
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