CN115448453B

CN115448453B - 一种a/o系统处理dmf废水的方法

Info

Publication number: CN115448453B
Application number: CN202210705648.3A
Authority: CN
Inventors: 胡正峰; 刘帅; 谭映宇; 包天欣; 戴武; 蔡俊云; 梅荣武; 王慧荣; 王博
Original assignee: Zhejiang Institute Of Ecological Environmental Science Design And Research
Current assignee: Zhejiang Institute Of Ecological Environmental Science Design And Research
Priority date: 2022-06-21
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2023-09-15
Anticipated expiration: 2042-06-21
Also published as: CN115448453A

Abstract

本发明涉及DMF废水处理领域，公开了一种A/O系统处理DMF废水的方法，包括以下步骤：将DMF废水通入厌氧池中进行厌氧生物降解，而后将厌氧池的出水通入好氧池中进行好氧生物降解；所述厌氧池和好氧池的活性污泥中均接种有芽孢杆菌DMF‑4，所述芽孢杆菌DMF‑4已在2022年4月11日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2022413，微生物分类命名为芽孢杆菌Bacillus sp.。本发明通过在厌氧池和好氧池中接种芽孢杆菌DMF‑4，能够强化A/O系统对DMF废水的处理效果，使A/O工艺前无需进行吹脱等物化处理，因而能够缩短DMF废水处理流程，降低废水处理成本和能耗。

Description

一种A/O系统处理DMF废水的方法

技术领域

本发明涉及DMF废水处理领域，尤其涉及一种A/O系统处理DMF废水的方法。

背景技术

N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，化学式为HCON(CH₃)₂，具有化学稳定性好、热稳定性好、沸点高、凝固点低和溶解性好等优点，是一种重要的溶剂、中间体、催化剂、气体吸收剂和化工原料，目前已被广泛应用于聚氨酯浆料、晴纶和氨纶、医药和染料、石油和化工等多个领域。随着DMF的大量的工业化生产和广泛的应用，导致了DMF废水大量的排放，即使已经对废水中的DMF进行了回收利用，但是仍有部分残留，造成了环境的污染，对人体和动物的健康造成了巨大的威胁。

A/O工艺是有机废水的常用处理方法之一。相比传统的活性污泥工艺，A/O工艺是一种改进的活性污泥法工艺，又称缺氧好氧工艺法。其工艺特点是将好氧段与厌氧段串联，厌氧在前，厌氧微生物可以有效的降解污水中的有机物，并且在厌氧条件下微生物还可以产生胺提升废水碱度，为后续反应减轻压力；好氧在后，好氧微生物可以对废水中有机物进行进一步处理。整个流程不仅能够降解有机物，而且还能去除部分氮、磷等元素。

然而，DMF废水存在盐度高、毒性大、有机物浓度高、可生化性差等特点，当采用A/O工艺进行处理时，微生物的降解效果受到了较大限制，菌株受到胁迫导致对废水中的COD、NH₃-N等去除率下降，因而往往需要将物化法和生物法联用，在A/O工艺前，通过吹脱等物化处理降低DMF废水的毒性，提高其可生化性(如专利CN105198174B)，存在废水处理过程复杂，成本和能耗高的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种A/O系统处理DMF废水的方法。该方法通过在厌氧池和好氧池中接种芽孢杆菌DMF-4，能够强化A/O系统对DMF废水的处理效果，使A/O工艺前无需进行吹脱等物化处理，因而能够缩短DMF废水处理流程，降低废水处理成本和能耗。

本发明的具体技术方案为：

一种A/O系统处理DMF废水的方法，包括以下步骤：将DMF废水通入厌氧池中进行厌氧生物降解，而后将厌氧池的出水通入好氧池中进行好氧生物降解；所述厌氧池和好氧池的活性污泥中均接种有芽孢杆菌DMF-4，所述芽孢杆菌DMF-4已在2022年4月11日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国.武汉.武汉大学，保藏编号为CCTCC NO：M2022413，微生物分类命名为芽孢杆菌Bacillus sp.。

本发明中使用的菌株DMF-4初步鉴定属于芽孢杆菌属(Bacillus)，经进一步鉴定，其微生物分类为环太芽孢杆菌(Bacillus circulans)。该菌株对DMF和盐度具有较高的耐受性，能够在高盐和高DMF浓度的环境中生长繁殖，并以DMF为唯一碳源和氮源，通过将DMF降解成DMA和甲酸，再进一步降解成氨和甲醛，实现DMF的高效降解。而在本发明之前，尚未在环太芽孢杆菌这一种中发现能够降解DMF的菌株。

本发明将芽孢杆菌DMF-4接种到好氧池和厌氧池中，能通过以下两方面作用，强化A/O系统对DMF废水的处理效果：一方面，该菌株本身能够高效降解高盐DMF废水中的DMF，降低废水COD值；另一方面，该菌株能够降低DMF废水的毒性，从而对活性污泥中的其他菌株产生保护作用，促进功能性的菌株生长繁殖，从而有效去除废水中的COD和氨氮。通过这种方式，在A/O工艺前，无需对DMF废水进行吹脱等物化处理，即可实现较好的COD和氨氮去除效果，因而能够缩短DMF废水处理流程，降低废水处理成本和能耗。

作为优选，所述厌氧生物降解和好氧生物降解过程循环进行1～3次。

作为优选，所述好氧池和厌氧池在投用前，在其中装入填料和活性污泥，进行填料挂膜和活性污泥的第一阶段驯化，而后再进行活性污泥的第二阶段驯化和接种芽孢杆菌DMF-4；所述活性污泥的第一阶段驯化是以难降解有机物和COD作为选择压力，进行活性污泥驯化；所述活性污泥的第二阶段驯化是以盐度作为选择压力，进行活性污泥驯化。

DMF废水具有盐度高、DMF毒性大、COD值高的特性，可生化性较差，常规的活性污泥难以适应DMF废水的这些特性，无法有效降解其中的DMF，降低其COD。因此，本发明在好氧池和厌氧池投用前，分别以难降解有机物和高COD、盐度为选择压力，进行两个阶段的活性污泥驯化，使活性污泥中的微生物在优胜劣汰的法则下，优势的菌种逐渐被驯化和筛选出来，能够在DMF废水中正常的生长繁殖，因此可以更快的适应环境，有效去除DMF废水中的COD。

进一步地，所述活性污泥的第二阶段驯化和接种芽孢杆菌DMF-4的具体过程如下：将DMF废水的盐度调节至0.8～1.2％(即氯化钠含量为8～12g/L)，连续通过厌氧池和好氧池，至出水水质稳定；而后将DMF废水的盐度调节至1.8～2.2％(即氯化钠含量为18～22g/L)，连续通过厌氧池和好氧池，至出水水质稳定；再将DMF废水的盐度调节至2.8～3.2％(即氯化钠含量为28～32g/L)，连续通过厌氧池和好氧池，至出水水质稳定后，向好氧池和厌氧池中投加芽孢杆菌DMF-4，继续通入盐度为2.8～3.2％的DMF废水，至出水水质稳定。

第二阶段细分为四个阶段，具体如下：

1)在0.8～1.2％的盐度下，虽然对微生物有一定的抑制作用，但是不足以产生刺激，系统内的微生物能够通过自身机制来调节细胞内渗透压平衡和保护蛋白质，在该阶段，能够降解低盐DMF废水中DMF的优势菌种大量繁殖。

2)而后将进水盐度提高至1.8～2.2％，盐度升高导致部分淡水微生物死亡，并且使部分微生物细胞的渗透压变高，引起细胞质壁分离，蛋白质流失，使酶的活性降低，新陈代谢变得缓慢，只有少部分耐盐菌株和嗜盐菌株代谢正常。

3)稳定后继续将进水盐度提高至2.8～3.2％，过高的盐度产生了毒害作用，使大部分淡水微生物死亡，生物种类减少，协同作用变差，只有少部分耐盐菌株和嗜盐菌株代谢正常。

4)经上述三个盐度的筛选后，厌氧池和好氧池中的耐盐菌株和嗜盐菌株称为优势菌种，其大量繁殖提高了整个系统对高盐废水的抗负荷能力，但对DMF废水的处理效果仍然较差。此后，向池内投加本发明的芽孢杆菌DMF-4，该菌株能有效降解高盐DMF废水中的DMF，同时可以对活性污泥中功能性的细菌群落的复苏和繁殖起到促进作用。

经过以上四个阶段后，菌株DMF-4与逐渐被驯化耐盐、嗜盐菌株成为主要作用的微生物，从而实现对高盐DMF废水中COD和氨氮的高效去除。

进一步地，所述投加芽孢杆菌DMF-4的过程为分批多次投加。

采用分批多次投加的方式，可以保证菌株具有较好的代数，使其在水中浓度保持较高的水平，更容易成为优势菌株，与其他不同种类的降解微生物相互协调、共同代谢，有利于对高盐DMF废水中COD的去除。

作为优选，所述厌氧池中，控制废水的溶解氧含量低于0.5mg/L。

作为优选，所述好氧池中，控制废水的溶解氧含量为2～4mg/L。

作为优选，所述好氧池和厌氧池中，控制废水的温度为25～35℃。

作为优选，在通入厌氧池前，将DMF废水的盐度调节3％及以下(即氯化钠含量为30g/L及以下)，pH调节至7.0～8.5。

作为优选，所述厌氧池中的水力停留时间为18～30h，所述好氧池中的水力停留时间为18～30h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明中采用的环太芽孢杆菌DMF-4具有较好的耐盐和耐DMF性能，并能在高盐和高DMF浓度的环境中，以DMF为唯一碳源和氮源，快速生长繁殖并高效降解DMF，而此前尚未发现有其他环太芽孢杆菌菌株能够降解DMF；

(2)本发明通过在厌氧池和好氧池中接种芽孢杆菌DMF-4，能够强化A/O系统对DMF废水的处理效果，使A/O工艺前无需进行吹脱等物化处理，即可实现较好的DMF废水处理效果，因而能够缩短废水处理流程，降低处理成本和能耗；

(3)在以盐度作为选择压力进行活性污泥驯化的过程中，依次进行0.8～1.2％盐度驯化、1.8～2.2％盐度驯化、2.8～3.2％盐度驯化和芽孢杆菌DMF-4接种，能够使菌株DMF-4和耐盐、嗜盐菌株成为主要作用的微生物，从而实现对高盐DMF废水中COD和氨氮的高效去除。

附图说明

图1为48h后4株分离菌对DMF的去除效果；其中，DMF-0表示不接种菌株。

图2菌株DMF-4的16SrDNA基因序列系统发育树。

图3为DMF-4在LB培养基培养后的菌落和细胞形态图；其中，图3(a)为在LB固体培养基上的菌落形态，图3(b)为光学显微镜下的细胞形态，图3(c)为SEM图。

图4为起始pH对菌生长和DMF降解的影响；其中，图4(a)和图4(b)分别为起始pH对OD₆₀₀和DMF降解的影响。

图5为起始DMF浓度对菌生长和DMF降解的影响；其中，图5(a)和图4(b)分别为起始DMF浓度对OD₆₀₀和DMF降解的影响。

图6为盐度对菌生长和DMF降解的影响；其中，图6(a)和图6(b)分别为盐度对OD₆₀₀和DMF降解的影响。

图7为温度对菌生长和DMF降解的影响；其中，图7(a)和图7(b)分别为温度对OD₆₀₀和DMF降解的影响。

图8为引入碳源对菌生长和DMF降解的影响；其中，图8(a)和图8(b)分别为引入碳源对OD₆₀₀和DMF降解的影响。

图9为活性污泥驯化第二阶段第0～90天时的COD去除效果。

图10为活性污泥驯化第二阶段第0～90天时的NH₃-N去除效果。

图11为活性污泥驯化第二阶段第0～90天时的SV变化情况。

图12为投加菌株DMF-4前后出水中有机物成分的LC-MS检测结果。其中，图12(a)和图12(b)分别为投加前和投加后出水中有机物成分的LC-MS检测结果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

以下实施例中所用的培养基配制方法如下：

(1)3％盐度的无机盐培养基(以下简称“无机盐培养基”)：

该培养基的配方如下：氯化钠30g/L，磷酸氢二钾3.8g/L，磷酸二氢钾1.2g/L，七水硫酸镁0.1g/L，四水硫酸锰0.1g/L，氯化钙0.1g/L，钼酸钠0.06g/L，七水硫酸铁0.1g/L，溶剂为水。用1mol/L的HCl将pH调至7，121℃灭菌5min。

(2)3％盐度的DMF无机盐液体培养基(以下简称“DMF无机盐液体培养基”)：该培养基以DMF为唯一C、N源，配制方法如下：将灭菌后的无机盐培养基温度冷却到50℃左右，加入DMF 1000mg/L，混合均匀。

(3)3％盐度的DMF无机盐固体培养基(以下简称“DMF无机盐固体培养基”)：

向无机盐培养基中加入1.5～2wt％的琼脂，在121℃下灭菌15min，温度冷却到50℃左右，加入DMF使其浓度为1000mg/L，混合均匀。在无菌环境下，倒入平板上，待培养基冷却凝固后，放入30℃恒温培养箱中静置1d后，检查无菌，即可使用。

(4)LB培养基：

该培养基的配方如下：酵母提取物5g/L，胰蛋白胨10g/L，氯化钠10g/L，溶剂为水。用1mol/L NaOH调pH值为7，121℃灭菌15min。

(5)LB固体培养基：

向LB培养基中加入1.5～2wt％的琼脂，在121℃下灭菌15min，温度冷却到50℃左右。在无菌环境下，倒入平板，待培养基冷却凝固后，放入30℃恒温培养箱中静置1d后，检查无菌，即可使用。

总实施例

一种A/O系统处理DMF废水的方法，包括以下步骤：

(1)填料挂膜和活性污泥的第一阶段驯化：在好氧池和厌氧池中装入填料和活性污泥，进行填料挂膜，同时以难降解有机物和COD作为选择压力，进行活性污泥的第一阶段驯化；

(2)活性污泥的第二阶段驯化和接种芽孢杆菌DMF-4：

将DMF废水的盐度调节至0.8～1.2％，连续通过厌氧池和好氧池，至出水水质稳定；而后将DMF废水的盐度调节至1.8～2.2％，连续通过厌氧池和好氧池，至出水水质稳定；再将DMF废水的盐度调节至2.8～3.2％，连续通过厌氧池和好氧池，至出水水质稳定后，向好氧池和厌氧池中分批多次投加芽孢杆菌DMF-4，继续通入盐度为2.8～3.2％的DMF废水，至出水水质稳定；

所述芽孢杆菌DMF-4已在2022年4月11日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2022413，微生物分类命名为芽孢杆菌Bacillus sp.。

(3)DMF废水处理：

(3.1)废水预处理：将DMF废水的盐度调节至3％及以下，pH调节至7.0～8.5，获得预处理废水；

(3.2)厌氧生物降解：将DMF废水通入厌氧池中进行厌氧生物降解，控制厌氧池中的废水溶解氧含量低于0.5mg/L，温度为25～35℃，水力停留时间为18～30h；

(3.3)好氧生物降解：将厌氧池的出水通入好氧池中进行好氧生物降解，控制好氧池中的废水溶解氧含量为2～4mg/L，温度为25～35℃，水力停留时间为18～30h；

(3.4)将步骤(3.2)～(3.3)循环1～3次，每次循环采用不同的厌氧池和好氧池。

实施例1：菌株的分离筛选

(1)DMF耐盐降解菌的富集驯化：

DMF耐盐降解菌的富集培养，是以DMF为唯一的C、N源，通过几周的富集驯化，使耐盐DMF降解菌逐渐长成优势菌种。

具体方法如下：活性污泥取自浙江省绍兴市上虞区某化学制品有限公司含有DMF污染物的高盐废水池中，将其稀释5倍，加入玻璃珠，震荡约20min，使其与水分充分结合，使其细胞分散，形成均匀的悬浊液；取10mL菌悬浊液加入到500mL的锥形瓶中，再加入100mLDMF无机盐液体培养基，置于30℃、160r/min的摇床中培养。每周接种一次，以10％的接种量接种到新的DMF无机盐液体培养基中，反复数个周期，便可以富集耐盐或嗜盐的DMF降解菌。

(2)DMF耐盐菌株的筛选：

在富集好的培养基中取1mL的悬浊液，用无菌的蒸馏水分别稀释成10^-1～10^-7梯度，分别将10^-4～10^-7的稀释菌液涂布到DMF无机盐固体培养基上，放置到30℃的培养箱中，培养48h。

(3)DMF耐盐降解菌的富集与纯化：

平板上长出明显的菌落后，标记出不同形态的菌株，再次画线于不同的无机盐固体培养基上，在30℃的培养箱培养48h，将筛选出的菌株在平板反复画线3次以上，纯化菌株，得到单菌落。

一共分离出4株菌落形态不同的耐盐DMF降解菌，将其编号为DMF1-a，DMF1-b，DMF1-c，DMF1-d，DMF2-a，DMF2-b，DMF2-c，DMF2-d，DMF3-a，DMF3-b，DMF3-c，DMF3-d，DMF4-a，DMF4-b，DMF4-c，DMF4-d(1～4表示不同菌株，a～d表示不同菌落)。

将单菌落划线到斜面上，于4℃冰箱中编号保存。

(4)DMF耐盐降解菌的筛选：

将纯化好的系列DMF耐盐降解菌株分别划线于LB固体斜面培养基上，培养24h后，加入5mL无菌水，震荡1min，制成均匀的悬浊液。取1mL菌悬液加到离心管中，在1000r/min下离心5min，收集菌体，利用无菌的无机盐培养基洗涤两次，再悬浮于同体积的无机盐培养基中，接种1mL于100mL的DMF无机盐液体培养基中，获得的菌悬液中DMF的起始浓度为1000mg/L，在30℃、150r/min下培养。

在培养48h后，检测菌悬液中的DMF浓度，具体方法如下：

1)DMF测定色谱分析法：

采用安捷伦1260prime液相色谱仪对DMF的含量的测定。操作方法如下：色谱柱：C18；检测器：DAD检测器；检测波长：205nm；柱温：40℃；流速：1mL/min；进样量：10μL；流动相：乙腈-水(体积比为20:80)。

2)DMF标准液的配制：

于10mL容量瓶中加入5mL的水，准确称量后，再加入一定量的DMF液体，再次准确称量，加水至刻度线，通过计算两次差值计算DMF浓度，此溶液为标准储备液。临用前，再稀释成DMF浓度为1mg/mL的DMF标准液。

3)DMF标准曲线的绘制：

取出8只干净的100mL的容量瓶，分别加入0.0、0.5、1、2、4、6、8、10(mL)的标准液体，加水至标线，配置成0、5、10、20、40、60、80、100(mg/L)的标准液，参照仪器操作条件，将液相色谱调到最佳状态。每个浓度重复测定5次。以测得的峰面积值对应的DMF浓度绘制标准曲线。

4)样品的制备和检测：

依次从不同编号的锥形瓶中分别取出5mL的菌悬液加入到离心管中，在10000r/min下离心10min后，移取上清液，再用0.22μm的滤膜过滤，将滤液稀释20倍(目的：防止无机盐堵塞色谱柱)后，利用液相色谱进行分析，测定DMF浓度。

培养48h后菌悬液中的DMF浓度检测结果见图1。从图1可以看出：在30℃，pH＝7.0，盐度为3％，DMF浓度为0.1wt％的情况下，四株菌株中DMF-4对DMF的去除效果最佳，平均去除率在48％。

实施例2：菌株的鉴定

(1)DMF耐盐菌株的形态观察：

在无菌条件下，用接种环将单菌株，接种在LB固体培养基上，倒置放在30℃的培养箱中，24h后，观察记载菌落特征，记录其形状、光泽、大小、颜色、透明度、边缘、表面状况、边缘隆起度等情况。

菌株DMF-4在LB固体培养基上的菌落形态、光学显微镜下的细胞形态以及SEM图见图3，在LB固体培养基上的菌落形态见表1。

表1菌株DMF-4在LB固体培养基中的菌落形态

菌株

大小(mm)

颜色

边缘

表面

粘度

形状

透明度

DMF-4

0.5～1

白黄色

光滑

湿润

粘

圆

/

(2)革兰氏染色观察：

根据《污染控制微生物学实验》中的方法进行革兰氏染色，鉴定为G+菌。

(3)菌株的生理生化特性分析：

参考《污染控制微生物实验》、《常见细菌系统鉴定手册》的方法对接触酶、甲基化、C资源利用等方面进行试验，结果见表2。

表2菌株DMF-4的生理生化特性

实验名称	DMF-4	实验名称	DMF-4
				细胞形态	杆	接触酶	+
甲基化	+	pH 5-8	+
				淀粉水解	+	45℃生长	+
5％NaCl	+	C资源利用
				葡萄糖	+	醋酸钠	+
蔗糖	+	乳糖	-

注：“+”表示阳性；“-”表示阴性。

综合上述形态观察、革兰氏染色观察和生理生化特性分析结果，初步鉴定DMF-4属于芽孢杆菌属(Bacillus)。

(4)菌株的16S rDNA序列分析：

对DMF-4进行16S rDNA序列分析，测得的16S rDNA序列如SEQ ID NO:1所示，与环太芽孢杆菌的相似度为100％，因而鉴定为环太芽孢杆菌(Bacillus circulans)，16S rDNA基因序列系统发育树如图2所示。

保藏证明上的分类学命名是由申请人向保藏中心提供的，由于该菌株在保藏时尚未进行16S rDNA序列分析，因而向保藏中心提供的是申请人初步鉴定的结果，即芽孢杆菌(Bacillus sp.)。

实施例3：起始pH对菌生长和DMF降解的影响

(1)菌悬液的制备：

在无菌环境下，用接种环将DMF-4单菌接种在LB液体培养基中，30℃、160r/min条件下恒温摇床培养，每2h测量一次OD₆₀₀。在24h以内菌株的活性较高，活菌数量迅速上升，在24h后处于稳定期。当OD₆₀₀值为2.0时，收集菌体，用无机盐培养基洗涤两次后，按照10％的接种量(即LB液体培养基的体积为无机盐培养基体积的10％)悬浮于无机盐培养基中，震荡，将其制备成均匀的菌悬液，备用。

(2)探究起始pH对菌生长和DMF降解的影响：

向锥形瓶(500mL)中加入200mL无机盐培养基，将pH分别调为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0，灭菌，温度冷却至40℃左右，加入DMF使其浓度为1000mg/L，并加入10mL菌悬液，混合均匀，在30℃、160r/min条件下的恒温摇床培养，每12h取样，按照实施例1中的方法测量DMF的浓度，并检测OD₆₀₀，每次三个重复，结果见图4。

从图4可以看出：

(1)当pH在5.0时，菌株无法生长；pH为8.0、9.0时，菌的生长受到了抑制，且随pH的升高抑制变得严重；当pH为7.0时，菌株生长较快，48h后进入对数生长期，最大OD₆₀₀值为0.47，72h左右达到最大的DMF去除率(90％)。推测原因在于：当过酸或者过碱时，可能会导致蛋白质、核酸、酶等生物大分子发生变化，影响其活性，严重了会导致其失活或者变性，从而影响其对营养物质的转化利用。

(2)当pH为6.0时，菌株的生长速度和DMF降解速度低于pH为7.0时，但是其最大OD₆₀₀值为0.5，DMF的最大去除率在92％左右。推测原因在于：DMF分解的中间产物为二甲胺(DMA)，并且随时间逐渐积累，该物质具有较强的碱性，会使pH逐渐升高，使DMF的降解速率加快。

实施例4：起始DMF浓度对菌生长和DMF降解的影响

按照实施例3中的方法制备菌悬液。向锥形瓶(500mL)中加入200mL无机盐培养基，加入DMF使其浓度分别为1000、2000、3000、4000、5000(mg/L)，混合均匀，在30℃、160r/min条件下的恒温摇床培养，每12h取样，按照实施例1中的方法测量DMF的浓度，并检测OD₆₀₀，每次三个重复，结果见图5。

从图5可以看出：DMF浓度从0.1％上升到0.5％的过程中，菌株的OD₆₀₀值和DMF的降解率呈先升高再下降的趋势；当DMF浓度为0.2％时，其OD₆₀₀值最高为0.54，对DMF的最大降解率达到了92％；当DMF浓度为0.3％和0.4％时，DMF去除效果也较高，最大降解率分别在92％和91％左右；当DMF浓度上升至0.5％时，DMF的最大降解率和最大OD₆₀₀值分别下降至42％和0.19。推测原因在于：随着DMF浓度升高，溶液中碳源、氮源浓度升高，有利于菌株的生长代谢，但是当DMF浓度过高，毒性增加，会导致其对菌株产生毒害作用，抑制其生长。

实施例5：盐度对菌生长和DMF降解的影响

按照实施例3中的方法制备菌悬液。向锥形瓶(500mL)中加入200mL氯化钠浓度分别为10、20、30、40、50(g/L)的无机盐培养基，加入DMF使其浓度为1000mg/L，混合均匀，在30℃、160r/min条件下的恒温摇床培养，每12h取样，按照实施例1中的方法测量DMF的浓度，并检测OD₆₀₀，每次三个重复，结果见图6。

从图6可以看出：

①当盐度低于2％时，随着盐度的升高，菌株的生长和对DMF的降解效果有所提升。当NaCl浓度为1％时，其最大OD₆₀₀值为0.53，DMF降解率为91％；当盐度为2％时，OD₆₀₀最大值为0.66，且DMF最大降解率为92％。推测原因在于：当盐度低于2％时，盐度在一定程度上升高，并不会对微生物产生负作用，反而会促进其增殖。

②当盐度高于2％时，随着盐度的升高，OD₆₀₀最大值和DMF的降解率逐渐下降。当盐度升高至5％时，OD₆₀₀最大值降至0.165，DMF降解率下降至13.7％。推测原因在于：当盐度高于2％时，盐度已经逐渐开始影响菌株的耐受性，对菌株产生毒害作用，使其代谢酶活性受阻，活性降低。

实施例6：温度对菌生长和DMF降解的影响

按照实施例3中的方法制备菌悬液。向锥形瓶(500mL)中加入200mL无机盐培养基，加入DMF使其浓度为1000mg/L，混合均匀，在160r/min条件下的恒温摇床培养，培养温度分别为20、25、30、35、40(℃)，每12h取样，按照实施例1中的方法测量DMF的浓度，并检测OD₆₀₀，每次三个重复，结果见图7。

从图7可以看出：

①在20～35℃范围内，菌株的OD₆₀₀值和DMF的降解效率，以及生长速率随温度的升高而加快。当温度为35℃时，OD₆₀₀最大值为0.65，对DMF的最大降解率为91％。推测原因在于：温度影响微生物的代谢效率和酶的活性，一定温度内，微生物的代谢活动和生长繁殖随温度的上升而加快。

②当温度上升至40℃时，OD₆₀₀最大值和DMF降解率分别下降到0.43和89％。推测原因在于：温度过高会对微生物产生不利的影响，甚至导致其功能下降甚至死亡。

实施例7：加入不同碳源对菌生长和DMF降解的影响

按照实施例3中的方法制备菌悬液。向锥形瓶(500mL)中加入200mL无机盐培养基，加入DMF使其浓度为1000mg/L，并分别加入2g葡萄糖和0.2g醋酸钠，混合均匀，在30℃、160r/min条件下的恒温摇床培养，每12h取样，按照实施例1中的方法测量DMF的浓度，并检测OD₆₀₀，每次三个重复，结果见图8。

从图8可以看出：引入碳源后，菌株的生长和降解DMF效果明显提升，且引入葡萄糖效果最佳，OD₆₀₀最大值增加至0.97，DMF的降解率达到98％。这进一步证明了碳源不足，是制约菌株生长和DMF的降解效率的重要因素。

实施例8：菌株DMF-4强化两级A/O系统DMF废水

(1)废水预处理：

DMF废水来源于绍兴市上虞区某化学制品有限公司产生的难处理浓缩废水，稀释15倍后，pH为7.2，COD为4900mg/L，NH₃-N为12.7mg/L，TN为96.3mg/L，TP在0.01mg/L以下，获得预处理废水。

(2)装置：

采用两级A/O系统，包括依次相连的进水桶、一级厌氧池(A1池)、一级好氧池(O1池)、二级厌氧池(A2池)和二级好氧池(O2池)。其中，A1池、O1池、A2池和O2池均为上流型圆柱形反应器，Φ20cm×30cm，有效容积约为10L，底端设有曝气口、进水口、排水口，上端设有溢流堰，反应器外部设有保温层，填料均采用聚氨酯填料，按照2/3体积标准固定在反应器中。

选用50L桶作为废水的进水箱，在蠕动泵的作用下从A1池底部进水，在压力差的作用下依次流入O1池、A2池和O2池，O1池和O2池底部设有陶瓷曝气头，在流量计控制下均匀曝气，将A2池和A2池中的溶解氧浓度控制在0.4mg/L以下，将O1池和O2池中的溶解氧浓度控制在2～4mg/L，反应器外部设有保温层，通过水浴锅循环加热，使其温度控制在25～30℃，系统运行过程中，A1池、O1池、A2池和O2池中的水力停留时间均为24h。

(3)填料挂膜和活性污泥的第一阶段驯化：

DMF废水中大量的难降解有机物以及高盐分的双重抑制作用会使生物膜中的微生物受到严重的毒害，因此，活性污泥的驯化采用逐步加压法并分为以下两个阶段进行：第一阶段与填料挂膜同时进行，以难降解有机物和高COD作为选择压力，驯化能够耐受高COD，并且能降解酰胺类有机物的微生物；第二阶段以盐度作为选择压力。

采用间歇曝气挂膜法，使A1池、O1池、A2池和O2池中的填料挂膜，同时进行活性污泥的第一阶段驯化，具体方法如下：

首先，向池中加入约2/3体积的填料，再分别加入1/2体积来自绍兴市上虞区某化学制品有限公司A/O池中的底泥，将生活污水与自来水按1:2的体积比混合加入(COD为30mg/L)，再加入葡萄糖使其浓度为1wt％，调节pH使其保持在7.0～7.5之间，盐度调节为0.5％。然后盖紧盖子，打开曝气，使厌氧反应器曝气小于0.4mg/L(溶解氧浓度)，好氧反应器曝气在2～4mg/L(溶解氧浓度)。开始闷曝，将预处理废水盐度调至1％，每日间歇性通入。一周后，开始间歇性曝气，每天曝气20h，沉淀4h，期间通入少量的无机盐培养液，保持营养均衡，检测pH和盐度及时做出调整，间歇性通入盐度为1％的预处理废水。当生物膜初步形成，且SV＝4％时，开始连续缓慢通入盐度为1％的预处理废水，进水量为1.3L/d，一个月后，4个池内基本为预处理废水，使整个系统处于运行状态，强化生物膜。

(4)活性污泥的第二阶段驯化：

第二阶段以盐度作为选择压力，具体方法如下：

每日检测水质的pH、COD、NH₃-N、TN、SV和盐度。将预处理废水中的盐度调节为1％，通入两级A/O系统中，连续进水15d后，将通入的预处理废水盐度调整至2％，继续通入15d后，将通入的预处理废水盐度调整至3％，继续通入15d，此时盐度对反应器中的微生物造成较大影响(如污泥沉降比开始下降，处理效果变差)，开始向A1池、O1池、A2池和O2池中投放菌株DMF-4的菌悬液，3d一次，每次投加100mL，通过指标波动定期回流和投加菌液，直到其可以连续稳定的达到出水标准。

在第0～90天时的COD和NH₃-N去除效果以及SV变化分别如图9～11所示。从图9～11可以看出：

①当进水盐度为1％时：对系统的冲击力不大，驯化速度很快，4d后出水COD浓度趋于稳定，去除率保持在85％以上，最高达到90％。一段A/O的氨氮出水浓度比较稳定，维持在42～58mg/L，其效率不高且出水氨氮浓度高于进水；二段A/O经过7d的驯化后，其出水氨氮基本达到稳定，且硝化效率较高，去除率在85％左右。SV并无明显变化有所增大，最终O1池SV增加至65％左右，O2池在50％左右。

②当进水盐度为2％时：COD去除率骤降至59.8％；随着驯化时间变长，对COD的去除呈先降低在升高的趋势，系统最终的平均去除率达到72％，系统运行比较稳定。二段A/O的NH₃-N去除率骤降到70％，5d后恢复稳定，去除率在85％左右。当进水盐度为2％时，SV开始逐渐降低，出现了较明显的停滞期，随着驯化时间的增加，SV开始上升，最终O1池SV增长至50％左右，O2池SV增长至35％左右。

③当进水盐度为3％时：COD去除率骤降至42.6％，氨氮的去除率骤降至51％左右，随着驯化时间的增长，COD和氨氮去除率的上升趋势较慢，表明一般的活性污泥法无法满足对该类废水的COD去除。SV开始剧烈下降，停滞期变长，随着驯化时间增加，污泥浓度无明显变化。

④投加菌株DMF-4半个月后：COD去除率明显增加，最终稳定在75％左右，最高可以达到80％。NH₃-N去除率也明显增加，最终稳定在80％左右。SV开始缓慢上升，最终O1池的SV逐渐增加35％左右，O2池的SV增加至22％左右。

在投加菌株DMF-4前后，采用LCMS半定量分析，检测出水中有机物的变化，结果见图12。从图12可以看出：在投加前出水中共有27种有机物，且DMF及其衍生物浓度最高；在投加后出水中仅有14种有机物，对DMF及其衍生物去除率较高，废水中的主要污染物成分发生变化。说明菌株DMF-4对两级A/O系统处理DMF废水具有较好的强化效果。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

序列表

<110> 浙江省生态环境科学设计研究院

<120> 一种A/O系统处理DMF废水的方法

<160> 1

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 1368

<212> DNA

<213> 环太芽孢杆菌DMF-4(Bacillus circulans)

<400> 1

gcttgctttt aaagttagcg gcggacgggt gagtaacacg tgggcaacct gcctgtaaga 60

ctgggataac ttcgggaaac cggagctaat accggataat ccttttcctc tcatgaggaa 120

aagctgaaag acggtttacg ctgtcactta cagatgggcc cgcggcgcat tagctagttg 180

gtgaggtaac ggctcaccaa ggcgacgatg cgtagccgac ctgagagggt gatcggccac 240

actgggactg agacacggcc cagactccta cgggaggcag cagtagggaa tcttccgcaa 300

tggacgaaag tctgacggag caacgccgcg tgagtgatga aggttttcgg atcgtaaaac 360

tctgttgtta gggaagaaca agtacaagag taactgcttg taccttgacg gtacctaacc 420

agaaagccac ggctaactac gtgccagcag ccgcggtaat acgtaggtgg caagcgttgt 480

ccggaattat tgggcgtaaa gcgcgcgcag gcggtccttt aagtctgatg tgaaagccca 540

cggctcaacc gtggagggtc attggaaact gggggacttg agtgcagaag agaagagtgg 600

aattccacgt gtagcggtga aatgcgtaga gatgtggagg aacaccagtg gcgaaggcga 660

ctctttggtc tgtaactgac gctgaggcgc gaaagcgtgg ggagcaaaca ggattagata 720

ccctggtagt ccacgccgta aacgatgagt gctaagtgtt agagggtttc cgccctttag 780

tgctgcagca aacgcattaa gcactccgcc tggggagtac ggccgcaagg ctgaaactca 840

aaggaattga cgggggcccg cacaagcggt ggagcatgtg gtttaattcg aagcaacgcg 900

aagaacctta ccaggtcttg acatcctctg acactcctag agataggacg ttccccttcg 960

ggggacagag tgacaggtgg tgcatggttg tcgtcagctc gtgtcgtgag atgttgggtt 1020

aagtcccgca acgagcgcaa cccttgatct tagttgccag cattcagttg ggcactctaa 1080

ggtgactgcc ggtgacaaac cggaggaagg tggggatgac gtcaaatcat catgcccctt 1140

atgacctggg ctacacacgt gctacaatgg atggtacaaa gggcagcaaa accgcgaggt 1200

cgagcaaatc ccataaaacc attctcagtt cggattgtag gctgcaactc gcctacatga 1260

agctggaatc gctagtaatc gcggatcagc atgccgcggt gaatacgttc ccgggccttg 1320

tacacaccgc ccgtcacacc acgagagttt gtaacacccg aagtcggt 1368

Claims

1.一种A/O系统处理DMF废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：将DMF废水通入厌氧池中进行厌氧生物降解，而后将厌氧池的出水通入好氧池中进行好氧生物降解；所述厌氧池和好氧池的活性污泥中均接种有芽孢杆菌DMF-4，所述芽孢杆菌DMF-4已在2022年4月11日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2022413，微生物分类命名为芽孢杆菌Bacillus sp.。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧生物降解和好氧生物降解过程循环进行1~3次。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述好氧池和厌氧池在投用前，在其中装入填料和活性污泥，进行填料挂膜和活性污泥的第一阶段驯化，而后再进行活性污泥的第二阶段驯化和接种芽孢杆菌DMF-4；所述活性污泥的第一阶段驯化是以难降解有机物和COD作为选择压力，进行活性污泥驯化；所述活性污泥的第二阶段驯化是以盐度作为选择压力，进行活性污泥驯化。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述活性污泥的第二阶段驯化和接种芽孢杆菌DMF-4的具体过程如下：将DMF废水的盐度调节至0.8~1.2%，连续通过厌氧池和好氧池，至出水水质稳定；而后将DMF废水的盐度调节至1.8~2.2%，连续通过厌氧池和好氧池，至出水水质稳定；再将DMF废水的盐度调节至2.8~3.2%，连续通过厌氧池和好氧池，至出水水质稳定后，向好氧池和厌氧池中投加芽孢杆菌DMF-4，继续通入盐度为2.8~3.2%的DMF废水，至出水水质稳定。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述投加芽孢杆菌DMF-4的过程为分批多次投加。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述厌氧池中，控制废水的溶解氧含量低于0.5mg/L。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述好氧池中，控制废水的溶解氧含量为2~4mg/L。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述好氧池和厌氧池中，控制废水的温度为25~35℃。

9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在通入厌氧池前，将DMF废水的盐度调节至3%及以下，pH调节至7.0~8.5。

10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述厌氧池中的水力停留时间为18~30h，所述好氧池中的水力停留时间为18~30h。