CN115611416A

CN115611416A - 基于混合菌群合成pha工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法

Info

Publication number: CN115611416A
Application number: CN202211240590.6A
Authority: CN
Inventors: 陈志强; 王菲; 温沁雪
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2022-10-11
Filing date: 2022-10-11
Publication date: 2023-01-17

Abstract

本发明公开了一种基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法，所述方法采用序批式运行方式，运行一个周期包括进水阶段（5 min）、好氧丰盛阶段（2.5 h）、进硝化液阶段（5 min）、好氧饥饿阶段（7.5 h）、静置沉淀阶段（1.5 h）和排水阶段（15 min），一个周期12 h，一天运行2个周期；运行维持温度20~25℃，pH值为7~9，污泥龄10天，每天排泥一次；运行15天后，富集产PHA的好氧反硝化菌群进入群落稳定状态。该方法可以富集好氧反硝化菌，且结合了PHA合成工艺，不仅可以加快富集速度，而且能够提高菌群竞争能力从而提高稳定性，为硝酸盐废水提供了一种可能的处理方式。

Description

基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法

技术领域

本发明属于生物脱氮领域，涉及一种好氧反硝化菌富集方法，具体涉及一种基于混合菌群合成聚羟基脂肪酸酯（PHA）工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法。

背景技术

传统的生物脱氮技术依赖于硝化菌和反硝化菌的共同作用。因需氧条件不同，硝化反应和反硝化反应无法同步实现，而好氧反硝化菌能在曝气池中直接实现反硝化过程，自提出以来，凭借能实现同步硝化—反硝化的优点，节省了基建的投资费用，并且反硝化过程产生的碱度足以补偿硝化作用消耗的碱度，降低了药物的费用。

由于好氧反硝化菌生长条件没有特殊要求，相同环境中许多菌可与它竞争，故筛选效率不高。目前，已公布的一些筛选思路和方法主要有以下几种：（1）利用特定培养基对好氧反硝化菌进行分离筛选。但该方法适用性不强，不适合从复杂的活性污泥体系中筛选好氧反硝化菌株。（2）通过稀释将本来不占优势的好氧反硝化菌分离出来。但稀释法周期太长，筛选效率不高。（3）利用好氧、缺氧的频繁转换，使好氧反硝化菌在竞争中取得优势地位。但这种方法富集速度慢，菌群竞争能力弱，不稳定。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法。该方法采用碳源充盈-碳源匮乏（Feast-famine）的完全好氧交替环境，在碳源匮乏期加入富含硝酸盐的溶液，进而形成生态筛选压力，使得活性污泥中好氧反硝化菌在碳源匮乏期以胞内PHA为碳源来还原硝酸盐并增殖。通过该筛选压力定向富集污泥中的好氧反硝化菌群，提升活性污泥工艺的同步硝化反硝化能力，强化污水处理工艺的脱氮效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法，采用序批式运行方式，运行一个周期包括进水阶段、好氧丰盛阶段、进硝化液阶段、好氧饥饿阶段、静置沉淀阶段和排水阶段共6个运行阶段，一个周期12 h，一天运行2个周期，其中：进水阶段5min，好氧丰盛阶段2.5 h，进硝化液阶段5 min，好氧饥饿阶段7.5 h，静置沉淀阶段1.5 h，排水阶段15 min；运行维持温度20~25℃，pH值为7~9，污泥龄10天，每天排泥一次；运行15天后，富集产PHA的好氧反硝化菌群进入群落稳定状态，具体步骤如下：

步骤一、以市政污水处理厂的活性污泥作为接种污泥，将其接种到好氧反硝化菌富集反应系统中，将碳源泵入好氧反硝化菌富集反应系统中，并同时曝气和搅拌，维持系统好氧环境，其中：

所述活性污泥的接种量为3000~5000mg/L；

所述碳源为乙酸钠；

所述进水方式为碳氮耦合或碳氮分离的进水方式；

所述碳氮耦合的进水方式为乙酸钠和氨氮混合进水，碳氮耦合进水的COD为1000mg/L，氨氮为50mg/L；

所述碳氮分离的进水方式为乙酸钠单独进水，碳氮耦合进水的COD为1000mg/L，不含氮元素；

步骤二、在好氧丰盛期控制曝气量为3L/min，使微生物合成PHA；

步骤三、反应2.5h后系统进入碳源匮乏期，此时泵入硝酸盐溶液，维持好氧环境运行7.5h，其中：

硝酸盐的浓度为20~40mg N/L；

步骤四、7.5h后，硝酸盐被去除，停止曝气和搅拌，静置沉淀1.5h，实现混合菌群沉淀和液体的分离；

步骤五、排出静置后的上清液；

步骤六、反复进行步骤一~步骤五的运行，每一周期持续12h，每天进行两个周期；

步骤七、系统进行15天，富集产PHA的好氧反硝化菌群进入群落稳定状态，污泥即为富集到的产PHA好氧反硝化菌群。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明基于混合菌群合成PHA工艺提供了一种新的好氧反硝化菌富集方法，该方法可以富集好氧反硝化菌，且结合了PHA合成工艺，不仅可以加快富集速度，而且能够提高菌群竞争能力从而提高稳定性，为硝酸盐废水提供了一种可能的处理方式。

附图说明

图1为好氧反硝化菌富集反应系统的装置图；

图2为运行周期示意图；

图3为实施例1的硝酸盐去除效果；

图4为实施例2的硝酸盐去除效果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法，所述方法以市政污水处理厂的活性污泥作为接种污泥，采用好氧丰盛期-好氧饥饿期驯化模式，并在饥饿期引入含硝酸盐的废水实现好氧反硝化。进水采用乙酸钠为碳源，具体可分为碳氮耦合和碳氮分离的进水方式，其中，碳氮耦合的进水方式为乙酸钠和氨氮混合进水，碳氮分离的进水方式为乙酸钠单独进水。具体分为以下过程：①碳源泵入富集好氧反硝化菌系统，并同时曝气和搅拌，维持系统好氧环境；②在好氧丰盛期进行适当曝气，曝气量为3L/min，使微生物合成PHA；③反应2.5h后系统进入碳源匮乏期，此时泵入硝酸盐溶液，维持好氧环境运行7.5h；④7.5h后，硝酸盐被去除，停止曝气和搅拌，静置1.5h，实现混合菌群沉淀和液体的分离；⑤排出静置后的上清液；⑥反复进行①-⑤的运行，每一周期持续12h，每天进行两个周期；⑦系统进行15天，富集产PHA的好氧反硝化菌群进入群落稳定状态，污泥即为富集到的产PHA好氧反硝化菌群。

上述基于混合菌群PHA合成工艺的好氧反硝化菌富集反应系统如图1所示，包含反应器、进水排水系统、供给空气系统三部分。运行周期示意图如图2所示，工艺采用序批式运行方式，运行一个周期包括进水阶段、好氧丰盛阶段、进硝化液阶段、好氧饥饿阶段、静置沉淀阶段和排水阶段共6个运行阶段。一个周期12 h，一天运行2个周期，其中：进水阶段5min，好氧丰盛阶段2.5 h，进硝化液阶段5 min，好氧饥饿阶段7.5 h，静置沉淀阶段1.5 h，排水阶段15 min。运行维持温度20~25℃，pH值为7~9，污泥龄10天，每天排泥一次。运行15天后，富集产PHA的好氧反硝化菌群进入群落稳定状态。

本发明中，当VFA含量降低至0mg/L左右即可视为好氧丰盛期结束。

本发明中，控制好氧丰盛阶段运行2.5小时，之后泵入硝化液进入好氧饥饿阶段。

本发明中，可以设置溶解氧（DO）在线监测系统，通过检测到DO浓度的突然升高（超过5 mg/ L）时自动泵入硝化液。

本发明中，硝化液中硝酸盐的浓度为20mg N/L。根据实际需要，可以将浓度提升到40mg N/L。

本发明中，进水可采用两种方式，分别为碳氮耦合进水及碳氮分离进水。其中，碳氮耦合进水的COD为1000mg/L，氨氮为50mg/L；碳氮耦合进水的COD为1000mg/L，不含氮元素。

实施例1：

采用本发明所述的基于混合菌群PHA合成工艺的好氧反硝化菌富集方法，接种污泥来自富集PHA反应器的剩余污泥，种泥约为4000mg/L，经过自来水稀释后加入到反应器当中，稀释后反应器的初始投泥浓度为2174mg/L。在有效工作容积2 L的序批式反应器（SBR）中，在活性污泥中富集产PHA的好氧反硝化菌群。设置运行一个周期12 h，一天2个循环周期，每周期进水的COD维持1000 mg/ L，以乙酸钠为碳源，投加氨氮，采用碳氮耦合的进水方式，保持COD：N：P为100：5：1的比例，并进水中投加硫脲以抑制氨氮的硝化反应；好氧丰盛阶段运行2.5h；硝化液在盛宴阶段末期直接泵入系统，并进行7.5 h的好氧饥饿期。硝化液的NO₃ ^--N浓度设置在第1~15天和第67~80天为20mg N/ L，在第16~66天为40mg N/ L。系统运行的水力停留时间为1天，污泥停留时间为10天。系统运行15天达到稳定，最大PHA转化率为0.58和底物吸收速率为0.39，菌群PHA含量占菌体干重的9.7%。该系统对硝酸盐去除效果不明显，出水硝酸盐浓度波动较大，进水硝态氮浓度为20mg/L时，出水硝态氮浓度最低为11.97mg/L，最高去除率为40.15%；进水硝态氮浓度为40mg/L时，出水硝态氮浓度最低为24.77mg/L，最高去除率为38.08%。

实施例2：

采用本发明所述的基于混合菌群PHA合成工艺的好氧反硝化菌富集方法，接种污泥来自富集PHA反应器的剩余污泥，种泥约为4000mg/L，经过自来水稀释后加入到反应器当中，稀释后反应器的初始投泥浓度为2174mg/L。在有效工作容积2 L的序批式反应器（SBR）中，在活性污泥中富集产PHA的好氧反硝化菌群。设置运行一个周期12 h，一天2个循环周期，每周期进水的COD维持1000 mg/ L，以乙酸钠为碳源，不投加氨氮，采用碳氮分离的进水方式；好氧丰盛阶段运行2.5h；硝化液在盛宴阶段末期直接泵入系统，并进行7.5 h的好氧饥饿期。硝化液的NO₃ ^--N浓度设置在第1~15天和第67~80天为20mg N/ L，在第16~66天为40mg N/ L。系统运行的水力停留时间为1天，污泥停留时间为10天。系统运行15天达到稳定，最大PHA转化率为0.69和底物吸收速率为0.48，菌群PHA含量占菌体干重的16.7%。该系统对的硝酸盐去除效果明显，出水水质较为稳定，进水硝态氮浓度为20mg/L时，出水硝态氮浓度最低为0.89mg/L，最高去除率为95.55%；进水硝态氮浓度为40mg/L时，出水硝态氮浓度最低为12.17mg/L，最高去除率为69.58%。

Claims

1.一种基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法，其特征在于所述方法采用序批式运行方式，运行一个周期包括进水阶段、好氧丰盛阶段、进硝化液阶段、好氧饥饿阶段、静置沉淀阶段和排水阶段共6个运行阶段，一个周期12 h，一天运行2个周期，其中：进水阶段5 min，好氧丰盛阶段2.5 h，进硝化液阶段5 min，好氧饥饿阶段7.5 h，静置沉淀阶段1.5 h，排水阶段15 min；运行维持温度20~25℃，pH值为7~9，污泥龄10天，每天排泥一次；运行15天后，富集产PHA的好氧反硝化菌群进入群落稳定状态，具体步骤如下：

步骤一、以市政污水处理厂的活性污泥作为接种污泥，将其接种到好氧反硝化菌富集反应系统中，将碳源泵入好氧反硝化菌富集反应系统中，并同时曝气和搅拌，维持系统好氧环境；

步骤三、反应2.5h后系统进入碳源匮乏期，此时泵入硝酸盐溶液，维持好氧环境运行7.5h；

步骤五、排出静置后的上清液；

2.根据权利要求1所述的基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法，其特征在于所述步骤一中，活性污泥的接种量为3000~5000mg/L。

3.根据权利要求1所述的基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法，其特征在于所述步骤一中，碳源为乙酸钠。

4.根据权利要求1所述的基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法，其特征在于所述步骤一中，进水方式为碳氮耦合或碳氮分离的进水方式。

5.根据权利要求4所述的基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法，其特征在于所述碳氮耦合的进水方式为乙酸钠和氨氮混合进水，进水的COD为1000mg/L，氨氮为50mg/L。

6.根据权利要求4所述的基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法，其特征在于所述碳氮分离的进水方式为乙酸钠单独进水，进水的COD为1000mg/L，不含氮元素。

7.根据权利要求1所述的基于混合菌群合成PHA工艺的快速富集好氧反硝化菌的方法，其特征在于所述步骤三中，硝酸盐的浓度为20~40mg N/L。