CN117326694A - 一种强化厌氧氨氧化污泥十二烷基磺酸钠抗性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强化厌氧氨氧化污泥十二烷基磺酸钠抗性的方法。该方法首先将厌氧氨氧化污泥接入反应器，然后向反应器中加入含有信号分子的废水,并调节pH在7.5‑7.8之间，最后对污泥进行培养。本发明通过调控污泥内的群体感应来增强其对十二烷基磺酸钠的抵抗能力，从而减轻了十二烷基磺酸钠对厌氧氨氧化菌的抑制作用，实现了厌氧氨氧化技术在实际废水中的高效脱氮。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种强化厌氧氨氧化污泥十二烷基磺酸钠抗性的方法。
背景技术
厌氧氨氧化工艺是一种高效节能的新型生物脱氮技术，该技术将氨氮和亚硝氮直接转化为氮气，具有无需曝气和外加碳源，污泥产量低等优势。然而，其功能微生物厌氧氨氧化菌生长缓慢，具有密度依赖性，而且对环境条件极其敏感，这使得厌氧氨氧化菌的活性易受污染物抑制，成为厌氧氨氧化瓶颈之一。随着工业生产和日常生活中对洗涤用品需求量的与日俱增，合成洗涤剂废水的排放量和对环境的危害也日趋上升。实际废水中往往同时含有氨氮和某些表面活性剂，如十二烷基磺酸钠等。实际废水中的十二烷基磺酸钠严重影响厌氧氨氧化的脱氮性能。而生物法难以去除废水中十二烷基磺酸钠，仍有吸附或者低毒态的十二烷基磺酸钠存在于水处理过程中，故有必要提高厌氧氨氧化污泥抗十二烷基磺酸钠胁迫的能力。
群体感应(Quorum sensing, QS)是一种调节基因表达，改变群体生化行为，以响应细胞群密度变化的系统。细菌之间通过信号分子交流，其中高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserine lactones, AHLs)是目前研究最为广泛、表征最为完整的一类信号分子。
发明内容
为了解决上述厌氧氨氧化菌群易受十二烷基磺酸钠胁迫而严重影响脱氮性能的技术问题，本发明的目的在于提供一种强化厌氧氨氧化污泥十二烷基磺酸钠抗性的方法，可减轻十二烷基磺酸钠对厌氧氨氧化菌群活性的抑制作用，通过调控群体感应来有效增强厌氧氨氧化污泥对十二烷基磺酸钠的抗胁迫能力，实现厌氧氨氧化技术在实际废水中的高效脱氮。
为了达到上述目的，本发明提供了一种强化厌氧氨氧化污泥十二烷基磺酸钠抗性的方法，包括以下步骤通过如下技术方案来实现：
（1）取厌氧氨氧化污泥浓度为15～20 g VSS L-1，用磷酸盐缓冲溶液清洗后加入反应器；
（2）加入含有基质、十二烷基磺酸钠和信号分子的废水，调节pH在7.5-7.8区间；
（3）对厌氧氨氧化污泥进行培养。
进一步地，步骤（2）中，所述基质包括以下组分及含量：
KH2PO410 mg·L-1；CaCl2·2H2O 5.6 mg·L-1；MgSO4·2H2O 300 mg L-1；KHCO31250mg·L-1；NO2 --N 210 mg·L-1；NH4 +-N 210 mg·L-1；微量元素浓缩液I 1.25 mL·L-1；微量元素浓缩液II 1.25 mL·L-1。
其中，微量元素浓缩液I的具体组分包括：EDTA 5 g·L-1；FeSO4·7H2O 9.14 g·L-1。微量元素浓缩液II的具体组分包括：EDTA 15 g·L-1；H3BO40.014 g·L-1；MnCl2·4H2O0.99 g·L-1；CuSO4·5H2O 0.25 g·L-1；ZnSO4·7H2O 0.43 g·L-1；NiCl2·6H2O 0.21 g·L-1；NaMoO4·2H2O 0.22 g·L-1；CoCl2·6H2O 0.24 g·L-1。
进一步地，步骤（2）中，所述十二烷基磺酸钠浓度为5 mg L-1。在十二烷基磺酸钠胁迫时，需控制胁迫的十二烷基磺酸钠的浓度，使其低于十二烷基磺酸钠对厌氧氨氧化菌的半抑制浓度。
进一步地，步骤（2）中，所述废水为厌氧氨氧化反应器出水，其中含有信号分子。
进一步地，步骤（2）中，用4M稀盐酸和1M的氢氧化钠溶液将pH调节为用4M稀盐酸和1M的氢氧化钠溶液将pH调节为7.5~7.8。
进一步地，步骤（3）中，在30～35 ℃条件下，使厌氧氨氧化反应器稳定运行40天。
本发明和现有技术相比，具有如下优点和效果：
（1）能够有效提高厌氧氨氧化污泥十二烷基磺酸钠抗性的能力，使厌氧氨氧化污泥在十二烷基磺酸钠胁迫下依然能保持良好的稳定性及较高的活性，从而使厌氧氨氧化系统在十二烷基磺酸钠胁迫保持稳定且较高的脱氮效能。
（2）含外源信号分子的废水来源广泛，因此该技术成本低。
（3）适用于各种类型的厌氧氨氧化反应器及水力条件等，适用性强。
（4）操作过程简单，易于实现，效果显著。
附图说明
图1展示了实验组的基质氨氮浓度和亚硝氮浓度随时间变化的数据。
图2展示了对照组的基质氨氮浓度和亚硝氮浓度随时间变化的数据。
图3展示了实验组和对照组厌氧氨氧化污泥胞外聚合物的组成及含量变化。
图4展示了实验组和对照组的比厌氧氨氧化活性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。
当前对于提高厌氧氨氧化污泥抗十二烷基磺酸钠胁迫能力尚没有行之有效的方法，本发明通过添加厌氧氨氧化系统的出水作为生物催化剂诱导群体感应效应来提高厌氧氨氧化污泥在十二烷基磺酸钠胁迫下的稳定性及活性，保障系统在十二烷基磺酸钠胁迫下的运行稳定性。
实验组反应器R1
R1为1.0 L升流式厌氧污泥反应器，污泥取自实验室稳定运行四年的厌氧氨氧化反应器（有效体积8.0 L，污泥浓度15.5 g VSS L-1，总氮去除负荷为1.8 kgN·m-3·d-1）。收集上述稳定运行四年的反应器出水，并加入一定浓度基质泵入实验组反应器R0，包括以下组分及含量：
KH2PO410 mg·L-1；CaCl2·2H2O 5.6 mg·L-1；MgSO4·2H2O 300 mg L-1；KHCO31250mg·L-1；NO2 --N 210 mg·L-1；NH4 +-N 210 mg·L-1；微量元素浓缩液I 1.25 mL·L-1；微量元素浓缩液II 1.25 mL·L-1。
其中，微量元素浓缩液I的具体组分包括：EDTA 5 g·L-1；FeSO4·7H2O 9.14 g·L-1。微量元素浓缩液II的具体组分包括：EDTA 15 g·L-1；H3BO40.014 g·L-1；MnCl2·4H2O0.99 g·L-1；CuSO4·5H2O 0.25 g·L-1；ZnSO4·7H2O 0.43 g·L-1；NiCl2·6H2O 0.21 g·L-1；NaMoO4·2H2O 0.22 g·L-1；CoCl2·6H2O 0.24 g·L-1。
将pH值调节为7.5~7.8，随后泵入反应器中。稳定运行20天后，加入十二烷基磺酸钠，使其在废水中浓度为5 mg L-1。
每天定时取样，采用可见光分光光度计测定氨氮和亚硝氮含量。实验后，污泥样品清洗后置于-20 ℃冰箱中保存，采用“高速离心+热提取”的方法提取厌氧氨氧化污泥的胞外聚合物，胞外聚合物中蛋白质的含量以牛血清蛋白为标准采用Lowry法测定，多糖的含量以葡萄糖作为标准物质采用苯酚-硫酸法测定。
对照组反应器 R0
R0接种污泥来源和反应器体积同R1，区别在于进水采用自来水加基质，包括以下组分及含量：
KH2PO410 mg·L-1；CaCl2·2H2O 5.6 mg·L-1；MgSO4·2H2O 300 mg L-1；KHCO31250mg·L-1；NO2 --N 210 mg·L-1；NH4 +-N 210 mg·L-1；微量元素浓缩液I 1.25 mL·L-1；微量元素浓缩液II 1.25 mL·L-1。
其中，微量元素浓缩液I的具体组分包括：EDTA 5 g·L-1；FeSO4·7H2O 9.14 g·L-1。微量元素浓缩液II的具体组分包括：EDTA 15 g·L-1；H3BO40.014 g·L-1；MnCl2·4H2O0.99 g·L-1；CuSO4·5H2O 0.25 g·L-1；ZnSO4·7H2O 0.43 g·L-1；NiCl2·6H2O 0.21 g·L-1；NaMoO4·2H2O 0.22 g·L-1；CoCl2·6H2O 0.24 g·L-1。
将pH值调节为7.5~7.8，随后泵入反应器中。稳定运行20天后，加入十二烷基磺酸钠，使其在废水中浓度为5 mg L-1。
每天定时取样，采用可见光分光光度计测定氨氮和亚硝氮含量。实验后，污泥样品清洗后置于-20 ℃冰箱中保存，采用“高速离心+热提取”的方法提取厌氧氨氧化污泥的胞外聚合物，胞外聚合物中蛋白质的含量以牛血清蛋白为标准采用Lowry法测定，多糖的含量以葡萄糖作为标准物质采用苯酚-硫酸法测定。
反应器基质氨氮浓度和亚硝氮浓度随时间变化的数据分别如图1和图2所示，厌氧氨氧化污泥胞外聚合物的组成及含量变化如图3所示，反应器比厌氧氨氧化活性如图4所示。由图1和图2可知，与对照组R0相比，十二烷基磺酸钠浓度为5 mg L-1时抑制了氨氮和亚硝氮的降解，构成胁迫条件。外源添加含信号分子废水后，进一步促进了反应体系内氨氮和亚硝氮的降解，厌氧氨氧化污泥的脱氮性能增强。由图3可知，十二烷基磺酸钠胁迫下，同时外源添加含信号分子废水，胞外聚合物的含量增加；三组实验中多糖的含量无明显变化，蛋白质含量呈上升趋势。由图4可知，十二烷基磺酸钠胁迫下，比厌氧氨氧化活性会下降，但外援添加含信号分子废水的反应器下降幅度较小。由此说明本发明方法可有效调控厌氧氨氧化菌的群体感应，促进厌氧氨氧化菌群胞外聚合物的分泌，提高厌氧氨氧化污泥对十二烷基磺酸钠的抵抗能力，保持厌氧氨氧化菌群的活性及脱氮性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行进一步的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，均属于本发明的保护范围。本发明的保护范围由所附权利要求及其任何等同技术方案给出。
Claims (6)
1.一种强化厌氧氨氧化污泥十二烷基磺酸钠抗性的方法，其特征在于：步骤包括：
（1）取厌氧氨氧化污泥浓度为15～20 g VSS L-1，用磷酸盐缓冲溶液清洗后加入反应器；
（2）加入含有基质、十二烷基磺酸钠和信号分子的废水，调节pH在7.5-7.8区间；
（3）对厌氧氨氧化污泥进行培养。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述基质包括以下组分及含量：
KH2PO4 10 mg·L-1；CaCl2·2H2O 5.6 mg·L-1；MgSO4·2H2O 300 mg L-1；KHCO3 1250mg·L-1；NO2 --N 210 mg·L-1；NH4 +-N 210 mg·L-1；微量元素浓缩液I 1.25 mL·L-1；微量元素浓缩液II 1.25 mL·L-1；
其中，微量元素浓缩液I的组分包括：EDTA 5 g·L-1；FeSO4·7H2O 9.14 g·L-1；微量元素浓缩液II的组分包括：EDTA 15 g·L-1；H3BO4 0.014 g·L-1；MnCl2·4H2O 0.99 g·L-1；CuSO4·5H2O 0.25 g·L-1；ZnSO4·7H2O 0.43 g·L-1；NiCl2·6H2O 0.21 g·L-1；NaMoO4·2H2O 0.22 g·L-1；CoCl2·6H2O 0.24 g·L-1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述十二烷基磺酸钠浓度为5mg L-1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述废水为厌氧氨氧化反应器出水，其中含有信号分子。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，用4M稀盐酸和1M的氢氧化钠溶液将pH调节为7.5~7.8。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中，在30～35 ℃条件下，使厌氧氨氧化反应器稳定运行40天。
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2023
- 2023-09-22 CN CN202311233134.3A patent/CN117326694A/zh active Pending
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