一种强化膜生物反应器脱氮功能并减缓膜污染的方法

摘要

本发明属于污水处理技术领域，具体公开了一种强化膜生物反应器脱氮功能并减缓膜污染的方法。所述方法具体为：在正常运行的膜生物反应器中按照体积比0.1％‑1.0％添加假单胞菌W12液体菌剂，每隔5‑10天添加一次；按照体积比0.2％‑1.5％添加枯草芽孢杆菌SZX11液体菌剂，每隔7‑15天添加一次。本发明通过向膜生物反应器的活性污泥中添加假单胞菌液体菌剂和枯草芽孢杆菌液体菌剂，使得不仅在有氧条件下可以转化氨氮为硝态氮，而且具有反硝化脱氮功能，强化了膜生物反应器脱除总氮的能力；并能快速分解中空纤维微滤膜表面的群体感应信号分子，减缓微滤膜表面微生物膜的形成，减轻滤膜污染，延长微滤膜的使用寿命，降低运行维护成本。

权利要求

1.一种强化膜生物反应器脱氮功能并减缓膜污染的方法，其特征在于，在正常运行的膜生物反应器中按照体积比0.1%-1.0%添加假单胞菌液体菌剂，每隔5-10天添加一次；按照体积比0.2%-1.5%添加枯草芽孢杆菌液体菌剂，每隔7-15天添加一次；所述假单胞菌的保藏编号为：CGMCC No. 12460，所述枯草芽孢杆菌的保藏编号为：CGMCC No. 8188。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在正常运行的膜生物反应器中按照体积比

0.3%添加假单胞菌液体菌剂，每隔7天添加一次；按照体积比0.5%添加枯草芽孢杆菌液体菌剂，每隔10天添加一次。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述假单胞菌液体菌剂的制备方法包括如下步骤：（1）配制假单胞菌液体培养基：硫酸铵3～6重量份，磷酸氢二钠0.2～0.5重量份，COD浓度为20～50 g/L的土豆淀粉1000重量份，调节培养基pH至7.0～7.5；调节pH采用氢氧化钠；

（2）假单胞菌液体种子的培养：向装有上述假单胞菌液体培养基的三角瓶中接种斜面保藏的假单胞菌，于25～35℃，120～200转/分振荡培养16～30小时，得到假单胞菌液体种子；

（3）假单胞菌液体菌剂的制备：向装有上述假单胞菌液体培养基的发酵罐中接种体积比为2%～10%的假单胞菌液体种子，于25～35℃，通无菌空气培养12～30小时；将培养好的发酵液经涂平板菌落计数，活菌数达到2×109 CFU/毫升以上，即得到假单胞菌液体菌剂。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌液体菌剂的制备方法包括如下步骤：（1）配制枯草芽孢杆菌液体培养基：硫酸铵2～5重量份，磷酸氢二钠0.2～0.3重量份，COD浓度为20～50 g/L的土豆淀粉1000重量份，调节培养基pH至7.0～7.8；调节pH采用氢氧化钠；

（2）枯草芽孢杆菌液体种子的培养：向装有上述枯草芽孢杆菌液体培养基的三角瓶中接种斜面保藏的枯草芽孢杆菌，于30～37℃，120～200转/分振荡培养15～25小时，得到枯草芽孢杆菌液体种子；

（3）枯草芽孢杆菌液体菌剂的制备：向装有上述枯草芽孢杆菌液体培养基的发酵罐中接种体积比为2%～10%的枯草芽孢杆菌液体种子，于30～37℃，通无菌空气培养12～25小时；将培养好的发酵液经涂平板菌落计数，活菌数达到3×109 CFU/毫升以上，即得到枯草芽孢杆菌液体菌剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提升膜生物反应器的总氮脱除率30%以上。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，延长膜生物反应器中微滤膜的反冲洗周期1/3以上。

说明书

一种强化膜生物反应器脱氮功能并减缓膜污染的方法

技术领域

[0001] 本发明属于污水处理技术领域，具体地说，涉及一种强化膜生物反应器脱氮功能并减缓膜污染的微生物调控方法。

背景技术

[0002] 膜生物反应器(MBR)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的高效污水处理技术，以膜组件取代二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，减少污水处理设施占地，并通过保持低污泥负荷减少污泥量。与传统的生化水处理技术相比，膜生物反应器具有以下优点：处理效率高、出水水质好；设备紧凑、占地面积小；易实现自动控制、运行管理方便。但是，膜污染引起的膜通量衰减快，所需膜材料的成本高，膜污染的清洗能耗高，这些不利因素阻碍了膜生物反应器技术的推广应用。

[0003] 群体感应的一个典型行为是生物膜形成。当微生物个体达到一定密度时，群体感应信号分子的基因表达会产生黏液多糖，导致结构性生物膜的形成。较早的细菌群体感应研究文献集中在病原菌的研究方面，当细菌达到足够高的群体密度时，它们就能改变感染所需的基因表达以诱导大量的细胞合作进行宿主感染，它们也能躲避宿主的免疫反应，从而成功建立感染(Dangl,et al.,Nature.2001.411:826-833)。近年来，在环境微生物领域也开展了广泛的研究，比如：在滴灌系统中，灌水器流道内就非常容易形成微生物膜而引起堵塞(Yan,et al.,Journal of Environmental Sciences,2009,21(6):834-841.)。我们分离出一株高效降解群体感应信号分子的枯草芽孢杆菌SZX11菌株，用于防治MBR微滤膜表面微生物膜的形成，从而减缓堵塞发生，取得了良好的效果。

[0004] 不仅如此，由于膜生物反应器处理污水是在连续曝气状态下运行，缺少反硝化过程，虽然氨氮可以快速被氧化为硝态氮，但是污水中总氮的去除效果并不理想。

[0005] 异养硝化是指微生物在利用有机底物的同时将氨氮转化为羟胺、亚硝酸盐和硝酸盐的过程。好氧反硝化是指微生物可以同时利用氧和硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体进行呼吸作用。异养硝化菌和好氧反硝化菌等的发现，打破了传统理论认为硝化反应只能由自养菌完成和反硝化反应只能在厌氧条件进行的认识，使得同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification and Denitrification,SND)成为可能。

发明内容

[0006] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种强化膜生物反应器脱氮功能并减缓膜污染的方法。

[0007] 为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

[0008] 本发明提供一种强化膜生物反应器脱氮功能并减缓膜污染的方法，在正常运行的膜生物反应器中按照体积比0.1％-1.0％添加假单胞菌液体菌剂，每隔5-10天添加一次；按照体积比0.2％-1.5％添加枯草芽孢杆菌液体菌剂，每隔7-15天添加一次。

[0009] 优选按照体积比0.3％添加假单胞菌液体菌剂，每隔7天添加一次；按照体积比0.5％添加枯草芽孢杆菌液体菌剂，每隔10天添加一次。

[0010] 两种菌剂的首次添加时机相同，即在开始处理污水时进行首次添加。

[0011] 其中，本发明所述假单胞菌液体菌剂的制备方法包括如下步骤：

[0012] (1)配制假单胞菌液体培养基：硫酸铵3～6重量份，磷酸氢二钠0.2～0.5重量份，COD浓度为20～50g/L的土豆淀粉1000重量份，调节培养基pH至7.0～7.5；调节pH可采用氢氧化钠；

[0013] (2)假单胞菌液体种子的培养：向装有上述假单胞菌液体培养基的三角瓶中接种斜面保藏的假单胞菌，于25～35℃，120～200转/分振荡培养16～30小时，得到假单胞菌液体种子；

[0014] (3)假单胞菌液体菌剂的制备：向装有上述假单胞菌液体培养基的发酵罐中接种体积比为2％～10％的假单胞菌液体种子，于25～35℃，通无菌空气培养12～30小时；将培9
养好的发酵液经涂平板菌落计数，活菌数达到2×10CFU/毫升以上，即得到假单胞菌液体菌剂。

[0015] 其中，本发明所述枯草芽孢杆菌液体菌剂的制备方法包括如下步骤：

[0016] (1)配制枯草芽孢杆菌液体培养基：硫酸铵2～5重量份，磷酸氢二钠0.2～0.3重量份，COD浓度为20～50g/L的土豆淀粉1000重量份，调节培养基pH至7.0～7.8；调节pH可采用氢氧化钠；

[0017] (2)枯草芽孢杆菌液体种子的培养：向装有上述枯草芽孢杆菌液体培养基的三角瓶中接种斜面保藏的枯草芽孢杆菌，于30～37℃，120～200转/分振荡培养15～25小时，得到枯草芽孢杆菌液体种子；

[0018] (3)枯草芽孢杆菌液体菌剂的制备：向装有上述枯草芽孢杆菌液体培养基的发酵罐中接种体积比为2％～10％的枯草芽孢杆菌液体种子，于30～37℃，通无菌空气培养12～25小时；将培养好的发酵液经涂平板菌落计数，活菌数达到3×109CFU/毫升以上，即得到枯草芽孢杆菌液体菌剂。

[0019] 本发明通过向膜生物反应器添加上述两种微生物菌剂，可将生物反应器的总氮脱除率提升30％以上，并有效延长微滤膜的反冲洗周期1/3以上；从而提高了膜生物反应器的出水水质，并显著提高了微滤膜的过滤效率。

[0020] 进一步地，本发明制备上述假单胞菌液体菌剂所使用的菌株，由来自污水处理厂的活性污泥中分离筛选得到，所筛选出的假单胞菌W12菌株，分类命名为假单胞菌(Pseudomonas sp.)，该菌株能够在MBR正常曝气条件下同时发挥硝化和反硝化功能。该菌株于2016年5月17日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为：CGMCC No.12460，保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编：100101。

[0021] 利用该假单胞菌菌株制备菌剂，适量添加到MBR的膜池中，在正常曝气的条件下可以提高系统对污水中总氮的去除效果。

[0022] 进一步地，本发明制备上述枯草芽孢杆菌液体菌剂时所使用的菌株，为分离自松树叶际，具有高效降解微生物群体感应信号分子能力的枯草芽孢杆菌SZX11菌株，分类命名为枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)。该菌株已于2013年09月16日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为：CGMCC No.8188，保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编：100101。

[0023] 利用该枯草芽孢杆菌菌株制备菌剂，适量添加到MBR的膜池中，在正常曝气的条件下可以预防滤膜上形成微生物膜，减缓堵塞进程，降低反冲洗频率。

[0024] 所述重量份可以是克、千克、斤、公斤、吨等污水处理领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。

[0025] 本发明涉及到的原料或试剂均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。

[0026] 在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。

[0027] 本发明的有益效果至少在于：

[0028] 向膜生物反应器的活性污泥中添加本发明所述假单胞菌，不仅在有氧条件下可以转化氨氮为硝态氮，而且具有反硝化脱氮功能，强化了膜生物反应器脱除总氮的能力；

[0029] 向膜生物反应器的活性污泥中添加本发明所述枯草芽孢杆菌，快速分解中空纤维微滤膜表面的群体感应信号分子，减缓微滤膜表面微生物膜的形成，减轻滤膜污染，延长微滤膜的使用寿命，降低运行维护成本。

具体实施方式

[0030] 下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。

[0031] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

[0032] 下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

[0033] 实施例1具有异养硝化和有氧反硝化功能的假单胞菌培养

[0034] 配制假单胞菌液体培养基：硫酸铵5公斤，磷酸氢二钠0.3公斤，COD浓度为30g/L的土豆淀粉废1吨，用氢氧化钠调节培养基pH至7.0。

[0035] 假单胞菌液体种子的培养：向装有液体培养基的三角瓶中接种斜面保藏的假单胞菌，于30℃，150转/分振荡培养24小时，得到假单胞菌液体种子；

[0036] 假单胞菌液体菌剂的制备：向装有液体培养基的发酵罐中接种体积比为5％的假单胞菌液体种子，于30℃，通无菌空气培养20小时；将培养好的发酵液经涂平板菌落计数，活菌数达到2×109CFU/毫升以上，即得到假单胞菌液体菌剂。

[0037] 实施例2高效降解群体感应信号分子的枯草芽孢杆菌培养

[0038] 配制枯草芽孢杆菌液体培养基：硫酸铵3公斤，磷酸氢二钠0.25公斤，COD浓度为30g/L的土豆淀粉废1吨，用氢氧化钠调节培养基pH至7.5。

[0039] 枯草芽孢杆菌液体种子的培养：向装有液体培养基的三角瓶中接种斜面保藏的枯草芽孢杆菌，于35℃，150转/分振荡培养20小时，得到枯草芽孢杆菌液体种子；

[0040] 枯草芽孢杆菌液体菌剂的制备：向装有液体培养基的发酵罐中接种体积比为5％的枯草芽孢杆菌液体种子，于35℃，通无菌空气培养16小时；将培养好的发酵液经涂平板菌落计数，活菌数达到3×109CFU/毫升以上，即得到枯草芽孢杆菌液体菌剂。

[0041] 实施例3添加菌剂强化MBR脱氮防控膜污染

[0042] 在正常运行的生活污水处理膜生物反应器中按照体积比0.3％添加实施例1制备的假单胞菌液体菌剂，每隔7天添加一次；按照体积比0.5％添加上述枯草芽孢杆菌液体菌剂，每隔10天添加一次。两种微生物菌剂添加后，提升了膜生物反应器对总氮的平均去除率37％，微滤膜的反冲洗周期由原来的30分钟反冲洗1次，延长到50分钟反冲洗1次。

[0043] 实施例4添加菌剂强化MBR脱氮防控膜污染

[0044] 在正常运行的生活污水处理膜生物反应器中按照体积比0.1％添加实施例1制备的假单胞菌液体菌剂，每隔5天添加一次；按照体积比0.2％添加上述枯草芽孢杆菌液体菌剂，每隔7天添加一次。两种微生物菌剂添加后，提升了膜生物反应器对总氮的平均去除率29％，微滤膜的反冲洗周期由原来的30分钟反冲洗1次，延长到45分钟天反冲洗1次。

[0045] 实施例5添加菌剂强化MBR脱氮防控膜污染

[0046] 在正常运行的生活污水处理膜生物反应器中按照体积比1.0％添加实施例1制备的假单胞菌液体菌剂，每隔10天添加一次；按照体积比1.5％添加上述枯草芽孢杆菌液体菌剂，每隔15天添加一次。两种微生物菌剂添加后，提升了膜生物反应器对总氮的平均去除率43％，微滤膜的反冲洗周期由原来的30分钟反冲洗1次，延长到90分钟天反冲洗1次。

[0047] 应当理解的是，对上述实施例所用试剂或原料的用量进行等比例扩大或者缩小后的技术方案，与上述实施例的实质相同。

[0048] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。