申请日2013.11.08
公开(公告)日2014.03.12
IPC分类号C02F101/38; C02F3/12
摘要
本发明公开了一种具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥、培养及应用。所述污泥通过具有自絮凝特性的单一菌种(Rhizobiumsp.)NJUST18培养而得。采用吡啶特效降解菌株(Rhizobiumsp.)NJUST18作为接种物，采用序批式反应器(SBR)的反应器形式，利用(Rhizobiumsp.)NJUST18的自絮凝特性，通过控制SBR体系运行周期、沉降时间和有机负荷等参数，促进吡啶降解颗粒污泥的形成。本发明所提供的具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥，可以以吡啶为唯一碳源、氮源进行生长。颗粒污泥培养成熟后，颗粒形状规则，沉降性能好(污泥指数SVI值只有25.6mL/g)，反应体系污泥浓度高(混合液挥发性悬浮固体MLVSS浓度高达4610mg/L)，降解效率高(最大降解速率Vmax高达1867.4mgl-1h-1)。颗粒污泥培养成熟后，可在SBR体系中于7.5小时内实现4200mg/L吡啶的完全降解。
权利要求书
1.一种具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥，其特征在于所述污泥通过具有自 絮凝特性的单一菌种(Rhizobium sp.)NJUST18培养而得。
2.根据权利要求1所述的具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥，其特征在于 所述好氧颗粒污泥通过以下步骤：
(1)接种物的制备：将Rhizobium sp.NJUST18接种至添加了1g/L吡啶的无 机盐培养基MSM中，摇床培养96小时后(对数增长期后期)，将菌液在6000×g 条件下离心分离5分钟，将得到菌体沉积物(干重约为2g)作为SBR反应器的 接种物;
(2)反应器的启动：向SBR反应器泵入吡啶浓度为1000mg/L并添加有 1000mg/L乙酸钠作为辅助碳源的模拟废水，将制备所得的接种物加入反应器， 采用序批方式启动SBR;
(3)颗粒污泥的培养：反应器启动运行过程中，通过定期观察好氧颗粒污 泥形态，测定吡啶浓度参数，分析判断反应器运行状况，并对其操作参数做相应 调整，具体为：反应器启动运行7天后，随着模拟废水中吡啶降解性能提高，逐 步减少乙酸钠用量，直至以吡啶为唯一碳源;此后逐步将运行周期由24小时逐 步调整至6小时以增加进水负荷，从而提高污泥产量;将沉降时间逐步由12分 钟降低至2分钟，以促进悬浮污泥的排出和淘汰;将进水的模拟废水中的吡啶浓 度由1000mg/L逐步提升至4000mg/L，以增加反应器有机负荷，实现颗粒污泥 的增殖。
3.根据权利要求2所述的具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥，其特征在于步 骤(1)中所述的Rhizobium sp.NJUST18于2013年3月28日在中国典型培养物 保藏中心CCTCC保藏，保藏单位地址为中国湖北省武汉市武汉大学，保藏编号 为CCTCC NO:M2013110，命名为根瘤杆菌NJUST18，其分类命名为(Rhizobium sp.),GenBank登陆号为JN106368。
4.根据权利要求2所述的具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥，其特征在于 步骤(1)中所述的无机盐培养基MSM的组分组成为：Na2HPO4·12H2O1.529g/L, KH2PO40.372g/L,MgSO4·7H2O0.1g/L,CaCl20.05g/L，微量元素W110 mL/L，其中W1组成：EDTA0.5g/L,FeSO4·7H2O0.2g/L,ZnSO4·7H2O0.001 g/L，MnCl2·4H2O0.003g/L，H3BO40.03g/L，CoCl2·6H2O0.02g/L， CuCl2·2H2O0.001g/L，NiCl2·6H2O0.002g/L，Na2MoO4·2H2O0.003g/L。
5.根据权利要求2所述的具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥，其特征在于 步骤(2)中所述的SBR反应器在反应器启动期间，运行周期设定为24小时， 其中进水时间设定为5分钟，曝气时间为23.5小时，沉降时间定为12分钟，排 水时间设定为3分钟，闲置期为10分钟。
6.根据权利要求2所述的具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥，其特征在于 步骤(2)中所述的模拟废水除吡啶和乙酸钠外其余组分组成为：Na2HPO4·12H2O 3.057g/L,KH2PO40.743g/L,MgSO4·7H2O0.89g/L1,KCl0.35g/L,CaCl20.20g/L，FeCl30.03g/L,微量元素W110mL/L。
7.一种具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥的培养，其特征在于包括以下步 骤：
(1)接种物的制备：将Rhizobium sp.NJUST18接种至添加了1g/L吡啶的无 机盐培养基MSM中，摇床培养96小时后(对数增长期后期)，将菌液在6000×g 条件下离心分离5分钟，将得到菌体沉积物(干重约为2g)作为SBR反应器的 接种物;
(2)反应器的启动：向SBR反应器泵入吡啶浓度为1000mg/L并添加有 1000mg/L乙酸钠作为辅助碳源的模拟废水，将制备所得的接种物加入反应器， 采用序批方式启动SBR;
(3)颗粒污泥的培养：反应器启动运行过程中，通过定期观察好氧颗粒污 泥形态，测定吡啶浓度参数，分析判断反应器运行状况，并对其操作参数做相应 调整，具体为：反应器启动运行7天后，随着模拟废水中吡啶降解性能提高，逐 步减少乙酸钠用量，直至以吡啶为唯一碳源;此后逐步将运行周期由24小时逐 步调整至6小时以增加进水负荷，从而提高污泥产量;将沉降时间逐步由12分 钟降低至2分钟，以促进悬浮污泥的排出和淘汰;将进水的模拟废水中的吡啶浓 度由1000mg/L逐步提升至4000mg/L，以增加反应器有机负荷，实现颗粒污泥 的增殖。
8.根据权利要求7所述的具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥的培养，其特征 在于步骤(1)中所述的无机盐培养基MSM的组分组成为：Na2HPO4·12H2O 1.529g/L,KH2PO40.372g/L,MgSO4·7H2O0.1g/L,CaCl20.05g/L，微量元素 W110mL/L;步骤(2)中所述的模拟废水除吡啶和乙酸钠外其余组分组成为： Na2HPO4·12H2O3.057g/L,KH2PO40.743g/L,MgSO4·7H2O0.89g/L1,KCl 0.35g/L,CaCl20.20g/L，FeCl30.03g/L,微量元素W110mL/L;其中W1组成： EDTA0.5g/L,FeSO4·7H2O0.2g/L,ZnSO4·7H2O0.001g/L，MnCl2·4H2O 0.003g/L，H3BO40.03g/L，CoCl2·6H2O0.02g/L，CuCl2·2H2O0.001g/L， NiCl2·6H2O0.002g/L，Na2MoO4·2H2O0.003g/L。
9.根据权利要求7所述的具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥的培养，其特征在 于步骤(2)中所述的SBR反应器在反应器启动期间，运行周期设定为24小时， 其中进水时间设定为5分钟，曝气时间为23.5小时，沉降时间定为12分钟，排 水时间设定为3分钟，闲置期为10分钟。
10.一种具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥的应用，其特征在于利用权利要 求1所述的具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥应用于吡啶废水的处理。
说明书
具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥、培养及应用
技术领域
本发明属于环境有机污染物生物处理技术领域，具体涉及一种具有吡啶降解功能 的好氧颗粒污泥的培养方法及其在含吡啶废水处理中的应用。
背景技术
吡啶具有生物毒性、致畸变和致癌特性，其污染问题对人类的健康和生态环境造 成了巨大的潜在危害。因此，有必要可实现吡啶污染有效治理的针对性技术。生物法 去除含吡啶废水，无二次污染、经济性好，是目前应用最广的废水处理技术。但由于 吡啶结构稳定，可生化性差，普通的生物处理无法作用或效率低下。近年来，针对吡 啶等难降解污染物，采用投加特效菌的方法进行生物强化处理逐渐引起了环保工作者 的关注。然而，目前已报道的大部分吡啶降解菌在废水处理体系中易于流失，对吡啶 的处理负荷低，降解速率慢，难以满足实际工程应用的要求。固定化微生物技术的应 用可望解决这些技术难题。
在固定化微生物技术中，好氧颗粒污泥技术作为一种新兴的微生物自固定化技术， 具有颗粒沉降速度快、颗粒密度高、微生物种群多样等优点，可使反应器中保持较高 的污泥浓度和容积负荷。与传统的活性污泥法相比，可简化工艺流程、提高生物处理 效率、减少污水处理系统的容积和占地面积、降低投资和运行成本。关于好氧颗粒污 泥的培养、形成机理、结构特性及降解功能的研究已成为国内外学者的研究热点。然 而，针对吡啶等难降解污染物质的好氧颗粒污泥鲜见报道，使用纯菌株培养能够降解 吡啶的好氧颗粒污泥的实例还未见报道。如能采用吡啶降解特效微生物成功培养出具 有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥，可望实现吡啶降解菌的活性保持，实现吡啶污染的 生物强化治理，提高反应系统降解吡啶的效率，对含吡啶污染的实际工业废水的处理 具有十分重要的意义。
本专利的申请正是基于上述背景，实验室已筛选得到可降解吡啶的根瘤杆菌 (Rhizobium sp.)NJUST18，并已申报关于该菌的发明专利(一株可降解吡啶的根瘤杆菌、 选育方法及其应用，申请号201310374832.5)。(Rhizobium sp.)NJUST18的应用研究 表明，(Rhizobium sp.)NJUST18可利用吡啶为唯一碳源和氮源进行生长，然而吡啶降 解速率较低(例如：(Rhizobium sp.)NJUST18作用下模拟废水中1000mg/L吡啶的完 全降解时间长达102小时);直接投加至活性污泥系统，(Rhizobium sp.)NJUST18易 于流失，难以长时间保持降解效果。因此，有必要开发(Rhizobium sp.)NJUST18的固 定化技术，实现其活性保持，为(Rhizobium sp.)NJUST18的工程应用提供技术储备。
发明内容
本发明的目的在于针对目前吡啶污染生物处理系统对吡啶耐受浓度低、处理负 荷低、稳定性差、外加特效微生物易于流失等不足，提供一种具有吡啶降解功能的好 氧颗粒污泥的培养方法。
本发明的另一目的在于提供具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥在含高浓度吡啶 废水处理中的应用方法。
实现本发明目的技术解决方案是：一种具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥，所述 污泥通过具有自絮凝特性的单一菌种(Rhizobium sp.)NJUST18培养而得。
一种具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥的培养方法，采用吡啶特效降解菌株 (Rhizobium sp.)NJUST18作为接种物，采用序批式反应器(SBR)的反应器形式，利用 (Rhizobium sp.)NJUST18的自絮凝特性，通过控制SBR体系运行周期、沉降时间和有 机负荷等参数，促进吡啶降解颗粒污泥的形成，实现高浓度吡啶废水的生物强化处理。 具体包括以下步骤：
(1)接种物的制备：将Rhizobium sp.NJUST18接种至添加了1g/L吡啶的无机盐 培养基MSM中，摇床培养96小时后(对数增长期后期)，将菌液在6000×g条件下 离心分离5分钟，将得到菌体沉积物(干重约为2g)作为SBR反应器的接种物;
(2)反应器的启动：向SBR反应器泵入吡啶浓度为1000mg/L并添加有1000mg/L 乙酸钠作为辅助碳源的模拟废水，将制备所得的接种物加入反应器，采用序批方式启 动SBR;
(3)颗粒污泥的培养：反应器启动运行过程中，通过定期观察好氧颗粒污泥形 态，测定吡啶浓度参数，分析判断反应器运行状况，并对其操作参数做相应调整，具 体为：反应器启动运行7天后，随着模拟废水中吡啶降解性能提高，逐步减少乙酸钠 用量，直至以吡啶为唯一碳源;此后逐步将运行周期由24小时逐步调整至6小时以 增加进水负荷，从而提高污泥产量;将沉降时间逐步由12分钟降低至2分钟，以促 进悬浮污泥的排出和淘汰;将进水的模拟废水中的吡啶浓度由1000mg/L逐步提升至 4000mg/L，以增加反应器有机负荷，实现颗粒污泥的增殖。
步骤(1)中所述的Rhizobium sp.NJUST18于2013年3月28日在中国典型培养 物保藏中心CCTCC保藏，保藏单位地址为中国湖北省武汉市武汉大学，保藏编号为 CCTCC NO:M2013110，命名为根瘤杆菌NJUST18，其分类命名为(Rhizobium sp.), GenBank登陆号为JN106368。
步骤(1)中所述的无机盐培养基MSM的组分组成为：Na2HPO4·12H2O1.529g/L, KH2PO40.372g/L,MgSO4·7H2O0.1g/L,CaCl20.05g/L，微量元素W110mL/L， 其中W1组成：EDTA0.5g/L,FeSO4·7H2O0.2g/L,ZnSO4·7H2O0.001g/L， MnCl2·4H2O0.003g/L，H3BO40.03g/L，CoCl2·6H2O0.02g/L，CuCl2·2H2O 0.001g/L，NiCl2·6H2O0.002g/L，Na2MoO4·2H2O0.003g/L。
步骤(2)中所述的SBR反应器在反应器启动期间，运行周期设定为24小时， 其中进水时间设定为5分钟，曝气时间为23.5小时，沉降时间定为12分钟，排水时 间设定为3分钟，闲置期为10分钟。
步骤(2)中所述的模拟废水除吡啶和乙酸钠外其余组分组成为：Na2HPO4·12H2O 3.057g/L,KH2PO40.743g/L,MgSO4·7H2O0.89g/L1,KCl0.35g/L,CaCl20.20 g/L，FeCl30.03g/L,微量元素W110mL/L。
一种具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥的应用，将上述具有吡啶降解功能的好氧 颗粒污泥应用于吡啶废水的处理。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明所提供的具有吡啶降解功能的好氧颗粒污泥，可以以吡啶为唯一碳源、氮 源进行生长。颗粒污泥培养成熟后，颗粒形状规则，沉降性能好(污泥指数SVI值只 有25.6mL/g)，反应体系污泥浓度高(混合液挥发性悬浮固体MLVSS浓度高达 4610mg/L)，降解效率高(最大降解速率Vmax高达1867.4mg l-1h-1)。
吡啶废水的应用研究表明，颗粒污泥培养成熟后，可在SBR体系中于7.5小时内 实现4200mg/L吡啶的完全降解。相比其他投加吡啶降解菌的生物强化体系，如活性 污泥体系，本实施例中的好氧颗粒污泥耐受浓度高(是活性污泥体系的10倍左右)， 可处理吡啶负荷大(是活性污泥体系的7.8倍左右)。该颗粒污泥具有高效的吡啶降解 能力、很好的适应能力及耐受性能，在高浓度吡啶废水的处理中具有良好的应用前景。