申请日2009.11.12
公开(公告)日2010.04.28
IPC分类号C02F3/12; C12N1/20; C12N1/16; C12N1/14; C12R1/465; C12R1/77; C12R1/78; C12R1/80; C12R1/645; C12R1/72; C12R1/73; C12R1/74; C12R1/685
摘要
一种环境保护技术领域的好氧颗粒污泥稳定性优化方法，包括：构建功能性丝状真菌菌群;启动序批式好氧颗粒污泥反应器，以微生物量计向序批式好氧颗粒污泥反应器中投加功能性丝状真菌菌群，使序批式好氧颗粒污泥反应器中活性污泥与功能性丝状真菌菌群体积比为100∶2-8然后控制序批式好氧颗粒污泥反应器制备获得好氧颗粒污泥。本发明简化操作工艺，减少了基建投资及运行费用且出水水质明显提高。
权利要求书
1.一种好氧颗粒污泥稳定性优化方法，其特征在于，包括如下步骤
第一步，将丝状酵母、霉菌及放线菌分别采用麦芽汁培养基、高氏一号培养基及察氏培养基培养构建为功能性丝状真菌菌群;
第二步，启动内含活性污泥的序批式好氧颗粒污泥反应器，以微生物量计向序批式好氧颗粒污泥反应器中投加功能性丝状真菌菌群，使序批式好氧颗粒污泥反应器中活性污泥与功能性丝状真菌菌群体积比为100∶2-8，然后控制序批式好氧颗粒污泥反应器制备获得好氧颗粒污泥。
2.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥稳定性优化方法，其特征是，所述的培养构建为功能性丝状真菌菌群是指：在28-35℃的振荡培养箱中以100-200rpm的振荡速率培养24h至菌液浓度总合达到109个/L，而后按5-8∶1-3∶1-2体积比混配，制成功能性丝状真菌菌群。
3.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥稳定性优化方法，其特征是，所述的丝状酵母为丝状酵母的异常汉逊酵母异常变种、热带假丝酵母、皮状丝孢酵母、解脂假丝酵母、法氏假丝酵母或链状假丝酵母中的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥稳定性优化方法，其特征是，所述的霉菌为桔青霉菌、黑曲霉菌或尖孢镰刀霉菌中的一种或其组合。
5.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥稳定性优化方法，其特征是，所述的放线菌为解纤维素链霉菌。
6.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥稳定性优化方法，其特征是，所述的麦芽汁培养基为未加啤酒花的发酵啤酒原料经稀释至12 brix。
7.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥 稳定性优化方法，其特征是，所述的察氏培养基的组分及其含量为：蔗糖30g/L、NaNO32g/L、K2HPO41g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、KCl 0.5g/L以及FeSO4·7H2O 0.1g/L，该察氏培养基的pH为7.0～7.2。
8.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥稳定性优化方法，其特征是，所述的高氏一号培养基的组分及其含量为：可溶性淀粉20g/L、KNO31g/L、K2HPO40.5g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、NaCl 0.5g/L和FeSO40.01g/L，该高氏一号培养基的pH为7.2～7.4。
9.根据权利要求1所述的好氧颗粒污泥稳定性优化方法，其特征是，所述的控制序批式好氧颗粒污泥反应器制备是指：设置控制序批式好氧颗粒污泥反应器的运行周期为4h-12h，运行周期内好氧曝气时间与厌氧搅拌时间的比例约为4-6∶1，污泥负荷为0.5-0.7gCOD/gMLSS，DO为0.5-3.0mg/L进行驯化培养，经7至20天培养得到优化后的好氧颗粒污泥。
说明书
好氧颗粒污泥稳定性优化方法
技术领域
本发明涉及的是一种环境保护技术领域的方法，具体是一种好氧颗粒污泥稳定性优化方法。
背景技术
氮磷污染是我国水体富营养化的主要因素之一，其中尤以氨氮污染为重：在人口密集的淮河、长江流域分别成为了排名第1和第2的污染指标;而在广受关注的太湖和滇池中，尽管多数湖面的高锰酸盐指数已属于III类水，但由于氮磷污染严重超标，总体水质仍属于V类甚至是劣V类。氨氮污染促发的水体富营养化导致藻类大量孳生，水体内溶解氧浓度降低，藻毒素浓度升高，水生生物大量死亡乃至发生腐败发臭的情况，甚至使整个水体丧失应有的生态功能。另一方面，进入到天然水体的氨氮容易被细菌氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，也会造成水体中溶解氧浓度下降，危害水体生态环境;而饮用水中高浓度的硝酸盐和亚硝酸盐则会引发婴儿高铁血红蛋白症和亚硝胺型癌。因此，污水的三级处理，特别是城市及周边地区的污水脱氮已成为控制和改善我国水体富营养化等污染现状的关键，而开发经济高效的脱氮工艺则是达成这一目的的必由之路。
由于现有的废水生物脱氮工艺存在工艺繁琐、处理效能低下、运行维护复杂等诸多缺点，而世界各国面临的富营养化污染却日趋严峻，研究人员为此进行了诸多努力并成功开发出了诸如SHARON、CANON、ANAMMOX等的新型脱氮工艺。但这些工艺均仅有效于氨氮污染物的净化，也即均需在前期完成废水中有机质的脱除，从而造成工艺繁琐、占地广、投资大、运行维护费用高等不利局面。近些年来提出的好氧颗粒污泥工艺由于SBR运行周期内营养及溶解氧等参数变化较大，特别是颗粒污泥内不同位点上的微生物受传质影响而面临不同的营养及溶解氧环境，因此具有可同时脱氮除碳的能力。然而，该项工艺受困于其作用主体标醚蹩帕N勰?培养驯化周期较长、运行稳定性尚不尽人意)而仍未能在实际应用中得以推广。
经对现有技术的文献检索发现，李晓明等在《Bioresource technology》(生物资源技术，2009，100：64-67)上发表的Enhanced aerobic sludge granulation in sequencingbatch reactor by Mg2+augmentation(通过添加镁离子强化序批式好氧颗粒污泥反应器内的污泥颗粒化)提到向序批式好氧颗粒污泥反应器内添加10mg/L的镁离子可以加快污泥颗粒化进程，但却未能有效改善颗粒污泥的稳定性。中国申请号为200610069502.5的专利申请中记载了通过向序批式好氧颗粒污泥反应器内定期投加30mg/L的稀土元素溶液促进颗粒污泥形成的方法，同样未提及对颗粒污泥稳定性的影响。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种好氧颗粒污泥稳定性优化方法，通过向序批式好氧颗粒污泥反应器内投加功能性丝状真菌菌群，可以缩短颗粒污泥形成所需的时间，且能大幅提高系统内污泥的浓度、密度、沉降速率及代谢活性，工艺简化的同时使得出水水质明显提高。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：
第一步，第一步，将丝状酵母、霉菌及放线菌分别采用麦芽汁培养基、高氏一号培养基及察氏培养基培养构建为功能性丝状真菌菌群，具体步骤包括：先在28-35℃的振荡培养箱中以100-200rpm的振荡速率培养24h至菌液浓度总合达到109个/L;然后按5-8∶1-3∶1-2体积比混配，制成功能性丝状真菌菌群。
所述的丝状酵母为丝状酵母的异常汉逊酵母异常变种、热带假丝酵母、皮状丝孢酵母、解脂假丝酵母、法氏假丝酵母或链状假丝酵母中的一种或其组合。
所述的霉菌为桔青霉菌、黑曲霉菌或尖孢镰刀霉菌中的一种或其组合。
所述的放线菌为解纤维素链霉菌。
所述的麦芽汁培养基为未加啤酒花的发酵啤酒原料经稀释至12brix;
所述的察氏培养基的组分及其含量为：蔗糖30g/L、NaNO3 2g/L、K2HPO4 1g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、KCl 0.5g/L以及FeSO4·7H2O 0.1g/L，该察氏培养基的pH为7.0～7.2;
所述的高氏一号培养基的组分及其含量为：可溶性淀粉20g/L、KNO3 1g/L、K2HPO40.5g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、NaCl 0.5g/L和FeSO4 0.01g/L，该高氏一号培养基的pH为7.2～7.4。
第二步，启动内含活性污泥的序批式好氧颗粒污泥反应器，以微生物量计向序批式好氧颗粒污泥反应器中投加功能性丝状真菌菌群，使序批式好氧颗粒污泥反应器中活性污泥与功能性丝状真菌菌群体积比为100∶2-8，然后控制序批式好氧颗粒污泥反应器制备获得好氧颗粒污泥。
所述的活性污泥取自城市污水处理厂的曝气池，其组分及含量包括：中间埃希氏菌10～20%、生枝动胶菌5～10%、芽孢杆菌5～10%、大肠杆菌5～10%、假单胞菌约5～10%、产碱杆菌约5～10%、黄杆菌1～5%、产气气杆菌1～5%，该活性污泥的用量为序批式好氧颗粒污泥反应器的容积的20%～30%。
所述的控制序批式好氧颗粒污泥反应器制备是指：设置控制序批式好氧颗粒污泥反应器的运行周期为4h-12h，运行周期内好氧曝气时间与厌氧搅拌时间的比例约为4-6∶1，污泥负荷为0.5-0.7gCOD/gMLSS，DO为0.5-3.0mg/L进行驯化培养，经7至20天培养得到优化后的好氧颗粒污泥。
本发明具体作用机理为：丝状真菌自身体积较大、世代周期较长，在污泥颗粒化过程中能够作为游离微生物固定的载体而充当初始颗粒污泥的“惰性核”，同时，丝状真菌的菌丝在颗粒化过程中受剪切力作用而自身互相缠绕，其间裹挟了其它游离微生物而被有效固定。进而在适当的水力选择作用下加速系统内固定微生物与游离微生物的分化，有效促进了颗粒污泥形成。对于所培养的颗粒污泥，其体内的丝状真菌继续充当颗粒污泥的网络骨架，而微生物代谢过程中产生的胞外多聚物为“水相凝胶”，而其它的球、杆、链状微生物则得以分散在这种“水相凝胶”内而被固定下来，从而增强了颗粒污泥的稳定性。
本发明涉及的微生物及其保藏信息包括：
丝状酵母：Hansenula anomala(异常汉逊酵母异常变种，2007-12-19，SCTCC 300237);
Candida tropicalis(热带假丝酵母，2006-06-07，CICIM Y0239);
Trichosporon cutaneum(皮状丝孢酵母，2007-12-19，SCTCC 300239);
Candida lipolytica(解脂假丝酵母，2007-07-16，NK 3.00131);
Candida famata(法氏假丝酵母，2007-07-17，NK 3.00136);
Candida catenulate(链状假丝酵母，2006-06-07，CICIM Y0225);
本发明涉及的霉菌及其保藏信息包括：
Penicillium citrinum(桔青霉，2007-07-19，NK 3.00057);
Aspergillus Niger(黑曲霉，1985-06-20，NK 3.00046);
Fusarium oxysporum(尖孢镰刀霉，2008-12-26，NK 3.00069)。
本发明涉及的放线菌及其信息包括：
Streptomyces cellulolyticus(解纤维素链霉菌，大连轻工业学院在研究纤维素降解过程中筛选出的一种能彻底分解纤维素的菌株，刊登在Int.J.Syst.Bact.，1997，47：443-445上)。
上述微生物及霉菌均保藏于中国典型培养物保藏中心。
本发明能够有效加速好氧颗粒污泥的形成，使其培养周期由对照不加功能菌群的一个月缩短为一个星期，污泥浓度提高20-100%，且所培养的颗粒污泥具有良好的同步脱氮除碳效能，在进水COD与氨氮浓度分别为800mg/L和160mg/L，水力停留时间为8h的条件下，可实现95%COD及98%氨氮的同步去除，其总氮去除率也达90%以上。采用该方法启动的颗粒污泥序批式好氧颗粒污泥反应器历时三年，颗粒污泥依然稳定存在，对进水碳氮的去除率稳定在95±1%(COD)及98±2.5%(氨氮)。相比于传统的脱氮除碳工艺，由于工艺的简化，其占地面积节省50%以上，基建投资及运行费用同比减少约50%，且出水水质明显提高，这对于目前困扰我国水环境质量改善的碳氮污染具有重要的现实意义。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
在实验室规模的序批式好氧颗粒污泥反应器内接种1L普通活性污泥，同时投入50mL混合功能性丝状真菌菌液，该功能性丝状真菌液包括：丝状酵母Hansenula anomala、Candidatropicalis、Trichosporon cutaneum、Candida lipolytica、Candida famata、Candidacatenulate，霉菌：Penicillium citrinum、Aspergillus Niger、Fusarium oxysporum及放线菌Streptomyces cellulolyticus(分别采用麦芽汁培养基、高氏一号培养基及察氏培养基在28-35℃的振荡培养箱中以100-200rpm的振荡速率培养24h至菌液浓度总合达到109个/L，而后按丝状酵母、霉菌及放线菌的体积比为6∶2∶1混配而成)。以模拟人工废水为基质进行好氧颗粒污泥驯化培养，通过调整系统的好/厌氧条件、曝气速率、运行周期、有机负荷等操作参数(控制序批式好氧颗粒污泥反应器运行周期为6h，其中好氧5h厌氧1h，污泥负荷为0.5gCOD/gMLSS，DO为1.5mg/L进行驯化培养)，经一个星期的运行即完成了序批式好氧颗粒污泥反应器内污泥的颗粒化进程。
所述的活性污泥取自城市污水处理厂的曝气池，其组分及含量包括：中间埃希氏菌10%、生枝动胶菌5%、芽孢杆菌5%、大肠杆菌5%、假单胞菌约5%、产碱杆菌约5%、黄杆菌1%、产气气杆菌1%，该活性污泥的用量为序批式好氧颗粒污泥反应器的容积的20%。
对比于不投加功能性微生物菌的序批式好氧颗粒污泥反应器，该序批式好氧颗粒污泥反应器所培养的颗粒污泥具有形成时间短、外形规则、结构紧密、微生物种群丰富、生物活性高等诸多优势，其MLSS、沉降速率、降解活性分别提高了约100%、50%和50%，尤其值得关注的是其降解木质素、纤维素、苯酚等难降解基质的生物活性远高于对照样(约为对照样的250%)。
实施例2
在实验室规模的序批式好氧颗粒污泥反应器内接种1L普通活性污泥，同时投入20mL混合功能性丝状真菌菌液，该功能性丝状真菌液包括：丝状酵母Hansenula anomala、Candidatropicalis、Trichosporon cutaneum、Candida lipolytica、Candida famata、Candidacatenulate，霉菌：Penicillium citrinum、Aspergillus Niger、Fusarium oxysporum及放线菌Streptomyces cellulolyticus;分别采用麦芽汁培养基、高氏一号培养基及察氏培养基在28-35℃的振荡培养箱中以100-200rpm的振荡速率培养24h至菌液浓度总合达到109个/L，而后按丝状酵母、霉菌及放线菌的体积比为8∶1∶1混配而成。以模拟人工废水为基质进行好氧颗粒污泥驯化培养，通过调整系统的好/厌氧条件(运行周期中好/厌氧时间)、曝气速率、运行周期、有机负荷等操作参数(控制序批式好氧颗粒污泥反应器运行周期为12h，其中好氧9h厌氧3h，污泥负荷为0.6gCOD/gMLSS，DO为2.5mg/L进行驯化培养)，经两个星期的运行即完成了序批式好氧颗粒污泥反应器内污泥的颗粒化进程。
所述的活性污泥取自城市污水处理厂的曝气池，其组分及含量包括：中间埃希氏菌20%、生枝动胶菌10%、芽孢杆菌10%、大肠杆菌10%、假单胞菌约10%、产碱杆菌约10%、黄杆菌5%、产气气杆菌5%，该活性污泥的用量为序批式好氧颗粒污泥反应器的容积的30%。
对比于不投加功能性微生物菌菌的序批式好氧颗粒污泥反应器，该序批式好氧颗粒污泥反应器所培养的颗粒污泥具有形成时间短、外形规则、结构紧密、微生物种群丰富、生物活性高等诸多优势，其MLSS、沉降速率、降解活性分别提高了约20%、40%和20%，尤其值得关注的是其降解木质素、纤维素、苯酚等难降解基质的生物活性远高于对照样(约为对照样的170%)。
实施例3
在实验室规模的序批式好氧颗粒污泥反应器内接种1L普通活性污泥，同时投入80mL混合功能性丝状真菌菌液，该功能性丝状真菌液包括：丝状酵母Hansenula anomala、Candidatropicalis、Trichosporon cutaneum、Candida lipolytica、Candida famata、Candidacatenulate，霉菌：Penicillium citrinum、Aspergillus Niger、Fusarium oxysporum及放线菌Streptomyces cellulolyticus(分别采用麦芽汁培养基、高氏一号培养基及察氏培养基在28-35℃的振荡培养箱中以100-200rpm的振荡速率培养24h至菌液浓度总合达到109个/L，而后按丝状酵母、霉菌及放线菌的体积比为5∶3∶2混配而成)。以模拟人工废水为基质进行好氧颗粒污泥驯化培养，通过调整系统的好/厌氧条件(运行周期中好/厌氧时间)、曝气速率、运行周期、有机负荷等操作参数(控制序批式好氧颗粒污泥反应器运行周期为8h，其中好氧6h厌氧2h，污泥负荷为0.7gCOD/gMLSS，DO为3.0mg/L进行驯化培养)，经10天的运行即完成了序批式好氧颗粒污泥反应器内污泥的颗粒化进程。
所述的活性污泥取自城市污水处理厂的曝气池，其组分及含量包括：中间埃希氏菌15%、生枝动胶菌8%、芽孢杆菌8%、大肠杆菌8%、假单胞菌约8%、产碱杆菌约8%、黄杆菌3%、产气气杆菌3%，该活性污泥的用量为序批式好氧颗粒污泥反应器的容积的25%。
对比于不投加功能性微生物菌菌的序批式好氧颗粒污泥反应器，该序批式好氧颗粒污泥反应器所培养的颗粒污泥具有形成时间短、外形规则、结构紧密、微生物种群丰富、生物活性高等诸多优势，其MLSS、沉降速率、降解活性分别提高了约70%、30%和40%，其降解木质素、纤维素、苯酚等难降解基质的生物活性同样远高于对照样(约为对照样的210%)。