CN114031189A - 一种低碳氮比污水处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低碳氮比污水处理的方法，属于环境工程水处理中的生物处理领域。本发明所述使用的液态复合微生物菌剂包括鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌、阿氏芽孢杆菌，为三种菌株按等体积比例混合而成，总微生物含量不低于1×109cfu/mL。液态复合微生物菌剂可以直接投加至水体中，并且反应时间快，相较于单一菌株去除效果好稳定性强，适应低碳氮比如2的环境并进行反硝化脱氮，能节约污水处理系统中投加碳源的成本具有良好的适应性，能提高污水处理的脱氮效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种低碳氮比污水处理的方法，具体涉及一种液态复合微生物菌剂可在低碳氮比条件下实现反硝化脱氮，属于环境工程水处理中的生物处理领域。
背景技术
随着我国国民经济的持续增长及生活水平的不断提高，对污水处理的要求也日益严格。已有研究及实践表明，市政污水处理系统出水中的氨氮较易达标，但由于环境条件的波动及碳源缺乏，硝态氮进一步转化为氮气的反硝化效果普遍较差，导致出水中总氮的浓度不够稳定。系统氮超标易引发受纳水体的富营养化，造成水环境不同程度的污染与破坏。
目前污水处理主要有物理法、化学法、生物法以及组合工艺等处理方法。生物处理相较于其它方法具有高效经济便捷等优势，在生物脱氮处理中硝态氮的去除主要是由反硝化菌完成，但反硝化菌的反硝化过程需要碳源的供给，在我国现行的市政污水处理系统中由于后续处理阶段的碳源供给不足造成了反硝化菌反硝化效果不佳，往往需要另行投加碳源来提高反硝化效果，但从而导致了经济成本的增加。对于现行污水处理系统有针对性的投加能适应低碳氮比的微生物菌剂可以减少反硝化过程对于碳源的依赖调节微生物的组成提高污水处理能力并节约处理成本如朱虹旭等利用豚鼠气单胞菌RC-15能高效降解富含硝态氮及亚硝态氮废水，但其只停留在实验室配比反硝化培养基，而对于低浓度实际处理废水未做研究(朱红旭,杨本芹,高媛,翟红阳,赵艳卿.一株好氧反硝化细菌的筛选鉴定及其脱氮特性，2021年10月)；杜莉莉等公开了一株丛毛单胞菌拥有良好的反硝化效果但其效果所涉及的碳氮比只控制在了6～6.5未涉及更低碳氮比效果(专利公开号CN109439568A)；黎双飞等公开了一种用于脱氮的复合微生物菌剂虽然有投加至实际的黑臭水体中，但调节了碳氮比使其到达了8～16才达到33.06％总氮去除效果，当20天以后碳源不足时总氮的去除率为0(专利公开号CN110846254A)，因此不适用于低碳氮比的污水处理系统。
发明内容
本发明主要是针对现有污水处理系统的不足，提供了一种能在低碳氮比条件下俱有有效去除硝态氮且亚硝态氮积累量少的液态复合微生物菌剂及其制备方法。
为了实现在低碳比条件下有效去除硝态氮，液态复合微生物菌剂主要包含菌株为：鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌、阿氏芽孢杆菌。
本发明提供了一种处理污水的方法，所述方法是利用鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌、阿氏芽孢杆菌中的一种或多种处理污水。
在一种实施方式中，所述鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌和阿氏芽孢杆菌的编号分别为BNCC254392、BNCC203732和BNCC167240。
在一种实施方式中，所述污水中碳元素和氮元素的比不高于30。
优选地，所述污水中碳元素和氮元素的比不高于10。
在一种实施方式中，所述方法中可使用鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌和阿氏芽孢杆菌的微生物菌剂或微生物发酵液。
在一种实施方式中，所述微生物菌剂或微生物发酵液是将培养至生长稳定期的鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌和阿氏芽孢杆菌按照等体积比混合得到。
在一种实施方式中，所述生长稳定期的菌株的OD600为2.0～2.5。
在一种实施方式中，发酵液中还含有质量分数为0.1％～0.2％的山梨酸钾、0.9％～1.0％的蔗糖和体积分数为0.7％～0.9％的吐温-80。
优选地，山梨酸钾的质量分数为0.13％，吐温-80的体积分数为0.87％，质量分数的质量比为0.91％。
在一种实施方式中，发酵液的pH为7.5。
在一种实施方式中，将所述鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌、阿氏芽孢杆菌添加至含有污水的反应体系中，使得菌体浓度为2×107～2×109cfu/mL，在28～32℃反应不少于40h。
本发明提供了微生物菌剂在处理低碳氮比污水中的应用，所述微生物菌剂中含有鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌和阿氏芽孢杆菌。
在一种实施方式中，污水中的碳氮比不高于10。
在一种实施方式中，所述鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌和阿氏芽孢杆菌的编号分别为BNCC254392、BNCC203732和BNCC167240。
在一种实施方式中，所述微生物菌剂是将培养至生长稳定期的鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌和阿氏芽孢杆菌按照等体积比混合得到。
在一种实施方式中，所述生长稳定期的菌株的OD600为2.0～2.5。
在一种实施方式中，发酵液中还含有质量比为0.1％～0.2％的山梨酸钾、0.9％～1.0％的蔗糖和体积分数为0.7％～0.9％的吐温-80。
优选地，山梨酸钾的质量分数为0.13％，吐温-80的体积分数为0.87％，蔗糖的质量分数为0.91％。
本发明的有益效果：
与现有技术相比本发明所述液态复合微生物菌剂主要针对低碳氮比富含硝态氮废水，菌株组成来源于实际污水处理系统中，实际投加对环境影响小，且本发明按脱氮特性将菌株鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌、阿氏芽孢杆菌结合起来有利于液态复合微生物菌剂的稳定性使其相对于单菌株有更好的去除效果，能更好的适应实际复杂环境条件，本发明制备工艺简单，不需要其它特殊设备，成本相对低廉。在低碳氮比(例如碳氮比小于5)的水体中能快速有效去除硝态氮，因此可以节约污水处理成本在生物修复领域具有较好的应用前景。
附图说明
图1为液态复合微生物菌剂中三种菌株的生长曲线图；
图2为液态复合微生物菌剂在不同碳氮比的反硝化培养基中反硝化效果评价图。
具体实施方式
下面结合具体的实际应用对本发明的效果进行详细说明。
下述实施例中所使用的鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌和阿氏芽孢杆菌均购自于北纳生物-河南省工业微生物菌种工程技术研究中心，产品编号分别为BNCC254392、BNCC203732、BNCC167240。
本专利采取的测样方法为：硝态氮采用紫外分光光度法(HJ/T 346-2007)测定；总氮采用碱性过硫酸钾消解法(GB11894-89)测定；COD采用重铬酸钾滴定法(HJ828-2017)测定。
本专利所提的某物质去除率＝(反应前某物质浓度-反应后某物质浓度)/反应前某物质浓度×100％。
本专利所述反硝化培养基组成成分：柠檬酸钠5g，硝酸钾2g，维氏盐溶液50mL，蒸馏水定容至1000mL，pH 7.0。固态反硝化培养基为在此基础上添加琼脂20g。
维氏盐溶液组成成分为：K2HPO4 5.0g，MgSO4·7H2O 2.5g，NaCl 2.5g，FeSO4·7H2O0.05g，MnSO4·4H2O 0.05g，蒸馏水定容至1000mL，pH 7.0。
实施例1
菌株生长曲线的测定：分别取1mL鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌、阿氏芽孢杆菌菌液接种至100mL肉汤培养基中于30℃，40r/min摇床中进行振荡培养，结果如图1所示，由于36h后菌株鲍曼不动杆菌OD600开始下降，为了确保三株菌株的培养条件一致，将36h作为最佳培养时间。
实施例2
将鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌、阿氏芽孢杆菌接种至肉汤培养基中药瓶培养至生长稳定期(OD600分别为2.1、2.0、2.5)，按体积比1:1:1混合初步制得微生物发酵液，向发酵液中投加质量分数为0.13％山梨酸钾，0.91％蔗糖和体积分数为0.87％吐温-80，调节pH至7.5左右制得最终液态复合微生物菌剂，将其保存于4℃避光环境中。2个月后取出不需恢复测其活性及存活率，液态复合微生物菌剂存活率可达68％。
实施例3
配制硝态氮浓度为277mg/L、碳氮比为5的反硝化培养基。每1000mL反硝化培养基含硝酸钾2.0g，维氏盐溶液50mL，蒸馏水定容至1000mL，pH 7.0，实验设三次重复。
将100mL碳氮比为5的反硝化培养基加入至250mL锥形瓶中121℃条件下灭菌30分钟，在每个锥形瓶中分别接种5mL(总的微生物量为2×1010cfu，加入后反硝化培养基菌体浓度为2×108cfu/mL)的鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌、阿氏芽孢杆菌以及液态复合微生物菌剂，瓶口套锡纸戳孔及蒙纱布，于30℃，40r/min摇床中振荡培养48h，反应结束后离心取上清液测定菌剂脱氮能力。
结果如下表1所示，表明三株菌株均有一定的反硝化脱氮效果，液态复合微生物菌剂在震荡培养过程中菌体生长状况较单一培养条件下并未发生太大改变，但将三种菌株混合之后，其脱氮的效果显著优于单一菌株，证明复合菌剂能一定程度上使菌株之间发生协同作用从而提高反硝化效率。
表1各菌株及菌剂脱氮效果
实施例4
实验配制硝态氮浓度均为277mg/L、碳氮比分别为2、5、10、20、30的反硝化培养基。
每1000mL反硝化培养基含有①硝酸钾2.0g，②柠檬酸钠满足碳氮比分别2、5、10、20、30，③维氏盐溶液50mL；蒸馏水定容至1000mL，pH 7.0，实验设三次重复。
碳氮比为2的条件下反硝化性能测定：将100mL碳氮比为2的反硝化培养基加入至250mL锥形瓶中121℃条件下灭菌30分钟，在每个锥形瓶中接种5mL接种量的液态复合微生物菌剂使反硝化培养基中菌体浓度为2×108cfu/mL，瓶口套锡纸戳孔及蒙纱布，于30℃，40r/min摇床中振荡培养48h，反应结束后离心取上清液测定菌剂脱氮能力。
碳氮比为5的条件下反硝化性能测定：将100mL碳氮比为5的反硝化培养基加入至250mL锥形瓶中121℃条件下灭菌30分钟，在每个锥形瓶中接种5mL接种量的液态复合微生物菌剂，瓶口套锡纸戳孔及蒙纱布，于30℃，40r/min摇床中振荡培养48h，反应结束后离心取上清液测定菌剂脱氮能力。
碳氮比为10的条件下反硝化性能测定：将100mL碳氮比为10的反硝化培养基加入至250mL锥形瓶中121℃条件下灭菌30分钟，在每个锥形瓶中接种5mL接种量的液态复合微生物菌剂，瓶口套锡纸戳孔及蒙纱布，于30℃，40r/min摇床中振荡培养48h，反应结束后离心取上清液测定菌剂脱氮能力。
碳氮比为20的条件下反硝化性能测定：将100mL碳氮比为20的反硝化培养基加入至250mL锥形瓶中121℃条件下灭菌30分钟，在每个锥形瓶中接种5mL接种量的液态复合微生物菌剂，瓶口套锡纸戳孔及蒙纱布，于30℃，40r/min摇床中振荡培养48h，反应结束后离心取上清液测定菌剂脱氮能力。
碳氮比为30的条件下反硝化性能测定：将100mL碳氮比为30的反硝化培养基加入至250mL锥形瓶中121℃条件下灭菌30分钟，在每个锥形瓶中接种5mL接种量的液态复合微生物菌剂，瓶口套锡纸戳孔及蒙纱布，于30℃，40r/min摇床中振荡培养48h，反应结束后离心取上清液测定菌剂脱氮能力。
结果如图2所示，结果表明液态复合微生物菌剂脱氮效果在碳氮比为2～10的区间内有广泛的适应性，碳氮比为10时硝态氮去除率为90.28％，总氮去除率为50.79％，COD去除率为55.22％；在碳氮比为5的条件下，菌剂对于硝态氮与总氮去除率分别为83.43％和46.81％，COD去除率为64.60％；在低碳比为2的条件下菌剂对于硝态氮与总氮去除率分别为80.61％和43.08％，COD去除率为78.19％，说明该液态复合微生物菌剂可应用于低碳氮比污废水中，并且能达到很好的效果。
实施例5
取实验室A/O+MBR反应器出水，反应器进水为实验室模拟生活污水，其配比为：葡萄糖230mg/L、蛋白胨60mg/L、无水乙酸钠40mg/L、牛肉膏20mg/L、NaHCO3198mg/L、KH2PO312mg/L、NH4HCO3170mg/L、MgCl2·6H2O2.4mg/L、无水CaCl21.2mg/L、FeCl3·6H2O1mg/L。具体步骤为：向反应器中投入模拟生活污水，生活污水经空气泵抽取进入厌氧池再进入好氧池通过活性污泥完成污水脱氮处理，并最终由空气泵从MBR中抽出，反应器水力停留时间为12h，厌氧池污泥浓度为3g/L，好氧池污泥浓度为4g/L。反应结束后，取反应器出水，此时反应器出水C/N为1.8～2.3。
向反应器出水中加入1％体积比液态复合微生物菌剂使水中菌体浓度为4×107cfu/mL，瓶口套锡纸戳孔及蒙纱布，于30℃，40r/min摇床中振荡培养48h，反应结束后离心取上清液测定菌剂脱氮能力。
实验结果如下表2所示。液态复合微生物菌剂在A/O+MBR出水中具有一定的脱氮效果，经过48h反应硝态氮总氮去除率分别为100％和53.33％，24h亚硝态氮浓度升高但在48h降低至0.02mg/L，表明亚硝态氮为液态复合微生物菌剂反硝化过程中的中间产物，反硝化结束没有亚硝态氮积累。
表2液态复合微生物菌剂处理MBR出水的实际应用效果
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种处理污水的方法，其特征在于，利用鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌、阿氏芽孢杆菌中的一种或多种处理污水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污水中碳元素和氮元素的比不高于30。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中可使用鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌和阿氏芽孢杆菌的微生物菌剂或微生物发酵液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述微生物菌剂或微生物发酵液是将培养至生长稳定期的鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌和阿氏芽孢杆菌按照等体积比混合得到。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述生长稳定期的菌株的OD600为2.0～2.5。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，发酵液中还含有质量分数为0.1％～0.2％的山梨酸钾、0.9％～1.0％的蔗糖和体积分数为0.7％～0.9％的吐温-80。
7.根据权利要求1～6任一所述方法，其特征在于，将所述鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌、阿氏芽孢杆菌添加至含有污水的反应体系中，使得菌体浓度为2×107～2×109cfu/mL，在28～32℃反应不少于40h。
8.微生物菌剂在处理低碳氮比污水中的应用，其特征在于，所述微生物菌剂中含有鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌和阿氏芽孢杆菌。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，污水中的碳氮比不高于10。
10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，所述鲍曼不动杆菌、台湾假单胞菌和阿氏芽孢杆菌的编号分别为BNCC254392、BNCC203732和BNCC167240。
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