一种快速形成厌氧氨氧化颗粒污泥的方法与流程

本发明属于废水处理领域，涉及废水处理过程中常用的厌氧氨氧化脱氮技术，具体涉及一种能够快速形成厌氧氨氧化颗粒污泥的方法。

背景技术：

厌氧氨氧化是指在厌氧的条件下,以氨氮作为电子供体，以亚硝酸氮作为电子受体氧化铵盐的微生物反应,最终产物为氮气和少量硝酸盐氮。因此厌氧氨氧化作为废水生物脱氮的新技术与传统生物脱氮技术相比，具有节约氧耗，无需外加有机碳源，污泥产量低，基质去除速率高的优点，成为国内外研究的热点。但是厌氧氨氧化菌增值缓慢，难以持留和富集，同时对环境变化较敏感，这些因素限制了厌氧氨氧化技术在实际废水处理中的应用与发展。而厌氧氨氧化颗粒污泥沉降性能好，抗冲击负荷强，生物活性高，产泥量少，可有效持留厌氧氨氧化生物体。因此，快速形成厌氧氨氧化颗粒污泥具有重要的实践意义。当前形成厌氧氨氧化颗粒污泥的方法主要是通过逐步改变进水基质含量或降低水力停留时间(HRT)的方式，但大多培养时间过长(165～210天)，不利于实际工程的应用，且形成的厌氧氨氧化污泥粒径较小，结构松散，沉降性能差。也可采用投加惰性载体，如沸石、无烟煤、膨润土等，效果受载体密度影响较大。投加絮凝剂或多价阳离子也可促进厌氧氨氧化颗粒化过程，但是对微生物的长期负面影响不容忽视。

技术实现要素：

基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够快速形成厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，使用该方法可在短时间(65天)内形成厌氧氨氧化颗粒污泥，并且操作简单，易于实现。

为了达到上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：

在培养厌氧氨氧化种泥时向营养液中加入AHLs群体感应信号分子，具体操作步骤和工艺条件如下：

取适量接种污泥至SBR反应器，然后反应器在边通入氮气的条件下边加入含氨氮及亚硝氮的营养液这是为了使反应器维持厌氧的环境(DO浓度在0.15mg/L以下)，同时达到泥水充分混合的目的。营养液中氨氮及亚硝氮的浓度均为50mg/L，然后每天向SBR反应器营养液中加入一定浓度的信号分子，环境温度为32～33℃，pH为7.8～8.3，进行间歇培养。

营养液在加入反应器前用氮气冲刷7～8次，以去除水中的溶解氧DO。

所述的信号分子为AHLs，对于AHLs类信号分子，3OC8-HSL、C8-HSL两种信号分子均有促进厌氧氨氧化污泥颗粒化的作用，其中3OC8-HSL效果最好，形成颗粒污泥的时间最短，粒径最大，最密实；而根据实验信号分子C7-HSL和C10-HSL则不能促进厌氧氨氧化污泥颗粒化。

上述所述的AHLs类信号分子的在营养液中的投加浓度为500nM/L～5000nM/L，优选投加浓度为1000nM/L时可明显促进厌氧 氨氧化污泥颗粒化，尤其当3OC8-HSL投加浓度继续提高时，对厌氧氨氧化污泥颗粒化的促进作用与投加浓度为1000nM/L时相比基本没有变化。

信号分子加入时，先采用有机溶剂将信号分子溶解，一般采用二甲基亚砜(DMSO)或二甲基甲酰胺(dimethyl formamide)，溶解浓度为20mg/mL～30mg/mL，然后再加入到营养液中。

进一步优选在启动初期阶段，HRT控制在28d，初步形成厌氧氨氧化颗粒污泥后，逐步降低HRT。

所述的厌氧氨氧化接种污泥为厌氧颗粒污泥。

所述的厌氧氨氧化颗粒粒径为1～3mm。

本发明的作用原理：细菌之间存在相互感应控制，即群体感应现象，细菌不是彼此孤立的个体，它们通过信号分子进行交流。当信号分子浓度达到一定阈值时，信号分子进入不同细胞质，激活目标基因的表达，调控细菌的生理行为，如生物膜的形成。颗粒污泥作为一种特殊形式的生物膜，其形成与信号分子密切相关。本发明中3OC8-HSL、C8-HSL两种信号分子均可刺激厌氧颗粒污泥中土著菌AAOB的生长速率及活性，促进污泥中胞外聚合物(EPS)的合成，从而加速厌氧氨氧化污泥颗粒化。尤其3OC8-HSL还可以促使微生物分泌更多的紧密型EPS，并且可以提高污泥表面疏水性，因此3OC8-HSL效果最好，形成厌氧氨氧化颗粒污泥的时间最短(仅65天)，粒径最大，最密实。

本发明和现有技术相比，具有如下优点和效果：

(1)形成厌氧氨氧化颗粒污泥的时间短。在接种污泥培养驯化过程中向营养液中加入信号分子，利用信号分子促使微生物分泌更多的EPS，并且提高污泥表面疏水性，使厌氧氨氧化颗粒污泥形成时间明显缩短。

(2)形成厌氧氨氧化颗粒污泥粒径大，且密实。加入信号分子后厌氧氨氧化颗粒污泥粒径大，密实度高，因此沉降性能良好。

(3)形成的厌氧氨氧化颗粒污泥活性高，脱氮效率高。

(4)形成的颗粒污泥不易解体，稳定性好。

(5)制备过程简单，颗粒化过程对微生物没有负面影响，操作方便。

附图说明

图1是实施例1投加不同信号分子时污泥粒径随时间变化曲线；

(a)是3OC8-HSL浓度对厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的影响图；

(b)是C8-HSL浓度对厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的影响图；

(c)是C7-HSL浓度对厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的影响图；

(d)是C10-HSL浓度对厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的影响图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的内容做进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。通过当前方法形成厌氧氨氧化颗粒污泥均需要较长的培养时间(基本在165～210天)，不利于实际工程的应用。本发明以细菌群体感应角度为出发点，通过投加信号分子来刺激厌氧颗粒污泥中土著菌AAOB的生长速率及活性，促使微生物产生较多 的EPS，并提高其表面疏水性从而使厌氧氨氧化颗粒污泥形成速度大大提高。具体实施方式为采用柱形SBR反应器，接种厌氧颗粒污泥后,以模拟废水(即营养液)作为基质启动ANAMMOX反应器。在整个启动过程中,进水的氨氮和亚硝氮浓度都控制在50mg/L左右，在启动初期阶段，HRT控制在28d，环境温度为32～33℃，pH为7.8～8.3。通入氮气保持反应器内的厌氧状态,同时也可以达到泥水混合的目的。初步形成厌氧氨氧化颗粒污泥后，逐步降低HRT，以富集高活性成熟厌氧氨氧化颗粒污泥。

材料：

接种污泥：厌氧颗粒污泥。

信号分子：N-heptanoyl-DL-homoserine lactone(简称C7-HSL)；N-octanoyl-DL-homoserine lactone(简称C8-HSL)；N-(3-oxooctanoyl)-L-homoserine lactone)(简称3OC8-HSL)；N-decanoyl-DL-homoserine lactone(简称C10-HSL)均购自美国sigma-aldrich公司。

需要说明的是AHLs群体感应信号分子中的AHLs指的是N-酰基高丝氨酸内酯类群体感应信号分子。

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例：

以厌氧颗粒污泥为接种污泥时信号分子对形成厌氧氨氧化颗粒污泥的影响

设置五组SBR反应器，分别为未投加信号分子组、投加C7-HSL组、投加C8-HSL组、投加3OC8-HSL组、投加C10-HSL组。其中投加信号分子组每组设三个SBR反应器，每个反应器中信号分子的投加浓度分别设为500nM/L、1000nM/L和5000nM/L(三种信号分子采用二甲基亚砜先进行溶解，配制的四种信号分子溶液浓度均为20mg/mL)。向五组反应器中加入等量厌氧颗粒污泥，在厌氧颗粒污泥培养驯化阶段，进水营养液的氨氮和亚硝氮浓度都控制在50mg/L左右，每天向投加不同信号分子的四组反应器的营养液中分别加入相应浓度的信号分子。在启动初期阶段，HRT控制在28d，环境温度为32～33℃，pH为7.8～8.3。通入氮气保持反应器内的厌氧状态，同时也可以达到泥水混合的目的。初步形成厌氧氨氧化颗粒污泥后，逐步降低HRT，以富集高活性成熟厌氧氨氧化颗粒污泥。

测试及分析方法：

氨氮测定采用纳氏试剂光度法，硝氮测定采用紫外分光光度法，亚硝氮测定采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法(均采用紫外分光光度计DR5000，美国哈希公司)。DO测定采用HQ30d溶氧仪(美国哈希公司)，pH测定采用pHS-3c pH计(上海精密科学仪器有限公司)。颗粒污泥粒径筛分：GB6003.1-1997标准检验筛。表面疏水性的测定：采用萃取—比浊法。污泥EPS的测定：首先采用热提取法得到EPS提取物，其中的蛋白质采用考马斯亮蓝比色法测定，多糖用苯酚-硫酸 法测定，将蛋白质和多糖含量相加得出污泥混合液中EPS的含量。

结果与分析：

作为接种物的厌氧颗粒污泥经历了污泥裂解，污泥重组后形成了厌氧氨氧化颗粒污泥，其中投加信号分子3OC8-HSL组在3OC8-HSL投加浓度为1000nM/L时(阈值浓度)，厌氧颗粒污泥在65d时即形成了厌氧氨氧化颗粒污泥，粒径在1.0～3mm之间。其中粒径在2.0～3mm之间的厌氧氨氧化颗粒所占的比例为36.8％，是投加信号分子C8-HSL组90d时的3倍左右，是未投加信号分子组、投加C7-HSL组及投加C10-HSL组180d时的25倍。污泥颜色也经历了由黑色变为棕色再变为红色的变化。投加信号分子3OC8-HSL后，厌氧氨氧化作用的显现时间仅为22天(未投加信号分子组77天)。这是因为信号分子3OC8-HSL刺激了厌氧颗粒污泥中土著菌AAOB的生长速率及活性，并且能够诱导微生物产生较多EPS，在EPS的粘附作用下，土著菌AAOB快速聚集。此外，投加3OC8-HSL后微生物的表面疏水性升高，因此3OC8-HSL促进厌氧氨氧化颗粒化效果最显著，在最短时间内(65天)形成厌氧氨氧化颗粒污泥。形成的厌氧氨氧化颗粒污泥沉降性能好，稳定性高，脱氮效率高，平均氨氮和亚硝氮去除率分别为87％和93％。信号分子C8-HSL对厌氧氨氧化颗粒污泥的形成也有一定促进作用，但是C7-HSL和C10-HSL两种信号分子则不能促进厌氧氨氧化污泥颗粒化。