富集胞外电子传递菌的方法以及微电解强化厌氧消化方法与流程

本发明属于污染处理技术领域，更具体地，涉及一种富集胞外电子传递菌的方法以及微电解强化厌氧消化方法。

背景技术：

厌氧消化是指有机物质被厌氧菌在厌氧条件下分解产生甲烷和二氧化碳的过程。到目前为止，厌氧消化是稳定污泥和处理工业废物的主要方法。

厌氧消化过程依赖于厌氧菌的生长，例如乙酸型产甲烷菌的生长速率至少需要4天，导致厌氧消化反应装置的启动通常较为缓慢。微电解氢化强化厌氧消化装置能够在其阴极富集大量的嗜氢产甲烷菌，从而改变乙酸型产甲烷菌对反应器停留时间上的限制，但是该装置的启动依然比较缓慢，这时因为微电解氢化强化厌氧消化装置的阳极需要的功能微生物—胞外电子传递菌，在作为接种物的活性污泥中的比例非常低，甚至难以通过dna测序所得到。

因此需要一种能够快速启动的微电解强化厌氧消化方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种富集胞外电子传递菌的方法以及微电解强化厌氧消化方法，以提高微电解强化厌氧消化方法的启动速率。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种富集胞外电子传递菌的方法，所述方法包括以下步骤：

将含有胞外电子传递菌的活性污泥接种于微生物电化学反应器中，对其进行富集培养，待所述微生物电化学反应器运行稳定至少一个周期后，获取富集在所述微生物电化学反应器的阳极上的含有胞外电子传递菌的菌株。

本发明所涉及的胞外电子传递菌也称为胞外呼吸菌，是在厌氧条件下，在胞内彻底氧化有机物释放电子，产生的电子经胞内呼吸链传递到胞外电子受体使其还原，来获取能量维持自身生长的一类菌株。

本领域技术人员可以理解的是，在富集获得的菌株中绝大部分为含有胞外电子传递菌。在上述富集的过程中，活性污泥中的其他厌氧菌也能够生长和繁殖。

在所述微生物电化学反应器运行稳定至少一个周期后，所述微生物电化学反应器的电流稳定并且接近最大值。优选地，根据活性污泥中胞外电子传递菌的含量不同，所述微生物电化学反应器运行稳定2-5个周期，尽可能达到最大菌浓度。

在本发明中，在所述活性污泥中的菌株在所述微生物电化学反应器的阳极上形成生物膜后，所述微生物电化学反应器采用序批式运行。具体地，所述序批式运行为每间隔预设时间，用未使用的培养液替换所述微生物电化学反应器中的培养液。利于胞外电子传递菌快速生长繁殖。

本领域技术人员可以根据实际经验确定序批式运行的预设时间，例如所述预设时间可以为24小时、28小时或30小时等。富集培养的温度可以为室温至35℃，优选为室温至25℃。

本发明对所述富集培养所使用的培养液不作具体限定，只要该培养液能够利于胞外电子传递菌的生长繁殖即可，本领域技术人员可以根据实际经验选择，通常所述富集培养所使用的培养液包括以下组分：

0.8-1.2g/l的乙酸钠；

0.27-0.35g/l的nh4cl；

0.1-0.15g/l的kcl；

45-55mm的磷酸缓冲液；

1.35-1.65ml/l微量元素液；以及

1.35-1.65ml/l的维生素液。

在本发明中，所述微量元素液和所述维生素液分别优选为wolfe微量元素液和wolfe维生素液。

本领域技术人员可以通过检测所述微生物电化学反应器产生的电流，判断该微生物电化学反应器运行是否稳定，当微生物电化学反应器运行一个周期后，电流在一定时间内趋于平稳，则达到需要的胞外电子传递菌浓度。具体地，在所述微生物电化学反应器的电流大于1ma，优选为4-8ma时，获取富集在所述微生物电化学反应器的阳极上的含有胞外电子传递菌的菌株。

在本发明中，获取富集在所述微生物电化学反应器的阳极上的胞外电子传递菌包括以下步骤：

取下所述阳极上具有的生物膜的部分，向其中加入提取液，再进行震荡处理和超声处理，然后分离，弃上清，获取沉淀，该沉淀即为含有胞外电子传递菌的菌株。

在本发明中，所述提取液为磷酸缓冲液和玻璃珠的混合液。磷酸缓冲液的浓度可以为50mm，不破坏细胞结构，在震荡过程中，玻璃珠能够促进粘附在阳极的生物膜上的胞外电子传递菌等菌株脱落，不但能够提高提取菌株的效率，还能减少菌株在生物膜上残留。

震荡可使用旋涡震荡器，震荡时间为15min。分离的具体操作为14000×g，4℃下离心15min。

所述超声处理为在超声功率小于或等于600w的条件下，超声1-2min。超声处理能够促进菌株从阳极的生物膜上脱落。

现有的任意微生物电化学反应器均能实现本发明。在此仅举一种微生物电化学反应器的结构进行详细说明。微生物电化学反应器为单室结构，壳体为4cm的正方体，材质为聚碳酸酯，内部为直径3.8cm的圆柱腔室，有效容积为28ml，阳极材料由碳纤维制成，直径2.5cm，高2.5cm的圆柱形碳刷，采用0.8mm钛丝固定；阴极由泡沫镍制成，阴极可以为直径为3.8cm，厚度为0.2mm的圆形泡沫镍。该微生物电化学反应器的外加电压可以为0.8v。在使用前，通常需要对碳刷进行预处理；预处理为将碳刷浸泡在丙酮溶液中24小时，之后在马弗炉中450℃条件下，保持30分钟，并且马弗炉保持通风状态，还需要对微生物电化学反应器进行高压蒸汽灭菌。

本发明第二方面提供一种微电解强化厌氧消化方法，所述方法所使用的接种液包括：上述方法获得的胞外电子传递菌、含有产甲烷功能菌的厌氧消化活性污泥、以及来自于好氧曝气池的活性污泥。

本领域技术人员可以理解的是，厌氧消化活性污泥含有大量的甲烷功能菌，例如乙酸型产甲烷菌和嗜氢产甲烷菌等。来自于好氧曝气池的活性污泥含有大量的细菌，例如水解菌和发酵细菌等。

本领域技术人员可以根据实际经验确定胞外电子传递菌、含有产甲烷功能菌的厌氧消化活性污泥、以及来自于好氧曝气池的活性污泥的比例。为了加快微电解强化厌氧消化装置启动，并且考虑到处理污泥的成本等，所述来自于好氧曝气池的活性污泥与所述含有产甲烷功能菌的厌氧消化污泥的体积比为1:1-1:2，所述胞外电子传递菌在所述含有产甲烷功能菌的厌氧消化活性污泥和所述来自于好氧曝气池的活性污泥中的接种量为0.4-0.6g/ml。

所述胞外电子传递菌、所述来自于好氧曝气池的活性污泥、以及所述含有产甲烷功能菌的厌氧消化污泥的体积之和为所述微电解强化厌氧消化装置的有效体积的30％-50％。

在本发明的一种实施方式中，所述方法包括以下步骤：

将所述接种液和待处理的污泥加入微电解强化厌氧消化装置中，采用序批式的方式对所述待处理的污泥进行处理。

优选地，所述微电解强化厌氧消化装置中的反应体系的ph至为7±0.5，反应的温度为25-35℃。反应在搅拌的条件下进行，搅拌速率可以为300转/分钟。

本发明提供的富集胞外电子传递菌的方法能够富集大量的胞外电子传递菌。

本发明提供的富集胞外电子传递菌的方法所使用的培养基和培养条件能够在短时间内获得大量的纯度高的胞外电子传递菌。

本发明提供的微电解强化厌氧消化方法所使用的接种液能够缩短微电解强化厌氧消化的启动时间。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了实施例2的微电压强化厌氧消化与对比例1的厌氧消化的启动时间的对比图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

实施例1

本实施例提供一种富集胞外电子传递菌的方法。该方法包括以下步骤：

将含有胞外电子传递菌的活性污泥接种于微生物电化学反应器中，在30℃的条件下，对其进行富集培养，待所述微生物电化学反应器的阳极上产生生物膜后，每24小时用新的培养液替换微生物电化学反应器中的培养也，待所述微生物电化学反应器运行稳定3周期后，微生物电化学反应器的电流为4-8ma时，停止反应。培养液包括以下组分：1g/l的乙酸钠；0.31g/l的nh4cl；0.13g/l的kcl；50mm的磷酸缓冲液；1.5ml/l微量元素液；以及1.5ml/l的维生素液。

取下所述阳极上具有生物膜的部分，转移到一个50ml塑料离心管中，加入10ml50mm的磷酸缓冲液和玻璃珠，将离心管放到漩涡振荡器上振荡15min以上，之后将离心管放在超声清洗器，控制功率≤600w，超声2min，取出试管，看到浑浊的泥水混合物，将细胞悬浮液在14000×g、4℃下离心15min，倒掉上清液，加入10ml无菌水，漩涡2min，保证沉淀充分重悬，然后在14000×g、4℃下离心15min，离心结束后小心地分离上清液和沉淀。该沉淀即为含有胞外电子传递菌的菌株。

实施例2

本实施例提供一种微电解强化厌氧消化方法。该方法包括以下步骤：

将取得的活性污泥与含有产甲烷功能菌的厌氧消化污泥按体积比1:2混合，然后按照0.5g/ml的比例接种实施例1富集的阳极胞外电子传递菌，混匀作为微电解厌氧消化反应器的接种液。

以热水解预处理污泥为主要底物，其污泥cod浓度为17330mg/l，控制反应器参数如下：温度为室温30±2℃，搅拌速率300转/分钟，ph值稳定在7±0.5。采用序批式运行方式启动微电解厌氧消化反应器。每天取样检测甲烷的产量，结果参见图1。

对比例

将好氧曝气池取出的活性污泥加入微电解厌氧消化反应器。

以热水解预处理污泥为主要底物，其污泥cod浓度为17330mg/l，控制反应器参数如下：温度为30±2℃，搅拌速率300转/分钟，ph值稳定在7±0.5。采用序批式运行方式启动微电解厌氧消化反应器。每天取样检测甲烷的产量，结果参见图1。

由图1可知，在相同启动时间内，实施例2的微电解强化厌氧消化方法表现出了较高的产甲烷能力，以开始产生甲烷为启动标准，实施例2的微电解强化厌氧消化方法在第1天就成功启动，而对比例的方法则在第5天才开始产生甲烷，实施例2相对于对比例，启动时间缩短了4天左右的时间。因此，本发明提供一种微电解强化厌氧消化方法能够有效的缩短微电压强化厌氧消化装置启动时间。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。