一种利用外源AHLs提高DO胁迫条件下厌氧氨氧化颗粒污泥总氮去除率的方法

一种利用外源ahls提高do胁迫条件下厌氧氨氧化颗粒污泥总氮去除率的方法
技术领域
1.本发明属于城市污水处理与再生领域，具体涉及一种利用外源ahls提高do胁迫条件下厌氧氨氧化颗粒污泥总氮去除率的方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国经济的快速增长，工业化和城市化进程不断推进，水污染日益加剧，造成水质性缺水和原本的资源性缺水彼此重叠，越来越多地影响到人们的正常生产和生活。其中，水体中氮含量过多会导致水体富营养化、水体溶解氧降低和水体黑臭，对水体中鱼虾的生长繁殖甚至对人体都有一定的危害。其中氮排放量最多的三种废水分别是种植业废水、畜禽养殖业废水和生活污水。一般处理含氮废水的方法是传统的硝化反硝化法，此方法在硝化阶段需要消耗能源进行曝气，在反硝化阶段需要投加有机物。并且该方法污泥产量大，废弃的污泥不易处理。针对传统硝化反硝化法以上的缺点，利用厌氧氨氧化菌处理含氮废水时优势非常显著。比如厌氧氨氧化处理含氮废水时无需曝气，可节省62.5％的能源消耗。厌氧氨氧化菌是自养菌，无须外源投加有机碳源，大大降低了成本。厌氧氨氧化菌的生长非常缓慢，污泥产率低，产生的剩余污泥的量少。但厌氧氨氧化菌对所在环境的要求十分严格，很容易受高溶解氧(do)浓度胁迫。一般需要控制do小于0.5mg/l的环境，以保证厌氧氨氧化反应正常进行。由于序批式反应器中存在搅拌这一步骤，在运行的过程中不断有大气复氧，反应器内很难达到低溶解氧的条件，导致厌氧氨氧化菌活性受到抑制。因此，强化do胁迫条件下厌氧氨氧化菌的活性有重要意义。


技术实现要素：

3.为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种利用n-酰基高丝氨酸内酯(ahls)提高do胁迫条件下厌氧氨氧化污泥的总氮去除率的方法。细菌可以合成ahls类化合物，自然界中存在种类繁多的不同碳链长度和不同取代基的ahls，而不同种类的ahls具有不同的功能。在低细胞密度时，信号分子浓度没有达到激活厌氧氨氧化菌相关基因进行表达的阈值，细胞分泌的ahls无法与amxr结合蛋白相结合，无法发生群体感应。当细胞密度达到阈值，ahls与amxr结合蛋白相结合并调控与厌氧氨氧化相关的目的基因发生群体感应，从而发生厌氧氨氧化作用，并促进厌氧氨氧化菌的生长。当细胞密度过大，造成环境中所分泌的ahls浓度过大时，amxr结合蛋白均与ahls相结合，没有多余的amxr结合蛋白激活amxo的磷酸盐通道，从而抑制了厌氧氨氧化菌生物膜的形成，导致厌氧氨氧化菌无法生长，厌氧氨氧化作用也会受到抑制。当厌氧氨氧化菌长期处于无法生长的环境下，其脱氮途径会转变为内源反硝化，所以在高ahls浓度的环境下，厌氧氨氧化菌的厌氧氨氧化作用会受到抑制。因此ahls的种类和浓度是调节溶解氧胁迫条件下厌氧氨氧化活性的重要因素。
4.本发明所用的c
14-hsl属于ahls中的一种，是从众多ahls类化合物中筛选出来的有
效应对高do胁迫的信号分子种类。本发明相较其他利用ahls调控厌氧氨氧化的方法有以下优点：首先，可实现在高溶解氧胁迫(3.0-5.0mg/l)下厌氧氨氧化作用的强化。其次，不同种类的ahls具有不一样的功能，c
14-hsl可在溶解氧胁迫条件下强化厌氧氨氧化菌活性。最后，外源投加的ahls浓度为200-400nmol/l，该浓度可保证反应器内的ahls浓度未超过可调控厌氧氨氧化菌的阈值；在该浓度下，厌氧氨氧化菌仍是通过厌氧氨氧化作用实现脱氮。
5.本发明目的通过以下技术方案实现：
6.一种利用外源ahls提高do胁迫条件下厌氧氨氧化颗粒污泥总氮去除率的方法，具体为：
7.在稳定运行的厌氧氨氧化颗粒污泥反应器中投加200-400nmol/l的c
14-hsl，废水的进水溶解氧浓度为3.00-5.00mg/l，利用c
14-hsl与厌氧氨氧化菌细胞内的amxr结合蛋白相结合形成复合物，调控与厌氧氨氧化相关的基因，实现do胁迫条件下厌氧氨氧化颗粒污泥的总氮去除。
8.优选地，厌氧氨氧化颗粒污泥反应器中，污泥浓度mlss(混合液悬浮固体浓度)为1800-2200mg/l。污泥浓度mlss指的是污水和活性污泥混合后的混合液悬浮固体含量。
9.优选地，厌氧氨氧化颗粒污泥反应器中，污泥废水的进水基质含有45-55mg/l nh
4+-n、50-60mg/l no
2-‑
n，温度为20-25℃，ph为7.9-8.2。
10.更优选地，所述污泥废水的进水基质含有1.03-1.13g/l的nahco3。
11.优选地，投加c
14-hsl后厌氧氨氧化颗粒污泥反应器搅拌运行的时间为6-8小时。
12.优选地，厌氧氨氧化颗粒污泥反应器为厌氧氨氧化颗粒污泥序批式反应器(sbr)。
13.本技术加入c
14-hsl后，总氮去除率相比不加入c
14-hsl时提升明显，提高了6.52％-8.25％。
14.与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
15.(1)本技术能在高溶解氧(3.0-5.0mg/l)的胁迫下实现厌氧氨氧化菌活性的强化，强化厌氧氨氧化作用从而使反应器达到更好的脱氮效果。
16.(2)本技术中投加的c
14-hsl，可强化高do胁迫条件下厌氧氨氧化颗粒污泥的脱氮活性。
17.(3)本技术外源投加ahls的浓度较低。当投加的ahls浓度过大时，厌氧氨氧化菌的生物膜停止生长，厌氧氨氧化作用受到抑制，此时反应器的脱氮途径发生变化。本技术投加的浓度更接近于群体感应调控的本质，且成本更低。
附图说明
18.图1为本发明添加200nmol/l、400nmol/l的c
14-hsl与空白组相比，氨氮、亚硝态氮和总氮去除率提高的百分比。总氮去除率提高的百分比(％)＝(实验组平均总氮去除速率-空白组平均总氮去除率)/空白组平均总氮去除率*100％。
具体实施方式
19.下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
20.本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。
所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
21.本发明中所采用的反应器为序批式反应器(sbr)，反应器有效体积是1l，污泥浓度mlss约为2000mg/l，反应器上方部安装搅拌装置，保证泥水混合均匀，出水通过蠕动泵抽吸出水。试验以人工合成废水为试验用水，进水基质45-55mg/l nh
4+-n、50-60mg/l no
2-‑
n，1.03-1.13g/l的nahco3，温度为20-25℃，ph为7.9-8.2，do浓度是3.00-5.00mg/l。
22.实施例1
23.向反应器内投加200nmol/l的c
14-hsl，搅拌运行6小时，6小时后关闭搅拌装置。搅拌结束后，相较于无外源添加ahls的情况，总氮去除率提高了8.25％，成功提高了厌氧氨氧化污泥的脱氮效率。
24.实施例2
25.向反应器内投加400nmol/l的c
14-hsl，搅拌运行6小时，6小时后关闭搅拌装置。搅拌结束后，相较于无外源添加ahls的情况，总氮去除率提高了6.52％，成功提高了厌氧氨氧化污泥的脱氮效率。
26.对比例1
27.向反应器内投加100nmol/l的c
14-hsl，搅拌运行6小时，6小时后关闭搅拌装置。搅拌结束后，相较于无外源添加ahls的情况，总氮去除率降低了5.92％。
28.对比例2
29.向反应器内投加200nmol/l的c
8-hsl，搅拌运行6小时，6小时后关闭搅拌装置。搅拌结束后，相较于无外源添加ahls的情况，总氮去除率提高了3.79％。
30.向反应器内投加400nmol/l的c
8-hsl，搅拌运行6小时，6小时后关闭搅拌装置。搅拌结束后，相较于无外源添加ahls的情况，总氮去除率提高了4.37％。
31.对比例3
32.向反应器内投加200nmol/l的c
10-hsl，搅拌运行6小时，6小时后关闭搅拌装置。搅拌结束后，相较于无外源添加ahls的情况，总氮去除率提高了3.31％。
33.向反应器内投加400nmol/l的c
10-hsl，搅拌运行6小时，6小时后关闭搅拌装置。搅拌结束后，相较于无外源添加ahls的情况，总氮去除率提高了4.70％。
34.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。