功能菌结合MABR工艺强化吡啶降解同步短程脱氮的方法

本发明属于环境有机污染物生物处理，涉及功能菌结合mabr工艺强化吡啶降解同步短程脱氮的方法，具体涉及两种功能菌株结合mabr工艺强化挥发性吡啶降解同步短程脱氮的方法。

背景技术：

1、作为一种典型的含氮杂环化合物，吡啶广泛应用于医药制造、农业、印染工业、焦化工业及炸药生产等行业，产生了大量具有低c/n比特点的吡啶废水。生物处理被认为是一种低成本、环保的废水处理技术。其中，厌氧处理通常因其去除率低和工艺稳定性差而受到限制，而传统的好氧处理工艺针对挥发性吡啶废水的处理不仅能耗高，还会导致恶心的气味和严重的空气污染。另外，随着吡啶的降解，吡啶环上的氮最终会以氨氮形式释放到水环境中，造成二次污染。

2、膜曝气生物膜反应器(membrane aerated biofilm reactor,mabr)是一种将膜技术和生物膜技术相结合的污水高效处理技术。mabr系统中生物膜形成的独特的微生物分层结构和电化学梯度，可以同时存在好氧区、缺氧区和厌氧区，为同步短程硝化反硝化提供了有利条件。另外，mabr具有无泡曝气、氧利用效率高的优点，因此解决了传统好氧处理过程中挥发性有机物易挥发的问题。

3、近年来，mabr在废水处理中的应用已得到广泛关注，然而，目前mabr大多数应用于具有高氮特性以及低毒性的废水中(例如市政废水、畜牧业废水等)。例如，王碧玮等人利用膜曝气生物膜反应器处理生活污水(王碧玮.膜曝气生物反应器处理生活污水的研究[d].华中科技大学,2018.)，张晗等人利用膜曝气生物膜反应器处理牛粪厌氧发酵液(张晗.鸟粪石结晶联用膜曝气生物膜反应器处理牛粪厌氧发酵液[d].哈尔滨工业大学,2018.)，孙秋慧等人利用膜曝气生物膜反应器处理黑臭河水(孙秋慧.气泡式mabr技术对黑臭水体增氧提质效果研究及其优化设计[d].天津大学,2018.)。mabr在高毒性的化工废水中的应用仍然受限。

技术实现思路

1、针对吡啶好氧生物处理系统中曝气供氧所导致的吡啶挥发的污染以及低碳氮比废水脱氮难的问题，本发明提供一种功能菌结合mabr工艺强化吡啶降解同步短程脱氮的方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、功能菌结合mabr工艺强化吡啶降解同步短程脱氮的方法，具体步骤为：

4、(1)根瘤杆菌njust18扩大培养后，将液体细菌离心，清洗去除残留的营养物质，再次离心得到的菌体沉积物作为细菌接种物，然后将菌体沉积物随吡啶废水进水注入进mabr反应器，保持3～4d的内循环后，进行连续流进水，反应器中的纤维膜上逐步形成致密的生物膜，最后，将沉在反应器底部的细菌接种物排出系统；

5、(2)待反应器对吡啶去除率稳定后，将经氨氮废水驯化后的硝化污泥注入进mabr反应器，保持3～4d的内循环后，进行连续流进水，生物膜上逐步覆盖上一层新的生物膜，最后，将沉在反应器底部的硝化污泥排出系统；

6、(3)脱氮副球菌njust53扩大培养后，将液体细菌离心，清洗去除残留的营养物质，再次离心得到的菌体沉积物作为细菌接种物，待反应器对吡啶以及氨氮去除率稳定后，将菌体沉积物随进水注入进mabr反应器，保持3～4d的内循环后，进行连续流进水，生物膜上逐步覆盖上一层新的生物膜，最后，将沉在反应器底部的细菌接种物排出系统；

7、(4)通过将曝气压力以及进水ph值分别控制在0.02±0.005mpa以及8.0～8.2，利用mabr实现吡啶降解同步短程脱氮。

8、步骤(1)中，所述的根瘤杆菌njust18已于2013年3月28日保藏于中国典型培养物保藏中心(cctcc)，保藏号为cctcc no：m 2013110，保藏地址为中国湖北省武汉市武汉大学，且已在中国专利zl201310553435.4中充分公开。

9、步骤(3)中，所述的脱氮副球菌njust53已于2022年03月02日保藏于中国典型培养物保藏中心(cctcc)，菌种保藏号分别为cctcc no：m 2022178，保藏地址为中国湖北省武汉市武汉大学，且已在中国专利申请202210608230.0中充分公开。

10、在本发明具体实施方式中，步骤(1)中，根瘤杆菌njust18扩大培养的具体方法为：将根瘤杆菌njust18接种至添加了1g/l吡啶的无机盐培养基msm中，摇床培养96小时以上。

11、在本发明具体实施方式中，步骤(3)中，脱氮副球菌njust53扩大培养的具体方法为：将脱氮副球菌njust53接种至添加了1g/l葡萄糖的无机盐培养基msm中，摇床培养96小时以上。

12、在本发明具体实施方式中，无机盐培养基msm的组成为：na2hpo4·2h2o 3.5g/l，kh2po4 1g/l，(nh4)2so4 500mg/l，mgcl2·6h2o 100mg/l，ca(no3)2·4h2o

13、50mg/l，微量元素sl-4 1.0ml/l；其中微量元素sl-4的组成为：edta 0.5g/l，feso4·7h2o 0.2g/l，znso4·7h2o 0.001g/l，mncl2·4h2o 0.003g/l，h3bo4 0.03g/l，cocl2·6h2o 0.02g/l，cucl2·2h2o 0.001g/l，nicl2·6h2o 0.002g/l，na2moo4·2h2o0.003g/l。

14、在本发明具体实施方式中，步骤(1)、(2)或(3)中，离心速度为8000转/分钟，离心时间为10min，清洗液为磷酸盐缓冲溶液。

15、本发明的功能菌结合mabr工艺强化吡啶降解同步短程脱氮的方法，能够在单个反应器中强化吡啶的降解及氮的去除。采用吡啶降解功能菌株根瘤杆菌njust18、硝化污泥以及脱氮副球菌njust53作为接种物，按照微生物生态位进行挂膜，利用吡啶降解菌、硝化细菌和反硝化细菌之间的协同作用，实现吡啶的高效降解及氮的高效去除。

16、与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

17、本发明首次利用两种功能菌株与mabr进行结合，各功能菌株生活在各自的生态位上，强化了吡啶的降解以及氮的去除。本发明针对0.15kg·m-3·d-1的吡啶可完全去除，tn去除率高达95.24％，toc去除率高达94.88％。本发明同时有效解决了传统好氧工艺中吡啶易挥发、低碳比废水脱氮难、传统好氧-缺氧工艺占地面积大等问题，具有工业实用性。

技术特征：

1.功能菌结合mabr工艺强化吡啶降解同步短程脱氮的方法，其特征在于，具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的根瘤杆菌njust18已于2013年3月28日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号为cctcc no：m2013110。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的脱氮副球菌njust53已于2022年03月02日保藏于中国典型培养物保藏中心，菌种保藏号分别为cctcc no：m2022178。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，根瘤杆菌njust18扩大培养的具体方法为：将根瘤杆菌njust18接种至添加了1g/l吡啶的无机盐培养基msm中，摇床培养96小时以上。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，脱氮副球菌njust53扩大培养的具体方法为：将脱氮副球菌njust53接种至添加了1g/l葡萄糖的无机盐培养基msm中，摇床培养96小时以上。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，无机盐培养基msm的组成为：na2hpo4·2h2o3.5g/l，kh2po4 1g/l，(nh4)2so4 500mg/l，mgcl2·6h2o 100mg/l，ca(no3)2·4h2o 50mg/l，微量元素sl-4 1.0ml/l；其中微量元素sl-4的组成为：edta0.5g/l，feso4·7h2o 0.2g/l，znso4·7h2o 0.001g/l，mncl2·4h2o 0.003g/l，h3bo4 0.03g/l，cocl2·6h2o 0.02g/l，cucl2·2h2o 0.001g/l，nicl2·6h2o 0.002g/l，na2moo4·2h2o0.003g/l。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)、(2)或(3)中，离心速度为8000转/分钟，离心时间为10min，清洗液为磷酸盐缓冲溶液。

技术总结
本发明公开了一种功能菌结合MABR工艺强化吡啶降解同步短程脱氮的方法。本发明依据MABR工艺中生物膜的生态位特性，将吡啶降解功能菌株根瘤杆菌NJUST18接种物、硝化污泥以及反硝化功能菌株脱氮副球菌NJUST53接种物依次进行了挂膜。挂膜后形成的生物膜中好氧层的根瘤杆菌以吡啶作为唯一碳源、氮源进行生长，硝化细菌利用吡啶降解产生的氨氮进行硝化过程。缺氧层的脱氮副球菌利用硝化过程产生的亚硝态氮/硝态氮以及吡啶进行反硝化脱氮。另外，通过控制曝气压力以及进水pH抑制亚硝酸盐氧化细菌的活性，从而实现强化吡啶降解同步短程脱氮。

技术研发人员：沈锦优,程有鹏,郑鹏,李燕,张何兵,何峻峰,杨旸,王洪
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12