草酸青霉用于快速培养好氧颗粒污泥的方法
技术领域
本发明属于废水生物处理
技术领域
，具体地，涉及一种利用草酸青霉快速培养好氧颗粒污泥的方法及其应用。背景技术
活性污泥法是一种广泛应用的污水处理方法，但传统的活性污泥法由于耗能高，占地面积大，剩余污泥多，沉降性能差等问题，一定程度上影响和限制了其在污水处理中的应用。好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge)是一种在好氧条件下通过微生物自凝聚作用形成的颗粒状活性污泥，自1991年Mishima和nakamura首次在好氧升流式污泥床反应器中培养出好氧颗粒污泥后，有关好氧颗粒污泥的培养和应用案例不断被报道。与传统活性污泥法相比，好氧颗粒污泥技术具有占地少，沉降性能好，有机负荷高，能实现同步硝化和反硝化等特点而备受关注。
好氧颗粒污泥一般多在序批式生物反应器(Sequencing Batch Reactor，SBR)中培养，例如：公布号为CN106242045A的中国专利公开了一种好氧颗粒污泥快速培养方法，好氧颗粒污泥形成的时间为25天；公布号为CN102583722A的中国专利公开了一种好氧颗粒污泥的固定化培养方法，该方法是通过先对活性污泥中多种微生物进行固化培养得到初期的种子污泥，再外加团聚剂和/或优势菌群促进颗粒的进一步快速长大，形成颗粒污泥，其周期为一个月。然而，通过上述方法制备好氧颗粒污泥的过程中，耗时过长仍是一个亟待解决的主要题。因此，缩短好氧颗粒污泥反应器的启动时间来进一步促进好氧颗粒污泥技术的广泛应用具有重要的现实意义和经济价值，即开发一种能够快速制备颗粒形状好、沉降性能佳的好氧颗粒污泥的方法成为人们的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供草酸青霉在快速培养好氧颗粒污泥中的应用。
本发明的第二个目的在于提供一种利用草酸青霉快速培养好氧颗粒污泥的方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：
本发明研究发现，将草酸青霉投加到活性污泥里作为种泥来培养好氧颗粒污泥时，能有效减少好氧颗粒污泥的培养时间，形成表面光滑、形状规则、质地密实的污泥颗粒。因此本发明首先提供草酸青霉在快速培养好氧颗粒污泥中的应用。
具体地，本发明提供了一种利用草酸青霉快速培养好氧颗粒污泥的方法，包括以下步骤：
S1.草酸青霉的培养：在无菌条件下培养草酸青霉，混合均匀，在20～30℃下振荡培养24～48h，得到草酸青霉颗粒菌液；
S2.好氧颗粒污泥的培养：启动内含活性污泥的膜生物反应器，以活性污泥和草酸青霉颗粒菌液体积比为100：2～5的比例向膜生物反应器中投加步骤S1的草酸青霉颗粒菌液，经12～16天培养获得好氧颗粒污泥。
优选地，步骤S1所述草酸青霉为保藏编号为CICC 41676的草酸青霉和/或保藏编号为CICC 2667的草酸青霉和/或保藏编号为CICC 2612的草酸青霉。
优选地，步骤S1所述培养草酸青霉的培养基为蔡氏培养基，其配方为葡萄糖2.5～5g、氯化铵0.5～1g、磷酸氢二钾0.12～0.23g、硫酸镁0.04g、硫酸锰0.012g、氯化钙0.008g、硫酸亚铁0.0006g、碳酸氢钠0.16g、酵母提取液0.1g，蒸馏水1000mL。
优选地，步骤S1所述振荡的速率为150～200r/min。
优选地，步骤S1所述草酸青霉颗粒菌液的菌落浓度为106～107CFU/mL。
优选地，步骤S2所述膜生物反应器以连续流模式运行，污泥负荷为0.1～0.2gCOD/gMLSS·d。
优选地，步骤S2所述膜生物反应器的好氧区DO为1.0～3.0mg/L，厌氧区DO为0～1.0mg/L。
优选地，步骤S2所述膜生物反应器的MLSS初始浓度为2000～3000mg/L。
优选地，步骤S2所述培养时间为12～14天。
作为一种优选的可实施方案，一种利用草酸青霉快速培养好氧颗粒污泥的方法，包括以下步骤：
S1.草酸青霉的培养：在无菌条件下采用蔡氏培养基培养草酸青霉(保藏编号为CICC 41676)，混合均匀，在30℃、振荡的速率为200r/min的条件下振荡培养24h，得到菌落浓度为107CFU/mL的草酸青霉颗粒菌液；
S2.好氧颗粒污泥的培养：启动内含活性污泥的膜生物反应器，以活性污泥和草酸青霉颗粒菌液体积比为100：2的比例向膜生物反应器中投加步骤S1的草酸青霉颗粒菌液，膜生物反应器设置以连续流模式运行，在污泥负荷为0.1gCOD/gMLSS·d，好氧区DO为3.0mg/L，厌氧区DO为1.0mg/L，MLSS初始浓度为3000mg/L的条件下进行培养14天获得好氧颗粒污泥。
基于好氧颗粒污泥的实际应用，上述任一所述利用草酸青霉快速培养好氧颗粒污泥的方法制备得到的好氧颗粒污泥在水体脱氮和/或处理有机物污染水体中的应用也在本发明的保护范围之内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用草酸青霉制备好氧颗粒污泥，所述草酸青霉来源广泛、生命力强、培养条件简单且经过短时间的培养就能够形成表面光滑、形状规则、质地密实的颗粒，能有效减少好氧颗粒污泥的培养时间。
(2)本发明进一步利用保藏编号为CICC 41676的草酸青霉培养好氧颗粒污泥，在14天内能在反应器中形成形貌规则、沉降性能良好、成熟的好氧颗粒污泥，且MLSS从3000mg/L迅速增长到6500mg/L左右，有效缩短了颗粒污泥的启动时间。
附图说明
图1为保藏编号为CICC 41676的草酸青霉颗粒的形貌图。
图2为实施例1制备得到的好氧颗粒污泥的形貌图。
图3为实施例1的膜生物反应器中的污泥体积指数SVI和混合液悬浮固体浓度MLSS随着时间的变化结果。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
本发明实施例中的蔡氏培养基的配方为：葡萄糖2.5～5g、氯化铵0.5～1g、磷酸氢二钾0.12～0.23g、硫酸镁0.04g、硫酸锰0.012g、氯化钙0.008g、硫酸亚铁0.0006g、碳酸氢钠0.16g、酵母提取液0.1g，蒸馏水1000mL。
实施例1利用保藏编号为CICC 41676的草酸青霉培养好氧颗粒污泥
S1.草酸青霉的培养：在无菌条件下采用蔡氏培养基培养草酸青霉(保藏编号为CICC 41676)，混合均匀，在30℃、振荡的速率为200r/min的条件下振荡培养24h，得到菌落浓度为107CFU/mL的草酸青霉颗粒菌液；
S2.好氧颗粒污泥的培养：启动内含活性污泥的膜生物反应器，以活性污泥和草酸青霉颗粒菌液体积比为100：2的比例向膜生物反应器中投加步骤S1的草酸青霉颗粒菌液，膜生物反应器设置以连续流模式运行，在污泥负荷为0.1gCOD/gMLSS·d，好氧区DO为3.0mg/L，厌氧区DO为1.0mg/L，MLSS初始浓度为3000mg/L的条件下进行培养14天获得好氧颗粒污泥。
本实施例制备得到的草酸青霉颗粒的形貌图如图1所示。从图1可知，在蔡氏培养基培养24h的草酸青霉能够形成表面光滑、形状规则、质地密实的颗粒，即草酸青霉具有快速颗粒化的性能。好氧颗粒污泥的形态如图2所示，从图2可知，制备得到的好氧颗粒污泥形状规则、轮廓清晰，结构致密。
实施例2利用保藏编号为CICC 2667的草酸青霉培养好氧颗粒污泥
S1.草酸青霉的培养：在无菌条件下采用蔡氏培养基培养草酸青霉(保藏编号为CICC 2667)，混合均匀，在25℃、振荡的速率为200r/min的条件下振荡培养48h，得到菌落浓度为107CFU/mL的草酸青霉颗粒菌液。
S2.好氧颗粒污泥的培养：启动内含活性污泥的膜生物反应器，以活性污泥和草酸青霉颗粒菌液体积比为100：3的比例向膜生物反应器中投加步骤S1的草酸青霉颗粒菌液，膜生物反应器设置以连续流模式运行，在污泥负荷为0.15gCOD/gMLSS·d，好氧区DO为2.0mg/L，厌氧区DO为0.5mg/L，MLSS初始浓度为3000mg/L的条件下进行培养12天获得好氧颗粒污泥。好氧颗粒污泥的形状规则，轮廓清晰，结构致密。
实施例3利用保藏编号为CICC 2612的草酸青霉培养好氧颗粒污泥
S1.草酸青霉的培养：在无菌条件下采用蔡氏培养基培养草酸青霉(保藏编号为CICC 2612)，混合均匀，在20℃、振荡的速率为150r/min的条件下振荡培养36h，得到菌落浓度为107CFU/mL的草酸青霉颗粒菌液。
S2.好氧颗粒污泥的培养：启动内含活性污泥的膜生物反应器，以活性污泥和草酸青霉颗粒菌液体积比为100：5的比例向膜生物反应器中投加步骤S1的草酸青霉颗粒菌液，膜生物反应器设置以连续流模式运行，在污泥负荷为0.1gCOD/gMLSS·d，好氧区DO为1.0mg/L，厌氧区DO为0mg/L，MLSS初始浓度为2000mg/L的条件下进行培养16天获得好氧颗粒污泥。好氧颗粒污泥的形状规则，颗粒度佳，轮廓清晰，结构致密。
实施例4利用保藏编号为CICC 2667的草酸青霉培养好氧颗粒污泥
S1.草酸青霉的培养：在无菌条件下采用蔡氏培养基培养草酸青霉(保藏编号为CICC 2667)，混合均匀，在20℃、振荡的速率为180r/min的条件下振荡培养36h，得到菌落浓度为2×106CFU/mL的草酸青霉颗粒菌液。
S2.好氧颗粒污泥的培养：启动内含活性污泥的膜生物反应器，以活性污泥和草酸青霉颗粒菌液体积比为100：3的比例向膜生物反应器中投加步骤S1的草酸青霉颗粒菌液，膜生物反应器设置以连续流模式运行，在污泥负荷为0.2gCOD/gMLSS·d，好氧区DO为3.0mg/L，厌氧区DO为1.0mg/L，MLSS初始浓度为2500mg/L的条件下进行培养12天获得好氧颗粒污泥。好氧颗粒污泥的形状规则、轮廓清晰，结构致密。
实施例5利用保藏编号为CICC 2612的草酸青霉培养好氧颗粒污泥
S1.草酸青霉的培养：在无菌条件下采用蔡氏培养基培养草酸青霉(保藏编号为CICC 2612)，混合均匀，在25℃、振荡的速率为200r/min的条件下振荡培养40h，得到菌落浓度为3×106CFU/mL的草酸青霉颗粒菌液。
S2.好氧颗粒污泥的培养：启动内含活性污泥的膜生物反应器，以活性污泥和草酸青霉颗粒菌液体积比为100：4的比例向膜生物反应器中投加步骤S1的草酸青霉颗粒菌液，膜生物反应器设置以连续流模式运行，在污泥负荷为0.1gCOD/gMLSS·d，好氧区DO为3.0mg/L，厌氧区DO为0.5mg/L，MLSS初始浓度为2500mg/L的条件下进行培养14天获得好氧颗粒污泥。好氧颗粒污泥的颗粒度佳、形状规则、结构致密。
测试例1好氧颗粒污泥在膜生物反应器中的生长速度和沉降性能测试
在实施例1的膜生物反应器的好氧区和厌氧区分别用量筒取100mL好氧颗粒污泥混合液，静置30min，测量上清液的体积与污泥沉淀的体积，计算得到污泥体积指数SVI。将混合液使用烘干至恒重的滤纸过滤，放入105℃的烘箱中烘干2h，取出在干燥箱中冷却至恒温恒重，测量滤纸前后的重量差，得到污泥的MLSS值。
结果分析：膜生物反应器中的污泥体积指数SVI和混合液悬浮固体浓度MLSS随着时间的变化结果如图3所示，结果表明MLSS的在短时间内迅速增长，从膜生物反应器启动的第1天的3000mg/L增长到第14天的6500mg/L，SVI的值也基本保持在80～150，说明形成的好氧颗粒污泥在膜生物反应器中能迅速生长，且好氧颗粒污泥的沉降性能良好。
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