生物移动床工艺也称移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor,简称MBBR),是目前国际上开始兴起的新型废(污)水生化处理技术,与普通的生物膜法和活性污泥法相比,对污水中污染物有更高的去除率。本文从稳定运行的生物移动床填料的生物膜中,成功分离出3株长势良好的细菌,分别命名为ZS-1、ZS-2和ZS-3;在实验室条件下,研究了菌株对模拟农村生活污水中污染物的去除作用,当温度为30℃,碳源为无水乙酸钠,pH 6.5~6.8,C/N为9时,反应24 h对NH+4-N、COD和TP的去除率分别大于90%、75%和65%。在温度条件实验中发现,3个菌株在低温(10℃)条件下均具有较好的脱氮效果,对NH+4-N去除率均大于60%。研究结果提示可以利用耐低温高效脱氮除碳微生物强化生物移动床,处理北方寒冷地区的生活污水。 Biological moving bed process, also known as moving bed biofilm reactor (MBBR), is the beginning of new waste water biochemical treatment technology. Compared with common biofilm method and activated sludge process, MBBR has a higher removal rate of pollutants in wastewater. To un-derstand biological ammonia-N removal mechanism of MBBR, the study adopted limiting dilution and streak plate method screening three strains from the biofilm of MBBR, namely ZS-1, ZS-2 and ZS-3. Under the laboratory conditions, through the single factor experiment to determine optimum conditions for the three strains of simulated sewage treatment, the temperature is 30˚C, carbon source is anhydrous sodium acetate, pH is 6.5 - 6.8, and C/N is 9, After 24 h, removal rate reaches 95%, COD removal rate can reach 85%, and TP removal rate reaches more than 65%. In addition, in the experiment of temperature optimization, the three strains have good ammonia-N removal effect at low temperature (10˚C). NH+4-N removal rate of ZS1 and ZS3 was more than 60%, and NH+4-N removal rate of ZS2 was 74.71%. The results showed that the low temperature resistant bacteria would enhance ammonia-N removal effect in MBBR, and adapt to treat domestic sewage of the winter cold climate of North China, Northeast China and Northwest China.
张 月1,姜彬慧1*,高宇2,刘绍俨3,王海燕1
1东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳
2辽宁省环境工程评估审核中心,辽宁 沈阳
3沈阳远大环境工程有限公司,辽宁 沈阳
收稿日期:2015年10月25日;录用日期:2015年11月13日;发布日期:2015年11月16日
生物移动床工艺也称移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor,简称MBBR),是目前国际上开始兴起的新型废(污)水生化处理技术,与普通的生物膜法和活性污泥法相比,对污水中污染物有更高的去除率。本文从稳定运行的生物移动床填料的生物膜中,成功分离出3株长势良好的细菌,分别命名为ZS-1、ZS-2和ZS-3;在实验室条件下,研究了菌株对模拟农村生活污水中污染物的去除作用,当温度为30℃,碳源为无水乙酸钠,pH 6.5~6.8,C/N为9时,反应24 h对、COD和TP的去除率分别大于90%、75%和65%。在温度条件实验中发现,3个菌株在低温(10℃)条件下均具有较好的脱氮效果,对去除率均大于60%。研究结果提示可以利用耐低温高效脱氮除碳微生物强化生物移动床,处理北方寒冷地区的生活污水。
关键词 :生物移动床,除氨氮,耐低温菌
生物移动床工艺也称移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor,简称MBBR),由挪威AnoxKaldes公司发明,是目前国际上开始兴起的新型废(污)水生化处理技术,属于生物膜法的范畴。自1989年第一套生物移动床工艺装置建成以来,已在多个国家建成市政和工业废(污)水处理设施,取得了良好的效果[
为了解生物移动床处理生活污水的脱氮机理,本文对生物移动床中填料上的优势菌进行筛选分离,并初步研究了该优势菌去除水中氨氮、COD及TP的作用。
1) 菌种来源:取自生物移动床(MBBR)处理模拟生活污水中填料上的生物膜。
2) PB培养基:牛肉膏3 g、蛋白胨10 g、NaCl 5 g、琼脂15~20 g、蒸馏水1000 mL、pH 7.4~7.6,110℃灭菌30 min。
3) 模拟农村生活污水配方:自来水50 L,无水乙酸钠10~11 g,硫酸铵2.5~3 g,磷酸二氢钾1~1.5 g,硫酸镁0.2 g,无水氯化钙0.02 g,微量元素50 mL。
1) 生物移动床(MBBR)的启动与运行:实验室常温条件下,采用生物移动床工艺处理模拟农村生活污水,所使用的活性污泥取自沈阳市某污水处理厂二沉池。污泥沉淀后倒掉上清液,取底部活性污泥作为接种污泥。启动过程中,进水的COD、
2) 脱氮优势菌的分离筛选:采用投加一定浓度硫酸铵的PB培养基对MBBR生物膜微生物进行富集培养,旨在获得高效脱氮优势菌株,进而解析MBBR的脱氮机理。从稳定运行的MBBR中选取1个生物膜载体放于含100 mL无菌水的锥形瓶中,加玻璃珠于160 rpm,30℃的恒温振荡器中震荡24 h,将其接种于投加一定浓度硫酸铵的PB液体培养基中富集培养,生长量达到对数期浓度(OD 600值为0.1~0.45),获得菌悬液。通过稀释平板划线分离法获得优势脱氮单菌落,移至斜面于4℃冰箱保存。
3) 菌株脱氮性能研究
将活化24 h的菌株离心后,分别以5%接种量接种于模拟农村生活污水中,分别研究优势菌株在不同时间及不同温度(10℃、20℃、30℃)条件下对氨氮、COD及TP的去除作用。
对MBBR生物膜进行驯化、富集、分离纯化,得到3株优势菌,分别命名为ZS-1、ZS-2和ZS-3。菌株ZS-1为革兰氏阳性杆菌,大小为0.4 μm × (0.5~1.5) μm,有芽孢(图1(a))。菌株ZS-2为革兰氏阴性杆菌,大小为0.2 μm × (0.5~1) μm (图1(b))。菌株ZS-3为革兰氏阳性杆菌,大小为0.4 μm × (0.5~1.5) μm,有芽孢(图1(c))。
1) 菌株活化时间的确定
从3个菌株的培养皿中分别挑取1个单菌落接种到PB液体培养基中,每隔2 h测菌体OD (600 nm)值,绘制生长曲线见图2。由图2可知,菌株接种到PB液体培养基中以后,开始菌体生物量有所下降,菌株生长缓慢;从4 h开始菌株进入快速生长期,6~12 h期间为对数生长期。3株菌的生物量随时间的变化曲线中,ZS-2和ZS-3的生物量较ZS-1高,但是3株细菌的生物量均在24 h达到最大,因此在之后的实验中,选用24 h为菌株的活化时间。
2) 菌株在污水中的生长曲线及对污染物的去除作用
将3株菌株分别接种到PB培养基中,于30℃、160 rpm恒温振荡器中活化24 h,而后分别取适量菌
图1. 菌株的革兰氏染色照片((a) ZS-1、(b) ZS-2、(c) ZS-3)
图2. 菌株在PB液体培养基中的生长曲线
悬液于离心管中,1000 rpm离心10 min,去除上清液,将菌株接种到模拟污水中(各设3个平行样),每隔2 h测定其微生物生长量,绘制生长曲线如图3。同时在24 h检测污水中
由图3可知,当菌株接种于模拟污水后,菌体生物量开始有所下降,适应期较长,在8 h内生长缓慢。大约10 h后进入对数期,开始迅速生长,24 h基本达到生物量高峰。其中菌株ZS-2的生物量最大。
通过表1可以看出,ZS2对
分别将菌株在10℃、20℃、30℃进行培养,检测6 h、12 h、24 h、36 h后水中残留的
图3. 菌株在模拟污水中的生长曲线
图4. 不同温度对菌株脱氮作用的影响
菌株 | 生物量 | COD去除率(%) | TP去除率(%) | |
---|---|---|---|---|
ZS-1 | +++ | 92.61 | 76.26 | 65.57 |
ZS-2 | ++++ | 95.12 | 87.36 | 72.56 |
ZS-3 | +++ | 91.14 | 75.11 | 65.11 |
表1. 菌株处理24 h的生物量及对污染物的去除作用
注:+++表示生长速度和稳定性的等级,等级越高表示生长速度和稳定性越好。
从图4还可以看出,当温度为10℃反应24 h时,3株优势菌ZS-1、ZS-2和ZS-3在低温下对
本文从生物移动床填料生物膜中筛选出3株优势菌,它们均具有很好的去除
国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07202-010-05)。
张 月,姜彬慧,高 宇,刘绍俨,王海燕. 生物移动床优势菌株筛选及其脱氮性能研究 Advantage Strains Screening from a Biological Moving Bed and the Nitrifying Characteristics[J]. 水污染及处理, 2016, 04(01): 7-12. http://dx.doi.org/10.12677/WPT.2016.41002