申请日2016.06.22
公开(公告)日2016.09.07
IPC分类号C02F3/02; C02F3/10
摘要
一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法，本发明属于给水处理技术领域，涉及N‑酰基高丝氨酸内酯(AHLs)类信号分子调控生物膜硝化作用快速启动的方法。本发明的目的是为了提供一种利用N‑酰基高丝氨酸内酯(AHLs)类信号分子调控生物膜硝化作用快速启动的方法，生物反应器的运行过程中水力停留时间为0.5‑2.5h，溶解氧浓度高于2mg/L，生物反应器运行温度为5‑30℃，给水处理填料为流化床轻质悬浮填料，其中生物反应器启动初期外源AHLs的初始浓度为0.1μmol/L‑1.0μmol/L，进水中污染物氨氮浓度≤5mg/L，总有机碳浓度≤10mg/L;本发明方法通过加速生物膜的形成缩短了反应器的启动周期，调控硝化细菌的生长，促进其成为优势菌群，进而促进了水中氮的转移。
摘要附图
权利要求书
1.一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法，其特征在于处理方法如下：
生物反应器的运行过程中水力停留时间为0.5-2.5h，溶解氧浓度高于2mg/L，生物反应器运行温度为5-30℃，给水处理填料为流化床轻质悬浮填料，其中生物反应器启动初期外源AHLs的初始浓度为0.1μmol/L-1.0μmol/L，所述外源AHLs的投加方式为直接加入生物反应器内或者将外源AHLs负载到载体表面然后再将载体投加生物反应器内，进水中污染物氨氮浓度≤5mg/L，总有机碳浓度≤10mg/L;
所述外源AHLs为N-丁酰基高丝氨酸内酯、N-己酰基高丝氨酸内酯、N-辛酰基高丝氨酸内酯、N-癸酰基高丝氨酸内酯、N-十二烷酰基高丝氨酸内酯及N-十四烷酰基高丝氨酸内酯中的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法，其特征在于所述流化床轻质悬浮填料载体为聚乙烯塑料填料或聚丙烯塑料填料。
3.根据权利要求1所述一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法，其特征在于所述溶解氧浓度为5-7mg/L。
4.根据权利要求1所述一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法，其特征在于所述外源AHLs的投加方式为直接加入生物反应器内的操作方法如下：
将外源AHLs溶于Tris-HCl缓冲液中，再将配制好混合溶液投加于生物反应器内，所述Tris-HCl缓冲液pH值为7.0。
5.根据权利要求1所述一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法，其特征在于所述将外源AHLs负载到载体表面的方法如下：
在30-90℃水浴的条件下，将PLA溶于二氯甲烷中，溶解时间为1-10h，然后冷却至20-25℃，加入外源AHLs，得到混合溶液，外源AHLs投加量为在生物反应器启动初期的初始浓度为0.1μmol/L-1.0μmol/L，将流化床轻质悬浮填料载体浸没于混合溶液中，并在通风的条件下去除二氯甲烷，将外源AHLs与PLA沉积在流化床轻质悬浮填料载体的表面。
6.根据权利要求5所述一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法，其特征在于所述混合溶液中PLA的质量浓度为0.01-0.1g/ml。
7.根据权利要求5所述一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法，其特征在于所述生物反应器的运行过程中水力停留时间为0.5-2.5h。
8.根据权利要求1所述一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法，其特征在于所述生物反应器运行温度为20-25℃。
9.根据权利要求1所述一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法，其特征在于所述生物反应器启动初期外源AHLs的初始浓度为0.2-0.9μmol/L。
10.根据权利要求1所述一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法，其特征在于所述生物反应器启动初期外源AHLs的初始浓度为0.3-0.8μmol/L。
说明书
一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法
技术领域
本发明属于给水处理技术领域，涉及N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)类信号分子调控生物膜硝化作用快速启动的方法。
背景技术
生物膜法处理目标污染物具有诸多显著的优点，包括生物量大、生物相丰富、去除率高、反应器运行稳定等，因而在给水处理中得到广泛应用。然而，在目标污染物浓度相对较低的情况下，填料表面生物膜难于在短时间内形成，反应器运行效能受到影响。另外，给水处理中硝化细菌世代周期长，限制硝化作用的进程，不利于水中氮的转移。因此，如何实现生物膜快速形成，以及水处理反应器，尤其是硝化反应器的快速高效运行是一个亟待解决的热点问题。
群体感应(Quorum sensing QS)是细菌密度达到一定阈值后，产生释放化学信号分子，调控细菌行为，例如调控生物膜的形成过程，进而调控细菌适应周围环境变化。目前已知3类信号分子，包括革兰氏阴性菌的N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)类信号分子，革兰氏阳性菌的小肽类信号分子，以及autoinducer-2(AI-2)信号分子，并且硝化细菌为革兰氏阴性菌，其QS信号分子多为AHLs。反应器启动初期向体系内外源补充适量的AHLs，调控载体表面生物膜的快速形成及硝化细菌的生理行为，促进反应器效能，尤其是硝化作用的快速实现。利用群体感应系统的调控作用，为生物膜法去除目标污染物的快速实现提供了一种新的思路。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种利用N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)类信号分子调控生物膜硝化作用快速启动的方法，即一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法。
一种调控生物膜硝化作用快速启动的水处理方法：
生物反应器的运行过程中水力停留时间为0.5-2.5h，溶解氧浓度高于2mg/L，生物反应器运行温度为5-30℃，给水处理填料为流化床轻质悬浮填料，其中生物反应器启动初期外源AHLs的初始浓度为0.1μmol/L-1.0μmol/L，所述外源AHLs的投加方式为直接加入生物反应器内或者将外源AHLs负载到载体表面然后再将载体投加生物反应器内，进水中污染物氨氮浓度≤5mg/L，总有机碳浓度≤10mg/L;
所述外源AHLs为N-丁酰基高丝氨酸内酯(C4-HSL)、N-己酰基高丝氨酸内酯(C6-HSL)、N-辛酰基高丝氨酸内酯(C8-HSL)、N-癸酰基高丝氨酸内酯(C10-HSL)、N-十二烷酰基高丝氨酸内酯(C12-HSL)及N-十四烷酰基高丝氨酸内酯(C14-HSL)中的一种或几种的组合。
所述流化床轻质悬浮填料载体为聚乙烯塑料填料或聚丙烯塑料填料。
所述溶解氧浓度为>2mg/L。
所述外源AHLs的投加方式为直接加入生物反应器内的操作方法如下：
将外源AHLs溶于Tris-HCl缓冲液中，再将配制好混合溶液投加于生物反应器内，所述Tris-HCl缓冲液pH值为7.0。
所述将外源AHLs负载到载体表面的方法如下：
在30-90℃水浴的条件下，将PLA溶于二氯甲烷中，溶解时间为1-10h，然后冷却至20-25℃，加入外源AHLs，得到混合溶液，外源AHLs投加量为在生物反应器启动初期的初始浓度为0.1μmol/L-1.0μmol/L，将流化床轻质悬浮填料载体浸没于混合溶液中，并在通风的条件下去除二氯甲烷，将外源AHLs与PLA沉积在流化床轻质悬浮填料载体的表面。
所述混合溶液中PLA的质量浓度为0.01-0.1g/ml。
本发明具有以下有益效果：
本发明方法通过加速生物膜的形成缩短了反应器的启动周期，调控硝化细菌的生长，促进其成为优势菌群，进而促进了水中氮的转移。
本发明方法无需人工富集强化或外源添加功能菌及复合菌剂，操作流程简便，对亚硝化细菌和硝化细菌的生长及其硝化功能均起到促进作用。本方法在常温、低温的启动运行条件下均起到良好的促进作用。利用N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)调控了反应器载体上生物膜的快速形成，通过调控生物膜上微生物种群的群体感应系统，促进硝化细菌成为优势菌群，提高了反应器内氨氮的去除效能，缩短硝化作用的启动周期。由菌种鉴定结果可知，添加了AHLs的实验组增加了变形菌门(Proteobacteria)和硝化螺旋菌门(Nitrospirae)的百分比，实验组硝化螺菌属(Nitrospira)的百分比较对照组高30.7%，而对于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)，实验组的百分比则是对照组的2.2倍。研究表明，不同种类的AHLs均对细菌种群产生了调控作用，同时促进硝化细菌成为优势菌群，达到了调控生物膜快速形成的目的。
