一种提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法，属于污水处理技术领域。该方法是提取并浓缩好氧或厌氧生物膜污水处理工艺中的活性污泥样品，利用超高效液相色谱串联电喷雾离子源分析活性污泥样品中AHL类群体感应信号，定量计算确定AHL类信号分子类型和用量，最后按照确定种类和用量的添加外源性AHLs类信号分子到好氧或厌氧生物膜污水处理工艺中，实现同步脱氮除磷。本发明专利技术通过对生物膜形成过程中菌群AHL信号的分析，在加快生物膜形成速度的同时也大大提高了所形成的生物膜的稳定性。本发明专利技术克服了生物膜形成前期系统运行不稳定，挂膜时间长的问题。采用本发明专利技术对生物膜污水处理工艺启动阶段进行调控，可节省大量支出。

A method to improve the speed and stability of biofilm formation in wastewater treatment

The invention discloses a method for improving the forming speed and stability of a sewage treatment biofilm, belonging to the technical field of sewage treatment. The method is to extract and concentrate the active sludge samples in aerobic or anaerobic biofilm wastewater treatment processes. The AHL type quorum sensing signals in activated sludge samples are analyzed by ultra performance liquid chromatography tandem electrospray ion source, and the type and amount of AHL signal molecules are determined quantitatively. Finally, exogenous AHLs signal molecules are added to aerobic or anaerobic organisms according to the type and dosage. In the membrane sewage treatment process, simultaneous nitrogen and phosphorus removal is realized. By analyzing the Ahl signal of the flora in the process of biofilm formation, the invention not only accelerates the biofilm formation speed, but also greatly improves the stability of the formed biofilm. The invention overcomes the problems of unstable operation of the system in the early stage of biofilm formation and long film hanging time. The invention can adjust and control the start-up stage of the biofilm sewage treatment process and save a large amount of expenses.

【技术实现步骤摘要】
一种提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法
本专利技术涉及一种提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法，属于污水处理

技术介绍
随着我国经济水平的发展，城镇和乡村的污水量日益增大。传统的污水处理工艺如A2O、氧化沟等运行不够稳定、占地面积大、易产生污泥膨胀和污泥产量大，严重限制了污水厂的处理效率，对周围环境产生不利影响。生物膜工艺具有运行稳定、剩余污泥少、管理简单、对氨氮和难降解污染物去除能力强等优点，它能适应较大水质范围变化，近年来引起人们极大的关注。生物膜法废水处理工艺有一个共同特征：处理的核心单元是填料上生长的由多种微生物紧密结合形成的生物膜。因此生物膜的活性及稳定性是整个处理法的关键。但是生物膜工艺中的挂膜启动阶段时间较长，并且形成的生物膜不稳定极易脱落，由脱落产生的部分细小颗粒不易沉降造成出水浊度较高，总氮和总磷的去除能力较弱。这些缺点严重限制了它的大规模应用。针对生物膜挂膜启动时间过长的问题，现有专利CN105923744A公开了通过投放外源性群体感应信号分子来调控细菌聚集程度，进而实现对生物膜成膜速度的控制，以实现缩短挂膜时间。一方面，该方法主要是针对生物浓度相对较低、成分相对简单的给水处理，无法确定在生物浓度更大，成分更加复杂的污水处理过程中是否适用：另一方面，该方法主要针对如何促进生物膜的形成速度，并未涉及如何能够增加生物膜的稳定性。另外，专利CN105084552A等也公开了利用N-酰基高丝氨酸内酯类强化好氧氨氧化菌聚集的方法。该方法主要针对好氧氨氧化细菌的富集，适用对象为污水中含氮污染物的去除过程，无法确定是否适用于污水中其他污染物(有机碳、磷等)的去除过程。同时，现有技术对于存在AHLs使用相对盲目，没有针对具体的环境有针对性地确定外源AHLs使用量的方法。由于外源AHLs的价格昂贵，无形中增加了污水处理的方法。此外，目前现有的利用外源性AHLs促进生物膜形成的方法主要是针对好氧处理，还少涉及厌氧处理。因此，开发一种可以加速启动阶段的挂膜效率以及增强生物膜稳定性的方法，具有重大且现实的意义，期望对我国生物膜工艺处理污水提供有效技术支持。
技术实现思路
针对现有的生物膜法废水处理工艺挂膜阶段时间较长，并且形成的生物膜稳定性低易脱落，导致出水浊度较高，总氮和总磷的去除能力较弱，以及对AHLs利用针对性较差和不能兼顾好氧和厌氧处理的问题，本专利技术提供了一种提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法，所采取的技术方案如下：一种提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法，该方法是提取并浓缩好氧或厌氧生物膜污水处理工艺中的活性污泥样品，利用超高效液相色谱串联电喷雾离子源(UPLC-MS/MS)分析活性污泥样品中AHL类群体感应信号，定量计算确定AHL类信号分子类型和用量，最后按照确定种类和用量的添加外源性AHLs类信号分子到好氧或厌氧生物膜污水处理工艺中。优选地，所述的外源性AHLs类信号分子为：N-丁酞基高丝氨酸内酯、N-己酞基高丝氨酸内酯、N-辛酞基高丝氨酸内酯、N-癸酞基高丝氨酸内酯、N-十二烷酞基高丝氨酸内酯、N-十四烷酞基高丝氨酸内酯、N-3-氧-己酞基高丝氨酸内酯、N-3-氧-辛酞基高丝氨酸内酯、N-3-氧-癸酞基高丝氨酸内酯及N-3-氧-十二烷酞基高丝氨酸内酯中的一种或几种的组合。优选地，在溶解氧高于2.5mg/L、运行温度在5～38℃，进水中污染物氨氮浓度＜100mg/L，有机碳浓度＜500mg/L的好氧生物膜处理工艺中，AHLs类群体感应信号分子的添加浓度为50nM～500nM。优选地，在溶解氧低于0.5mg/L、运行温度在5～38℃，进水中污染物氨氮浓度＜500mg/L，有机碳浓度＜3000mg/L的好氧生物膜处理工艺中，AHLs类群体感应信号分子的添加浓度为1mM～10mM。优选地，所述方法的步骤如下：1)提取生物膜污水处理工艺中的活性污泥样品，过滤后收取上清液；2)用固相萃取工作站萃取步骤1)所得的上清液，并利用氮吹仪进一步将样品浓缩至500μL以下，获得浓缩液；3)对步骤2)所得的浓缩液再次过滤后，利用超高效液相色谱串联电喷雾离子源进行分析获取样品中AHL类群体感应信号的种类；4)根据步骤3)所得的AHL类群体感应信号分子的种类，通过标准曲线法确定AHL类群体感应信号的使用量；5)按照步骤3)和步骤4)所确定的AHL类群体感应信号分子的种类和使用量，在生物膜污水处理工艺中添加外源性AHL类群体感应信号分子。优选地，步骤1)所述过滤是利用0.45μm的醋酸纤维膜进行过滤；步骤3)所述的再次过滤是利用0.22μm的玻璃纤维滤膜进行过滤。优选地，步骤2)的浓缩过程为：(1)用5.0mL的甲醇和5.0mL的纯水对固相萃取柱进行活化；(2)将样品加载进入固相萃取柱；(3)用10mL10％v/v的甲醇进行淋洗以去除部分干扰物；(4)用5.0mL乙腈对吸附在固相萃取柱上的目标物进行洗脱；(5)将洗脱下来的样品转入KD浓缩管中，用氮吹仪将其浓缩至500μL以下；(6)向其中加入500μL纯水；(7)用乙腈定容至1mL。优选地，步骤3)利用超高效液相色谱串联电喷雾离子源进行分析的技术参数是：液相色谱柱为BEHC18柱，直径为2.1mm，长度50mm，填料粒径1.7μm，液相流速为150μL/min，流动相为含有0.1％v/v甲酸的纯水(A)及含有0.1％v/v甲酸的乙腈(B)，柱温为40℃，进样量为20μL。更优选地，UPLC-MS/MS检测时液相流动相比例随时间变化，变化方式如下：更优选地，UPLC-MS/MS检测时质谱按以下参数设置：优选地，步骤5)向生物膜污水处理工艺中添加外源性AHL类群体感应信号分子，在有机碳500～3000mg/L负荷的生物膜处理工艺中添加AHL的浓度范围1-10mM；添加频率为每天2次，添加时间为2-4周。优选地，步骤5)向生物膜污水处理工艺中添加外源性AHL类群体感应信号分子，在有机碳200～500mg/L负荷的生物膜处理工艺中添加AHL的浓度范围50-500nM；添加频率为每天1次，添加时间为1-2周。优选地，步骤5)的对AHL分子的具体使用方式是将信号分子先溶于添加了1mol/L盐酸的水溶液中，再将配制好的溶液投加于进水中。本专利技术针对体系中存在的信号分子类型进行添加。具体添加类型需根据检测结果来定。本专利技术通过之前研究论证，添加的AHL浓度范围在好氧条件50-500nM，厌氧条件1-10mM。相对于现有技术，本专利技术获得的有益效果：本专利技术无需额外添加功能菌或复合菌剂，操作简便。在低温或常温启动反应器均能达到良好效果。本专利技术对系统的细菌菌落结构进行调控，强化有益微生物，增强系统抗冲击能力。通过对生物膜形成过程中菌群AHL信号的分析，在加快生物膜形成速度的同时也大大提高了所形成的生物膜的稳定性。本专利技术克服了生物膜形成前期系统运行不稳定，挂膜时间长的问题。采用本专利技术对生物膜污水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法，其特征在于，提取并浓缩好氧或厌氧生物膜污水处理工艺中的活性污泥样品，利用超高效液相色谱串联电喷雾离子源分析活性污泥样品中AHL类群体感应信号，定量计算确定AHL类信号分子类型和用量，最后按照确定种类和用量的添加外源性AHLs类信号分子到好氧或厌氧生物膜污水处理工艺中。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法，其特征在于，提取并浓缩好氧或厌氧生物膜污水处理工艺中的活性污泥样品，利用超高效液相色谱串联电喷雾离子源分析活性污泥样品中AHL类群体感应信号，定量计算确定AHL类信号分子类型和用量，最后按照确定种类和用量的添加外源性AHLs类信号分子到好氧或厌氧生物膜污水处理工艺中。


2.根据权利要求1所述的提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法，其特征在于，所述的外源性AHLs类信号分子为：N-丁酞基高丝氨酸内酯、N-己酞基高丝氨酸内酯、N-辛酞基高丝氨酸内酯、N-癸酞基高丝氨酸内酯、N-十二烷酞基高丝氨酸内酯、N-十四烷酞基高丝氨酸内酯、N-3-氧-己酞基高丝氨酸内酯、N-3-氧-辛酞基高丝氨酸内酯、N-3-氧-癸酞基高丝氨酸内酯及N-3-氧-十二烷酞基高丝氨酸内酯中的一种或几种的组合。


3.根据权利要求1所述的提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法，其特征在于，在溶解氧＞2.5mg/L、运行温度在5～38℃，进水中污染物氨氮浓度＜100mg/L，有机碳浓度＜500mg/L的好氧生物膜处理工艺中，AHLs类群体感应信号分子的添加浓度为50nM～500nM。


4.根据权利要求1所述的提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法，其特征在于，在溶解氧＜0.5mg/L、运行温度在5～38℃，进水中污染物氨氮浓度＜500mg/L，有机碳浓度＜3000mg/L的厌氧生物膜处理工艺中，AHLs类群体感应信号分子的添加浓度为1mM～10mM。


5.根据权利要求1所述的提高污水处理生物膜形成速度和稳定性的方法，其特征在于，步骤如下：
1)提取生物膜污水处理工艺中的活性污泥样品，过滤后收取上清液：
2)用固相萃取工作站萃取步骤1)所得的上清液，并利用氮吹仪进一步将样品浓缩至500μL以下，获得浓缩液；
3)对步骤2)所得的浓缩液再次过滤后，利用超高效液相色谱串联电喷雾离子源进行分析获取样品中AHL类群体感应信号的种类；
4)根据步骤3)所得的AHL类群体感应信号分子的种类，通过标准曲线法确定AHL类群体感应信号的使用量；
5)按照步骤3)和步骤4)所确...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡惠秩，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42