本发明专利技术公开了一种基于海绵铁‑氨氧化微生物系统同步去除抗炎药与氨氮的方法。本方法通过利用构建好氧反应系统、厌氧反应系统分别进行氨氧化微生物的培养，然后将氨氧化微生物接种于由预处理池、沸石层及海绵铁层构成的组合反应系统，加入含有抗炎药的培养液进行培养驯化，得到了能够同步去除抗炎药与氨氮的海绵铁‑氨氧化微生物‑系统。该系统的氨氮降解率在3天达到80％，醋氨酚降解率2天内达到100％，双氯芬酸降解率在96h达到90％，反应时间快而且效果好，具有较强氨氮和抗炎药的同步降解能力。
【技术实现步骤摘要】
一种基于海绵铁-氨氧化微生物系统同步去除抗炎药与氨氮的方法
本专利技术属于水处理与环保
，具体涉及一种基于海绵铁-氨氧化微生物系统同步去除抗炎药与氨氮的方法。
技术介绍
非甾体类消炎镇痛药(以下简称抗炎药，NSAIDs)大量应用用于日常生活中，是目前发展最快与应用最大量的抗炎药物。现已有百余个品种，包括：乙酰水杨酸盐类，如阿司匹林；非乙酰基水杨酸盐类，如水杨酸镁、水杨酸钠；非水杨酸盐类，如布洛芬等。由于抗炎药具有起效快与副作用小的特点，其中以双氯酚酸、布洛芬、醋氨酚等为代表的药品已占据了NSAIDs市场主要的的份额。抗炎药的机理是进入人体后，完成一系列消炎抗菌的功能后，并不被人体吸收分解，其母体与部分中间产物逐步经过内循环系统代谢，并随人类的排泄物进入环境。因为抗炎药在设计之初，加入了一系列稳定与抗降解的结构。抗炎药可以稳定存在于水环境中，所以往往通过排水系统逐渐汇集到各级污水厂中，然后逐渐累积排放至自然水体中。此类抗炎药其水体溶性强，易于随污水迁移。目前，欧洲、美洲部分河流、湖泊已经发现大量抗炎药的存在，欧盟等西方国家已经列为潜在生态风险物与生物体蓄积性毒害、干扰性毒害物。与此同时，氨氮等含氮污染物是目前生活水体主要污染物，也通过人体排泄物进入城市管网。因此，非甾体抗炎药与氨氮常常形成复合污染，而这类复合型污染的威胁正逐渐被人们所重视。传统城市污水处理工艺的脱氮过程，主要在微生物驱动下进行。传统脱氮工艺需要经历氨氧化-硝化(好氧)-反硝化(厌氧)几个阶段。氨氮转化的-好氧阶段需要大量曝气，使其转化为硝酸盐。因此，消耗大量电能，反应周期较长。传统污水厂处理强调对有机物的去除，一般停留时间较短，数小时至数十小时不等。因此导致大部分抗炎药降解效率低下，抗炎药随污水厂排水进入自然水体引发在水环境中逐渐积累。所以，开发一种能快速降解抗炎药，同时满足生物脱氮技术要求的污泥培养方法，具有十分现实的意义。利用自养型氨氧化微生物(包括厌氧型氨氧化微生物与好氧型氨氧化微生物等)进行脱氮为解决了生物脱氮周期长的问题提供了一种新的途径。自养型氨氧化微生物经过适当的培养可以形成氨氧化-厌氧氨氧化污泥，实现从氨氮-氮气的一步脱氮过程，与反硝化技术相比以可节约25-45％的耗氧量，100％的反硝化碳源；该工艺的污泥产率低、可以大大减少对低污泥处理的压力。近年来，自养型氨氧化还逐渐被挖掘出其他功能，如大量的耐贫营养-耐氨氮型伴生微生物被发现，自养型氨氧化微生物与伴生微生物经过一定操作可以形成同步去除非甾体抗炎药与氨氮的能力。但是，该工艺中的核心微生物-自养型氨氧化微生物生长速度缓慢，容易受到溶解氧与毒物的影响而导致活性下降，因此还需要利用外界因素保护与增强微生物的活性。由此，建立一种能强化自养型氨氧化微生物与其伴生微生物的活性从而增强同步去除非甾体抗炎药与氨氮的能力的污水处理系统很有必要，非常符合未来开发节能环保型同步脱毒、脱氮生物水处理技术发展的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于海绵铁-氨氧化微生物系统同步去除抗炎药与氨氮的方法。专利技术人在脱氮与降解有机物的研究中发现利用含铁基质可以获得活性较强的氨氧化微生物群以及伴生微生物群，该微生物群的活性能维持较高水平，从而达到在氨氧化微生物转化氨氮成亚硝酸盐的过程中同步降解非甾体抗炎药的目的。本
技术实现思路
包括首先建立一种基于海绵铁联合氨氧化微生物群的水处理系统，然后通过该系统同步去除非甾体抗炎药与氨氮的生物技术。本专利技术的基于海绵铁-氨氧化微生物系统同步去除抗炎药与氨氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：构建反应系统1、2和3：反应系统1为好氧反应系统，反应系统2为厌氧反应系统，反应系统3为组合反应系统，所述的反应系统3在水平方向从进水侧到出水侧依次设置有1、2和3区，中间用滤板相隔，1区与反应系统3左侧壁上的进水口相连，3区与反应系统3右侧壁上的出水口相连，从1区进水流经2区再从3区出水，1区为预处理池，用于前期进水沉淀与预处理，防止堵塞以及用于有机物的初步降解去除；2区为沸石填充的沸石层，用于富集好氧氨氧化微生物，具有去除氨氮与少量有机物、抗炎药的作用；3区为海绵铁填充的海绵铁层，用于富集好氧-厌氧氨氧化微生物，具有同步去除氨氮、总氮以及剩余抗炎药的作用；所述的海绵铁是经过清洗的；(1)氨氧化微生物的前处理取市政污水厂活性污泥或河流水体的沉积物，经过常规的隔除与过筛网，去除杂质与粗颗粒后沉淀3-5小时，去除上清液后置换M0培养液，曝气24h，溶解氧3mg/L，然后沉淀1-2小时，再次去除上清液后再置换M0培养液对活性污泥菌群进行培养；(2)氨氧化微生物的预培养将经过12h培养的活性污泥菌群连同M0培养液放入反应系统1中，进行间歇培养，培养温度设定25-30℃，搅拌速度设为100-120转/min，培养48h后，沉淀1-2h，排出所有上清液，加入M1培养液，然后在相同培养条件下间歇运行24-48h，从反应系统1中取出50％的泥水混合液放入反应系统2，使反应系统2的污泥浓度不低于1g/L；向反应系统1的剩余泥水混合液中补充的M1培养液，使反应系统1中污泥浓度不低于1g/L；然后，反应系统1改为连续循环运行，开始停留时间设定为5天，pH7.5-8，停止辅助曝气，反应器内溶解氧控制为0.5mg/L以下，连续进液培养2-3周，待水体中氨氮、亚硝酸盐去除率分别稳定达到90％与80％以上后，沉淀1h，排出上清液更换等体积M1培养液，pH用NaHCO3调整为8-8.2，完成预培养阶段，获得氨氧化微生物培养物1；在将泥水混合液加入反应系统2后，2天内逐步更换加入M2培养液，连续进水连续出水不循环，停留时间设定为3天，pH7-7.5，反应器内溶解氧控制为2-3mg/L，连续培养2-3周，待水体中氨氮去除率稳定达到70％以上、亚硝酸盐生成率稳定达到70％以上，完成预培养，获得氨氧化微生物培养物2；(3)氨氧化微生物的组合培养及反应系统3的启动运行反应系统3的1区控制进水COD不超过200mg/L，氨氮不超过100mg/L，SS不超过150mg/L；2区辅助曝气，使溶解氧浓度控制为1mg/L；3区不曝气使溶解氧浓度控制低于0.8mg/L；将氨氧化微生物培养物1用M1培养液稀释后加入反应系统3的2区，将氨氧化微生物培养物2用M2培养液稀释后加入反应系统3的3区，分别浸泡约2天后进入尝试运行阶段，采用连续进水、出水的运行模式，进水采用M3培养液，停留时间2-4天，进水pH控制为7-7.5，2区控制亚硝酸盐累积率不超过40％，氨氮去除率超过50％，负荷不高于1kgNH4+/m3·day，抗炎药去除率达到50％；待3区出水氨氮去除率达到80％以上、亚硝酸盐不检出、醋氨酚去除率99％以上时，达到稳定运行阶段，开始加入实际污水连续运行；所述的M0培养液每升含有NH4Cl0.2g和NaHCO30.5g，用NaHCO3调节pH到7.5-8，余量为水；所述的M1培养液每升含有NH4Cl1-1.5g、NaNO20.5g和NaHCO30-1g，用NaHCO3调节pH到7.5-8，海绵铁5g，余量为水；所述的M2培养液每升含有NH4Cl0.4-0.5g和NaHCO30.5-0.8g，用NaHCO3调节pH到7.5本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于海绵铁‑氨氧化微生物系统同步去除抗炎药与氨氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：构建反应系统1、2和3：反应系统1为好氧反应系统，反应系统2为厌氧反应系统，反应系统3为组合反应系统，所述的反应系统3在水平方向从进水侧到出水侧依次设置有1、2和3区，中间用滤板相隔，1区与反应系统3左侧壁上的进水口相连，3区与反应系统3右侧壁上的出水口相连，从1区进水流经2区再从3区出水，1区为预处理池，用于前期进水沉淀与预处理，防止堵塞以及用于有机物的初步降解去除；2区为沸石填充的沸石层，用于富集好氧氨氧化微生物，具有去除氨氮与少量有机物、抗炎药的作用；3区为海绵铁填充的海绵铁层，用于富集好氧‑厌氧氨氧化微生物，具有同步去除氨氮、总氮以及剩余抗炎药的作用；所述的海绵铁是经过清洗的；(1)氨氧化微生物的前处理取污水厂活性污泥或河流水体的沉积物，经过常规的隔除与过筛网，去除杂质与粗颗粒后沉淀3‑5小时，去除上清液后置换M0培养液，曝气24h，溶解氧3mg/L，然后沉淀1‑2小时，再次去除上清液后再置换M0培养液对活性污泥菌群进行培养；(2)氨氧化微生物的预培养将经过12h培养的活性污泥菌群连同M0培养液放入反应系统1中，进行间歇培养，培养温度设定25‑30℃，搅拌速度设为100‑120转/min，培养48h后，沉淀1‑2h，排出所有上清液，加入M1培养液，然后在相同培养条件下间歇运行24‑48h，从反应系统1中取出50％的泥水混合液放入反应系统2，使反应系统2的污泥浓度不低于1g/L；向反应系统1的剩余泥水混合液中补充的M1培养液，使反应系统1中污泥浓度不低于1g/L；然后，反应系统1改为连续循环运行，开始停留时间设定为5天，pH7.5‑8，停止辅助曝气，反应器内溶解氧控制为0.5mg/L以下，连续进液培养2‑3周，待水体中氨氮、亚硝酸盐去除率分别稳定达到90％与80％以上后，沉淀1h，排出上清液更换等体积M1培养液，pH用NaHCO3调整为8‑8.2，完成预培养阶段，获得氨氧化微生物培养物1；在将泥水混合液加入反应系统2后，2天内逐步更换加入M2培养液，连续进水连续出水不循环，停留时间设定为3天，pH7‑7.5，反应器内溶解氧控制为2‑3mg/L，连续培养2‑3周，待水体中氨氮去除率稳定达到70％以上、亚硝酸盐生成率稳定达到70％以上，完成预培养，获得氨氧化微生物培养物2；(3)氨氧化微生物的组合培养及反应系统3的启动运行反应系统3的1区控制进水COD不超过200mg/L，氨氮不超过100mg/L，SS不超过150mg/L；2区辅助曝气，使溶解氧浓度控制为1mg/L；3区不曝气使溶解氧浓度控制低于0.8mg/L；将氨氧化微生物培养物1用M1培养液稀释后加入反应系统3的2区，将氨氧化微生物培养物2用M2培养液稀释后加入反应系统3的3区，分别浸泡约2天后进入尝试运行阶段，采用连续进水、出水的运行模式，进水采用M3培养液，停留时间2‑4天，进水pH控制为7‑7.5，2区控制亚硝酸盐累积率不超过40％，氨氮去除率超过50％，负荷不高于1kg NH4/m3·day，抗炎药去除率达到50％；待3区出水氨氮去除率达到80％以上、亚硝酸盐不检出、醋氨酚去除率99％以上时，达到稳定运行阶段，开始加入实际污水连续运行；所述的M0培养液每升含有NH4Cl 0.2g和NaHCO3 0.5g，用NaHCO3调节pH到7.5‑8，余量为水；所述的M1培养液每升含有NH4Cl 1‑1.5g、NaNO2 0.5g和NaHCO3 0‑1g，用NaHCO3调节pH到7.5‑8，海绵铁5g，余量为水；所述的M2培养液每升含有NH4Cl 0.4‑0.5g和NaHCO3 0.5‑0.8g，用NaHCO3调节pH到7.5‑8，沸石粉3‑5g，余量为水；所述的M3培养液每升含有NH4Cl 1g和NaHCO3 1g，用NaHCO3调节pH到7.5‑8，10‑12mg抗炎药，余量为水。...
【技术特征摘要】
1.一种基于海绵铁-氨氧化微生物系统同步去除抗炎药与氨氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：构建反应系统1、2和3：反应系统1为好氧反应系统，反应系统2为厌氧反应系统，反应系统3为组合反应系统，所述的反应系统3在水平方向从进水侧到出水侧依次设置有1、2和3区，中间用滤板相隔，1区与反应系统3左侧壁上的进水口相连，3区与反应系统3右侧壁上的出水口相连，从1区进水流经2区再从3区出水，1区为预处理池，用于前期进水沉淀与预处理，防止堵塞以及用于有机物的初步降解去除；2区为沸石填充的沸石层，用于富集好氧氨氧化微生物，具有去除氨氮与少量有机物、抗炎药的作用；3区为海绵铁填充的海绵铁层，用于富集好氧-厌氧氨氧化微生物，具有同步去除氨氮、总氮以及剩余抗炎药的作用；所述的海绵铁是经过清洗的；(1)氨氧化微生物的前处理取污水厂活性污泥或河流水体的沉积物，经过常规的隔除与过筛网，去除杂质与粗颗粒后沉淀3-5小时，去除上清液后置换M0培养液，曝气24h，溶解氧3mg/L，然后沉淀1-2小时，再次去除上清液后再置换M0培养液对活性污泥菌群进行培养；(2)氨氧化微生物的预培养将经过12h培养的活性污泥菌群连同M0培养液放入反应系统1中，进行间歇培养，培养温度设定25-30℃，搅拌速度设为100-120转/min，培养48h后，沉淀1-2h，排出所有上清液，加入M1培养液，然后在相同培养条件下间歇运行24-48h，从反应系统1中取出50％的泥水混合液放入反应系统2，使反应系统2的污泥浓度不低于1g/L；向反应系统1的剩余泥水混合液中补充的M1培养液，使反应系统1中污泥浓度不低于1g/L；然后，反应系统1改为连续循环运行，开始停留时间设定为5天，pH7.5-8，停止辅助曝气，反应器内溶解氧控制为0.5mg/L以下，连续进液培养2-3周，待水体中氨氮、亚硝酸盐去除率分别稳定达到90％与80％以上后，沉淀1h，排出上清液更换等体积M1培养液，pH用NaHCO3调整为8-8.2，完成预培养阶段，获得氨氧化微生物培养物1；在将泥水混合液加入反应系统2后，2天内逐步更换加入M2培养液，连续进水连续出水不循环，停留时间设定为3天，pH7-7.5，反应器内溶解氧控制为2-3mg/L，连续培养2-3周，待水体中氨氮去...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟玉鸣，许玫英，孙国萍，郭俊，
申请(专利权)人：广东省微生物研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44
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