一种提高污水生物脱氮系统抗重金属污染冲击负荷的方法技术方案

本发明专利技术属于环境毒理学和污水生物处理领域，具体涉及一种提高污水生物脱氮系统中微生物抗重金属污染冲击负荷的方法，在包含重金属污染物的污水生物脱氮系统中，外源投加由内脂化的高丝氨酸部分和碳数为6～14的酰基侧链所组成的N‑酰基高丝氨酸内酯类化合物；本发明专利技术的方法具有操作简单，处理效率高，少量药剂即可显著提高微生物抗重金属冲击负荷的能力，有效提高重金属污染胁迫下的污水生物处理系统出水水质，经济环保无二次污染，在污水生物处理系统受到重金属污染物毒性冲击时可及时、有效地提高系统稳定性及系统性能恢复能力，可称为重金属突发性污染事故下的污水应急处理技术。

A Method for Improving the Impact Load of Heavy Metal Pollution in Sewage Biological Denitrification System

The invention belongs to the field of environmental toxicology and sewage biological treatment, and in particular relates to a method for improving the impact load of microorganisms against heavy metal pollution in sewage biological denitrification system. In the sewage biological denitrification system containing heavy metal pollutants, N-acyl-homoserine lactone is synthesized by adding exogenous N-acyl-homoserine lactone composed of lactone and acyl side chains with carbon number of 6-14. The method of the invention has the advantages of simple operation, high treatment efficiency, a small amount of medicaments can significantly improve the ability of microorganisms to resist heavy metal impact load, effectively improve the effluent quality of sewage biological treatment system under heavy metal pollution stress, economically and environmentally friendly without secondary pollution, and timely and effectively improve the system stability when the sewage biological treatment system is subjected to toxic impact of heavy metal pollutants. Qualitative analysis and system performance recovery capability can be called emergency sewage treatment technology under sudden pollution accidents of heavy metals.

【技术实现步骤摘要】
一种提高污水生物脱氮系统抗重金属污染冲击负荷的方法
本专利技术属于环境毒理学和污水生物处理领域，涉及一种提高污水生物脱氮系统抗冲击负荷的方法，具体涉及一种提高污水生物脱氮系统中微生物抗重金属污染冲击负荷的方法。
技术介绍
随着采矿、化工、电镀、冶炼、电子等产业的发展，民用固体废弃物等不当填埋及堆放等，水体重金属污染日益严重。重金属在生产、使用和处理处置过程中，含高浓度重金属工业废水偷排现象及重金属突发性污染事故均可导致废水中重金属含量严重超标，最终通过污水收集管网进入市政污水处理系统，已是市政污水中一类重要而常见的污染物。如我国沿海城市污水厂的污泥样品中发现多种重金属存在，以Cu、Cr的平均含量最高，并且有不断增加的趋势；已有数据表明在经过企业严密过程管理以及必备的金属处理设施把控后工业废水中重金属含量可显著降低至1～100mg/L，但仍远高于排放或进入污水处理厂的标准；已有研究发现生活污水、污泥中重金属锌的含量最高，其次为铜，且同浓度下Cu2+对污水生物脱氮系统处理性能的危害明显强于Zn2+。重金属难以生物降解，易在生物机体内累积和迁移，污水处理系统传统物化处理单元对重金属有一定的去除效果，但残留的重金属污染物对后续生物处理单元中的功能微生物仍存在毒性影响，严重时可导致衰亡，并使整个污水生物处理系统微生物群落结构和功能紊乱，如生物脱氮除磷相关反应酶活性受抑制、代谢通路受损，进而影响有机物和氮磷的去除效率、系统稳定性下降，最终会造成整个水处理系统性能恶化甚至崩溃。有研究发现细菌能产生并积累可扩散到胞外的化学信号分子，随着菌群密度增大，当信号分子浓度达到一定阈值时，可使细菌进行种内或种间信息交流、调控群体行为，这种现象被称为群体感应(Quorumsensing,QS)。由N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)所调控的群体感应及相关调控细菌和调控基因已被证实广泛存在于污水生物脱氮处理系统中，如亚硝化单胞菌、硝化杆菌都可产生AHLs。亚硝化细菌和硝化细菌作为污水脱氮工艺中典型而又广泛存在的化能自养型细菌，对环境变化和污染物毒性胁迫非常敏感，已知进入污水处理系统的重金属会导致活性污泥中的硝化细菌尤其是亚硝化细菌的浓度和比重下降，系统总氮去除效率降低。现已有研究发现AHLs信号分子在生物废水处理中具有重要意义，如促进微生物的聚集和稳定、加快生物膜的形成和成熟、提高微生物生化反应酶活性、促进好氧污泥颗粒化等，但鲜有通过利用细菌群体感应提高其抗重金属污染物毒性胁迫能力，缓解重金属冲击负荷对污水生物系统，尤其是生物脱氮性能影响的报导。
技术实现思路
本专利技术解决现有技术中存在的上述问题，提供一种提高污水生物脱氮系统抗重金属污染物冲击负荷的方法。为解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：一种提高污水生物脱氮系统抗重金属污染冲击负荷的方法：在包含重金属污染物的污水生物脱氮系统中，外源投加由内脂化的高丝氨酸部分和碳数为6～14的酰基侧链所组成的N-酰基高丝氨酸内酯类化合物。优选地，所述污水生物脱氮系统工艺为序批式活性污泥法(sequencingbatchreactor,SBR)。优选地，所述污水生物脱氮系统处理对象为含重金属的生活污水或工业废水。优选地，所述重金属为Zn2+和/或Cu2+。优选地，所述污水生物脱氮系统中重金属含量为1mg/L～30mg/L。优选地，所述N-酰基高丝氨酸内脂类化合物为C6-HSL、C10-HSL、C14-HSL、3-oxo-C6-HSL、3-oxo-C10-HSL或3-oxo-C14-HSL中的一种或几种。优选地，所述N-酰基高丝氨酸内脂类化合物为C14-HSL和3-oxo-C14-HSL以摩尔比为1:1的方式投加。优选地，所述污水生物脱氮系统中，所述外源投加N-酰基高丝氨酸内酯类化合物的摩尔浓度为1～3μmol/L。相对于现有技术，本专利技术的优点如下，本专利技术提供了一种在污水生物脱氮处理系统中，外源投加N-酰基高丝氨酸内酯以提高污水生物脱氮系统抗重金属污染冲击负荷的方法。本专利技术的方法具有操作简单，处理效率高，少量药剂即可显著提高微生物抗重金属冲击负荷的能力，有效提高重金属污染胁迫下的污水生物处理系统出水水质，经济环保无二次污染，在污水生物处理系统受到重金属污染物毒性冲击时可及时、有效地提高系统稳定性及系统性能恢复能力，可称为重金属突发性污染事故下的污水应急处理技术。附图说明图1为外源投加不同浓度C14-HSL或3-oxo-C14-HSL对受30mg/LZn2+毒性冲击负荷下SBR反应器活性污泥生物量的影响，其中*和&分别表示与对照组和仅受重金属冲击负荷组相比，具有显著性差异(P<0.05)。图2为外源投加不同浓度C14-HSL或3-oxo-C14-HSL对受30mg/LZn2+毒性冲击负荷下SBR反应器活性污泥生物活性的影响，其中*和&分别表示与对照组和仅受重金属冲击负荷组相比，具有显著性差异(P<0.05)。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术试验例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给了详细的实施方式和具体操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本实施例中所涉及的N-酰基高丝氨酸内酯类化合物的结构式和全称见表1。表1.N-酰基高丝氨酸内酯类化合物的结构式和全称实施例1从某市政污水处理厂曝气池中取活性污泥，并配置人工模拟废水：取6.5gCH3COONa，1.2gNaHCO3，2.3gNH4Cl，0.11gKH2PO4，0.14gK2HPO4，2mL微量元素液(ZnSO4·7H2O0.6g，MnCl2·4H2O0.6g，NaMoO4·2H2O0.3g，CuSO4·5H2O0.15g，KI0.15g，H3BO30.75g，CoCl2·6H2O0.75g，FeCl3·6H2O7.5g溶于1L超纯水中)，2mLCaCl2·H2O溶液，2mLMgSO4·7H2O溶液于有效容积10L的培养罐中，人工模拟废水水质条件为：COD＝500±3mg/L，SOP＝5.0±0.3mg/L，NH4+-N＝60±2mg/L，NO2--N＝1.5±0.2mg/L，NO3--N＝4.2±0.6mg/L，pH＝7.0±0.5。将活性污泥接种至人工模拟废水中，实验室驯化5个月至出水指标稳定后，向有效容积为1.5L的SBR反应器(反应周期共8h：进水10min；缺氧120min；好氧240min；沉淀40min；出水10min；闲置60min)内分别加入终浓度为30mg/LZnSO4或1mg/LCuSO4溶液，并分别将C6-HSL、C10-HSL、C14-HSL、3-oxo-C6-HSL、3-oxo-C10-HSL或3-oxo-C14-HSL以终浓度2μmol/L加入至已接种污泥的人工模拟废水中，同时设置空白对照组和仅投加ZnSO4或CuSO4的对照组。各组污泥在25℃恒温条件下的SBR反应器内运行一周期后，取样并检测出水氨氮浓度、亚硝态氮浓度、硝态氮浓度及总氮浓度，受Zn2+或Cu2+污染物冲击负荷的SBR反应器出水各形态氮浓度结果分别见表2和表3。表2.30mg/LZn2+毒性冲击负荷下SBR本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高污水生物脱氮系统抗重金属污染冲击负荷的方法，其特征在于，在包含重金属污染物的污水生物脱氮系统中，外源投加由内脂化的高丝氨酸部分和碳数为6～14的酰基侧链所组成的N‑酰基高丝氨酸内酯类化合物。

【技术特征摘要】
1.一种提高污水生物脱氮系统抗重金属污染冲击负荷的方法，其特征在于，在包含重金属污染物的污水生物脱氮系统中，外源投加由内脂化的高丝氨酸部分和碳数为6～14的酰基侧链所组成的N-酰基高丝氨酸内酯类化合物。2.如权利要求1所述的提高污水生物脱氮系统抗重金属污染冲击负荷的方法，其特征在于，所述污水生物脱氮系统工艺为序批式活性污泥法。3.如权利要求1所述的提高污水生物脱氮系统抗重金属污染冲击负荷的方法，其特征在于，所述污水生物脱氮系统处理对象为含重金属的生活污水或工业废水。4.如权利要求1所述的提高污水生物脱氮系统抗重金属污染冲击负荷的方法，其特征在于，所述重金属为Zn2+和/或Cu2+。5.如权利要求1所述的提高污水生物脱氮系统抗重金属污染冲击负荷的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：余冉，高欢，常岩，吴俊康，叶金宇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32