一种基于多粘类芽孢杆菌的新型污泥生物絮凝破胞预处理方法技术

本发明专利技术提出了一种基于多粘类芽孢杆菌的新型污泥生物絮凝破胞预处理方法，包括以下步骤：S01：制备具有高效污泥絮凝与破胞作用的多粘类芽孢杆菌菌剂；S02：将上述多粘类芽孢杆菌菌剂投入需进行脱水预处理的污泥中，进行生物絮凝耦合破胞反应；多粘类芽孢杆菌作为一种抗逆性极强的生物絮凝菌剂和抗菌物质产生菌，具有通过裂解细菌细胞膜或真菌细胞壁，从而使细胞破裂的特性。其具有广谱抗菌性，能够裂解污泥中的大部分细菌与真菌，并进一步破坏污泥絮体结构，有助于释放胞内结合水。此外，多粘类芽孢杆菌所产生的大分子生物絮凝活性有机物质能够促使污泥絮凝，高效实现泥水分离，从而进一步提高污泥脱水预处理效果。一步提高污泥脱水预处理效果。一步提高污泥脱水预处理效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多粘类芽孢杆菌的新型污泥生物絮凝破胞预处理方法


[0001]本专利技术涉及一种基于多粘类芽孢杆菌的新型污泥生物絮凝破胞预处理方法，属于污泥生物预处理


技术介绍

[0002]污水处理厂现普遍采用的活性污泥生物净化技术，不可避免地导致占处理水体积0.15％～1％的大量含水率高达95％以上剩余污泥的产生。对污泥进行深度脱水处理是降低污泥含水率和体积，实现污泥无害化、稳定化和资源化处理处置必要的前端操作。目前污水处理厂普遍采用化学调理剂联合高压机械压滤的污泥深度脱水方式，处理成本高、脱水效果不理想，此外化学药剂的投加会增加污泥无机质含量，降低污泥热值，不利于污泥的后续处理处置。因此，对污泥进行预处理以调理改性，提高污泥脱水性能，是提高污泥深度脱水效率、降低污泥含水率的重要前端操作。
[0003]污泥中的水分主要分为自由水、间隙水、表面吸附水以及结合水。其中，自由水与间隙水易分离，通过物理加压的方式即可实现部分去除；而表面吸附水与结合水难以通过机械力的作用去除。其中，内部结合水指污泥颗粒内部和微生物细胞内部的水，必须依靠破坏污泥和微生物细胞结构才能去除。目前常用的污泥调理改性预处理方式包括物理、化学及生物法。物理预处理方法包括超声、微波、电渗析等。这些技术虽可以部分减少污泥脱水前化学调理剂的投加量，但普遍存在能耗高，设备复杂，维护成本高等缺陷。化学法包括氧化法、热酸碱法、解偶联法等。但这些技术普遍会增加药剂投加成本，过程控制复杂，或会改变污泥性质，如需对处理后污泥重新中和，并会带来二次污染的问题。生物方式包括污泥的好氧与厌氧消化、微型动物摄食以及投加溶胞酶、抗菌素等。相较于前两类方法，污泥的生物处理对阻碍细胞裂解的刚性细胞膜结构的破坏程度较大，可有效帮助释放污泥中难脱除的胞内水、结合水和间隙水，且节能低耗，不产生二次污染。因此，污泥的生物预处理脱水技术作为一种能耗低、无二次污染的生态工程技术已日益受到关注。
[0004]多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa，P.polymyxa)是一种产芽孢的革兰氏阳性菌。其16SrRNA序列存在高度特异性，因此列为类芽孢杆菌属(Paenibacillus Ash)，目前己经发现23个种，多粘类芽孢杆菌为其模式菌种。显微镜下观察多粘类芽孢杆菌为杆状，有厚的芽孢壁，以周生鞭毛运动。作为一种在自然界中广泛存在的非致病微生物，多粘类芽孢杆菌具备生长快、营养简单、能够形成抗逆能力极强的芽孢等特点，可从土壤、污水、畜禽粪便和其他基质中分离得到。此外，类芽孢杆菌属对环境胁迫普遍具有抗性，可在较为极端的环境中生长，且制成的微生物菌剂储存时间长。
[0005]多粘类芽孢杆菌能产生肽类、蛋白质类、核苷类、吡嗪类和酚类等多种抗菌物质，可以作用于细菌细胞膜或真菌细胞壁，使细胞破裂，细胞死亡，从而有助于胞内结合水的释放。此外，也有研究证明其活菌体本身也可直接抑制部分菌种。多粘类芽孢杆菌的抑菌谱广泛，涵盖了活性污泥微生物菌胶团的基本组成菌种，包括革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真
菌等，抗菌性强。同时，多粘类芽孢杆菌可分泌高分子有机物，具备强大的生物产絮功能，目前已作为一种安全无害的生物絮凝剂应用于污水处理领域，但是其在污泥絮凝处理、提高污泥脱水性能方面的作用未曾被研究。本专利技术指出，多粘类芽孢杆菌同时具有良好的破胞与絮凝功能，具有提高污泥沉降和脱水性能的巨大潜力。相较于污泥物化处理法，微生物处理法对设备和操作要求低，节能降耗，碳排放量低，环境友好，不产生二次污染，污泥处理后热值高，便于后期进一步堆肥、焚化等处理处置。
[0006]基于以上特点，多粘类芽孢杆菌的广谱抑菌破胞能力与强大的生物产絮能力，使其在污泥生物预处理，提高污泥沉降和脱水性能方面具有巨大的应用潜力，能够有效降低污泥处理处置的成本和能耗，具备良好的经济和环境效益。

技术实现思路

[0007]技术问题：
[0008]市政污水处理厂剩余污泥产量高，对污泥进行深度脱水处理是降低污泥含水率和体积，实现污泥无害化、稳定化和资源化处理处置必要的前端操作。在污泥的水分组成中，污泥颗粒内部和微生物细胞内部的结合水必须依靠破坏污泥和微生物细胞结构才能得以去除。污泥调理改性预处理可有效提高污泥脱水性能和后期深度脱水处理效率，目前主要包括物理、化学及生物法。相较于物化法能耗高，设备复杂，维护成本高，会带来二次污染等缺陷，污泥生物预处理方式对阻碍细胞裂解的刚性细胞膜结构的破坏程度较大，可有效帮助释放污泥中难脱除的胞内水、结合水和间隙水，可在实现节能降耗的基础上，有效提高污泥脱水效率。
[0009]技术方案：
[0010]本专利技术针对目前污泥预处理中存在的技术问题，公开了一种基于多粘类芽孢杆菌的新型污泥生物絮凝破胞预处理方法，该方法首次提出可将同时具备抗菌破胞和生物产絮功能的多粘类芽孢杆菌应用于污泥细胞的生物破壁中，能够显著提高污泥脱水性能。
[0011]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0012]一种基于多粘类芽孢杆菌的新型污泥生物絮凝破胞预处理方法，包括以下步骤：
[0013]S01：制备具有高效污泥絮凝与破胞作用的多粘类芽孢杆菌菌剂；
[0014]S02：将上述多粘类芽孢杆菌菌剂投入需进行脱水预处理的污泥中，进行生物絮凝耦合破胞反应；
[0015]其中，所述多粘类芽孢杆菌为具有破胞抗菌性能和生物产絮功能的一类产芽孢的革兰氏阳性菌，能产生肽类、蛋白质类、核苷类、吡嗪类和酚类等多种抗菌物质，可以作用于污泥菌胶团中的细菌细胞膜或真菌细胞壁，使细胞破裂，细胞死亡，从而有助于胞内结合水的释放。此外，多粘类芽孢杆菌所产生的生物絮凝活性有机物质能够用于污泥絮凝，从而进一步提高污泥泥水分离性能。本专利技术首次提出将多粘类芽孢杆菌应用于污泥脱水处理过程，是一种新型的多粘类芽孢杆菌应用方式，且操作简单，无二次污染，节能降耗，具备良好的社会、经济和环境效益。
[0016]进一步地，所述步骤S01中，多粘类芽孢杆菌菌剂制备过程包括：将多粘类芽孢杆菌接种于液体培养基中，20～35℃、100～200r/min恒温摇床震荡培养12～48h，获得多粘类芽孢杆菌菌液；将菌液在4000～9000r/min下离心10～30min，取沉淀用无菌磷酸盐缓冲液
调节其浓度为105～109个/mL，即可得到可有效提高污泥脱水性能的多粘类芽孢杆菌菌剂。该菌剂制备过程操作简单，对设备需求低，所需培养时间短，无需额外曝气，能耗低，活菌数量高，可达约1～5
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109个/mL。此外，本专利技术中所提到的液体菌剂虽无需蒸发水分或冷冻干燥形成固体菌剂，但是多粘类芽孢杆菌固体菌剂同样具有良好的污泥裂解效果。
[0017]进一步地，所述液体培养基的组分为：无菌水1000mL，Casitone 7～13g，Baker Yeast 3～8g，MgSO4·
7H2O 0.7～1.3g，调节pH为6.8～7.2，高压蒸汽灭菌20～30min后冷却至室温。该液体培养基组分均为常见试本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多粘类芽孢杆菌的新型污泥生物絮凝破胞预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S01：制备具有高效污泥絮凝与破胞作用的多粘类芽孢杆菌菌剂；S02：将上述多粘类芽孢杆菌菌剂投入需进行脱水预处理的污泥中，进行生物絮凝耦合破胞反应；其中，所述多粘类芽孢杆菌为产芽孢的革兰氏阳性菌。2.根据权利要求1所述的一种基于多粘类芽孢杆菌的新型污泥生物絮凝破胞预处理方法，其特征在于，所述步骤S01中，多粘类芽孢杆菌菌剂制备过程包括：将多粘类芽孢杆菌接种于液体培养基中，20～35℃、100～200r/min恒温摇床震荡培养12～48h，获得多粘类芽孢杆菌菌液；将菌液在4000～9000r/min下离心10～30min，取沉淀用无菌磷酸盐缓冲液调节菌液浓度为105～109个/mL，即可得到可有效提高污泥脱水性能的多粘类芽孢杆菌菌剂。3.根据权利要求2所述的一种基于多粘类芽孢杆菌的新型污泥生物絮凝破胞预处理方法，其特征在于，所述液体培养基的...

【专利技术属性】
技术研发人员：余冉，赵润玉，展漫军，徐逸，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：