一种促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂及方法

1.85g/l和辅助氨基酸0.25-1.0g/l，且强化剂的总浓度为1.5-2.5g/l。
11.更优选地，所述的促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，包括l-半胱氨酸1.1-1.8g/l和辅助氨基酸0.4-0.8g/l；所述辅助氨基酸选自苯丙氨酸、脯氨酸和甲硫氨酸中的至少两种。
12.进一步优选地，所述的促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，包括l-半胱氨酸1.5g/l和辅助氨基酸0.5g/l；所述辅助氨基酸由苯丙氨酸0.2g/l、脯氨酸0.2g/l和甲硫氨酸0.1g/l 组成。
13.进一步优选地，所述的促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，包括l-半胱氨酸1.1g/l和辅助氨基酸0.4g/l；所述辅助氨基酸由苯丙氨酸0.15g/l、脯氨酸0.15g/l和甲硫氨酸0.1g/l 组成。
14.进一步优选地，所述的促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，包括l-半胱氨酸1.8g/l和辅助氨基酸0.7g/l；所述辅助氨基酸由苯丙氨酸0.25g/l、脯氨酸0.25g/l和甲硫氨酸0.2g/l 组成。
15.此外，本发明还提供促进生物滤池中微生物挂膜的方法，包括以下步骤：取活性污泥以 8％-12％(w/v)的接种量接种于人工氨氮废水中，好氧驯化24-48h，静置沉淀；取上清液接种于生物滤池反应器中，然后加入所述上清液8-12倍体积的人工氨氮废水和权利要求1至6 中任一项所述的促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，强化剂的总浓度为1.5-2.5g/l，连续曝气培养24-72h，微生物在生物滤池填料上挂膜完成。w/v指质量体积比。
16.优选地，所述强化剂的总浓度为1.8-2.3g/l，连续曝气培养36-60h。
17.优选地，所述好氧驯化的时间为36h，所述静置沉淀的时间为2-5h。
18.优选地，所述人工氨氮废水的ph控制在5-7，每升中含有以下物质：mgso4·
7h2o3.0-3.5g；k2hpo44.0-5.0g；nacl 1.5-2.0g；(nh4)2so40.3-1.0g；mnso4·
4h2o 0.01-0.1g；丁二酸钠3.2-3.8g；feso40.008-0.015g。
19.优选地，所述人工氨氮废水，每升中含有以下物质：mgso4·
7h2o 3.2g；k2hpo44.5g； nacl 1.8g；(nh4)2so40.6g；mnso4·
4h2o 0.03g；丁二酸钠3.5g；feso40.01g。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
21.(1)本发明提供了促进生物滤池中微生物快速挂膜的强化剂，通过使用l-半胱氨酸与少量特定的辅助氨基酸相结合，所使用的氨基酸均具有较强的疏水性，辅助氨基酸可与l-半胱氨酸发生协同增效作用，使细胞粘附性更强，可显著提高挂膜速度和效果。
22.(2)在本发明提供的强化剂的基础上，本发明进一步提供了一种氨氮废水处理生物滤池中微生物快速挂膜的方法，使用驯化的活性污泥的上清液，可以避免直接使用活性污泥接种于生物滤池反应器带来的滤料堵塞的问题；由于强化剂的效果好，微生物在滤料上挂膜过程中，只需连续曝气，无需进行曝气与静置沉淀的交叉操作，简化了操作过程；而现有技术往往需要静置沉淀一段时间让微生物在填料上生长为生物膜，如果不静置的话，则挂膜稳定性差，刚挂上的微生物容易脱落。
23.(3)本发明的挂膜过程低至36h，在提高挂膜效率的同时大大节约了时间成本，明显低于现有技术的7d以上，实现了氨氮废水处理生物滤池中微生物的快速挂膜，还可提高挂膜稳定性，具有耐冲击能力强，抗曝气和液体剪切力的效果。
附图说明
24.图1本发明提供的促进生物滤池中微生物挂膜的方法原理示意图；其中，1指氨氧化细菌；2指粘附性强化后的氨氧化细菌；3指氨氧化细菌在滤料上形成生物膜；4指滤料。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
26.本发明实施例中，所涉及的材料均为市售产品，或可通过本领域的常规技术手段获得。例如：活性污泥采自城市污水处理厂。本发明实施例中，人工氨氮废水每升中含有以下物质： mgso4·
7h2o 3.2g；k2hpo44.5g；nacl 1.8g；(nh4)2so40.6g；mnso4·
4h2o 0.03g；丁二酸钠3.5g；feso40.01g。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
27.实施例一 促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂
28.促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，包括l-半胱氨酸1.5g/l和辅助氨基酸0.5g/l；所述辅助氨基酸由苯丙氨酸0.2g/l、脯氨酸0.2g/l和甲硫氨酸0.1g/l组成。
29.实施例二 促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂
30.促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，包括l-半胱氨酸1.1g/l和辅助氨基酸0.4g/l；所述辅助氨基酸由苯丙氨酸0.15g/l、脯氨酸0.15g/l和甲硫氨酸0.1g/l组成。
31.实施例三 促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂
32.促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，包括l-半胱氨酸1.8g/l和辅助氨基酸0.7g/l；所述辅助氨基酸由苯丙氨酸0.25g/l、脯氨酸0.25g/l和甲硫氨酸0.2g/l组成。
33.实施例四 促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂
34.促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，包括l-半胱氨酸1.5g/l和辅助氨基酸0.4g/l；所述辅助氨基酸由苯丙氨酸0.2g/l和脯氨酸0.2g/l组成。
35.实施例五 促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂
36.促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，包括l-半胱氨酸1.5g/l和辅助氨基酸0.5g/l；所述辅助氨基酸为苯丙氨酸。
37.实施例六 促进生物滤池中微生物挂膜的方法
38.促进生物滤池中微生物挂膜的方法，原理示意图如图1所示，包括以下步骤：取活性污泥以10％(w/v)的接种量接种于人工氨氮废水中，好氧驯化36h，静置沉淀3h；取上清液接种于生物滤池反应器中，然后加入所述上清液10倍体积的人工氨氮废水和实施例一的强化剂，强化剂的总浓度为2.0g/l，连续曝气培养48h，微生物在生物滤池填料上挂膜完成。从生物滤池底部排除人工氨氮废水和强化剂废液，从生物滤池中取出60粒滤料，检测滤料上生物膜覆盖率和厚度。生物膜覆盖率采用观察法检测，对滤料拍照并计算生物膜在滤料上的覆盖面积占滤料总外表面面积的百分比。生物膜厚度采用游标卡尺检测，滤料生物膜外侧和内侧直径差值的二分之一，即是生物膜厚度值。经检测，生物膜覆盖率达到82％
±
5％，厚度为2
ꢀ±
0.2mm。此时，生物膜覆盖完整，厚度合适，生物滤池可直接用于氨氮废水处理。
39.实施例七 促进生物滤池中微生物挂膜的方法
40.实施例七与实施例六基本相同，不同之处仅在于：连续曝气培养72h。
41.经检测，生物膜覆盖率达到92％
±
3％，厚度为4.2
±
2mm。
42.与实施例六相比，实施例七的生物膜覆盖率更高，厚度更厚。这表明曝气时间的延长，促进了生物膜的进一步生长。同时，生物膜厚度误差值达到2mm，说明生物膜生长已经成熟并且有脱落导致部分位置膜厚度变薄。此时，反应器内生物量非常高，可用于处理大氨氮负荷(》500mg/l)废水的处理。
43.实施例八 促进生物滤池中微生物挂膜的方法
44.实施例八与实施例六基本相同，不同之处仅在于，强化剂组成为：l-半胱氨酸1g/l，苯丙氨酸0.5g/l，脯氨酸0.3g/l，甲硫氨酸0.2g/l，强化剂总浓度为2g/l。经检测，生物膜覆盖率达到81％
±
4％，厚度1.8
±
0.5mm。
45.与实施例六相比，实施例八的生物膜覆盖率和厚度略微下降，但差异不具有统计学意义。这表明强化剂中，适当降低l-半胱氨酸含量(不低于1g/l)，同时适当提高苯丙氨酸、脯氨酸和甲硫氨酸的含量，对挂膜效果影响不大。
46.实施例九 促进生物滤池中微生物挂膜的方法
47.实施例九与实施例六基本相同，不同之处仅在于，l-半胱氨酸1.75g/l，苯丙氨酸0.1g/l，脯氨酸0.1g/l，甲硫氨酸0.05g/l，强化剂总浓度为2g/l。经检测，生物膜覆盖率达到80％
±
4％，厚度1.8
±
0.4mm。
48.与实施例六相比，实施例九的生物膜覆盖率和厚度略微下降，但差异不具有统计学意义。这表明强化剂中，适当提高l-半胱氨酸含量(不高于1.85g/l)，同时适当降低苯丙氨酸、脯氨酸和甲硫氨酸的含量，对挂膜效果影响不大。
49.实施例十 促进生物滤池中微生物挂膜的方法
50.实施例十与实施例六基本相同，不同之处仅在于：使用实施例五的强化剂。
51.经检测，生物膜覆盖率达到72％
±
3％，厚度1.9
±
0.3mm。
52.与实施例六相比，实施例十的生物膜覆盖率下降，厚度略微下降。这说明复合使用1.5g/l 的l-半胱氨酸和0.5g/l的苯丙氨酸时，微生物在滤料上的挂膜率较高，生长良好，但总体效果不如实施例六。
53.对比例1
54.对比例1与实施例六基本相同，不同之处仅在于：连续曝气培养24h。
55.经检测，生物膜覆盖率仅55％
±
3％，厚度为0.5
±
0.1mm。
56.与实施例六相比，对比例1的生物膜覆盖率和厚度明显下降。这表明曝气时间不足，会影响生物膜的充分生长。55％的生物膜覆盖率，可用于处理低浓度(《50mg/l)氨氮废水，但用于中、高浓度氨氮废水处理时效果不佳。
57.对比例2
58.对比例2与实施例六基本相同，不同之处仅在于：不使用强化剂。
59.经检测，生物膜覆盖率仅15％
±
1％，厚度《0.1mm。
60.与实施例六相比，对比例2的生物膜覆盖率和厚度都非常低。这表明，强化剂对促进本发明体系的微生物挂膜非常重要。实验过程发现，未使用强化剂的微生物，粘附性很差，在连续曝气的水流冲击中，不静置沉淀，难以在滤料上挂膜，或者即使挂上的膜也非常容易脱落。
61.对比例3
62.对比例3与实施例六基本相同，不同之处仅在于：强化剂组成为：l-半胱氨酸0.5g/
l，苯丙氨酸0.05g/l，脯氨酸0.05g/l，甲硫氨酸0.05g/l。强化剂总浓度为0.65g/l。
63.经检测，生物膜覆盖率仅40％
±
1％，厚度1.3
±
0.3mm。
64.与实施例六相比，对比例3的生物膜覆盖率和厚度下降。这主要是因为：强化剂浓度不足，氨氮氧化细菌的粘附性增加幅度较少，在滤膜上的粘附力不够理想，导致挂膜效率不高。
65.对比例4
66.对比例4与实施例六基本相同，不同之处仅在于：强化剂组成为：l-半胱氨酸2g/l，苯丙氨酸0.5g/l，脯氨酸0.3g/l，甲硫氨酸0.2g/l，强化剂总浓度为3g/l。
67.经检测，生物膜覆盖率达到64％
±
6％，厚度1.4
±
0.4mm。
68.与实施例六相比，对比例4的生物膜覆盖率和厚度下降。这主要是因为：过高的强化剂浓度会造成氨氮氧化细菌结团较多，挂膜后受曝气剪切力作用，易脱落。此外，高浓度强化剂的使用也会造成原材料的浪费和成本的增加。
69.对比例5
70.对比例5与实施例六基本相同，不同之处仅在于：强化剂组成为：l-半胱氨酸2g/l。
71.经检测，生物膜覆盖率达到61％
±
3％，厚度1.6
±
0.2mm。
72.与实施例六相比，对比例5的生物膜覆盖率和厚度下降。这主要是因为：单一使用2g/l 的l-半胱氨酸作为强化剂时，由于缺少其他辅助氨基酸，微生物在滤料上的挂膜率一般，导致生长受限，导致挂膜效果不够理想。
73.应用实施例 氨氮废水的处理应用
74.利用实施例六至实施例十、以及对比例1至对比例5挂膜后生物滤池反应器，处理氨氮废水，比较不同实施例的处理效果。
75.配置人工氨氮废水，氨氮浓度设置为：低浓度氨氮废水50mg/l、中浓度氨氮废水400mg/l、高浓度氨氮废水800mg/l。除氨氮外，每升溶液含有其他物质：mgso4·
7h2o 3.2g；k2hpo
4 4.5g；nacl 1.8g；mnso4·
4h2o 0.03g；丁二酸钠3.5g；feso
4 0.01g。
76.反应器运行参数：温度控制在20℃，连续曝气，进水ph6.0，水力停留时间10h。稳定运行3d后，检测出水氨氮浓度。以式“(进水氨氮浓度-出水氨氮浓度)/进水氨氮浓度*100％”计算氨氮去除率。
77.氨氮去除率结果如下：
[0078][0079]
实验结果表明，氨氮去除率基本与各实施例或对比例中滤料生物膜覆盖率正相关。对于未使用强化剂的对比例2，氨氮处理效果最差，说明强化剂对生物滤池滤料挂膜至关重要。实施例六、实施例七、实施例八和实施例九的氨氮处理效果比较接近，表明强化剂的用量达到2g/l后，对滤料挂膜强化效果较佳，其中实施例六的整体效果最佳。对比例5只使用l
‑ꢀ
半胱氨酸，虽然对低浓度氨氮废水处理较好，但对于中高浓度废水处理效果则不够理想。
[0080]
本发明提供的强化剂使用效果好，提供的促进生物滤池中微生物挂膜的方法操作简便安全，挂膜效率高，氨氮废水处理效果好，易于推广。
[0081]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，其特征在于：包括l-半胱氨酸0.8-2.0g/l和辅助氨基酸0.1-1.2g/l，且强化剂的总浓度为1.2-2.8g/l；所述辅助氨基酸选自苯丙氨酸、脯氨酸和甲硫氨酸中的至少一种。2.根据权利要求1所述的促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，其特征在于：包括l-半胱氨酸1.0-1.85g/l和辅助氨基酸0.25-1.0g/l，且强化剂的总浓度为1.5-2.5g/l。3.根据权利要求1或2所述的促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，其特征在于：包括l-半胱氨酸1.1-1.8g/l和辅助氨基酸0.4-0.8g/l；所述辅助氨基酸选自苯丙氨酸、脯氨酸和甲硫氨酸中的至少两种。4.根据权利要求2或3所述的促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，其特征在于：包括l-半胱氨酸1.5g/l和辅助氨基酸0.5g/l；所述辅助氨基酸由苯丙氨酸0.2g/l、脯氨酸0.2g/l和甲硫氨酸0.1g/l组成。5.根据权利要求3所述的促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，其特征在于：包括l-半胱氨酸1.1g/l和辅助氨基酸0.4g/l；所述辅助氨基酸由苯丙氨酸0.15g/l、脯氨酸0.15g/l和甲硫氨酸0.1g/l组成。6.根据权利要求3所述的促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，其特征在于：包括l-半胱氨酸1.8g/l和辅助氨基酸0.7g/l；所述辅助氨基酸由苯丙氨酸0.25g/l、脯氨酸0.25g/l和甲硫氨酸0.2g/l组成。7.一种促进生物滤池中微生物挂膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：取活性污泥以8％-12％(w/v)的接种量接种于人工氨氮废水中，好氧驯化24-48h，静置沉淀；取上清液接种于生物滤池反应器中，然后加入所述上清液8-12倍体积的人工氨氮废水和权利要求1至6中任一项所述的促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，强化剂的总浓度为1.5-2.5g/l，连续曝气培养36-72h，微生物在生物滤池填料上挂膜完成。8.根据权利要求7所述的促进生物滤池中微生物挂膜的方法，其特征在于：所述强化剂的总浓度为1.8-2.3g/l，连续曝气培养36-60h。9.根据权利要求7所述的促进生物滤池中微生物挂膜的方法，其特征在于：所述好氧驯化的时间为36h，所述静置沉淀的时间为2-5h。10.根据权利要求7所述的促进生物滤池中微生物挂膜的方法，其特征在于：所述人工氨氮废水的ph控制在5-7，每升中含有以下物质：mgso4·
7h2o 3.0-3.5g；k2hpo44.0-5.0g；nacl 1.5-2.0g；(nh4)2so40.3-1.0g；mnso4·
4h2o 0.01-0.1g；丁二酸钠3.2-3.8g；feso40.008-0.015g。

技术总结
本发明提供一种促进生物滤池中微生物挂膜的强化剂，包括L-半胱氨酸0.8-2.0g/L和辅助氨基酸0.1-1.2g/L，且强化剂的总浓度为1.2-2.8g/L；所述辅助氨基酸选自苯丙氨酸、脯氨酸和甲硫氨酸中的至少一种。本发明属于废水处理技术领域，本发明提供一种促进生物滤池中微生物快速挂膜的强化剂和方法，该强化剂可显著提高挂膜速度和效果，无需交叉曝气与沉淀操作，简化了操作过程，不但可以提高固定填料的挂膜速度，还可提高挂膜稳定性，具有耐冲击能力强，抗曝气和液体剪切力的效果。抗曝气和液体剪切力的效果。抗曝气和液体剪切力的效果。


技术研发人员：潘涛 王美妮 陈明 江佳威 王春英
受保护的技术使用者：江西理工大学
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/5/25