一种改进的提高低温条件下生活污水处理效率的方法
阅读：850发布：2024-01-05
专利汇可以提供一种改进的提高低温条件下生活污水处理效率的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种低温污 水 处理 方法，包括以下步骤：生活污水经过格栅井初步过滤，由水 泵 泵送至调节池，经过调节池调节污水水量、均衡污水水质后，由水泵泵送至初沉池；在初沉池中污水中的泥沙等固体沉入池底，上层污水进入 氧 化暴晒池；氧化暴晒池分为第一区和第二区，二者顺序排列，在氧化暴晒池的第一区中加入 酸溶液 ，使得污水的PH调节至3‑4,将难降解的有机物氧化分解5‑10h，随后转移到第二区加入 碱 溶液，将PH值调至6‑9；将调节好pH的第二区污水转移到 微 生物 处理 池中，进行 微生物处理 即可。，下面是一种改进的提高低温条件下生活污水处理效率的方法专利的具体信息内容。
一种改进的提高低温条件下生活污水处理效率的方法
技术领域
背景技术
[0002] 污水经处理再回收利用可以保护自然环境，同时能有效的缓解水资源短缺的现状。但是高纬度地区冬季漫长、气温低直接影响了污水的处理效果。目前为了保证出水质量主要采用升高污水温度、提高污泥浓度、延长沉淀时间、向CASS(CyclicActiavated Sludge System)池投加粘土和增加曝气量等方法，但是存在工艺复杂、处理成本高、能耗大的问题。
[0003] 城市污水处理主要采用生物活性污泥法，污水中的有机物在活性污泥工艺中微生物的催化作用下经过一系列的生物化学反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物稳定下来。但是生物处理工艺需要采取一定的人工技术措施(如曝气、回流循环、保温等)，为微生物的生长、繁殖创造良好的环境，以使污水中的有机性污染物得以降解、去除。由于很多北方地区污水处理厂需要面临长达3-5个月的低温环境，对水温敏感的微生物会由于水温的下降造成活性污泥的吸附性能、沉降性能、微生物的种群结构发生，影响最终出水水质。特别是低温污水中较高含量的颗粒物和胶体物质会严重抑制微生物生物活性，延缓生化反应速率，降低生物处理工艺运行稳定性和处理水水质。针对水温下降的弊端，大多数污水处理厂采用降低污泥负荷、增加污泥量、延长污水停留时间或采取保温、升温等办法来维持冬季处理水质的达标的运行策略，不仅增加了投资与运行费用，而且污水处理效果也难得到保证，还会引起污泥膨胀等问题造成管理不便。
[0004] 为了解决现有技术的缺陷，CN102060361A提供了一种低温污水的物化强化处理方法。本发明处理方法如下：一、原水通过进水管进入混合区，同时将絮凝药剂聚合氯化铝通过投药点投加到原水中；二、经步骤一处理原水分别经过一级絮凝反应区、二级絮凝反应区和三级絮凝反应区；三、经步骤二处理得到的稳定絮体经固液分离，处理后的出水溢流排出系统，污泥排出系统。本发明采用多级控制方式，通过分形维数和絮体粒径成长状况的控制解决了利用传统速度梯度G值控制的弊端，处理效果好，达到了提高低温条件下絮凝反应效率和污染物降解效率的目的。但是该方法物理程序较长，并且使用的成分较多，成本较高，不适宜大规模的推广使用。
[0005] CN102533590A中公开了一种低温下去除污水中磷的枯草芽孢杆菌及分离培养方法，投加该枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)浅黄聚磷CGMCCNo.5280在低温下，特别是在8-12℃的条件下，对磷去除有明显的强化作用，磷去除率提高了10％，优于一级A的出水标准(水温≤12℃时，一级A标准的控制指标为0.5mg/L)。但是该菌只能去除磷，对于其他有机物没有较好的去除作用，同时磷的去除率也有待进一步的提高。
[0006] CN101054242A中公开了应用即耐冷动性球菌AS 1.2722在低温污水处理中的应用。低温污水处理的方法是将耐冷动性球菌AS 1.2722接种于污水中在10℃至25℃下培养，利用耐冷动性球菌AS 1.2722在较低的温度下，可以有效去除污水中淀粉、蛋白、脂肪和BOD、COD。但是该方法针对氮和磷的去除能力还有待改进，其他有机物的去除也有待进一步的提高。
[0007] 本发明基于现有技术的缺陷，针对低温污水的处理提供了相应的改进。
发明内容
[0008] 本发明的目的是为了解决目前低温污水处理方法工艺复杂、处理成本高和能耗大的问题，而提供的一种低温污水处理方法。
[0009] 本发明的一个技术方案为一种低温污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)生活污水经过格栅井初步过滤，由水泵泵送至调节池，经过调节池调节污水水量、均衡污水水质后，由水泵泵送至初沉池；(2)在初沉池中污水中的泥沙等固体沉入池底，上层污水进入氧化暴晒池；(3)氧化暴晒池分为第一区和第二区，二者顺序排列，在氧化暴晒池的第一区中加入酸溶液，使得污水的PH调节至3-4,将难降解的有机物氧化分解5-10h，随后转移到第二区加入碱溶液，将PH值调至6-9；(4)将调节好pH的第二区污水转移到微生物处理池中，进行微生物处理即可。
[0010] 本发明的一个技术方案为一种去除低温污水中氮磷的方法，包含如下步骤：(1)生活污水经过格栅井初步过滤，由水泵泵送至调节池，经过调节池调节污水水量、均衡污水水质后，由水泵泵送至初沉池；(2)在初沉池中污水中的泥沙等固体沉入池底，上层污水进入氧化暴晒池；(3)氧化暴晒池分为第一区和第二区，二者顺序排列，在氧化暴晒池的第一区中加入酸溶液，使得污水的PH调节至3-4,将难降解的有机物氧化分解5-10h，随后转移到第二区加入碱溶液，将PH值调至6-9；(4)将调节好pH的第二区污水转移到微生物处理池中，进行微生物处理；所述处理为：用接种针挑取少许斜面培养的转基因耐冷动性球菌先进行扩培,以1.5X108cfu/mL分别接种于微生物处理池中，12℃搅拌培养3天即可；其中，转基因耐冷动性球菌为耐冷动性球菌CGMCC1.2722导入了序列为SEQ ID NO：1所示的基因获得；或者在SEQ ID NO：1所示的基因基础上，将其编码的氨基酸序列进行突变后的序列，所述突变的位点为有一个下述任一情形的点突变：SEQ ID NO：2的基础上将90S、109E、163F、208T、285A、297A或322F进行突变。
[0011] 本发明的一个技术方案为提供一株耐冷动性球菌在低温污水处理中的应用，即耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)CGMCC1.2722在低温污水处理中的应用。
[0012] 本发明另外提供一种增强耐冷动性球菌在低温条件下增强污水中氮和磷去除的蛋白的筛选方法，将黄杆菌节杆菌液体过夜培养，收集菌体，提取总DNA，DNA凝胶回收试剂盒回收纯化。纯化好的总DNA经BamHI酶切，经0.8％琼脂糖凝胶电泳后，用TaKaRa REC0CHIP回收0.5-1OKb之间的片段。pET-28a质粒经BamHI酶切后用去磷酸化酶(CIP)处理，防止在后续连接中的自连。将回收得到0.5-10Kb之间的DNA片段连入pET-28a载体，连接产物经醇沉处理，用去离子水溶解，电转化感受态细胞DH5α。得到库容大约l08的基因组文库。将文库质粒化学转化至BL21(DE3)，在氮和磷分别在LB培养基中分别添加1000mg/L的浓度下，进行筛选，以氮磷去除效率最高的摇瓶进行涂布2000mg/L氮磷平板，挑选单菌落，在3000mg/L的氮和磷的LB培养基中进行再次摇瓶培养，选择氮磷去除效果较高的作为候选基因来源，提取质粒，测序。即可获得能够显著提高氮磷去除效果的蛋白。
[0013] 本发明另外提供一种增强耐冷动性球菌在低温条件下增强污水中氮和磷去除的蛋白，其序列如SEQ ID NO：2所示，其基因序列如SEQ ID NO：1所示.
[0014] 其中本发明还提供了一种改进的增强耐冷动性球菌在低温条件下增强污水中氮和磷去除的蛋白，其序列为在SEQ ID NO：2的基础上将90S、109E、163F、208T、285A、297A、322F进行突变。
[0015] 本发明还提供上述蛋白在提高耐冷动性球菌CGMCC1.2722去除低温污水中氮磷中的应用。
[0016] 进一步的，所述突变分别为90S/G、109E/F、163F/S、208T/R、285A/Q、297A/S、322F/H。该突变为从200种突变情形中筛选获得的具有提高蛋白活性的情形。
[0017] 本发明还提供转基因的耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)CGMCC1.2722(即AS1.2722)进行低温污水处理的方法，所述基因对应编码SEQ ID NO：2所示的蛋白，或者在SEQ ID NO：2的基础上将90S、109E、163F、208T、285A、297A、322F进行突变的蛋白。
[0018] 本发明所提供低温污水处理的方法是利用转基因的耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)CGMCC1.2722,在低温条件下进行污水处理，具体方法是将转基因的耐冷动性球菌(Planococcus psychrotoleratus)CGMCC1.2722接种于污水中在10℃至25℃下培养。
[0019] 所述耐冷动性球菌在污水中培养的温度优选为18-22℃。
[0020] 所述耐冷动性球菌接种浓度的沮围可为l05-l08cfu/mL,优选为107cfu/mL。
[0021] 所述污水可为生活污水、淀粉厂污水、蓄禽养殖污水或屠宰场污水，优选为生活污水。
[0022] 本发明利用转基因的耐冷动性球菌(Planococcuspsychrotoleratus)CGMCC1.2722耐受低温生长环境的特点，将其用于低温污水处理，实验证明，将耐冷动性球菌接入生活污水中，在较低的温度下(10-25摄氏度)该菌株生长良好，可以有效去除污水中淀粉、蛋白、脂肪和BOD、COD，在含此类污染物的低温污水/废水(如生活污水)的生物处理中，具有很高的应用价值。
具体实施方式
[0023] 实施例1文库构建以及氮磷降解蛋白的筛选
[0024] 一种增强耐冷动性球菌在低温条件下增强污水中氮和磷去除的蛋白的筛选方法，将节杆菌Arthrobacter luteolus采用液体过夜培养，所述培养基为透明质酸0.8g，牛肉膏15g，蛋白胨10g，MgSO4 0.5g,NaCl 5g，H20 1000mL，自然pH中，培养条件为培养温度32℃，培养转速160rpm。收集菌体，提取总DNA，DNA凝胶回收试剂盒回收纯化。纯化好的总DNA经BamHI酶切，经0.8％琼脂糖凝胶电泳后，用TaKaRa REC0CHIP回收0.5-1OKb之间的片段。
pET-28a质粒经BamHI酶切后用去磷酸化酶(CIP)处理，防止在后续连接中的自连。将回收得到0.5-10Kb之间的DNA片段连入pET-28a载体，连接产物经醇沉处理，用去离子水溶解，电转化感受态细胞DH5α。得到库容大约l08的基因组文库。将文库质粒化学转化至BL21(DE3)，在氮和磷分别在LB培养基中分别添加1000mg/L的浓度下，进行筛选，以氮磷去除效率最高的摇瓶进行涂布2000mg/L氮磷平板，挑选单菌落，在3000mg/L的氮和磷的LB培养基中进行再次摇瓶培养，选择氮磷去除效果较高的作为候选基因来源，提取质粒，测序。获得能够显著提高氮磷去除效果的蛋白，其氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示，其核苷酸序列如SEQ ID NO：
1所示。
pET-28a质粒经BamHI酶切后用去磷酸化酶(CIP)处理，防止在后续连接中的自连。将回收得到0.5-10Kb之间的DNA片段连入pET-28a载体，连接产物经醇沉处理，用去离子水溶解，电转化感受态细胞DH5α。得到库容大约l08的基因组文库。将文库质粒化学转化至BL21(DE3)，在氮和磷分别在LB培养基中分别添加1000mg/L的浓度下，进行筛选，以氮磷去除效率最高的摇瓶进行涂布2000mg/L氮磷平板，挑选单菌落，在3000mg/L的氮和磷的LB培养基中进行再次摇瓶培养，选择氮磷去除效果较高的作为候选基因来源，提取质粒，测序。获得能够显著提高氮磷去除效果的蛋白，其氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示，其核苷酸序列如SEQ ID NO：
1所示。
[0025] 实施例2蛋白活性提高
[0026] 采用CN103103167A中公开的点突变方法，以SEQ ID NO：2所示的氨基酸序列为基础，构建突变体库，采用实施例1中相似的方法，进行活性蛋白的筛选，最终得到在90S/G(表述将S突变为G)、109E/F、163F/S、208T/R、285A/Q、297A/S、322F/H进行点突变后的蛋白其活性得到了显著的提高。
[0027] 将所述突变后的蛋白的编码序列分别在两端添加HindIII和Xhol酶切位点，然后将目的基因构建到pGL3-basic载体中，随后通过电击转化到感受态细胞CGMCC1.2722中，筛选阳性克隆，进行后续实验。
[0028] 实施例3污水处理实验
[0029] 一、耐冷动性球菌CGMCC1.2722对模拟生活污水的处理效果实验
[0030] 根据生活污水以淀粉、蛋白和脂肪为主要污染物，以及它的C0D含量约为300mg/L、且C:N:P约为100:5:1的特点，配制模拟生活污水：以葡萄糖+淀粉(各50％)、NH4C1+蛋白胨(各50％)、K2HPO4以及5mL/L的无机盐溶液配制成C0D为300mg/L的模拟生活污水(葡萄糖0.15g/L,淀粉0.15g/L,酵母粉0.01g/L，NH4Cl 0.01g/L,KH2P04 0.005g/L，无机盐溶液
5mL/L)。其中，无机盐溶液同实施例3的无机盐溶液。该模拟生活污水COD为300mg/L，BOD含量为285mg/L、淀粉含量为150mg/L,蛋白含量为10mg/L。
5mL/L)。其中，无机盐溶液同实施例3的无机盐溶液。该模拟生活污水COD为300mg/L，BOD含量为285mg/L、淀粉含量为150mg/L,蛋白含量为10mg/L。
[0031] 对耐冷动性球菌进行生活污水处理的模拟试验，具体步骤如下所述：
[0032] 用接种针挑取少许斜面培养的耐冷动性球菌以及相应的转基因菌株和含有突变蛋白的转基因株先进行扩培,以1.5X108cfu/mL分别接种于含1OOmL上述模拟生活污水的250mL三角瓶中，12℃摇床培养3天后测定菌株在模拟生活污水中的生长情况以及C0D的去除效果。菌株生长的测定以波长600nm处的浊度表示；C0D的测定采用国标法(GB11914-89)、淀粉的测定采用碘-碘化钾法、蛋白的测定采用Bradford法、B0D5的测定采用标准法测定了培养前后的各项指标。
[0033] 结果如表1所示。
[0034] 表1.耐冷动性球菌对模拟生活污水的处理效果
[0035]
[0036]
[0037] 从表1的结果可以看出，本发明通过导入了SEQ ID NO：2以及相应变体的蛋白，能够显著的提高所述的耐冷动性球菌对模拟生活污水的处理效果，各项污染物指标的去除率可从原始的未导入基因的90％以上(除蛋白外)提高到99％以上，而且在相同的培养时间内，菌体的繁殖效率也显著的提高从OD的结果可以看出，繁殖的增速很快。
[0038] 二、耐冷动性球菌CGMCC1.2722及转基因菌株对生活污水的处理效果实验选取餐饮废水，其处理前水质指标见表2。
[0039] 表2餐饮废水污水水质特征(mg/L)
[0040]水质指标 COD BOD5 SS 氨氮 总磷
481 267 240 17.8 2.88
481 267 240 17.8 2.88
[0041] 将该餐饮污水5吨经过格栅井初步过滤，由水泵泵送至容积为10m2调节池，均衡污水水质后，由水泵泵送至初沉池，静置10-24h；(2)在初沉池中污水中的泥沙等固体沉入池底，上层污水通过水泵泵送进入氧化暴晒池；(3)氧化暴晒池分为第一区和第二区，二者顺序排列，在氧化暴晒池的第一区中加入酸溶液，使得污水的PH调节至3-4,将难降解的有机物氧化分解10h，随后转移到第二区加入碱溶液，将PH值调至8；(4)将调节好pH的第二区污水转移到微生物处理池中，进行微生物处理即可，所述微生物为实施例2制备得到的转基因菌以及空白对照以100g菌体/1m3的接种量放入菌体，随后在12℃条件下，适当搅拌100r/min培养3天后测定菌株在污水的去除效果。结果如下表3所示：
[0042] 表3餐饮废水污水处理后的效果(mg/L)
[0043]
[0044] 从上述结果可以看出，本发明的污水处理方法以及相应的菌，可以很好的处理生活污水，使其达到景观用水的标注，从而循环利用，节约社会成本，造福人类。
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