[发明专利]一种基于群体感应作用提高厌氧氨氧化颗粒系统抗盐冲击的装置及方法

说明书

一种基于群体感应作用提高厌氧氨氧化颗粒系统抗盐冲击的装置及方法，属于含盐废水处理领域。装置包括：配水箱、改良UASB‑MBR反应器、竖状MBR中空纤维膜、AHLs信号分子贮存瓶、水域循环水箱、WTW水质分析仪和PLC控制装置。方法步骤：装置的运行、厌氧氨氧化颗粒系统的启动、盐度冲击厌氧氨氧化颗粒系统、投加AHLs信号分子3OC6‑HSL和C12‑HSL提高抗盐冲击和投加3OC6‑HSL促进抗盐冲击后的恢复。本发明通过膜生物反应器高效截留厌氧氨氧化菌，并投加AHLs信号分子利用群体感应机制进行“细胞间的交流”，提高了厌氧氨氧化颗粒系统抗盐冲击能力，促进了抗盐度冲击后的恢复。

技术领域

本发明涉及含盐污水生物处理领域，基于群体感应作用以AHLs信号分子作为添加剂提高厌氧氨氧化颗粒系统抗盐冲击的装置及方法。

背景技术

随人们生活质量提高的同时，由于工业生产(如：食品加工行业(包括肉类罐头厂、腌菜厂、乳制品厂、鱼类加工厂等，盐度约15-150g/L)、制革厂(盐度约15-50g/L)和石油行业(开采出水和精炼工艺废水等，盐度约3-120g/L)的生产废水)和沿海地区对海水(如：海水冲厕产生的城市污水(盐度约5g/L))的使用，造成许多废水的含盐量呈现逐年增加的趋势。若含盐废水未经处理排入水体，将增加水体的含盐量破坏淡水生物的生长环境，导致淡水生物大量死亡；排入土地将造成土壤盐碱化破坏植物的生长；渗入地下污染地下水，影响人们的身体健康。因此含盐废水的处理迫在眉睫，但盐份会使细胞的渗透压失调，破坏细胞壁和酶系统，导致微生物活性降低或死亡，因此使用生物法处理含盐废水是一个棘手的问题。

厌氧氨氧化(anammox)作为一种新型脱氮工艺，因无需曝气、无需有机物和减少温室气体排放的高效经济脱氮途径，在污水处理领域受到广泛关注。厌氧氨氧化菌广泛分布于地球生态系统中(包括海洋沉积物)，而且是海洋氮循环的重要组成部分(约4-79％)，证明厌氧氨氧化菌具有在含盐环境中生存的潜力；而且厌氧氨氧化菌具有优异的聚集倾向，聚集形成的颗粒污泥生物量丰富，而且耐环境冲击能力强，因此厌氧氨氧化在含盐废水处理方面具有巨大的潜力。然而，应用厌氧氨氧化颗粒污泥工艺处理含盐废水依然面临着颗粒解体、Anammox菌活性降低等突出问题。颗粒的解体导致功能微生物的流失是造成厌氧氨氧化系统性能衰减的重要原因之一。膜生物反应器(MBR)工艺以其脱氮方面优异表现备受关注，基于MBR的强化生物脱氮工艺得到广泛应用。MBR工艺具有良好的固液分离能力，膜组件可以将絮状功能菌完全截留在反应器内部，避免了絮状功能菌的流失。此外发现，高盐度胁迫导致的厌氧氨氧化颗粒污泥特性(活性、结构、粒径、强度和沉降行为)的变化与胞外聚合物(EPS)的组成和含量显著相关。近年研究发现，调节系统内EPS的含量、组成和蛋白质结构，可以有效缓解盐度的抑制作用。部分研究表明，厌氧氨氧化颗粒污泥的EPS合成行为与群体感应(QS)高度相关。QS是指微生物群体间释放信号分子(如酰基高丝氨酸内酯(AHLs))，通过相关细胞蛋白的传递影响基因的表达，调控微生物群体的生理特征，如污泥颗粒化和生物膜形成等。在复杂的环境中厌氧氨氧化菌利用QS机制进行“细胞对细胞的交流”，以“团队作战能力”使整个种群更好地存活下来。相关报道，环境因素(如底物、pH值和温度)胁迫时会使厌氧氨氧化颗粒释放大量的信号分子(3OC6-HSL和C12-HSL)，分别促进颗粒活性和合成EPS保护微生物活性；而且添加合适类型的外源性AHLs可以显著提高厌氧氨氧化絮状物和颗粒的脱氮性能。

本发明正是经过深入研究发现盐度冲击下厌氧氨氧化颗粒会过量释放信号分子，促进颗粒的活性和大量合成EPS保护颗粒。基于此点，本发明基于改良UASB-MBR膜生物反应器从群体感应视角提供一种基于群体感应作用提高厌氧氨氧化颗粒系统抗盐冲击的装置及方法。

发明内容