本發明涉及一種以葡萄糖為共基質馴培降解青霉素活性污泥的方法，還涉及上述以葡萄糖為共基質馴培降解青霉素活性污泥的方法在降解青霉素廢水中的應用，屬于微生物廢水處理技術領域。

背景技術：

由于發達國家環保門檻的逐步提高，其制藥企業的環保處理費用不斷飆升、利潤大幅下降，為了降低生產成本，許多污染較重的制藥企業大幅轉移到環保要求相對較低的發展中國家(中國、印度等)。目前國內抗生素產業正處于快速發展階段，其中青霉素年產量超過2.2萬噸，占全球市場的70～75％，2013年中國的使用量就高達6730噸，占據抗生素市場份額的13％。但是，我國大部分制藥企業具有研發能力低、生產規模小、技術含量低等特點，造成了嚴重的資源浪費和環境污染(水污染)。環保部于2008年頒布實施了制藥廢水排放的新標準，面對日趨嚴格的管控標準，抗生素廢水的處理面臨巨大挑戰，我國大部分制藥企業現有的廢水處理設施和處理工藝難以滿足行業減排和廢水排放要求，抗生素廢水的高效處理問題正成為制約產業發展的瓶頸。此外，隨著現有藥品產能持續增加以及新藥物不斷投入生產，迫切需要建立高效處理抗生素廢水的方法。

生物處理系統作為抗生素廢水處理系統中最關鍵的處理單元，其處理效果直接影響出水水質。但是，抗生素廢水具有高cod、高氨氮、高鹽度等特點，此外，由于抗生素生產工藝的提取率較低，廢水中殘留的抗生素及其中間代謝產物含量較高，這些物質具有高生物毒性會直接抑制微生物的生長繁殖和活性，嚴重降低抗生素廢水生物處理效能，使得現有生物處理技術存在能耗高、耐沖擊能力差、出水水質不穩定等問題。加之工業廢水排放面臨新的提標要求，開發高效處理抗生素廢水的處理技術顯得十分必要。針對上述問題，采用生物法處理抗生素廢水的關鍵核心是馴化出能較好耐受抗生素廢水壓力的高效降解微生物體系，對抗生素廢水的高效處理意義重大。

經檢索，關于抗生素廢水活性污泥強化處理的研究已有相關公開。如中國專利申請號為201310148812.6的發明專利公開了一種抗生素藥物紅霉素高效降解菌劑的制備方法，中國專利申請號為201610109635.4的發明專利公開了一種磷霉素降解菌篩選及其菌劑制備方法和應用，中國專利申請號為201610895774.4的發明專利公開了一種抗生素廢水高效處理菌劑及其制備方法和應用，上述三種申請案都是通過稀釋涂布和平板劃線分離然后再進行培養純化，雖然可以得到抗生素高效降解菌劑，能夠加快抗生素廢水處理活性污泥的馴化過程，但其在篩選過程中步驟繁瑣、工作量大；功能菌株類型和組成相對單一、實際應用適應能力較差；此外，環境中90％以上的微生物是難以分離培養的，該方法嚴重限制了功能微生物資源的利用。因此，開發出一種操作簡便靈活并可最大程度利用目前難以分離培養的功能微生物資源，同時能夠實現抗生素廢水高效穩定處理的活性污泥馴化方法顯得尤為重要。

技術實現要素：

發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供一種用于降解青霉素的活性污泥的馴培方法，該馴培方法以葡萄糖為共基質，通過獨特的微生物共代謝方式，快速馴化出能夠適應高濃度青霉素廢水條件下生長代謝活性的活性污泥，從而提高活性污泥對青霉素廢水的處理效率。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種以葡萄糖為共基質馴培降解青霉素活性污泥的方法，該方法以葡萄糖作為青霉素的共基質為系統提供碳源，運用膜生物反應器進行青霉素廢水的好氧處理，然后逐步增加反應器負荷；穩定運行后，按梯度不斷提高進水青霉素濃度同時降低進水中葡萄糖的濃度，直至碳源完全替換為青霉素，最終馴化培養出適應高濃度青霉素廢水條件下生長代謝的活性污泥。

本發明馴培方法以葡萄糖為共基質，采用補充易生物利用的葡萄糖(碳源)，通過獨特的微生物共代謝方式，并通過采用具有高效截留作用的mbr反應器從而避免微生物流失，迅速富集功能微生物的生物量(圖1)，快速馴化培養出能夠適應高濃度青霉素廢水條件下生長代謝活性較高的活性污泥，從而強化活性污泥對青霉素廢水的處理能力。

其中，上述以葡萄糖為共基質馴培降解青霉素活性污泥的方法，具體包括如下操作步驟：

步驟1，從城市生活污水處理廠二沉池中取所需量回流污泥，進行預處理，恢復其活性；

步驟2，將步驟1中恢復活性后的活性污泥接種到mbr反應器中，接種污泥濃度為3500mg/l～4500mg/l；

步驟3，控制水力停留時間為14小時，控制mbr反應器內溶解氧為3～6mg/l，ph值為7～8，溫度為23～27℃，將自配的青霉素廢水通入mbr反應器內，并逐步提高進水負荷，同時以25～50％的比例提高氣水比，使mbr反應器內溶解氧始終保持在3mg/l以上；

步驟4，在mbr反應器運行穩定后(此時，青霉素的初始進水濃度為100mg/l，共基質葡萄糖的初始進水濃度為1000mg/l)，然后每個馴化階段(每個階段時間長短以反應器運行穩定為終點，一般為13天～38天)逐步提高青霉素的進水濃度，同時降低共基質葡萄糖的進水濃度，直至碳源完全替換為青霉素；在此過程中，mbr反應器中微生物群落結構不斷適應青霉素壓力，形成新的微生物生態；

步驟5，馴化階段監測進出水的cod和氨氮濃度：運行一段時間適當排泥使mbr反應器中污泥濃度維持在4000mg/l～5000mg/l，以保持污泥的活性，當cod和氨氮的去除率達到并穩定保持在90％和99％以上，活性污泥的生長狀態穩定，即完成降解青霉素活性污泥的馴化過程。

其中，步驟1中，所述預處理是指先通過濾網過濾回流污泥中的雜物，然后添加所需量的葡萄糖并曝氣使污泥恢復活性。

其中，步驟2中，所述mbr反應器所用膜組件的膜材料為中空聚偏氟乙烯纖維膜，中空聚偏氟乙烯纖維膜具有疏水性好、流動阻力小、水通量高、力學性能好、化學穩定性強、截留效率高等優點，其孔徑為0.03μm，外徑為2.2mm，內徑為1.0mm，膜面積為0.235m²。

其中，步驟3中，所述自配的青霉素廢水中青霉素的濃度為0.10～1.00g/l、葡萄糖的濃度為0.00～1.00g/l，氯化銨的濃度為0.02～0.25g/l，磷酸二氫鉀的濃度為0.02～0.10g/l，碳酸氫鈉的濃度為0.20～2.70g/l。

其中，步驟3中，進水中還含有微生物生長所必需的微量元素，濃度為0.50～3.00ml/l的微量元素濃縮液。

其中，步驟4中，每個馴化階段逐步提高青霉素的進水濃度是指每個馴化階段對應的青霉素進水濃度分別為100mg/l、200mg/l、500mg/l和1000mg/l。

其中，步驟4中，每個馴化階段逐步降低共基質葡萄糖的進水濃度是指每個馴化階段對應的葡萄糖進水濃度分別為1000mg/l、800mg/l、500mg/l和0mg/l。

相比于現有技術，本發明技術方案所具有的有益效果為：

首先，本發明方法省去了繁瑣的篩菌步驟，操作簡便靈活，同時可最大程度利用目前難以分離培養的功能微生物，增加了降解青霉素功能微生物的種類；此外，通過采用具有高效截留作用的mbr反應器以及青霉素進水濃度以梯度升高的方式，避免了過高的青霉素濃度壓力造成的生物量流失；

其次，本發明方法采用易降解的葡萄糖作為共基質，采用補充碳源的方式誘導微生物產生目標污染物(青霉素)的非專一性酶，增強微生物的活性，使得青霉素通過微生物的共代謝作用進行生物降解，從而提高難降解有機物的降解效率，還可快速高效的實現活性污泥的馴化；

最后，本發明方法獲得的活性污泥功能穩定，便于推廣應用，可有效解決現有抗生素廢水生化處理效能低下且受水質參數波動影響較大、出水難以達標排放的問題，具有良好的社會效益。

附圖說明

圖1為不同共基質條件下功能微生物組生物量生長情況；

圖2為廢水處理實驗中投加實施例馴化獲得的活性污泥與未投加馴化獲得的活性污泥的cod去除率對比圖；

圖3為廢水處理實驗中投加實施例馴化獲得的活性污泥與未投加馴化獲得的活性污泥的氨氮、亞硝態氮和硝態氮去除率對比圖；

圖4為廢水處理實驗中投加實施例馴化獲得的活性污泥與未投加馴化獲得的活性污泥的青霉素去除率對比圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的技術方案做進一步說明，但是本發明要求保護的范圍并不局限于此。

本發明以葡萄糖為共基質馴培降解青霉素活性污泥的方法，取生活污水處理廠二沉池的回流污泥作為種泥，以葡萄糖作為青霉素的共基質為系統提供碳源，運用膜生物反應器進行青霉素廢水的好氧處理，然后逐步增加反應器負荷；穩定運行后，按梯度不斷提高進水青霉素濃度同時降低進水中葡萄糖的濃度，直至碳源完全替換為青霉素；在此過程中，mbr中微生物群落結構不斷適應青霉素壓力，形成新的微生物生態。

實施例

步驟1，本發明方法的種泥采自微生物多樣性較高的城市生活污水處理廠二沉池：從城市生活污水處理廠二沉池取回流污泥，將污泥先通過濾網過濾其中的雜物，然后添加葡萄糖并曝氣使其恢復活性；

步驟2，將恢復活性后的活性污泥接種到mbr反應器中，mbr反應器中接種污泥的濃度為3500～4500mg/l；

步驟3，控制水力停留時間(hrt)為14小時，通過調控保持mbr反應器內溶解氧為3～6mg/l，ph值為7～8，溫度為常溫(25±2℃)，根據青霉素廢水水質特征，自配青霉素廢水，并逐步提高進水負荷，同時以25～50％的比例提高氣水比，使mbr反應器內溶解氧始終保持在3mg/l以上；

步驟4，mbr反應器運行穩定后，青霉素的進水濃度為100mg/l，易降解的共基質葡萄糖的進水濃度為1000m/l，然后每個馴化階段不斷提高青霉素的進水濃度，同時降低進水中葡萄糖的濃度，直至碳源完全替換為青霉素(最終青霉素、葡萄糖進水濃度分別為1000mg/l和0mg/l)；每個馴化階段逐步提高青霉素的進水濃度是指每個馴化階段對應的青霉素進水濃度分別為100mg/l、200mg/l、500mg/l和1000mg/l；每個馴化階段逐步降低共基質葡萄糖的進水濃度是指每個馴化階段對應的葡萄糖進水濃度分別為1000mg/l、800mg/l、500mg/l和0mg/l；

步驟5，馴化階段監測進出水的cod和氨氮濃度，運行一段時間適當排泥使反應器中污泥濃度維持在4000～5000mg/l，以保持污泥的活性，cod和氨氮的去除率達到并穩定保持在90％和99％以上，活性污泥的生長狀態穩定，即完成降解青霉素廢水活性污泥的馴化過程。

平行試驗：將采用本發明馴化方法的馴化污泥配置成四種濃度然后分別接種到四個mbr反應器中，四個mbr反應器中馴化污泥與處理系統污泥生物量比分別為：12.5％、25％、50％和100％，反應器中污泥濃度保持在3500～4500mg/l；將四個mbr反應器分別進行含有青霉素的模擬廢水處理，進水中青霉素濃度為200mg/l，廢水中加入葡萄糖(濃度為1000mg/l)，氨氮濃度為250mg/l，鹽濃度為1％(nacl，10000mg/l)，四個mbr反應器運行28天，各個反應器中實驗數據如圖2～圖4所示。

對比實施例：未馴化的污泥對青霉素廢水的處理效果

步驟1，從城市生活污水處理廠二沉池取回流污泥，首先通過濾網過濾其中的雜物，添加葡萄糖并曝氣使其恢復活性；

步驟2，將恢復活性后的活性污泥接種到mbr反應器中，接種污泥濃度為3500～4500mg/l；

步驟3，控制水力停留時間(hrt)為14小時，通過調控保持mbr反應器內溶解氧為3～6mg/l，ph值為7～8，溫度為常溫(25±2℃)；

步驟4，進行含有青霉素的模擬廢水的處理，進水中青霉素濃度為200mg/l，廢水中加入葡萄糖(濃度為1000mg/l)，氨氮濃度為250mg/l，鹽濃度為1％(nacl，10000mg/l)，mbr反應器運行28天。

步驟5，運行一段時間適當排泥使反應器中污泥濃度維持在4000～5000mg/l，以保持污泥的活性。

監測反應器中進出水的cod、氨氮、青霉素濃度，其實驗數據如圖2～圖4所示。

實施例與對比實施例的結果比較分析表明，以葡萄糖為共基質馴化獲得的高效降解青霉素的活性污泥，可提高58％的cod去除效果，69％的氨氮去除效果，50％的青霉素去除效果，可至少減少三分之二的啟動時間，節省至少50％的反應器啟動投入。本發明采用補充碳源的方式促進了共代謝的發生，提高了馴化獲得活性污泥的生物降解性能。本發明馴化方法省去了繁瑣的篩菌步驟，操作簡便靈活，同時可最大程度利用目前難以分離培養的功能微生物；此外，利用易降解葡萄糖為共基質的馴化方法能快速篩選青霉素降解功能菌群，可應用于青霉素廢水的高效處理。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。