一种利用胞外酶去除污水中微污染物方法

本发明属于污水处理，具体涉及一种利用胞外酶去除污水中微污染物方法。

背景技术：

1、市政污水、医院废水、养殖废水及污水处理厂出水中广泛存在抗生素类微污染物，该类污染物通常具有浓度低、结构多样、难以完全生物降解等特点，常规污水生化处理工艺对其去除效果有限，导致部分抗生素类微污染物可能随二级出水进入后续处理单元或受纳水体，并带来潜在生态风险和抗性传播风险。因此，开发适用于污水处理厂生化出水的抗生素类微污染物强化去除技术具有重要意义。

2、目前，已有一些针对水中有机微污染物或抗生素类污染物的生物处理或酶促处理方法被提出。例如，中国专利文献cn110526418b公开了一种利用固定化密孔菌降解养殖废水中抗生素的方法，通过将密孔菌固定于菌包中培养后处理含四环类或磺胺类抗生素的养殖废液。中国专利文献cn107117719b公开了一种去除畜禽养殖废水中抗生素的方法，其通过将脂肪酶固定在生物炭上制备固定化脂肪酶，并用于四环素类抗生素的去除。

3、上述方法说明微生物及酶促反应在抗生素类污染物去除中具有应用潜力，但前者仍以固定化活菌或菌体体系为核心，后者则依赖外源固定化酶和介体体系，尚未充分利用产胞外酶细菌在不同碳源条件下可调控分泌胞外酶的特性。此外，细菌在生长过程中能够向胞外环境分泌多种功能酶，这些胞外酶可参与有机污染物的氧化、还原、水解或结构转化，存在一定的生态风险。

4、因此，现有技术中仍有必要提供一种区别于直接投加活菌、固定化菌体或外源固定化酶的方法，通过在独立胞外酶制备单元中调控产胞外酶细菌的碳源条件，诱导其分泌胞外酶，并在去除完整活细胞后将胞外酶液投加至污水生化处理出水中，从而实现抗生素类微污染物的转化或降解。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种利用胞外酶去除污水中微污染物方法，通过调控产胞外酶细菌的培养条件获得无完整活细胞的胞外酶液，并应用于污水生化处理出水中，以提高抗生素类微污染物的去除效果，同时降低直接投加活菌带来的外源菌释放风险及处理过程不确定性。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明所述的一种利用胞外酶去除污水中微污染物方法，包括利用碳源调控细菌产生胞外酶，以制备无完整活细胞的胞外酶液，投入含微污染物的污水生化处理出水中；所述胞外酶液投加量为待处理污水体积的5%–30%，水力停留时间为2~8小时。

3、优选地，所述利用碳源调控细菌产生胞外酶，以制备无完整活细胞的胞外酶液的方法为：将产胞外酶细菌接种至碳源的培养液或污水基质中，通过调控碳源的种类和浓度诱导所述产胞外酶细菌分泌胞外酶，得到含胞外酶的细菌培养液；对所述含胞外酶的细菌培养液进行固液分离和/或除菌过滤得到无完整活细胞的胞外酶液。

4、优选地，所述培养液中还包括无机营养盐，所述无机营养盐包括：磷酸盐、铵盐、钠盐、钙盐、镁盐中一种或任意组合。

5、优选地，所述碳源浓度为0.1–10 g cod/l。

6、优选地，产胞外酶的细菌在好氧、微好氧或兼氧条件下培养，培养温度为15–35℃，ph为6.0–8.5。

7、优选地，所述污水生化处理出水为污水处理厂二级生化处理出水，包括：二沉池出水、膜生物反应器膜出水或生物滤池出水。

8、优选地，所述微污染物为抗生素类微污染物，包括：磺胺类、喹诺酮类、β-内酰胺类、大环内酯类、硝基咪唑类和氯霉素类抗生素中的一种或多种。

9、优选地，所述细菌包括：假单胞菌属、拉乌尔菌属、芽孢杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、红球菌属、不动杆菌属、短波单胞菌属、伯克霍尔德菌属中一种或任意组合。

10、优选地，所述碳源为可生物降解有机碳源，包括：葡萄糖、乙酸钠、淀粉水解液、胰蛋白胨、酵母提取物、蛋白胨中一种或任意组合。

11、优选地，所述固液分离和/或除菌过滤包括离心、沉降、过滤或组合。

12、有益效果：本发明具有如下优点：1、本发明将产胞外酶细菌的培养诱导过程与污水主流处理过程相分离，通过独立制备无完整活细胞的胞外酶液，并将其投加至污水生化处理出水中用于抗生素类微污染物去除，与直接投加活菌相比，本发明方法能够降低外源活菌进入污水处理系统或受纳水体的风险，同时减少菌体生长、吸附和群落竞争等因素对污染物去除过程的干扰；

13、2、本发明通过调控碳源种类、碳源浓度及无机营养盐条件，诱导产胞外酶细菌形成具有不同酶活性组成的胞外酶液，从而提高或调节其对不同抗生素类微污染物的转化和降解能力；

14、3、本发明反应条件温和，无需额外投加臭氧、过硫酸盐、过氧化氢等强氧化剂，可与污水处理厂二级生化处理出水的深度处理过程衔接，具有工艺简单、运行方式灵活和工程适配性较好的特点。

1.一种利用胞外酶去除污水中微污染物方法，其特征在于，包括利用碳源调控细菌产生胞外酶，以制备无完整活细胞的胞外酶液，投入含微污染物的污水生化处理出水中；所述胞外酶液投加量为待处理污水体积的5%–30%，水力停留时间为2~8小时。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用碳源调控细菌产生胞外酶，以制备无完整活细胞的胞外酶液的方法为：将产胞外酶细菌接种至碳源的培养液或污水基质中，通过调控碳源的种类和浓度诱导所述产胞外酶细菌分泌胞外酶，得到含胞外酶的细菌培养液；对所述含胞外酶的细菌培养液进行固液分离和/或除菌过滤得到无完整活细胞的胞外酶液。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述培养液中还包括无机营养盐，所述无机营养盐包括：磷酸盐、铵盐、钠盐、钙盐、镁盐中一种或任意组合。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳源浓度为0.1–10 g cod/l。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，产胞外酶的细菌在好氧、微好氧或兼氧条件下培养，培养温度为15–35 ℃，ph为6.0–8.5。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污水生化处理出水为污水处理厂二级生化处理出水，包括：二沉池出水、膜生物反应器膜出水或生物滤池出水。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微污染物为抗生素类微污染物，包括：磺胺类、喹诺酮类、β-内酰胺类、大环内酯类、硝基咪唑类和氯霉素类抗生素中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细菌包括：假单胞菌属、拉乌尔菌属、芽孢杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、红球菌属、不动杆菌属、短波单胞菌属、伯克霍尔德菌属中一种或任意组合。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳源为可生物降解有机碳源，包括：葡萄糖、乙酸钠、淀粉水解液、胰蛋白胨、酵母提取物、蛋白胨中一种或任意组合。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固液分离和/或除菌过滤包括离心、沉降、过滤或组合。