1.本发明属于污水处理材料技术领域，具体涉及一种微生物复合碳源及其制备方法和应用。
背景技术：2.随着国家环保力度加大和污水排放标准的逐渐提高，总氮指标要求越来越高，普遍要求达到城市污水排放一级a标准，即tn《15mg/l，而在一些环保要求高的地区排放标准为即tn《10mg/l。这对污水处理的反硝化处理提出了更高的要求。
3.在污水处理过程中，有机物(碳源)不仅是异养微生物进行新陈代谢的必需物质和能量来源，同时作为生物脱氮反应过程电子供体的来源，因此碳源是决定反硝化进程及系统脱氮能力与效率的关键因素。目前我国大部分城镇污水处理厂普遍面临着原污水碳氮比低而无法满足正常生物脱氮除磷碳源需求的问题。同时，随着污水排放标准的不断提高，碳源不足已成为生物脱氮除磷能力与效率进一步提高的限制性因素。因此，大部分城镇污水处理厂需要通过向污水处理系统内投加一定量的外源性碳源以提高系统脱氮除磷效率。
4.反硝化可利用碳源通常可分为快速可生物降解性碳源、慢速可生物降解性碳源和内源性碳源。一般来说，在反硝化过程中，快速可生物降解的碳源基质是最佳的电子供体，其作为外源性碳源时活性污泥的反硝化速率最快。而在快速可生物降解碳源中，由于不同的碳源具有不同的分子结构，它们作为外源性碳源时活性污泥的比反硝化速率也存在一定差异。
5.外加碳源已成为改善低碳源污水脱氮除磷效果的有效措施之一，而碳源配方的选择与脱氮除磷菌群的培育、污水脱氮除磷效率密切相关。
6.目前，生物脱氮除磷主要靠活性污泥法实现；具有脱氮除磷功能的改进活性污泥法已经得到了广泛的应用。
7.活性污泥法通过特定的功能微生物来完成有机物降解、硝化与反硝化、除磷等过程，这意味着微生物的菌群结构和数量分布在很大程度上决定或影响着污水处理厂去除污染物的能力及效果。
8.而现有的反硝化处理中往往存在碳源不足的问题，必须外加碳源，如乙酸、甲醇、乙醇、葡萄糖等。乙酸、甲醇、乙醇属危化品，由于安全原因，很少被采用；葡萄糖由于反硝化速率慢而少应用。醋酸钠由于反硝化速率快，来源广泛，使用安全而被普遍使用，存在的主要问题是使用成本高，不经济。
技术实现要素：9.为了解决现有技术存在的上述污水处理过程中碳源消耗量大、污染物去除效果较差的技术问题，本发明目的在于提供一种微生物复合碳源及其制备方法和应用。
10.本发明所采用的技术方案为：一种微生物复合碳源，所述复合碳源主要由以下质量份数的原料制备得到：
11.柠檬酸100-500份，乳酸40-200份，多糖40-200份，脂肪酸40-200份和生长因子2.5-12.5份。
12.作为优选地，所述复合碳源主要由以下质量份数的原料制备得到：
13.柠檬酸200-300份，乳酸80-120份，多糖80-120份，脂肪酸80-120份和生长因子5-7.5份。
14.作为优选地，所述复合碳源主要由以下质量份数的原料制备得到：
15.柠檬酸250份，乳酸100份，多糖100份，脂肪酸100份和生长因子6份。
16.作为优选地，所述脂肪酸包括挥发性脂肪酸；
17.所述挥发性脂肪酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸中的一种或多种；
18.作为优选地，所述挥发性脂肪酸为丙酸。
19.作为优选地，所述生长因子包括嘌呤和烟酸；
20.所述嘌呤和烟酸的质量比为1：1-2。
21.柠檬酸：可以大幅提升异养硝化反硝化菌的丰度，使其总体的硝化反硝化速率高于自养菌，且能处理高浓度废水。
22.乳酸：其驯化的菌群表现出典型的pao代谢特征，即厌氧条件下吸收柠檬酸并伴随磷的释放，好氧条件下表现为磷的超量吸收。
23.多糖：由于多糖中具有还原性的醛基(—cho)能够促进细菌进行好氧反硝化，进一步提升脱氮速率。
24.丙酸：低分子挥发性脂肪酸(vfas)浓度是影响反硝化除磷效能的重要因素，在特定条件下将甘油厌氧降解生成丙酸，以提升污泥中以红环菌目数量，提升厌氧释磷效率。
25.生长因子：包括嘌呤、烟酸，是一类调节微生物正常生长代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的微量有机物，具有调控细胞生长、发育的作用，在脱氮系统中可提高微生物群增殖速率和活性。
26.一种微生物复合碳源的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
27.按照相应质量份数选取柠檬酸和多糖进行完全溶解后，加入乳酸、脂肪酸和生长因子，熟化。
28.作为优选地，所述熟化时在25～45℃的温度下进行1～2h。
29.作为优选地，所述熟化后还包括过滤的步骤，所述过滤采用200～600目滤网。
30.一种微生物复合碳源在处理污废水产品中应用。
31.本发明的有益效果为：
32.本技术提供了一种微生物复合碳源，该复合碳源是通过采用促生技术复配而成，含有丰富的各种营养元素，包括选用了柠檬酸和多糖等低分子有机物质，复配乳酸、脂肪酸和生长因子等富含大量元素、微量元素等物质，组配而成。
33.该微生物复合碳源能刺激水体中有益功能菌的生长繁殖，提高微生物对环境污染物的氧化分解能力，提升bod值，同时还能解除环境污染物对微生物的毒性，从而提高水体菌群的抗冲击性。
34.该微生物复合碳源的应用是通过改变微生物的菌群结构和数量分布提高污水处理厂去除污染物的能力及效果。通过提高碳源cod值，以降低碳源投加量，提高性价比。
附图说明
35.图1为实验例各污水处理厂碳源变更前后厂活性污泥群落结构在门分类水平上的示意图。
具体实施方式
36.下面结合具体实施例对本发明做进一步阐释。本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。所用试剂均为可以通过市售购买获得的常规产品。
37.实施例1：
38.一种微生物复合碳源的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
39.按照相应质量份数选取柠檬酸1000克和多糖400克进行完全溶解后，加入乳酸400克、脂肪酸400克和生长因子(嘌呤12.5克，烟酸12.5克)25克，在25℃下熟化1h。
40.实施例2：
41.一种微生物复合碳源的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
42.按照相应质量份数选取柠檬酸5000克和多糖2000克进行完全溶解后，加入乳酸2000克、脂肪酸2000克和生长因子(嘌呤62.5克，烟酸62.5克)125 克，在45℃下熟化1h。
43.实施例3：
44.一种微生物复合碳源的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
45.按照相应质量份数选取柠檬酸2000克和多糖800克进行完全溶解后，加入乳酸800克、脂肪酸800克和生长因子(嘌呤16.6克，烟酸33.4克)50克，在25℃下熟化2h。
46.实施例4：
47.一种微生物复合碳源的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
48.按照相应质量份数选取柠檬酸3000克和多糖1200克进行完全溶解后，加入乳酸1200克、脂肪酸1200克和生长因子(嘌呤37.5克，烟酸37.5克)75 克，在45℃下熟化2h。
49.实施例5：
50.一种微生物复合碳源的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
51.按照相应质量份数选取柠檬酸2500克和多糖1000克进行完全溶解后，加入乳酸1000克、脂肪酸1000克和生长因子(嘌呤20克，烟酸40克)60克，在45℃下熟化1h。
52.实验例
53.6座城市(数据来自：四川成都a、四川自贡f、贵阳安顺g、贵阳遵义h、云南昆明j、云南大理x)污水处理厂均由单一碳源(乙酸钠)改为使用微生物复合碳源，这些污水处理厂的进水多数以生活污水为主，其工艺类型、进水水质、运行方式相差不大。
54.在同等进出水量的情况下，使用单一碳源的量为1个重量份，微生物符合碳源的量为单一碳源的2/3个重量份的前提下，各厂的污水处理工艺和进出水水质对比见下表，普遍采用a2/o及其改进工艺。
55.通过对比可以发现，各水厂在运行工艺及相关运行参数不变的情况下，将原来的单一碳源改变为复合碳源后，出水水质均得到提升。
56.通过分析各水厂活性污泥的菌群结构及丰度的变化来探究其脱氮除磷效率提升的原因。
57.表1 6座城市污水样本处理记录表
58.[0059][0060]
上述6个样本处理结果体现出：通过使用复合碳源后的出水各指标检测均明显呈降低状态。
[0061]
分别在各厂生物反应池的好氧区末端采取使用微生物复合碳源前后的活性污泥样品，混合液经过30min静沉并离心后，采用低温保存，然后送样至基因测序公司委托测序。测序沿用高通量基本测序流程，经dna提取、pcr扩增、 miseq高通量测序等步骤。
[0062]
dna提取采用土壤dna提取方法，高通量测序通过illuminamiseq 2000体系完成，后续通过otu聚类分析和物种分类学分析，并进行群落结构等数据分析，对比使用复合碳源前后活性污泥的菌群结构及丰度的变化。
[0063]
如图1所示，各厂活性污泥群落结构在门分类水平上的多样性有显著提高，从之前的平均9个门提升为平均13个门以上。主要包括变形菌门 (proteobacteria)、拟杆菌门(bacteroidetes)、绿弯菌门(chloroflexi)、厚壁菌门 (firmicutes)、绿硫菌门(chlorobi)、浮霉菌门(planctomycetes)、酸杆菌门 (acidobacteria)，主要以变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门的微生物为主。
[0064]
六座污水处理厂外加碳源变更为复合碳源后，活性污泥中变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门菌群丰度得到提升。
[0065]
三者的相对丰度比例从50％～60％提升为70％～85％。变形菌门在各样品中均占
最大的丰度比例，为33％～47％。
[0066]
根据已知研究表明，大多数在生物脱氮、生物除磷及诸多污染物降解过程中起重要作用的微生物均归属于变形菌门。
[0067]
表2活性污泥样品中变形菌门微生物的分布比例％
[0068]
项目afghjxα-proteobacteria7.353.808.366.164.383.52β-proteobacteria16.6513.3710.8717.1520.6222.82δ-proteobacteria3.056.072.642.912.113.08ε-proteobacteria0.040.030.050.020.060.03γ-proteobacteria8.689.6521.1810.129.4110.13
[0069]
结合表2所示，对各污水厂活性污泥样品的变形菌门微生物的分布特征进行分析可以看出，所有样品中β-变形菌纲(β-proteobacteria)成为变形菌门丰度最大的菌群，其比例约占细菌总量的10％～25％，而β-proteobacteria也是活性污泥在脱氮、除磷和其他许多污染物去除中起重要作用的菌群。
[0070]
除此之外，γ-变形菌纲(γ-proteobacteria)和α-变形菌纲(α-proteobacteria)也占有较高的丰度比例，而ε-变形菌纲(ε-proteobacteria)的丰度最低。
[0071]
当污水厂外加碳源由单一碳源变更为微生物复合碳源后，通过对6个污水处理厂的活性污泥样品的检测：
[0072]
该检测结果证明复合碳源的应用是通过提升功能菌群的丰度及污泥群落结构的多样性，从而使各厂的活性污泥具有更好的脱氮除磷及去除污染物能力，进而提升出水水质。
[0073]
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，均属于本发明的保护范围。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，在不背离本发明的范围下，可对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，与此同时这些修改或者替换，并不会使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种微生物复合碳源，其特征在于，所述复合碳源主要由以下质量份数的原料制备得到：柠檬酸100-500份，乳酸40-200份，多糖40-200份，脂肪酸40-200份和生长因子2.5-12.5份。2.根据权利要求1所述的微生物复合碳源，其特征在于，所述复合碳源主要由以下质量份数的原料制备得到：柠檬酸200-300份，乳酸80-120份，多糖80-120份，脂肪酸80-120份和生长因子5-7.5份。3.根据权利要求2所述的微生物复合碳源，其特征在于，所述复合碳源主要由以下质量份数的原料制备得到：柠檬酸250份，乳酸100份，多糖100份，脂肪酸100份和生长因子6份。4.根据权利要求1-3任一项所述的微生物复合碳源，其特征在于，所述脂肪酸包括挥发性脂肪酸；所述挥发性脂肪酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸中的一种或多种；优选为，所述挥发性脂肪酸为丙酸。5.根据权利要求1-3任一项所述的微生物复合碳源，其特征在于，所述生长因子包括嘌呤和烟酸；所述嘌呤和烟酸的质量比为1：1-2。6.一种如权利要求1-3任一项所述微生物复合碳源的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：按照相应质量份数选取柠檬酸和多糖进行完全溶解后，加入乳酸、脂肪酸和生长因子，熟化。7.根据权利要求6所述的微生物复合碳源的制备方法，其特征在于，所述熟化时在25～45℃的温度下进行1～2h。8.根据权利要求6所述的微生物复合碳源的制备方法，其特征在于，所述熟化后还包括过滤的步骤，所述过滤采用200～600目滤网。9.一种如权利要求1-3任一项所述的微生物复合碳源在处理污废水产品中应用。
技术总结本发明公开了一种微生物复合碳源及其制备方法和应用，属于污水处理材料技术领域。该微生物复合碳源是通过采用促生技术复配而成，含有丰富的各种营养元素，包括选用了柠檬酸和多糖等低分子有机物质，复配乳酸、脂肪酸和生长因子等富含大量元素、微量元素等物质，组配而成。该微生物复合碳源能刺激水体中有益功能菌的生长繁殖，提高微生物对环境污染物的氧化分解能力，提升BOD值，同时还能解除环境污染物对微生物的毒性，从而提高水体菌群的抗冲击性。该微生物复合碳源的应用是通过改变微生物的菌群结构和数量分布提高污水处理厂去除污染物的能力及效果。通过提高碳源COD值，以降低碳源投加量，提高性价比。提高性价比。
技术研发人员：易稚鉴
受保护的技术使用者：四川中润佳和能源有限公司
技术研发日：2022.04.20
技术公布日：2022/7/5
