CN101724583A

CN101724583A - 处理含氨废水微生物菌群的生产方法

Info

Publication number: CN101724583A
Application number: CN 200810228404
Authority: CN
Inventors: 高会杰; 黎元生; 李志瑞; 唐似茵; 尹佩林
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: CN101724583B

Abstract

本发明公开了一种处理含氨废水微生物菌群的生产方法，将接种物放入生物反应器中逐级进行三级放大培养，接种物为处理含氨废水的耐受能力强的微生物菌群；第一级培养采用批次补加铵盐的方式，第二级培养和第三级培养采用批次补料和批次换水交替进行的方式；完成三级放大后收集菌体用于高氨氮废水处理系统或保藏备用。本发明培养方法具有培养效率高，生产量大等优点，适宜于大规模、商品化生产处理含氨废水微生物菌群。得到的微生物菌群可有效处理低COD、高氨氮废水，如催化剂生产废水等。

Description

处理含氨废水微生物菌群的生产方法

技术领域

本发明属于环境微生物领域，具体地说涉及一种用于含氨废水处理微生物菌群的批量生产方法，该方法可以实现脱氨氮微生物菌群的产业化、商品化。

背景技术

废水生物脱氮包括硝化和反硝化两个过程，其中参与硝化作用的微生物主要是硝化细菌，它是典型的自养细菌，从生物氧化氨氮到硝态氮过程中获得能量，一般以无机碳为碳源，因此代谢时间长、生长比较缓慢，属于革兰氏阴性菌，细胞壁中肽聚糖含量低，蛋白质和脂肪含量高，对环境变化比较敏感，所以自然界中天然的硝化细菌适应性和耐受性比较差。

硝化细菌研究中的种种困难起始于将其从纯培养中分离出来。就是采用严格无机培养的平板法，也并不适于从自然环境中直接将其分离出来，因为即使自接种物中引入的有机物质也能使异养的污染微生物生长。自养硝化细菌最成功的分离是预先采用了一系列广泛而仔细的增富步骤(Belser L.W.and E.L.Schmidt.1978.Diversity in the ammonia-oxidizing nitrifier population of a soil.Appl.Environ.Microbiol.36：584-588)。如同济大学的金志刚等对污泥中硝化细菌富集培养技术进行较详细的研究，结果表明：经过12-13周的富集培养，污泥中硝化细菌浓度可达2.0×10⁸(MPN)/g(MLSS)，是未经富集污泥中硝化细菌浓度的12.5-20倍(金志刚，何群彪.硝化细菌富集技术分析及方法研究.1998，上海环境科学，17(8)：10-19)；中国专利CN1354786A中公开了一种硝化细菌的高浓度培养方法；中国专利200710010383.0也公开了一种硝化细菌的富集方法，得到了富含硝化细菌且价格低廉的活性污泥样品。

已有的这些培养技术仅停留在实验室和小规模试验水平，不适于大规模商业生产，所以硝化细菌的产品化、商业化过程一直进展很慢。

中国专利CN1546650A公开了一种高活性、高稳定性液体硝化细菌的规模生产工艺，其特征是在好养发酵器中布置软性纤维；采用含有低分子有机碳源的培养基，促进硝化细菌的附着生长；定期补充低分子有机碳源和氮源，定期洗脱软性纤维上的硝化细菌；用低溶氧、低pH值、密封条件保存收集液；检测后装入包装容器。该液体硝化细菌主要用于生物修复养殖水环境和景观水环境。

目前虽然已有硝化细菌培养方面的一些技术，但规模化生产效率较低，产品价格较昂贵，且只能用于处理低浓度如低于500mg/L的氨氮废水，如中国专利CN1509991A公开的硝化菌剂主要用于海水养殖和工厂化循环海水高密度养殖的氨氮去除。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于低COD、高氨氮废水处理的微生物菌群的大规模培养方法，本发明培养方法具有培养效率高，获得的微生物菌群可以有效处理很高氨氮浓度的工业废水，如催化剂生产废水等。

本发明处理含氨废水微生物菌群的生产方法包括以下内容：将接种物放入生物反应器中进行多级放大培养，可以是二级、三级、四级、五级等；从经济合理、培养速度等方面考虑优选三级。接种物为处理含氨废水的耐受能力强的微生物菌群；第一级培养采用批次补加铵盐的方式，第二级以上培养均采用批次补料和批次换水交替进行的方式；完成多级放大后收集菌体用于高氨氮废水处理系统或保藏备用。培养过程中定期补加生长促进剂。

以下以三级放大培养为例说明本发明过程：三级放大培养过程中，第一级采用5～100L小规模培养反应器，第二级培养反应器规模为第一级培养反应器规模的5～20倍，第三级培养反应器规模为第二级培养反应器规模的10～50倍，三级放大培养过程总用时间一般为3～6周。

接种物由含有硝化细菌的基质通过驯化培养得到，含有硝化细菌的基质来源于天然的土壤、淤泥或含氨工业废水处理厂的活性污泥，或其它一切富含硝化细菌的基质，驯化培养前可以先进行富集培养。含硝化菌的基质富集处理可以为本领域现有任何方法。含硝化细菌基质的驯化培养方法为在高氨氮浓度和高pH值下进行培养，培养过程培养液氨氮初始浓度为100～1000mg/L，最终氨氮浓度为1200～3000mg/L，优选1300～2000mg/L，培养液COD值低于400mg/L，优选低于200mg/L，pH值控制为7.5≤pH≤9.5。

第一级培养采用在不排水的情况下批次补加铵盐方式，补加铵盐采用适宜浓度的铵盐溶液，当氨氮去除率达到80％以上时，补加氨氮浓度为10-25g/L的铵盐溶液，使得补加铵盐后培养液中的氨氮浓度达到800～1500mg/L。初始反应器内物料为反应器有效容积的20％～60％，当反应器内物料达到反应器有效体积80％以上时终止反应，自然沉降后排出上清液，将菌体转到第二级培养反应器中。

第二级培养和第三级培养采用先批次补加铵盐后批次换水交替进行的方式进行培养。第二级培养的批次补加铵盐和批次换水交替进行1～5次，第三级培养的批次补加铵盐和批次换水交替进行2～6次。第二级培养的初始体积和初始氨氮浓度与第一级培养反应器终止时的体积和氨氮浓度相同，当氨氮去除率达到80％以上时补加铵盐溶液，使得补加铵盐后培养液中的氨氮浓度达500～1500mg/L。当硝化反应产物累计浓度达3000-6000mg/L时，停止曝气待自然沉降后排出上清液，保留菌体，加入与排出液同体积的反应液继续反应，直到反应液体积达到反应器容积的80％以上时将菌体转入下一级进行培养。第三级培养方法与第二级培养方法相同，完成三级放大后结束一个批量的生产过程，收集保藏菌体。采用该过程可以得到耐受能力强、硝化效果好的微生物菌群，可以直接用于高氨氮废水的处理，也可以加入保护剂后保藏备用。

培养过程中使用的生长促进剂包含Fe²⁺、Mg²⁺、K⁺、Ca²⁺这四种金属阳离子，可采用常用物质进行配置，四种金属阳离子的摩尔配置比例为1∶(4-8)∶(5-15)∶(1-5)；其中Fe²⁺是以FeSO₄·7H₂O或者FeCL₂的形式加入；Mg²⁺是以MgSO₄·7H₂O或者MgCL₂的形式加入；K⁺是以KH₂PO₄和/或K₂HPO₄的形式加入；Ca²⁺是采用CaCO₃或者CaCl₂的形式加入。生长促进剂每12～48小时补加一次。使用生长促进剂能够使硝化细菌的生长速率提高10％-30％(以生物量的干重来计)。

本发明所用的培养液可以是自配含氨废水或者实际氨氮废水，培养液中的氨氮浓度为200mg/L～3000mg/L，COD值低于500mg/L，优选低于300mg/L，最优低于200mg/L。所述批量生产条件：pH值为7.4～9.5，优选7.8～8.5；温度为10℃～40℃，优选20℃～35℃；DO(溶解氧)只要控制在能够保证硝化反应正常进行的范围内即可。第一级培养时，接种物按照MLSS(悬浮固体含量)为0.3～1.5g/L来投加，与活性污泥混合使用时，接种物按照MLSS为0.5～1.0g/L投加，活性污泥的接种量为生物反应器有效容积的10％～50％投加。铵盐为任意可溶性铵盐，如硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵、醋酸铵等中的一种或几种。

本发明所用的培养反应器可以是各种适宜结构，只要有良好的曝气系统，可以采用搅拌器搅拌也可以不需搅拌。pH值可以通过添加碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液等进行调节。

本发明处理含氨废水微生物菌群的生产方法采用三级放大培养过程，不同的培养阶段优化不同的培养方式和条件，获得了综合优化效果，放大速度快，生产量大，得到的微生物菌群使用性能好。本发明方法所生产的液态菌群特别适合处理催化剂、合成氨等过程中产生的高浓度含氨废水，该微生物菌群耐受性和适应性强，抗冲击性好，氨氮的去除负荷高、处理效果好。经过一定时间保藏的硝化菌群恢复速度快，活性高，可实现脱氨氮微生物的产业化、商品化。

本发明的特点是：直接以处理含氨废水微生物菌群或者微生物菌群与活性污泥的组合物为接种物进行三级放大培养。批量生产过程采用批次补料和批次排水交替进行的方式一方面可以节约用水，另一方面可以使微生物菌群具有较强的耐受能力并具有较高的硝化活性。批量生产过程定期补加生长促进剂，可以补充硝化细菌生长所需的矿物质，同时加速酶的硝化反应，增强菌体的耐受性和生化活性。

具体实施方式

本发明提出了一种液体硝化菌的批量生产方法。本发明液态菌群生长速度快，收集量大，菌群具有较强的耐受性和适应性，具有较好的抗冲击性；可以实现脱氨氮微生物的产业化、商品化。

本发明提出的一种液体硝化菌的批量生产方法如下：

(1)本发明液体硝化菌的批量生产方法采用三级放大培养的方式，培养液中的氨氮浓度为800mg/L～1600mg/L，COD值低于200mg/L。

第一级培养采用批次补加铵盐的方式，第二级和第三级培养采用批次补加铵盐和批次换水交替进行的方式。批次补加铵盐按停气、补铵盐、曝气工序周期性进行。也可以在通空气条件下补铵盐。当氨氮去除率大于80％时补加铵盐，当第一级培养液体积达到反应器总容积的80％以上时转入下一级培养反应器。对于第二级和第三级反应器当硝化反应产物浓度积累到3000-6000mg/L时，停止通气，自然沉降后，排出上清液，留下菌体，重新进培养液直至反应液达到反应器体积的80％以上时结束批量生产过程，收集保存菌体。

(2)以实验室富集驯化好的微生物菌群作为接种物进行扩大培养。接种量按照MLSS(悬浮固体含量)为0.3～1.0g/L来投加。

(3)第二级和第三级放大培养过程中，换水后每隔1-3d补加金属阳离子总浓度为0.035-0.25mol/L的生长促进剂，补加量为反应器内物料体积的0.1-1％。

培养过程中温度为20℃～40℃，pH控制在7.5～8.5。DO为大于2mg/L。

实施例1处理含氨废水的微生物菌群的扩大培养

以本实验室富集驯化的微生物菌群作为接种物进行批量生产。首先将接种物接种到10L反应器内进行菌体的一级放大培养，初始投加生物量2g，培养液氨氮浓度为800mg/L，COD为46mg/L，初始培养液体积为5L；培养过程中每隔24～48h补加氨氮浓度为10-15g/L的氯化铵溶液，补充铵盐后培养液中的氨氮浓度均高于700mg/L，培养7d后，MLSS为1.5g/L，此后氨氮的去除率有所下降，停止通气，待自然沉降后除去上清液，将菌体转入60L反应器进行二级培养。二级培养液氨氮浓度为800～1000mg/L，补加铵盐的方式与一级培养相同，培养过程中每天补加金属阳离子总浓度为0.1mol/L的生长促进剂，补加量为反应器内物料体积的0.1％；培养5d后停止曝气待自然沉降后排出上清液，保留菌体，加入与排出液同体积的反应液继续进行批次补加铵盐过程，培养10d后，硝化反应产物累计浓度达5000mg/L，反应液体积达到50L停止通气，待自然沉降后除去上清液，将菌体转入500L反应器进行第三级培养，培养方式同二级，每天都要补加铵盐和生长促进剂，补加量为反应器体积的0.15％；每隔5d换一次水，批次补料和批次换水交替进行三次后反应液体积达到400L，此时结束一个周期的培养，收获保藏菌体。整个培养过程中pH控制在7.5，温度控制在25℃，溶解氧浓度为2.0～3.0mg/L。此次菌体批量生产周期为30d。

实施例2处理含氨废水的微生物菌群的扩大培养

以本实验室富集驯化的微生物菌群作为接种物进行批量生产。首先将接种物接种到10L反应器内进行菌体的第一级放大培养，初始培养液体积为5L，接种后MLSS为0.9g/L，进水氨氮浓度为1000mg/L，COD为80mg/L；培养过程中每隔24～48h补加氨氮浓度为12-25g/L的硫酸铵溶液，补充氨盐后培养液中的氨氮浓度均高于900mg/L，培养7d后，MLSS为2.3g/L，此后氨氮的去除率有所下降，停止通气，待自然沉降后除去上清液，将菌体转入100L反应器进行第二级培养。

第二级培养液氨氮浓度为800～1000mg/L，补加铵盐的方式与第一级培养相同，培养过程中每两天补加金属阳离子总浓度为0.2mol/L的生长促进剂，补加量为反应器内物料体积的0.15％；培养6d后停止曝气待自然沉降后排出上清液，保留菌体，加入与排出液同体积的反应液继续反应，培养15d后，硝化反应产物累计浓度达4000mg/L，反应液体积达到80L停止通气，待自然沉降后除去上清液，将菌体转入1000L反应器进行第三级培养。

第三级培养方式同第二级，培养液氨氮浓度为800～1500mg/L，每天都要补加铵盐和生长促进剂，生长促进剂的补加量为反应液体积的0.2％；每隔4d换一次水，批次补加铵盐和批次换水交替进行四次后，结束一个周期的培养，收获保藏菌体。

整个培养过程中pH控制在7.9，温度为室温25～30℃，溶解氧浓度为2.0～3.5mg/L。此次菌体批量生产周期为42d。

比较例1

按照实施例1所述的过程，第二级和第三级培养过程中没有定期补加培养促进剂，各级反应器操作条件与实施例1相同。最终结果表明同样的培养条件和培养时间，没有补加生长促进剂时菌体的生长速率较慢，最终收获的生物量明显少于实施例1方案收获的生物量。实施例1收获的生物量是对比例1收获生物量的1.5倍。

比较例2

按照实施例1所述的过程，第二级和第三级培养过程中不采用批次补加铵盐，仅采取批次换水的培养方法，其它操作条件与实施例1相同。最终结果表明同样的培养条件和培养时间，因为多次换水导致有些菌体流失，且菌体不易形成菌交团，最终收获的生物量明显少于实施例1方案收获的生物量。实施例1收获的生物量是对比例2收获生物量的1.4倍。

Claims

1.一种处理含氨废水微生物菌群的生产方法，将接种物放入生物反应器中逐级进行多级放大培养，接种物为处理含氨废水的耐受能力强的微生物菌群；第一级培养采用批次补加铵盐的方式，第二级以上培养均采用批次补料和批次换水交替进行的方式；完成多级放大后收集菌体用于高氨氮废水处理系统或保藏备用。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多级培养为三级；在三级放大培养过程中，第一级采用5～100L小规模培养反应器，第二级培养反应器规模为第一级培养反应器规模的5～20倍，第三级培养反应器规模为第二级培养反应器规模的10～50倍。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：接种物由含有硝化细菌的基质通过驯化培养得到。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：第一级培养采用在不排水的情况下批次补加铵盐方式，当氨氮去除率达到80％以上时补加氨氮浓度为10-25g/L的铵盐溶液，使得补加铵盐后培养液中的氨氮浓度达到800～1500mg/L；初始反应器内物料为反应器有效容积的20％～60％，当反应器内物料达到反应器有效体积80％以上时终止反应，自然沉降后排出上清液，将菌体转到第二级培养反应器中。

5.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：第二级培养和第三级培养采用先批次补加铵盐后批次换水交替进行的方式进行培养，第二级培养的批次补加铵盐和批次换水交替进行1～5次，第三级培养的批次补加铵盐和批次换水交替进行2～6次。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：第二级培养的初始体积和初始氨氮浓度与第一级培养反应器终止时的体积和氨氮浓度相同，当氨氮去除率达到80％以上时补加铵盐溶液，使得补加铵盐后培养液中的氨氮浓度达500～1500mg/L；当硝化产物累计浓度达3000-6000mg/L时，停止曝气待自然沉降后排出上清液，保留菌体，加入与排出液同体积的反应液继续反应，直到反应液体积达到反应器容积的80％以上时将菌体转入下一级进行培养。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在培养过程中补加生长促进剂，生长促进剂每12～48小时补加一次。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：培养过程中使用的生长促进剂包含Fe²⁺、Mg²⁺、K⁺和Ca²⁺四种金属阳离子，四种金属阳离子的摩尔配置比例为1∶(4-8)∶(5-15)∶(1-5)；其中Fe²⁺是以FeSO₄·7H₂O或者FeCL₂的形式加入；Mg²⁺是以MgSO₄·7H₂O或者MgCL₂的形式加入；K⁺是以KH₂PO₄和/或K₂H PO₄的形式加入；Ca²⁺是采用CaCO₃或者CaCl₂的形式加入；生长促进剂金属阳离子总浓度为0.035-0.25mol/L，加入量为反应器内物料体积的0.1-1％。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：培养条件为pH值为7.4～9.5，温度为10℃～40℃，溶解氧控制在能够保证硝化反应正常进行的范围内。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：培养过程使用的培养液为自配含氨废水或者实际氨氮废水，培养液中的氨氮浓度为200mg/L～3000mg/L，COD值低于500mg/L。