CN102952765A

CN102952765A - 一种耐盐高效亚硝化菌群的富集培养方法

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Publication number: CN102952765A
Application number: CN201110254034XA
Authority: CN
Inventors: 王道泉; 孙杰; 赵璞; 马兰兰; 赵桂瑜; 魏令勇
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: CN102952765B

Abstract

本发明运用序批式培养，采用逐步提高氨氮浓度的方法富集培养耐高浓度氨氮亚硝化菌群，并采用逐步增加模拟废水中盐浓度的方法对耐高浓度氨氮亚硝化菌群进行耐盐性驯化。本发明所培养的耐盐高效亚硝化菌群浓度高，活性好，可显著提高高盐氨氮废水生化处理去除率，适用于各种氨氮工业废水处理；本发明中培养耐盐亚硝化菌群可利用基质范围广，易于培养，而且不需外加有机碳源，大大节省了投资，从而降低了废水处理成本，本发明所使用的培养方法适用于规模化生产。利用本发明培养的亚硝化菌群可以解决高盐氨氮废水难以生化处理及处理成本较高的问题，具有良好的经济效益和环境效益。

Description

一种耐盐高效亚硝化菌群的富集培养方法

技术领域

本发明涉及微生物技术领域，包括催化剂高盐氨氮废水、氮肥行业高氨氮废水处理等行业。具体地说，本发明涉及一种耐盐高效亚硝化菌群的富集培养方法，更具体地说，涉及一种以高盐废水中氨氮为处理对象的亚硝化菌群的富集培养方法。

背景技术

氨氮是水体污染中重要因素，水中过高的氨氮容易引起水中植物及藻类的过度繁殖，使水体自净化能力减弱，恶化水质从而造成水体富营养化。目前的现有技术中，氨氮废水的主要治理方法有物化法、高级氧化法和生物法。

a、物化法有折点氯化法、化学沉淀法、离子交换法、吹脱/汽提法、膜技术法、电渗析法和结晶法。物化法存在反应条件苛刻、运行费用高等缺点，其应用也仅限于部分行业和领域。b、高级氧化技术主要包括光催化氧化、超临界催化氧化、湿式氧化技术、催化湿式氧化技术。这些技术都具有设备投资大、运行费用高、操作条件要求苛刻的特点，且经高级氧化技术处理后氨氮转换为氮氧化物，总氮仍需进一步处理。c、生物法处理高浓度氨氮废水有多种形式，主要有传统硝化/反硝化、亚硝酸硝化/反硝化工艺、同时硝化/反硝化、厌氧氨氧化工艺。生物法由于其处理成本低、效果好，适用面广从而得到了广泛应用。

高盐度氨氮废水是指总含盐质量分数大于1％的废水。由于废水中高盐份的存在，微生物的细胞膜和菌体内的酶会被破坏，微生物的生长也会被抑制，从而增加了氨氮废水生物处理的难度。某些企业采用稀释后生化处理该类废水的方法，该方法会增加处理规模、基建投资及运行费用。如何驯化适应高盐度氨氮废水的硝化菌群成为一个技术难题。

现有技术中，专利CN1354786A公开了一种活性污泥中硝化细菌和脱氮细菌高浓度培养方法、硝化细菌高浓度培养方法用培养促进剂以及活性污泥减重加工方法，该方法以下水污泥和屎尿污泥作为接种污泥，以污泥脱水滤液或硝化脱离液为培养液，以碳酸钠和碳酸氢钠组成共同供给硝化细菌同化碳酸所需碳源的培养促进剂，培养温度为25～35℃，pH值为7.5～8.5，处理氨氮浓度范围为100～300mg/L，超过此浓度会对菌体产生抑制作用。

专利CN101240253A公开了一种活性污泥中高效硝化细菌的富集方法，该方法以污水处理厂活性污泥为接种污泥，以氨氮、微量无机盐及缓冲液为培养液，采用间歇式活性污泥法，通过逐步提高培养液氨氮浓度的方法来进行富集，富集培养液中的COD通过加入葡萄糖或甲醇实现，处理过程中加入少量有机物，富集条件为：温度为20～30℃；pH值为6.0～9.0，污泥沉降比为15～25％；溶解氧为2～10mg/L，其中NH₄ ⁺-N初始浓度为100mg/L～200mg/L，最终浓度为500mg/L～1200mg/L；COD≤200mg/L。

专利CN1986443A公开了一种硝化菌生长促进剂，其成分主要为糖蜜、金属盐和吸附剂，适合于低盐氨氮废水处理。

上述技术均用于富集培养适应高浓度氨氮废水的硝化菌群，实际生产和工程应用中，亚硝化菌的硝化作用是脱氮过程中决定反应速度的关键因素，控制着硝化作用的整个过程，如果不能很好的控制亚硝化菌的生长优势，整个脱氨氮过程都将受到影响。

专利CN101709278A公开了一种高浓度亚硝化细菌的规模化培养方法，该方法以污水处理厂活性污泥作为接种污泥，铵盐、磷酸盐、钙盐、镁盐、铁盐作为微生物培养液，采用序批式进水结合絮凝沉淀富集菌体进行硝化细菌的定向规模化培养，其氨氮处理范围≤1000mg/L。该技术实现了高浓度亚硝化细菌的规模化培养，但是所培养的亚硝化菌并不适用于高浓度盐环境。

因此，对于目前实际生产过程中产生的高盐、高氨氮污水，急需一种高盐分废水耐受能力强，氨氮去除率高的亚硝化菌群及其富集培养方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种耐盐高效亚硝化菌群的富集培养方法。该方法采用序批式培养，逐步提高废水中盐分浓度，使普通活性污泥中亚硝化菌群能够适应水中高盐分，以达到处理目的。采用该方法富集培养得到的亚硝化菌群能够耐受氨氮废水中高盐分，高效去除水中的氨氮，从而解决高盐氨氮废水的处理难题，具有良好的经济、环境效益。

为实现上述目的，本发明提供了一种耐盐高效亚硝化菌群的富集培养方法，包括：

步骤A，将活性污泥接种至含有培养液的反应器中；

步骤B，对活性污泥中的亚硝化菌群进行富集培养，获得耐高浓度氨氮的亚硝化菌群；

步骤C，耐高浓度氨氮亚硝化菌群的耐盐性驯化；

步骤D，判定耐盐高效亚硝化菌群富集培养驯化结果；

其中，步骤C采用逐步提高培养液中盐浓度的方法对步骤B中富集培养的耐高浓度氨氮亚硝化菌群进行耐盐性驯化，每一个盐浓度下亚硝化菌群的驯化周期为15～30d(天)。

根据本发明，所述各步骤均是在带有加热装置的SBR反应器进行，反应器温度控制在15～37℃。所述培养液为模拟废水，步骤A～C均不加有机碳源。所述培养液由营养盐、部分碳源基质、部分氨氮基质和水组成；营养盐主要包括铁、镁、钾、磷类常规无机盐；部分碳源基质为无机碳源，具体地说，为无机碳酸盐。部分氨氮基质为碳酸铵和/或碳酸氢铵或其混合物。

在本发明的一个实施例中，步骤A中初始接种活性污泥浓度控制在1～3g/L。所述活性污泥为炼厂二沉池或浓缩装置活性污泥，污泥取出后必须在48h以内进行接种。

根据本发明方法，步骤B中耐高浓度氨氮亚硝化菌群的富集培养方式为逐步提高培养液中氨氮浓度的序批式培养，每一个氨氮浓度下亚硝化菌群的富集培养周期为3～7d。所述培养液中的初始氨氮浓度控制在100～300mg/L，氨氮递增梯度为50～100mg/L，最终氨氮浓度为800～1000mg/L。

在本发明的一个实施例中，步骤B中培养液的pH控制在6.0～9.0，优选pH为6.5～8.5，pH主要通过碳酸钠及碳酸氢钠调控。

在本发明的另一实施例中，步骤B中培养液的溶氧值控制在0.5～6.5mg/L，优选溶氧值为1.0～2.5mg/L，溶氧值通过控制曝气量进行调节。曝气操作既可以控制培养液的溶氧值，又在反应系统内起到搅拌作用。

在一个具体的实施例中，将碳酸铵即作为氨氮基质又作为部分碳源基质被加入到模拟废水中；营养盐Fe²⁺主要以FeSO₄·7H₂O盐加入，其中Fe²⁺控制在2～20mg/L，优选为5～15mg/L；Mg²⁺主要以MgSO₄·7H₂O盐加入，其中Mg²⁺控制在5～20mg/L，优选为10～15mg/L；磷主要以KH₂PO₄或K₂HPO₄盐加入，其中P控制在10～300mg/L，优选为50～200mg/L；在模拟废水中添加适量碳酸氢钠作为废水无机碳源；曝气池中pH主要通过碳酸钠及碳酸氢钠协同作用来调节，碳酸盐一方面作为部分碳源基质，另一方面作为pH缓冲盐加入，将pH控制在6.5～8.5。

根据本发明方法，步骤C采用逐步提高盐浓度的方法，使在渐浓的高氨氮浓度条件下富集培养的耐高浓度氨氮亚硝化菌群能够逐渐适应废水中高盐分，从而实现耐高浓度氨氮亚硝化菌群的耐盐性驯化。所述步骤C中培养液的初始盐浓度为8～12g/L，盐浓度递增梯度为4～8g/L，最终盐浓度为20～24g/L。所述盐包括氯化钠和/或硫酸钠或其混合物。

根据本发明，步骤C中反应器的一个运行周期为12～24h，其中，进水15min、曝气9～20h、沉淀1～2h、排水1h，剩余时间为闲置期。

在本发明的一个具体的实施例中，经过前期耐高浓度氨氮亚硝化菌群的富集培养后，开始耐高浓度氨氮亚硝化菌的耐盐性驯化过程。驯化初始阶段，含氨氮培养液中氯化钠及硫酸钠分别按照2.5g/L、8g/L添加；此后的驯化过程中，含氨氮培养液中氯化钠及硫酸钠浓度分别按照2g/L、4g/L浓度梯度递增，最终浓度分别为6.5g/L、16g/L。每一个盐浓度的驯化周期大约为15～30d；反应器一个运行周期为12～24h，在一个运行周期中，进水15min、曝气9～20h、沉淀1～2h、排水1h，剩余时间为闲置期。

根据本发明方法，步骤D通过观测亚硝化菌群性状及对高盐氨氮废水的处理效果来判定其富集培养驯化过程是否完成。

驯化初期，污泥中仍含有大量原生动物，尤其以钟虫数量较多；而原生动物因对盐环境无法适应，在处理系统中已消失；此时，菌胶团较为密实；盐浓度提高后，原生动物数量和种类明显减少，所形成的污泥颗粒小且密实，菌胶团成大块团状；污泥中未观察到丝状菌存在。经过最终高盐浓度驯化后，300～1000mg/L的氨氮可在12～24h内去除97％以上，达到理想处理效果，故此认为驯化完成。

本发明运用序批式培养，采用逐步提高氨氮浓度的方法富集培养亚硝化菌群，并采用逐步增加废水中盐浓度的方法对富集培养的亚硝化菌群进行驯化，以此使普通活性污泥中亚硝化菌群能够逐步适应高氨氮浓度和高盐浓度，以达到废水处理的目的。

根据本发明方法的处理对象主要为高盐氨氮废水，其水质情况见表1。

表1废水水质

本发明所培养的耐盐亚硝化菌群浓度高，活性好，可显著提高高盐氨氮废水生化处理去除率，适用于各种氨氮工业废水处理；与现有技术相比，本发明中培养耐盐亚硝化菌群可利用基质范围广，易于培养，而且不需外加有机碳源，大大节省了投资，从而降低了废水处理成本，本发明所使用的培养方法适用于规模化生产。利用本发明培养的亚硝化菌群可以解决高盐氨氮废水难以生化处理及处理成本较高的问题，具有良好的经济效益和环境效益。

附图说明

下面结合附图来对本发明作进一步详细说明：

图1是一种耐盐高效亚硝化菌群的富集培养方法反应器示意图。

图中附图标记的含义如下：1SBR反应器；2曝气池；3循环水夹套；4酸液；5碱液；6循环水入口；7循环水出口；8曝气管。

具体实施方式

下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，这些实施例和附图仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。

按照1～3g/L的浓度将活性污泥接种至SBR反应器1的曝气池2中，按照本发明所述基质及营养盐组分配比配置培养液加入到SBR反应器1的曝气池2中，并通过曝气管8进行曝气，加入碳酸氢铵，针对亚硝化菌群进行间歇式富集培养。在此反应过程中，一个运行周期为12～24h，每个运行周期中，进水15min、曝气9～20h、沉淀1～2h、排水1h，剩余时间为闲置期；反应器中溶氧值通过曝气管8控制在0.5～6.5mg/L，pH通过酸液4和/或碱液5控制在6.0～9.0，温度通过夹套3中的循环水控制在15～37℃，循环水通过循环水入口6进入夹套3，换热后从循环水出口7排出。

在完成耐高浓度氨氮亚硝化菌群的富集培养后，进入耐高浓度氨氮亚硝化菌群耐盐性的驯化培养过程。驯化初始阶段，模拟废水中氯化钠及硫酸钠分别按照2.5g/L、8g/L添加；此后的驯化过程中，模拟废水中氯化钠及硫酸钠浓度分别按照2g/L、4g/L浓度梯度递增，其最终浓度分别为6.5g/L、16g/L。每一个盐浓度的驯化周期约为15～30d；SBR反应器一个运行周期为12～24h，其中，进水15min、曝气9～20h、沉淀1～2h、排水1h，剩余时间为闲置期；驯化结束后，菌胶团成大块团状，污泥中未发现丝状菌且原生动物数量和种类很少，污泥颗粒小且密实，300～1000mg/L的氨氮可在12～24h内去除97％以上，达到理想处理效果，至此认为耐盐高效亚硝化菌群富集培养及驯化结束。

实施例

实施例1：

第一阶段，耐高浓度氨氮亚硝化菌群的富集培养：

活性污泥取自污水处理厂亚硝化试验装置，以2g/L浓度将活性污泥接种至SBR反应器的瀑气池中，加入富集培养液，富集培养液组成为：NH₄ ⁺-N(NH₄HCO₃)150mg/L，氨氮浓度递增梯度为100mg/L；Fe²⁺(FeSO₄·7H₂O)10mg/L；Mg²⁺(MgSO₄·7H₂O)15mg/L；P(KH₂PO₄)60mg/L；依据碳氮比为(0.5～20)∶1添加碳酸氢钠。在亚硝化菌富集培养过程中，一个运行周期为24h，其中：进水15min、曝气20h、沉淀2h、排水1h，剩余时间为闲置期；反应器中溶氧值控制在2.0mg/L，pH控制在8.2，温度控制在15～37℃之间。亚硝化菌群富集培养过程中，氨氮基质浓度逐步提高，一个氨氮浓度的富集培养周期为6d，富集培养过程终止时曝气池模拟废水中的氨氮浓度达到950mg/L。

第二阶段，耐高浓度氨氮亚硝化菌群的耐盐性驯化：

完成耐高浓度氨氮亚硝化菌群富集培养后，进入耐高浓度氨氮亚硝化菌群耐盐性驯化培养过程。驯化初始阶段，模拟废水中氯化钠及硫酸钠分别按照1.5g/L、6.5g/L添加；此后的驯化过程中，模拟废水中氯化钠及硫酸钠浓度分别按照1.5g/L、2.5g/L浓度梯度递增，其最终浓度分别为7.5g/L、16.5g/L。一个盐度的驯化周期为15d；SBR反应器一个运行周期为24h，其中，进水15min、曝气20h、沉淀2h、排水1h，剩余时间为闲置期；驯化结束后，菌胶团成大块团状，污泥中未发现丝状菌且原生动物数量和种类很少，污泥颗粒小且密实，950mg/L的氨氮可在24h内去除97％以上，至此认为耐盐高效亚硝化菌群富集培养及驯化结束。

实施例2：

第一阶段的耐氨氮亚硝化菌群的富集培养过程与实施例1不同的是：以1g/L浓度将活性污泥接种至SBR反应器的瀑气池中；富集培养液中NH₄ ⁺-N(NH₄HCO₃)100mg/L；氨氮浓度递增梯度为50mg/L；反应器中溶氧值控制在1.0mg/L，pH控制在6.5；一个氨氮浓度的富集培养周期为3d；其他条件与实施例1相同，终止时的氨氮浓度达到800mg/L。

第二阶段的耐高浓度氨氮亚硝化菌群的耐盐性驯化过程与实施例1不同的是：驯化过程中，模拟废水中氯化钠及硫酸钠最终浓度分别为6.0g/L、14.0g/L。一个盐度的驯化周期为15d；SBR反应器一个运行周期为12h，其中，进水15min、曝气9h、沉淀1h、排水1h，剩余时间为闲置期；其他条件与实施例1相同，驯化结束后，菌胶团成大块团状，污泥中未发现丝状菌且原生动物数量和种类很少，污泥颗粒小且密实，800mg/L的氨氮可在24h内去除97％以上，至此认为耐盐高效亚硝化菌群富集培养及驯化结束。

实施例3：

第一阶段的耐氨氮亚硝化菌群的富集培养过程与实施例1不同的是：以1.5g/L浓度将活性污泥接种至SBR反应器的瀑气池中；反应器中溶氧值控制在6.5mg/L，pH控制在9.0；一个氨氮浓度的富集培养周期为4d；其他条件与实施例1相同，终止时的氨氮浓度达到850mg/L。

第二阶段的耐高浓度氨氮亚硝化菌群的耐盐性驯化过程与实施例1不同的是：驯化过程中，模拟废水中氯化钠及硫酸钠浓度分别按照2.5g/L、3.5g/L浓度梯度递增，最终浓度分别为6.5g/L、13.5g/L。一个盐度的驯化周期为20d；SBR反应器一个运行周期为18h，在一个运行周期中，进水15min、曝气12h、沉淀2h、排水1h，剩余时间为闲置期；其他条件与实施例1相同，驯化结束后，菌胶团成大块团状，污泥中未发现丝状菌且原生动物数量和种类很少，污泥颗粒小且密实，850mg/L的氨氮可在24h内去除97％以上，至此认为耐盐高效亚硝化菌群富集培养及驯化结束。

实施例4

第一阶段的耐氨氮亚硝化菌群的富集培养过程与实施例1不同的是：以2.5g/L浓度将活性污泥接种至SBR反应器的瀑气池中；富集培养液中NH₄ ⁺-N(NH₄HCO₃)100mg/L；反应器中溶氧值控制在1.5mg/L，pH控制在7.0；一个氨氮浓度的富集培养周期为5d；其他条件与实施例1相同，终止时的氨氮浓度达到950mg/L。

第二阶段的耐高浓度氨氮亚硝化菌群的耐盐性驯化过程与实施例1不同的是：驯化初始阶段，模拟废水中氯化钠及硫酸钠分别按照3.5g/L、8.5g/L添加；驯化过程中，模拟废水中氯化钠及硫酸钠浓度分别按照3.5g/L、4.5g/L浓度梯度递增，最终浓度分别为7.0g/L、13.0g/L。一个盐度的驯化周期为30d；其他条件与实施例1相同，驯化结束后，菌胶团成大块团状，污泥中未发现丝状菌且原生动物数量和种类很少，污泥颗粒小且密实，950mg/L的氨氮可在24h内去除97％以上，至此认为耐盐高效亚硝化菌群富集培养及驯化结束。

实施例5

第一阶段的耐氨氮亚硝化菌群的富集培养过程与实施例1不同的是：以3.0g/L浓度将活性污泥接种至SBR反应器的瀑气池中；富集培养液中NH₄ ⁺-N(NH₄HCO₃)300mg/L；反应器中溶氧值控制在2.5mg/L，pH控制在8.5；一个氨氮浓度的富集培养周期为7d；其他条件与实施例1相同，终止时的氨氮浓度达到1000mg/L。

第二阶段的耐高浓度氨氮亚硝化菌群的耐盐性驯化过程与实施例1不同的是：驯化初始阶段，模拟废水中氯化钠及硫酸钠分别按照2.5g/L、7.5g/L添加；驯化过程中，模拟废水中氯化钠及硫酸钠浓度分别按照3.5g/L、3.5g/L浓度梯度递增，最终浓度分别为9.5g/L、14.5g/L。一个盐度的驯化周期为25d；其他条件与实施例1相同，驯化结束后，菌胶团成大块团状，污泥中未发现丝状菌且原生动物数量和种类很少，污泥颗粒小且密实，1000mg/L的氨氮可在24h内去除97％以上，至此认为耐盐高效亚硝化菌群富集培养及驯化结束。

对比例1：

第一阶段的耐氨氮亚硝化菌群的富集培养过程与实施例1相同。

第二阶段与实施例1不同的是：在完成耐高浓度氨氮亚硝化菌群富集培养后，不采用逐步提高培养液盐浓度的方法对第一阶段富集培养的耐高浓度氨氮亚硝化菌群进行耐盐性驯化，而是分别直接按照7.5g/L、16.5g/L的浓度向模拟废水中添加氯化钠及硫酸钠，其他条件与实施例1相同，培养结束后，模拟废水中未见有大块团状菌胶团，最终出水950mg/L氨氮24h内去除率≤70％。

与实施例1相比，对比例1的氨氮处理效果明显较差，对比例1的亚硝化菌群培养过程中盐浓度未呈梯度变化，其它条件与实施例1相同，说明不采用逐步提高培养液盐浓度的方法对耐高浓度氨氮亚硝化菌群进行耐盐性驯化，所获得的亚硝化菌种很难适应超过24g/L的盐浓度范围。

Claims

1.一种耐盐高效亚硝化菌群的富集培养方法，包括：

步骤A，将活性污泥接种至含有培养液的反应器中；

步骤C，耐高浓度氨氮亚硝化菌群的耐盐性驯化；

步骤D，判定耐盐高效亚硝化菌群富集培养驯化结果；

其中，步骤C采用逐步提高培养液中盐浓度的方法对步骤B中富集培养的耐高浓度氨氮亚硝化菌群进行耐盐性驯化，每一个盐浓度下亚硝化菌群的驯化周期为15～30d。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤C中培养液的初始盐浓度为8～12g/L，盐浓度递增梯度为4～8g/L，最终盐浓度为20～24g/L。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述盐包括氯化钠、硫酸钠或其混合物。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其特征在于：步骤C中反应器的一个运行周期为12～24h，其中，进水15min、曝气9～20h、沉淀1～2h、排水1h，剩余时间为闲置期。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤B中耐高浓度氨氮亚硝化菌群的富集培养方式为逐步提高培养液中氨氮浓度的序批式培养，每一个氨氮浓度下亚硝化菌群的富集培养周期为3～7d。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述培养液中的初始氨氮浓度控制在100～300mg/L，氨氮递增梯度为50～100mg/L，最终氨氮浓度为800～1000mg/L。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤B中培养液的pH控制在6.0～9.0，优选pH为6.5～8.5。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤B中培养液的溶氧值控制在0.5～6.5mg/L，优选溶氧值为1.0～2.5mg/L。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤A中初始接种活性污泥浓度控制在1～3g/L。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的方法，其特征在于：步骤A～C均不加有机碳源。