CN103288209A

CN103288209A - 反硝化生物反应器的快速启动方法

Info

Publication number: CN103288209A
Application number: CN201310224724XA
Authority: CN
Inventors: 周伟丽; 何圣兵; 陈雪初
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2013-09-11

Abstract

一种反硝化生物反应器的快速启动方法，包括以下步骤：1)从实验用反硝化生物反应器分离得到一组硫自养反硝化菌；2)将步骤1)所得硫自养反硝化菌置于培养液中扩大培养；3)以活性碳或陶粒为吸附载体，将扩大培养后的硫自养反硝化菌混合体固定在载体上，接种至反硝化生物反应器中，实现反硝化生物反应器的快速启动。本发明在实验研究基础上培养得到若干硫自养反硝化有效菌种的混合体，找到该微生物群体生长的最佳条件，并采用合适的载体，使微生物菌群在适合的生长条件下快速生长，用较短的时间即可得到大量的功能微生物用于接种硫自养反硝化反应器，大大缩短了反应器启动所需的时间。

Description

反硝化生物反应器的快速启动方法

技术领域

本发明涉及污水处理，尤其涉及一种反硝化生物反应器的快速启动方法。

背景技术

由于人类生产生活活动的日益频繁，大量的氮排入自然水体，造成水体的富营养化。目前我国境内的各大中型湖泊、水库等大多面临着严重的富营养化问题。自然界中的氮化合物是以有机氮化合物、氨态氮、硝态氮以及气态氮的形式存在的。经过一系列自然的或者人工强化的生物转化过程，氮排入自然水体前后大多以硝态氮(主要是硝酸盐氮)的形式存在。硝态氮的过量存在不仅是水体富营养化的主要原因之一，而且对人类健康和水生生物的生存造成极大威胁。研究表明，饮用水源中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的总浓度与癌症死亡率呈正相关。硝酸盐含量过高会干扰机体对维生素A的利用，导致维生素A缺乏症，并且可致血质下降，抑制中心迷走神经，使得心动过速。更为重要的是，在人体中硝酸盐可在硝酸还原菌的作用下会被还原为亚硝酸盐，对人体产生更严重的毒害作用。如与人体内蛋白质分解产生的仲胺类物质在胃内合成亚硝胺类物质，对消化系统具有强烈的致癌作用，亚硝酸盐还易引起婴幼儿高铁血红蛋白症等。

因此，氮污染水的脱氮是迫切需要解决的水环境问题之一。

为了克服传统的反硝化工艺因添加外加有机物而导致的二次污染的问题，自养反硝化脱氮工艺成为研究热点，由于其以无机物作为电子供体，无需外加有机碳源，有效避免了可能造成的二次污染问题，运行费用较低。而且，自养反硝化过程中污泥产量小，因而污泥的处理量和处置费用也低。但自养反硝化目前尚无实际应用的先例，主要的瓶颈在于：自养反硝化菌生长较慢，反应器的启动过程需要较长的时间。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种反硝化生物反应器的快速启动方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种反硝化生物反应器的快速启动方法，包括以下步骤：

1)从实验用硫自养反硝化生物反应器分离得到一组硫自养反硝化菌；

2)将步骤1)所得硫自养反硝化菌置于培养液中扩大培养；

3)以活性碳或陶粒为吸附载体，将扩大培养后的硫自养反硝化菌混合体固定在载体上，接种至反硝化生物反应器中，实现反硝化生物反应器的快速启动。

所述一组硫自养反硝化菌为脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)，分别命名为ZOWYS-y-3、ZOWYS-y-4、ZOWYS-y-5、ZOWYS-ws-1和ZOWYS-ss-3；所述ZOWYS-y-3的基因片段的序列如SEQ ID NO.1所示，所述ZOWYS-y-4的基因片段的序列如SEQID NO.2所示，所述ZOWYS-y-5的基因片段的序列如SEQ ID NO.3所示，所述ZOWYS-ws-1的基因片段的序列如SEQ ID NO.4所示，所述ZOWYS-ss-3的基因片段的序列如SEQ ID NO.5所示。

所述培养液的组成为：NaNO₃：0.61g/L；Na₂S₂O₃·5H₂O：1.50g/L；NaHCO₃：0.67g/L；KH₂PO₄：0.03g/L；MgCl₂·6H₂O：0.06g/L；痕量元素混合液：0.1mL/L；培养与生长温度为20-30℃；采用密闭容器，间歇性搅拌。

所述活性碳的粒径为1-2mm，所述陶粒的粒径为4-7mm。

所述痕量元素混合液的组成为KCl：75g/L；NH₄Cl：85g/L；MgSO₄·7H₂O：25g/L；FeCl₃·6H₂O：42g/L；CoCl₂·6H₂O：1.8g/L；NiCl₂·6H₂O：1.8g/L。

本发明具有以下的优点和特点：

1.相对于传统的异养反硝化方法，硫自养反硝化具有无需添加碳源、无二次污染、脱氮效率高的优点。

2.可快速培养大量特异性硫自养反硝化功能菌，大大加快反应器的启动。

3.培养液组成简单，价格低廉，培养条件容易满足，适合于较大规模的低成本培养。

具体实施方式

本发明的反硝化生物反应器的快速启动方法，包括以下步骤：

2)将步骤1)所得硫自养反硝化菌置于培养液中扩大培养；

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

为了验证本方法的效果，采用小试装置进行启动对比实验。实验装置为两个相同尺寸的生物滤池反应器，其内壁尺寸为Φ250mm×2.5m(滤层高度2.0m)，容积125L，其中一个反应器投加50L普通厌氧污泥，另一个反应器投加50L按照本方法接种硫自养反硝化菌后培养的厌氧污泥。两个反应器接种污泥的污泥浓度均为：MLSS：22g/L，MLVSS：12g/L，SV：25％。

通过实验反复考察两个反应器的启动，结果表明，在进水NO₃--N浓度为3-5mg/L和适当温度(20℃左右)的条件下，每日进水量随运行进行时间不断增加，直至水力停留时间达到30分钟。普通反应器的启动时间需40-50天，启动后硝酸氮去除率维持在约70％的水平。而采用硫自养反硝化菌接种扩培的反应器启动仅需要10-15天。而且，启动后反应器日处理水量为3-4t，硝酸氮去除率可稳定保持在80％以上。

序列表

<110>上海交通大学

<120>反硝化生物反应器的快速启动方法

<160>5

<210>1

<211>637

<212>DNA

<213>Thiobacillus denitrificans ZOWYS-y-3

<400>1

GCGTCGGAAC GTACCGAGTA ATGGGGGATA ACGCAGCGAA AGCTGTGCTA ATACCGCATA 60

CGCCCCGAGG GGGAAAGCAG GGGATCGCAA GACCTTGCGT TATTCGAGCG GCCGACGTCT 120

GATTAGCTAG TTGGTGGGGT AATGGCTCAC CAAGGCGACG ATCAGTAGCG GGTCTGAGAG 180

GATGATCCGT CACACTGGAA CTGAGACACG GTCCAGACTC CTACGGGAGG CAGCAGTGGG 240

GAATTTTGGA CAATGGGGGC AACCCTGATC CAGCCATTCC GCGTGAGTGA AGAAGGCCTT 300

CGGGTTGTAA AGCTCTTTCA GCCGGAACGA AACGGTACGC ACTAATATTG TGTGCTAATG 360

ACGGTACCGG CAGAAGAAGC ACCGGCTAAC TACGTGCCAG CAGCCGCGGT AATACGTAGG 420

GTGCGAGCGT TAATCGGAAT TACTGGGCGT AAAGCGTGCG CAGGCGGATT GTTAAGCAAG 480

ATGTGAAATC CCCGGGCTTA ACCTGGGAAT GGCATTTTGA ACTGGCAGTC TAGAGTGTGT 540

CAGAGGGGGG TGGAATTCCA CGTGTAGCAG TGAAATGCGT AGATATGTGG AGGAACACCA 600

ATGGCGAAGG CAGCCCCCTG GGATAACACT GACGCTC 637：

<210>2

<211>640

<212>DNA

<213>Thiobacillus denitrificans ZOWYS-y-4

<400>2

GACGGGTGAG TAACGCGTGG GAATCTACCG TTCCCTACGG AATAACGCAT GGAAACGTGT 60

GCTAATACCG TATACGCCCT ACGGGGGAAA GATTTATCGG GGTATGATGG GCCCGCGTTG 120

GATTAACTAG TTGGTGGGGT AAAGGCCTAC CAAGGCGACG ATCCATAGCT GGTCTGAGAG 180

GATGATCAGC CACATTGGGA CTGAGACACG GCCCAAACTC CTACGGGAGG CAGCAGTGGG 240

GAATATTGGA CAATGGGCGC AAGCCTGATC CAGCCATGCC GCGTGAGTGA TGAAGGTCTT 300

AGGATTGTAA AGCTCTTTCA CCGATGAAGA TAATGACGGT AGTCGGAGAA GAAGCCCCGG 360

CTAACTTCGT GCCAGCAGCC GCGGTAATAC GAAGGGGGCT AGCGTTGTTC GGAATTACTG 420

GGCGTAAAGC GCACGTAGGC GGATATTTAA GTCAGGGGTG AAATCCCGCA GCTCAACTGC 480

GGAACTGCCT TTGATACTGG GTATCTCGAG TATGGAAGAG GTGAGTGGAA TTCCGAGTGT 540

AGAGGTGAAA TTCGTAGATA TTCGGAGGAA CACCAGTGGC GAAGGCGGCT CACTGGTCCA 600

TTACTGACGC TGAGGTGCGA AAGCGTGGGG AGCAAACAGG 640；

<210>3

<211>650

<212>DNA

<213>Thiobacillus denitrificansZOWYS-ys-5

<400>3

GCACCATCGA CGGCGAATAC CACCCTGAAC CGCGTGTGGC TTCC ATCGTC GCTTCCCTCG 60

ACAAGCCTGA ATGGGTCATC AACGTCAAGG AAACCGGCCT GATCAAACTG GTAGACTATT 120

CCGACATCAA GAACCTGAAG GAAACCACCA TCGAGGCCGC CAAGTTCCTG CATGACGGCG 180

GCTGGGATTC GACCAAGCGT TACTTCCTGG TGGCAGCCAA CATGTCCAAC AAGGTCGCGG 240

TGGTGGATAC CAAGGAAGGC AAGCTTGCCG CACTGGTTGA AACCAAGGAA AAACCGCACC 300

CAGGCCGTGG CGCGAACTTT GTCCACCCTG AATTTGGGCC AGTCTGGGCA ACCTCCCACC 360

TCGGTTCCGA CGTGATCACC CTGATCGGTA CTGACCCCGA AGGCCACAAA GACCAGGCGT 420

GGAAAGTGGT GCAGGAACTC CAGAACCACG GCTCCGGTTC GCTGTTCGTC AAGACCCACC 480

CCAATTCCAG CAACCTGTGG ACTGACGCAC CGTTGAACCC GGAAAAAGAG CTGGCGGAAT 540

CGGTAACAGT CTACGACACC AAAGACCTGA AGAAGCCACC CGAAGTCATC AATATTGCCA 600

AGCTGGCGGA ACTGGGCGAA ACCAAGAGTA TCCAGCGCGT CGTCCACGCC 650；

<210>4

<211>650

<212>DNA

<213>Thiobacillus denitrificans ZOWYS-ws-1

<400>4

GTCGCCTCGA TTGCGGCCTC GCACTTTCAC CCCGAGTTCG CGGTGAACGT GAAGGAGACC 60

GGACACACAC TGATGGTCGA CTATTCGAAC CTCAACGACC TGAAAGTTAC CGACATCGAC 120

GCCGCGCGCT TCCTGCACGA CGGCGGCTGG GATTCGACCG GCCGCTACTT CATGGTCGCA 180

GCCAACCAGT CAAACAAGAT TGCAGTGGTC GATGCCAAGG AAGACAAGCT GGTGAAACTG 240

GTAGACGTGG GCAAGATCCC GCATCCTGGG CGTGGTGCAA ACTTTGTAGA TCCGAAATAC 300

GGACCGGTAT GGTCGACCGG TGACTTGGGC GACGATCAGA TCGCGCTCAT CGGCACCGAT 360

CCGGTAAAAC ACCCGCAGAA TGCCTGGAAA GTGGTACGCA CTCTCAAGGG CCAAGGCGGA 420

GGATCGCTGT TCATCAAGAC CCATCCGAAG TCCAAGAACC TTTGGGTCGA CACGGCGCTC 480

AACCCGGATC CGGCAATCAG CCAGTCGGTT GCCGTCTACG ACATTGCCAA CATCGACAAA 540

CCACCACAGA TCTTGAAGAT TTCCGAGATG GCAGACTTGG GTGATGGACC GAAACGGGTC 600

GTGCAGCCTG AATACAACAA GGCGGGTGAC GAAGTCTGGT TCTCGGTGTG650；

<210>5

<211>649

<212>DNA

<213>Thiobacillus denitrificans ZOWYS-ss-3

<400>5

GTCGCCGCGA TCGTCGCGTC GCATGAGCAT CCCGAGTTCA TCATCAACGT CAAGGAGACG 60

GGCAAGGTGA TGCTGGCGAA CTACGAGGAT CTTCACAACA TGAAGATCAC CGAGATCGAC 120

GCCGCGCGCT TCCTCCATGA CGGTGG CTGG GATTCGACGC ACCGCTACTT CATGTCGGCG 180

GCCAACGCCT CCAACAAGAT CGCCGTGATC GACTCGAAGG AACAGAAACT GGCGGCGCTG 240

GTGGACGTCG GCAAGACCCC GCACCCGGGC CGCGGCGCGA ACTTCGTCGA TCCGAAATTC 300

GGACCGGTGT GGGCGACGGG CCATCTCGGC GACGACAGCA TCGCGCTCAT CGGCACCGAT 360

CCGGAGCACC ACAAGGCCAA CGCCTGGAAG GTGGTTCGTA ACCTGAAGGG CCTGGGCGGC 420

GGTTCGCTGT TCATCAAGAC CCATCCGAAG TCGGAGAACC TGTGGGTCGA CACTGCGCTC 480

AACCCGGATC CGAAGGTCAG CCAGTCGGTT GCCGTCTATG ACATCGAGCA TCTCGACAAG 540

GCGCCGCAGG TGCTGGACAT CGCCGCGATG GCGAACCTGG GTGATGGACC GAAGCGCGCG 600

TGCAGCCGGA ATACAACAAG GCGGGCGATG AAGTCTGGTT CTCGGTCTG 649。

Claims

1.一种反硝化生物反应器的快速启动方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)将步骤1)所得硫自养反硝化菌置于培养液中扩大培养；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述一组硫自养反硝化菌为脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)，分别命名为ZOWYS-y-3、ZOWYS-y-4、ZOWYS-ys-5、ZOWYS-ws-1和ZOWYS-ss-3；所述ZOWYS-y-3的基因片段的序列如SEQ ID NO.1所示，所述ZOWYS-y-4的基因片段的序列如SEQ ID NO.2所示，所述ZOWYS-ys-5的基因片段的序列如SEQ ID NO.3所示，所述ZOWYS-ws-1的基因片段的序列如SEQ IDNO.4所示，所述ZOWYS-ss-3的基因片段的序列如SEQ ID NO.5所示。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述培养液的组成为：NaNO₃：0.61g/L；Na₂S₂O₃·5H₂O：1.50g/L；NaHCO₃：0.67g/L；KH₂PO₄：0.03g/L；MgCl₂·6H₂O：0.06g/L；痕量元素混合液：0.1mL/L；培养与生长温度为20-30℃；采用密闭容器，间歇性搅拌。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活性碳的粒径为1-2mm，所述陶粒的粒径为4-7mm。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述痕量元素混合液的组成为KCl：75g/L；NH₄Cl：85g/L；MgSO₄·7H₂O：25g/L；FeCl₃·6H₂O：42g/L；CoCl₂·6H₂O：1.8g/L；NiCl₂·6H₂O：1.8g/L。