CN105621625A - 一种亚硝酸细菌生长促进剂及其制备方法 - Google Patents

一种亚硝酸细菌生长促进剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种亚硝酸细菌生长促进剂，包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和Na2SO3，以重量份计，金属盐为40~100重量份，优选为50~80重量份；多胺类物质为5~30重量份，优选为10~20重量份；有机酸羟胺为0.05~1.5重量份，优选为0.1~1.0重量份；Na2SO3为10~40重量份，优选为20~30重量份；所述的金属盐为钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为（5~15）:（5~25）:（1~8）:（0.5~5），优选为（8~12）:（10~20）:(2~6):（1~4）。该促进剂配方简单，制备容易，可以用于亚硝酸细菌的培养过程中，也可以直接投加到污水处理系统中，加速短程硝化-反硝化及短程硝化-厌氧氨氧化工艺的启动并可实现稳定运行。

Description

一种亚硝酸细菌生长促进剂及其制备方法
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及一种亚硝酸细菌生长促进剂及其制备方法。
背景技术
生物脱氮主要是通过硝化细菌和反硝化细菌来完成。硝化细菌属于化能营养型微生物。生物细胞只能利用以ATP等形态保存的能量，不能直接利用化学反应所释放的自由能。在好氧代谢中，ATP主要通过呼吸链的氧化磷酸化作用合成。氨氧化磷酸化效率很低，所能产生的ATP非常有限，这些能量主要用于电子跃迁到较高能级，这使得硝化细菌生长很缓慢，世代期为8~36h。硝化细菌的细胞壁中肽聚糖含量低，蛋白质和脂肪含量高，因此对环境变化比较敏感，自然界中天然的硝化细菌适应性和耐受性比较差，在很多条件下无法与异养型微生物在生长竞争中取得优势。污水处理系统中，当活性污泥中硝化细菌含量较低时，依靠调节溶解氧和pH等环境条件无法在较短时间内快速生长繁殖，最终导致现有运行的污水处理系统脱除氨氮能力有限。
硝化细菌又分为氨氧化细菌（亚硝酸细菌）和亚硝酸盐氧化细菌（硝酸细菌），近年来发展的新型生物脱氮技术如短程硝化-反硝化及短程硝化-厌氧氨氧化都需要将硝化反应进行到亚硝酸阶段而终止，希望氨氮被氨氧化细菌转化为亚硝酸盐氮后不再继续被氧化而直接进行反硝化脱氮。因此氨氧化细菌的富集培养非常关键。从生化水平上看，硝化反应是涉及氨单加氧酶、羟胺氧还酶和亚硝酸盐氧化酶共同催化的代谢途径，并伴随着复杂的物质和能量转化。采用生物促进剂来提高硝化细菌中氨单加氧酶、羟胺氧还酶的活性、抑制亚硝酸盐氧化酶的活性，可以控制硝化反应进程，是解决硝化反应进行到亚硝酸阶段而终止的有效途径之一。
目前关于生物促进剂的研究很多，CN200510111874.5、CN200510111876.4、CN200510111877.9和CN200510111875.X分别提出了利用不同的金属盐组合而成的硝化菌生长促进剂，主要成分包括糖蜜、金属盐（亚铁盐、锰盐、钙盐和镁盐）和吸附剂。使用该促进剂后氨氮去除率可以提高20%以上。但由于吸附剂主要是沸石粉、硅藻土、粉末活性炭或粉煤灰等物质，这些吸附剂的投加势必会增大污泥产量。CN201110315549.6公开了一种短程硝化反硝化颗粒污泥的培养方法，其特征是定期投加5~15mg/L羟胺；CN201010168453.7公开了一种快速启动缺氧氨氧化生物滤池的方法，其特征是步骤（2）中投加羟胺，诱导接种污泥向缺氧氨氧化生物膜转变，以上发明主要是利用羟胺对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用，促进短程硝化作用，但是对生长缓慢的亚硝酸细菌自身生长没有促进作用。CN201410141638.7公开了一种亚硝化细菌的培养液及制备和培养方法，其培养液配方比较复杂，除了涉及铁、钙、钾、镁等提供细胞生长的元素，还涉及钴、钼、锰、锌等促进酶合成的元素。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种亚硝酸细菌生长促进剂及其制备方法和应用。该促进剂配方简单，制备容易，所培养的亚硝酸细菌活性高、耐受冲击能力强；可以用于亚硝酸细菌的培养过程中，也可以直接投加到污水处理系统中，使亚硝酸细菌能在短时间内快速生长繁殖，加速短程硝化-反硝化及短程硝化-厌氧氨氧化工艺的启动并可实现稳定运行。
本发明亚硝酸细菌生长促进剂，包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和Na2SO3，以重量份计，金属盐为40~100重量份，优选为50~80重量份；多胺类物质为5~30重量份，优选为10~20重量份；有机酸羟胺为0.05~1.5重量份，优选为0.1~1.0重量份；Na2SO3为10~40重量份，优选为20~30重量份；所述金属盐为钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为（5~15）:（5~25）:（1~8）:（0.5~5），优选为（8~12）:（10~20）:（2~6）:（1~4）。
本发明所述的钙盐为CaSO4或者CaCl2，优选CaCl2；镁盐为MgSO4或者MgCl2，优选MgCl2；亚铁盐为FeSO4或者FeCl2，优选FeCl2；铜盐为CuSO4或者CuCl2，优选CuCl2。
本发明所述的多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。
本发明所述有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。
本发明所述亚硝酸细菌生长促进剂的制备方法，包括如下内容：（1）按照以下组成及重量份制备金属盐溶液：金属盐为40~100重量份，优选为50~80重量份，所述金属盐为钙盐、亚铁盐和铜盐，金属盐中Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为（5~15）:（5~25）:（1~8）:（0.5~5），优选为（8~12）:（10~20）:（2~6）:（1~4）；（2）将10~40重量份，优选为20~30重量份NaSO3加入到金属盐溶液中；（3）使用前将5~30重量份，优选为10~20重量份的多胺类物质和0.05~1.5重量份，优选为0.1~1.0重量份的有机酸羟胺加入到金属盐溶液中。
本发明步骤（1）所述的钙盐为CaSO4或者CaCl2，优选CaCl2；镁盐为MgSO4或者MgCl2，优选MgCl2；亚铁盐为FeSO4或者FeCl2，优选FeCl2；铜盐为CuSO4或者CuCl2，优选CuCl2。
本发明步骤（1）所述的多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。
本发明步骤（1）所述有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。
本发明所述的亚硝酸细菌生长促进剂可以用于亚硝酸细菌的培养过程，可以用于提高污水处理系统的氨氮去除效果，还可以用于短程硝化反硝化及短程硝化-厌氧氨氧化系统的快速启动及受冲击系统的快速恢复。具体需要根据污水性质、处理量和处理效果确定投加量。在使用过程中，首先将促进剂溶解，然后按照污水中促进剂浓度0.5~50mg/L进行投加。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、利用金属盐所提供的金属离子作为硝化细菌生长所需要的元素，同时作为酶的组份提高酶的活性，可以快速降解底物，加速酶促反应进程。多胺类物质与金属离子共同作用，可以加快细胞增殖，并能够提高所收获菌体的沉降性和稳定性，延长菌体使用寿命。
2、有机酸羟胺的加入可以使羟胺作为底物直接参与氨氧化细菌的代谢过程、缩短酶促反应进程，而且可以作为羟胺氧还酶的激活剂加速细胞生长。此外，有机酸羟胺可以释放出有机酸，有利于增强羟胺在低氧环境下的还原性，提高亚硝化率。
3、有机酸羟胺和Na2SO3的配合加入，有助于控制体系的溶解氧，由于在厌氧或缺氧条件下羟胺可以抑制亚硝酸盐氧化酶的活性，因此二者的配合加入有助于抑制亚硝酸盐氮进一步转化成硝酸盐氮。
4、本发明通过选择亚硝酸细菌生长促进剂的组成物质和配比，在金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺及Na2SO3的共同作用下，实现快速培养亚硝酸细菌的目的。本发明解决了亚硝酸细菌生长慢的问题，同时还可以控制硝化反应进程，提高废水的处理效果。使用促进剂后亚硝酸细菌的生长速率可以增加10~100倍，硝化反应过程中亚硝化率可达75%以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明方案进行详细说明。
实施例1~6和比较例1-7的亚硝酸细菌生长促进剂的配方见表1。
表1促进剂的配方及比例
以某污水处理厂的活性污泥作为接种物对启动短程硝化工艺，启动过程中按照表1的配方配置一定浓度的溶液后分别向实施例1~6和比较例1~7投加，每次投加后使得富集培养液中促进剂浓度为10mg/L，启动20天后，采样镜检活性污泥中亚硝酸细菌的数量（细菌计数板计数），并取水样分析亚硝化率，具体结果见表2。
表2采用不同配方促进剂的处理效果
实例 硝化细菌数量，个·mL-1 亚硝化率，%
实施例1 8.9×107~9.4×107 80.1
实施例2 8.5×107~9.1×107 78.4
实施例3 8.2×107~8.9×107 77.9
实施例4 7.3×107~7.9×107 76.6
实施例5 7.8×107~8.2×107 78.2
实施例6 7.6×107~8.1×107 75.4
比较例1 5.7×106~5.9×106 52.1
比较例2 5.1×106~5.5×106 47.5
比较例3 5.3×106~5.7×106 46.2
比较例4 4.2×106~4.6×106 42.7
比较例5 3.9×106~4.3×106 40.1
比较例6 3.5×106~3.8×106 38.5
比较例7 6.3×107~6.5×107 71.7
不加促进剂 2.5×106~3.0×106 36.2
从表2的数据来看，投加本发明的促进剂后亚硝酸细菌的数量提高了10~50倍；亚硝化率大于75%。当促进剂含有的配方不全时，与不加促进剂相比，亚硝酸细菌的数量增加较小，亚硝化率也没有明显提高。由此可见，投加本发明促进剂后明显促进亚硝酸细菌的生长，亚硝化率可达75%以上。

Claims (10)

1.一种亚硝酸细菌生长促进剂，其特征在于包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和Na2SO3，以重量份计，金属盐为40~100重量份，多胺类物质为5~30重量份，有机酸羟胺为0.05~1.5重量份，Na2SO3为10~40重量份；所述金属盐为钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为（5~15）:（5~25）:（1~8）:（0.5~5）。
2.按照权利要求1所述的生长促进剂，其特征在于：金属盐为50~80重量份，多胺类物质为10~20重量份，有机酸羟胺为0.1~1.0重量份，Na2SO3为20~30重量份；Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为（8~12）:（10~20）:(2~6):（1~4）。
3.按照权利要求1或2所述的生长促进剂，其特征在于：钙盐为CaSO4或者CaCl2，镁盐为MgSO4或者MgCl2，亚铁盐为FeSO4或者FeCl2，铜盐为CuSO4或者CuCl2。
4.按照权利要求1或2所述的生长促进剂，其特征在于：钙盐为CaCl2，镁盐为MgCl2，亚铁盐为FeCl2，铜盐为CuCl2。
5.按照权利要求1或2所述的生长促进剂，其特征在于：多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。
6.按照权利要求1或2所述的生长促进剂，其特征在于：有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。
7.一种亚硝酸细菌生长促进剂的制备方法，其特征在于包括如下内容：（1）按照以下组成及重量份制备金属盐溶液：金属盐为40~100重量份，优选为50~80重量份，所述金属盐为钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，金属盐中Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为（5~15）:（5~25）:（1~8）:（0.5~5），优选为（8~12）:（10~20）:(2~6):（1~4）；（2）将10~40重量份，优选为20~30重量份Na2SO3加入到金属盐溶液中；（3）使用前将5~30重量份，优选为10~20重量份的多胺类物质和0.05~1.5重量份，优选为0.1~1.0重量份的有机酸羟胺加入到金属盐溶液中。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的钙盐为CaSO4或者CaCl2，优选CaCl2；镁盐为MgSO4或者MgCl2，优选MgCl2；亚铁盐为FeSO4或者FeCl2，优选FeCl2；铜盐为CuSO4或者CuCl2，优选CuCl2。
9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物；有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。
10.权利要求1至9任一所述的生长促进剂的应用，其特征在于：在使用过程中，首先将促进剂溶解，然后按照污水中促进剂浓度0.5~50mg/L进行投加。
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