CN106635947A - 一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法 - Google Patents

一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法 Download PDF

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Abstract

一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，将耐盐脱氮菌剂接种到好氧池中；通过逐步提高营养物质的浓度，耐盐脱氮菌剂逐渐适应周围环境后，通过控制适当的溶解氧、温度、pH，使固体悬浮物的浓度增加；在控制系统有机负荷和氨氮负荷下，采用增加污水的浓度、降低营养物质的浓度的方法，根据系统对氨氮的去除率，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化。本发明方法得到的耐盐脱氮菌剂浓度高，活性好，本身对环境无毒害作用，可以有效减少剩余淤泥产生量，并减少絮凝剂等化学药品的使用。适用于化工、制药、制革、食品、采油、海产品加工等含盐废水处理行业，不仅能处理低浓度的氨氮废水，对高浓度的氨氮去除效果也非常理想，具有良好的应用前景。

Description

一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法
技术领域
本发明属于环境生物技术领域，涉及一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法。
背景技术
随着城镇污水处理厂排放标准（GB18918-2002）的颁布，总氮首次纳入排放指标之中。2011年12月15日，国务院印发《国家环境保护“十二五”规划》，首次把氨氮列为全国主要的水污染排放物约束性控制指标，明确指出至2015年氨氮排放总量为238万吨，比2010年同期削减10%。高含盐废水一般指总含盐量（以NaCl含量计）至少为1%的废水，广泛存在于化工、制药、制革、食品、采油、海产品加工等行业。由于高盐工业废水普遍含有高浓度的氨氮（1000~5000mg/L左右），如果不能达标排放，则不符合标准的高盐废水会污染地表、土壤、沿海和河口等，引发诸如富营养化等各种环境问题和生态问题。因此，如何有效、经济地实现高含盐废水生物脱氮处理成为亟待解决的科学和工程难点问题。
嗜盐微生物是一类生活在高盐环境内的极端微生物，广泛存在于盐场、盐湖、土壤等高盐环境内。根据盐度生存范围（1~30%），嗜盐微生物分为耐盐菌、轻度嗜盐菌、中度嗜盐菌和极端嗜盐菌。这些嗜盐微生物在长期的进化过程中形成独特的高渗环境中生存的能力，具有极为特殊的生理结构和代谢机制。嗜盐微生物的细胞膜、细胞壁结构性成分和功能性成分的稳定性、反应动力学、酶系的性质、代谢途径及信息传递、蛋白质核酸成分及构象等方面为适应高盐环境而具有特异性。这些耐盐机制保证了嗜盐微生物在高盐环境内进行新陈代谢和生长。
生物法处理高含盐废水是近几年研究的热点，取得了一定的成果。研究表明盐度会抑制硝化菌的生长，硝化反应对盐浓度和盐冲击都敏感。G.H.Chen 等发现硝化反应过程中，硝化细菌对盐度比亚硝化细菌更敏感，在达到一定盐度后硝化过程会出现亚硝酸的大量积累。另外高盐环境中可以进行反硝化，P.vander Hoek 等发现NaCl 或者Na2CO3为30g/L时能够进行反硝化反应。大部分的研究结果表明反硝化率随着进水盐度增加而降低，但是S.Yoshie 等通过试验得出盐度为10%的反硝化活性高于盐度为2%的的反硝化活性，2%的盐度下嗜盐菌反硝化和非嗜盐反硝化菌可能共存，并且互相竞争底物，然而10%盐度下可能会导致嗜盐菌反硝化菌占统治地位，从而提高反硝化效率。上述研究成果均为耐盐脱氮菌剂异步培养成为可能。
在现有耐盐脱氮菌剂培养技术方面，主要是针对高含盐废水进行耐盐或嗜盐微生物的筛选、分离和培育的技术，而这些技术从理论上具有可行性，而且在实验室范围内能成功。但是嗜盐菌的筛选、分离和培育工作量大，而且难以保证所选育的嗜盐菌能够稳定的适应含盐废水的处理环境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，可以实现高盐废水生物脱氮的目标。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案来实现的。本发明是一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，其特点是，该驯化培养方法包括培养和驯化两个阶段：
（1）培养阶段：将耐盐脱氮菌剂接种到好氧池中，接种后固体悬浮物的浓度为100~500mg/L；通过逐步提高营养物质的浓度，在池中的耐盐脱氮菌剂逐渐适应周围环境后，通过控制适当的溶解氧、温度、pH，使固体悬浮物的浓度增至3000~4000mg/L；
（2）驯化阶段：当固体悬浮物浓度增至3000~4000mg/L后，在控制系统有机负荷和氨氮负荷下，采用增加污水的浓度、降低营养物质的浓度的方法，根据系统对氨氮的去除率，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化，目标氯离子浓度为80-120g/L，氨氮去除率不小于90%时，驯化完成。
本发明所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，耐盐脱氮菌剂可以选用现有技术中常规的耐盐脱氮菌剂，优选自耐盐脱氮菌（Halotolerant sp.）、嗜盐脱氮菌（Halophilic sp.）、芽胞杆菌(Bacillus sp. )中的一种或多种。
本发明一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法的步骤（2）中，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化的方法为：未经驯化的耐盐脱氮菌剂对氯离子的耐受能力为0~20g/L，当系统对氨氮的去除率达到90%以上时，以0.1~5g/L的梯度逐步增加至50~100g/L；每增加一次氯离子浓度，要待菌剂增长量稳定、氨氮去除率稳定后，再增加氯离子浓度。
本发明所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，营养物质主要包括铵盐0.5~10g/L KH2PO4或K2HPO4，0.5~10g/L MgCl2， 0.5~10g/L Na2CO3，0.5~10g/L葡萄糖或者甲醇，质量分数≤10%的NaCl，微量元素液。所述的微量元素液可以采用现有技术中常规的微量元素液，优选的微量元素液的成分如下：50~150mg/L CoCl2·6H2O、50~150mg/L CaCl2、10~50mg/L CuSO4·5H2O、50~150mg/L ZnSO4·7H2O、50~150mg/L FeSO4·7H2O、50~150mg/LMnSO4·2H2O。
本发明所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法：在步骤（1）培养阶段中，通过逐步提高营养物质的浓度培养，每个阶段营养物质的浓度提高10%－20%，待前一阶段的耐盐脱氮菌剂生长量稳定后，再次增加营养物质的浓度。营养物质优选按照20%、40%、60%、70%、80%、90%的浓度梯度进行培养。
本发明所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，在培养阶段，溶解氧DO控制在1.5~5.5mg/L、温度T控制在10~40℃、pH控制在6~9。在耐盐脱氮菌剂异步驯化培养中，COD负荷控制范围为0.1~0.3kgCOD/(kgMLSS·d)，氨氮负荷控制范围为0.01~0.05kgNH4-N/(kgMLSS·d)。在步骤（2）驯化阶段，营养物质按照10%－20%的梯度逐渐降低，污水按照10%－20%的梯度逐渐提升，例如10%、25%、50%、75%、95%，使污泥COD负荷控制范围为0.1~0.3kgCOD/kg。
本发明所述的耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法可以适用于化工、制药、制革、食品、采油、海产品加工等含盐废水行业。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
（1）本发明培养制备的耐盐硝化细菌浓度高，活性好，所用培养方法适用于规模化生产。
（2）具有较强的氨氮去除能力，不仅能处理低浓度的氨氮废水，对高浓度的氨氮去除效果非常理想，具有良好的应用前景。
（3）本发明所制备的耐盐硝化细菌本身对环境无毒害作用，可以有效减少剩余淤泥产生量，并减少絮凝剂等化学药品的使用。因此生化处理氨氮废水的成本和能耗较低。
（4）利用本发明方法培养得到的耐盐脱氮菌剂能够快速稳定实现含盐废水生物处理，操作简单方便，利于工程化的推广。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明内容进行说明，以便于本领域技术人员对本发明进一步理解。需要说明的是本发明并不限于以下实施例。
实施例1，一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，该驯化培养方法包括培养和驯化两个阶段：
（1）培养阶段：将耐盐脱氮菌剂盐脱氮菌（Halotolerant sp.）或嗜盐脱氮菌（Halophilic sp.）或芽胞杆菌(Bacillus sp. )接种到好氧池中，接种后固体悬浮物的浓度为100mg/L；通过逐步提高营养物质的浓度，在池中的耐盐脱氮菌剂逐渐适应周围环境后，通过控制适当的溶解氧、温度、pH，使固体悬浮物的浓度增至3000mg/L；溶解氧DO控制在1.5~2.5mg/L、温度T控制在10~20℃、pH控制在6~7。
（2）驯化阶段：当固体悬浮物浓度增至3000mg/L后，在控制系统有机负荷和氨氮负荷下，采用增加污水的浓度、降低营养物质的浓度的方法，根据系统对氨氮的去除率，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化，目标氯离子浓度为80g/L，氨氮去除率不小于90%时，驯化完成。
步骤（2）中，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化的方法为：未经驯化的耐盐脱氮菌剂对氯离子的耐受能力为0~20g/L，当系统对氨氮的去除率达到90%以上时，以5g/L的梯度逐步增加至80g/L；每增加一次氯离子浓度，要待菌剂增长量稳定、氨氮去除率稳定后，再增加氯离子浓度。
营养物质主要包括铵盐0.5g/L KH2PO4或K2HPO4，0.5g/L MgCl2， 0.5~10g/LNa2CO3，0.5g/L葡萄糖或者甲醇，质量分数≤10%的NaCl，微量元素液。其中微量元素液的成分如下：50mg/L CoCl2·6H2O、50mg/L CaCl2、50mg/L CuSO4·5H2O、150mg/L ZnSO4·7H2O、150mg/L FeSO4·7H2O、50mg/L MnSO4·2H2O。
在步骤（1）培养阶段中，通过逐步提高营养物质的浓度培养，每个阶段营养物质的浓度提高10%%，待前一阶段的耐盐脱氮菌剂生长量稳定后，再次增加营养物质的浓度。
在耐盐脱氮菌剂异步驯化培养中，COD负荷控制范围为0.1kgCOD/(kgMLSS·d)，氨氮负荷控制范围为0.01kgNH4-N/(kgMLSS·d)，在步骤（2）驯化阶段，营养物质按照10%的梯度逐渐降低，污水按照10%的梯度逐渐提升，使污泥COD负荷控制范围为0.1kgCOD/kg。
实施例2，一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，该驯化培养方法包括培养和驯化两个阶段：
（1）培养阶段：将耐盐脱氮菌剂盐脱氮菌（Halotolerant sp.）或嗜盐脱氮菌（Halophilic sp.）或芽胞杆菌(Bacillus sp. )接种到好氧池中，接种后固体悬浮物的浓度为500mg/L；通过逐步提高营养物质的浓度，在池中的耐盐脱氮菌剂逐渐适应周围环境后，通过控制适当的溶解氧、温度、pH，使固体悬浮物的浓度增至4000mg/L；溶解氧DO控制在3.5~5.5mg/L、温度T控制在30~40℃、pH控制在7~9。
（2）驯化阶段：当固体悬浮物浓度增至4000mg/L后，在控制系统有机负荷和氨氮负荷下，采用增加污水的浓度、降低营养物质的浓度的方法，根据系统对氨氮的去除率，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化，目标氯离子浓度为120g/L，氨氮去除率不小于90%时，驯化完成。
步骤（2）中，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化的方法为：未经驯化的耐盐脱氮菌剂对氯离子的耐受能力为0~20g/L，当系统对氨氮的去除率达到90%以上时，以3g/L的梯度逐步增加至120g/L；每增加一次氯离子浓度，要待菌剂增长量稳定、氨氮去除率稳定后，再增加氯离子浓度。
营养物质主要包括铵盐10g/L KH2PO4或K2HPO4， 10g/L MgCl2， 0.5~10g/LNa2CO3， 10g/L葡萄糖或者甲醇，质量分数≤10%的NaCl，微量元素液。其中微量元素液的成分如下：50mg/L CoCl2·6H2O、150mg/L CaCl2、50mg/L CuSO4·5H2O、50mg/L ZnSO4·7H2O、50mg/L FeSO4·7H2O、150mg/L MnSO4·2H2O。
在步骤（1）培养阶段中，通过逐步提高营养物质的浓度培养，每个阶段营养物质的浓度提高20%，待前一阶段的耐盐脱氮菌剂生长量稳定后，再次增加营养物质的浓度。
在耐盐脱氮菌剂异步驯化培养中，COD负荷控制范围为0.3kgCOD/(kgMLSS·d)，氨氮负荷控制范围为0.05kgNH4-N/(kgMLSS·d)，在步骤（2）驯化阶段，营养物质按照20%的梯度逐渐降低，污水按照20%的梯度逐渐提升，使污泥COD负荷控制范围为0.3kgCOD/kg。
实施例3，一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，该驯化培养方法包括培养和驯化两个阶段：
（1）培养阶段：将耐盐脱氮菌剂盐脱氮菌（Halotolerant sp.）、嗜盐脱氮菌（Halophilic sp.）、芽胞杆菌(Bacillus sp. )中的任意二种接种到好氧池中，接种后固体悬浮物的浓度为300mg/L；通过逐步提高营养物质的浓度，在池中的耐盐脱氮菌剂逐渐适应周围环境后，通过控制适当的溶解氧、温度、pH，使固体悬浮物的浓度增至3500mg/L；溶解氧DO控制在2.5~3.5mg/L、温度T控制在15~25℃、pH控制在7~8。
（2）驯化阶段：当固体悬浮物浓度增至3500mg/L后，在控制系统有机负荷和氨氮负荷下，采用增加污水的浓度、降低营养物质的浓度的方法，根据系统对氨氮的去除率，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化，目标氯离子浓度为100g/L，氨氮去除率不小于90%时，驯化完成。
步骤（2）中，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化的方法为：未经驯化的耐盐脱氮菌剂对氯离子的耐受能力为0~20g/L，当系统对氨氮的去除率达到90%以上时，以1g/L的梯度逐步增加至100g/L；每增加一次氯离子浓度，要待菌剂增长量稳定、氨氮去除率稳定后，再增加氯离子浓度。
营养物质主要包括铵盐1g/L KH2PO4或K2HPO4，5g/L MgCl2，3g/L Na2CO3，6g/L葡萄糖或者甲醇，质量分数≤10%的NaCl，微量元素液。其中微量元素液的成分如下：10mg/LCoCl2·6H2O、50mg/L CaCl2、20mg/L CuSO4·5H2O、120mg/L ZnSO4·7H2O、110mg/L FeSO4·7H2O、80mg/L MnSO4·2H2O。
在步骤（1）培养阶段中，通过逐步提高营养物质的浓度培养，本实施例按照20%、40%、60%、70%、80%、90%的浓度梯度进行培养。待前一阶段的耐盐脱氮菌剂生长量稳定后，再次增加营养物质的浓度。
在耐盐脱氮菌剂异步驯化培养中，COD负荷控制范围为0.2kgCOD/(kgMLSS·d)，氨氮负荷控制范围为0.03kgNH4-N/(kgMLSS·d)，在步骤（2）驯化阶段，营养物质按照15%的梯度逐渐降低，污水按照15%的梯度逐渐提升，使污泥COD负荷控制范围为0.2kgCOD/kg。
实施例4，一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，该驯化培养方法包括培养和驯化两个阶段：
（1）培养阶段：将耐盐脱氮菌剂盐脱氮菌（Halotolerant sp.）、嗜盐脱氮菌（Halophilic sp.）、芽胞杆菌(Bacillus sp. )三种全部接种到好氧池中，接种后固体悬浮物的浓度为200mg/L；通过逐步提高营养物质的浓度，在池中的耐盐脱氮菌剂逐渐适应周围环境后，通过控制适当的溶解氧、温度、pH，使固体悬浮物的浓度增至3800mg/L；溶解氧DO控制在2.5~4.5mg/L、温度T控制在10~25℃、pH控制在7~9。
（2）驯化阶段：当固体悬浮物浓度增至3800mg/L后，在控制系统有机负荷和氨氮负荷下，采用增加污水的浓度、降低营养物质的浓度的方法，根据系统对氨氮的去除率，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化，目标氯离子浓度为90g/L，氨氮去除率不小于90%时，驯化完成。
步骤（2）中，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化的方法为：未经驯化的耐盐脱氮菌剂对氯离子的耐受能力为0~20g/L，当系统对氨氮的去除率达到90%以上时，以5g/L的梯度逐步增加至90g/L；每增加一次氯离子浓度，要待菌剂增长量稳定、氨氮去除率稳定后，再增加氯离子浓度。营养物质主要包括铵盐6g/L KH2PO4或K2HPO4，5g/L MgCl2， 3g/L Na2CO3，2g/L葡萄糖或者甲醇，质量分数≤10%的NaCl，微量元素液。其中微量元素液的成分如下：80mg/L CoCl2·6H2O、110mg/L CaCl2、250mg/L CuSO4·5H2O、110mg/L ZnSO4·7H2O、90mg/L FeSO4·7H2O、110mg/L MnSO4·2H2O。
在步骤（1）培养阶段中，通过逐步提高营养物质的浓度培养，每个阶段营养物质的浓度提高15%，待前一阶段的耐盐脱氮菌剂生长量稳定后，再次增加营养物质的浓度。在耐盐脱氮菌剂异步驯化培养中，COD负荷控制范围为0.15kgCOD/(kgMLSS·d)，氨氮负荷控制范围为0.04kgNH4-N/(kgMLSS·d)，在步骤（2）驯化阶段，营养物质按照20%、40%、60%、70%、80%、90%的梯度逐渐降低，污水按照例如10%、25%、50%、75%、95%的梯度逐渐提升，使污泥COD负荷控制范围为0.15kgCOD/kg。

Claims (10)

1.一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，其特征在于，该驯化培养方法包括培养和驯化两个阶段：
（1）培养阶段：将耐盐脱氮菌剂接种到好氧池中，接种后固体悬浮物的浓度为100~500mg/L；通过逐步提高营养物质的浓度，在池中的耐盐脱氮菌剂逐渐适应周围环境后，通过控制适当的溶解氧、温度、pH，使固体悬浮物的浓度增至3000~4000mg/L；
（2）驯化阶段：当固体悬浮物浓度增至3000~4000mg/L后，在控制系统有机负荷和氨氮负荷下，采用增加污水的浓度、降低营养物质的浓度的方法，根据系统对氨氮的去除率，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化，目标氯离子浓度为80-120g/L，氨氮去除率不小于90%时，驯化完成。
2.根据权利要求1所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，其特征在于：耐盐脱氮菌剂选自耐盐脱氮菌（Halotolerant sp.）、嗜盐脱氮菌（Halophilic sp.）、芽胞杆菌(Bacillus sp. )中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，其特征在于：步骤（2）中，逐步提高盐度负荷，对耐盐脱氮菌剂进行驯化的方法为：未经驯化的耐盐脱氮菌剂对氯离子的耐受能力为0~20g/L，当系统对氨氮的去除率达到90%以上时，以0.1~5g/L的梯度逐步增加至50~100g/L；每增加一次氯离子浓度，要待菌剂增长量稳定、氨氮去除率稳定后，再增加氯离子浓度。
4.根据权利要求1所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，其特征在于：营养物质主要包括铵盐0.5~10g/L KH2PO4或K2HPO4，0.5~10g/L MgCl2， 0.5~10g/L Na2CO3，0.5~10g/L葡萄糖或者甲醇，质量分数≤10%的NaCl，微量元素液。
5.根据权利要求4所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，其特征在于：其中微量元素液的成分如下：50~150mg/L CoCl2·6H2O、50~150mg/L CaCl2、10~50mg/L CuSO4·5H2O、50~150mg/L ZnSO4·7H2O、50~150mg/L FeSO4·7H2O、50~150mg/L MnSO4·2H2O。
6.根据权利要求1所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，其特征在于：在步骤（1）培养阶段中，通过逐步提高营养物质的浓度培养，每个阶段营养物质的浓度提高10%－20%，待前一阶段的耐盐脱氮菌剂生长量稳定后，再次增加营养物质的浓度。
7.根据权利要求6所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，其特征在于：在步骤（1）培养阶段中，营养物质按照20%、40%、60%、70%、80%、90%的浓度梯度进行培养。
8.根据权利要求1所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，其特征在于：步骤（1）培养阶段，溶解氧DO控制在1.5~5.5mg/L、温度T控制在10~40℃、pH控制在6~9。
9.根据权利要求1 所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，其特征在于：在耐盐脱氮菌剂异步驯化培养中，COD负荷控制范围为0.1~0.3kgCOD/(kgMLSS·d)，氨氮负荷控制范围为0.01~0.05kgNH4-N/(kgMLSS·d)。
10.根据权利要求1所述的一种耐盐脱氮菌剂异步驯化培养方法，其特征在于，在步骤（2）驯化阶段，营养物质按照10%－20%的梯度逐渐降低，污水按照10%－20%的梯度逐渐提升，使污泥COD负荷控制范围为0.1~0.3kgCOD/kg。
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