CN106754451A - 一种富集培养耐盐亚硝酸菌群的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种富集培养耐盐亚硝酸菌群的方法，以活性污泥作为接种物，采用批次补料和批次换水交替进行的方式，并通过逐渐提高培养液氨氮浓度和盐度的方法来进行富集，所用培养液包括亚硝酸菌生长促进剂和铵盐，所述的亚硝酸菌生长促进剂包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和Na₂SO₃，其中所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。本发明方法所得到的亚硝酸菌群活性高、使用效果好，适用于短程硝化反硝化工艺处理高含盐废水中的氨氮，可以大大降低处理成本和运行能耗。

Description

一种富集培养耐盐亚硝酸菌群的方法

技术领域

本发明属于环境微生物领域，具体涉及一种富集培养耐盐亚硝酸菌群的方法。

背景技术

在生物脱氮过程中，通过亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐氮而后直接进行反硝化的过程称为亚硝酸型生物脱氮。与传统生物脱氮技术相比，亚硝酸型生物脱氮技术因能缩短水力停留时间、可节省25%的能耗和40%的碳源、同时可以减少剩余污泥处理量而成为污水生物脱氮领域新的研究热点。

目前大多数研究结果表明，通过控制外界条件如温度、溶解氧、pH和污泥龄等因素可以实现硝化过程中HNO₂积累，但出现亚硝酸盐积累后难以维持其长期稳定存在。CN1785843A公开了一种实现低C/N比高浓度氨氮废水短程硝化的方法，该方法是利用厌氧颗粒污泥培育的硝化颗粒污泥作为接种物、采用逐渐提高基质氨氮浓度来实现的，厌氧颗粒污泥虽然具有培养速度快的优点，但在后续的好氧短程硝化过程中，仍然存在短程硝化向全程硝化转化的不足。CN101423290A公开了常温下全程硝化生物脱氮系统实现短程硝化的方法，该方法分为4个阶段，每一个阶段的DO水平都控制的0.5-0.8，主要是通过控制限氧曝气使系统DO处于较低水平，在同时含有亚硝酸菌和硝酸菌的系统中保持亚硝酸菌的正常代谢和增值，不断抑制硝酸菌活性，最终实现短程硝化。然而在实际污水处理过程中，即使供氧量相同，由于生物量的不同及生物活性的不同导致硝化过程的耗氧量也不同，以及大型生物反应器很难达到溶解氧非常均匀的效果，所以DO水平很难有效控制在0.5-0.8mg/L这个范围，一旦溶解氧浓度没有控制好就会影响短程硝化的稳定性。

富集培养亚硝酸菌则是实现亚硝酸型生物脱氮技术的有效途径， CN201010221247.8公开了一种亚硝化优势菌群的培养方法，虽然能解决单纯依靠外界条件难以实现稳定的亚硝酸盐积累难题，但是在处理总含盐质量分数大于1%的高盐度废水时，废水中含有的高浓度盐会破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶活性，微生物脱氨氮活性降低，从而增加了高含盐氨氮废水的处理难度，更难以实现稳定的短程硝化反硝化脱氮。

CN201010267865.6公开了一种耐盐硝化菌群的富集培养方法，以活性污泥作为接种物，采用序批式方式进行富集培养，该发明采用逐步提高盐度的方法对硝化菌群进行驯化，整个驯化周期需要45-90天，最终所驯化的硝化细菌能耐受的氯化钠和硫酸钠浓度分别为6.5g/L和16g/L，该发明所获得的硝化细菌仍然不适合处理盐浓度大于25g/L（含盐质量分数大于2.5%）的含氨废水。CN201210102760.4公开了一种高盐度、高浓度氨氮废水的处理方法，该方法采用的驯化后的硝化细菌，适合处理500mg/L浓度氨氮、含盐量35g/L以内的高盐度废水。以上发明专利涉及的耐盐硝化菌中的优势菌都是全程硝化菌，并不是短程硝化菌，因此不具备短程硝化的优势。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种富集培养耐盐亚硝酸菌群的方法。本发明方法所得到的亚硝酸菌群活性高、使用效果好，适用于短程硝化反硝化工艺处理高含盐废水中的氨氮，可以大大降低处理成本和运行能耗。

本发明富集培养耐盐亚硝酸菌群的方法，包括如下内容：以活性污泥作为接种物，采用批次补料和批次换水交替进行的方式，通过逐渐提高培养液氨氮浓度和盐度的方法来进行富集，所用培养液包括亚硝酸菌生长促进剂和铵盐，所述亚硝酸菌生长促进剂包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和Na₂SO₃，其中所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。

本发明所述的亚硝酸菌生长促进剂中，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。

本发明所述的亚硝酸菌生长促进剂中，金属盐可以为钙盐、铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（1-8）:（0.5-5），优选为（8-12）:（2-6）:（1-4）；或者是钙盐、镁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（0.5-5），优选为（8-12）:（10-20）:（1-4）；或者是钙盐、镁盐、铁盐和铜盐，其中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）。

本发明所述的亚硝酸菌生长促进剂中，钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，镁盐为MgSO₄或者MgCl₂，铜盐为CuSO₄或者CuCl₂，亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂。

本发明所述的亚硝酸菌生长促进剂中，所述的多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。所述有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。

本发明在每次提高氨氮浓度或者每次更换新鲜培养基时，在培养液中加入亚硝酸菌生长促进剂，加入量为使得培养体系中促进剂浓度为10-20mg/L。

本发明所述批次补料和批次换水交替进行的方式，是指当培养液中含盐质量分数低于1.0%时直接补加基质氨氮和亚硝酸菌生长促进剂，直到培养液中含盐质量分数达到1.0%时，停止曝气、沉降、排除上清液，留下菌体，然后补充新鲜培养液继续培养；在批次补料培养阶段，当培养液中含盐质量分数比上一次换排水时提高0.5%-1.0%可再次进行换排水。所述逐渐提高培养液氨氮浓度的方法，是指每次补料后，24h内当氨氮浓度降至50mg/L以下，即可提高培养液中基质的氨氮浓度，其提高幅度为50-150mg/L。当培养液氨氮浓度提高到1000mg/L、培养液中盐浓度达到60g/L时，结束一个周期的培养过程。

本发明所述的铵盐可以是(NH₄)₂SO₄、NH₃·H₂O或NH₄Cl等，优选(NH₄)₂SO₄。培养过程中培养液的初始NH₄ ^＋-N浓度为100-200mg/L，最终浓度为500-1200mg/L，优选为600-1000mg/L。

本发明所述的活性污泥可以选取本领域常用的含硝化菌的活性污泥，优选取自处理含盐质量分数大于0.5%的污水处理厂的活性污泥。

本发明所述亚硝酸菌群富集培养条件为：温度为20-30℃，pH为7.0-9.0，优选为8.0-8.5，SV₃₀（污泥30min沉降比）为25%-35%，溶解氧浓度（DO）大于0.5mg/L，优选为1-3mg/L。

本发明为了维持溶液pH值在亚硝酸菌生长所需要的范围内，所用的pH调节剂为NaOH或KOH与Na₂CO₃或NaHCO₃的任意组合，组合后使得pH调节剂的pH值为8.0-10。

本发明所述培养液中加入一定量的亚硝酸菌生长促进剂，一方面可以为细菌提供所需要的富集培养条件，另一方面可以提高菌体的生长速率和菌体的耐盐性能。亚硝酸菌生长促进剂中的金属元素作为酶的组份促进酶的合成，同时还有利于提高酶的活性，多胺类物质与金属离子共同作用，可以加快细胞增殖，提高细胞的耐盐性能。

本发明针对盐含量高（含盐质量分数大于1.0%）、氨氮含量高（NH₄ ⁺-N含量≤1000mg/L）、有机物含量少（COD含量低于200mg/L）的废水特点，采用批次补料和批次换水交替进行的方式，逐渐提高基质氨氮浓度并添加特定组成物质和配比的亚硝酸菌生长促进剂，在不加入其它碳源或只加入少量有机物的情况下，使污泥中的原生动物、后生动物、真菌以及碳化菌等杂菌的生长明显受到抑制，有利于亚硝酸菌成为优势菌群，并耐受越来越高的氨氮和盐浓度。所获得的亚硝酸菌群能耐受盐浓度高达60g/L以上，能够处理氨氮浓度高达800mg/L的废水。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明方案进行进一步说明。

本发明方法的具体操作步骤如下：首先取活性污泥以20%-40%（污泥30分钟沉降比）的接种量按间歇式活性污泥法进行富集强化培养。按照本发明所述的组分和配比配制亚硝酸菌生长促进剂。在反应器运行过程中用KOH和NaHCO₃的混合物配置pH值大于9的调节剂来维持培养系统内的pH值在8.0-8.5。在富集培养过程中逐渐提高进水氨氮浓度，每一次提高氨氮浓度的同时都按照培养系统中促进剂浓度10-20mg/L补加促进剂。初始氨氮浓度为100-200mg/L，24h后氨氮浓度低于50mg/L即可按照50-100mg/L的幅度提高基质氨氮浓度，多次补加氨氮后当培养液中盐浓度达到10g/L时，沉降排上清液，留下菌体重新配置新鲜培养液继续进行补料阶段的培养，当培养液中盐浓度提高到15-20g/L时再次沉降排上清液，重新配置新鲜培养液进行下一个补料阶段的培养，此批次补料和批次排水过程反复进行，当培养液氨氮浓度提高到800mg/L、培养液中盐浓度大于60g/L时，氨氮去除率大于90%，结束一个周期的培养过程。耐盐亚硝酸菌群富集培养的参数指标为：温度为20-30℃，pH为8.0-8.5，DO为1-3mg·L^{– 1}。

本发明实施例所使用的亚硝酸菌生长促进剂按照CN201410585483.6、CN201410585481.7和CN201410585655.X所述方法进行制备，优选按照CN201410585655.X所述方法制备。本发明所用亚硝酸菌生长促进剂配置容易，使用方便，在生物处理过程中投加使用后可以促进亚硝酸菌生长、抑制硝酸菌生长，使得活性污泥中的亚硝酸菌成为优势菌群，进而将硝化反应稳定控制在亚硝酸阶段而直接进行反硝化。

实施例1 生长促进剂的制备方法

首先按照表1亚硝酸菌生长促进剂的比例和配方制备金属盐溶液，在使用前将多胺类物质、有机酸羟胺和Na₂SO₃加入到金属盐溶液中，制备得到亚硝酸菌生长促进剂Ⅰ-Ⅲ，所述促进剂浓度均为0.5g/L。

表1 亚硝酸菌生长促进剂的配方及比例

实施例2 耐盐亚硝酸菌群的富集培养

从某炼油污水处理厂的高含盐系列污水处理系统中取活性污泥，以不同的接种量接种于总体积为10L的四个不同的富集反应器内，进行耐盐亚硝酸菌群的富集培养。在富集培养过程每一次提高氨氮浓度的同时都按照培养系统中促进剂浓度15mg/L分别补加实施例1的生长促进剂，初始氨氮浓度均为100mg/L，24h后氨氮浓度低于50mg/L即可按照100mg/L的幅度提高基质氨氮浓度，多次补加基质和促进剂后当培养液中盐浓度达到10g/L时，沉降排上清液，留下菌体重新配置新鲜培养液继续进行补料阶段的培养，当培养液中盐浓度达15g/L时再次沉降排上清液，重新配置新鲜培养液进行下一个补料阶段的培养，此批次补料和批次排水过程反复进行，当培养液氨氮浓度提高到800mg/L、培养液中盐浓度大于60g/L时，氨氮去除率大于90%，结束一个周期的培养过程。四个反应器具体培养条件和培养结束后氨氮去除率及亚硝化率见表2。

表2 耐盐亚硝酸菌群培养条件和效果

由表2可知，采用本发明的处理工艺并投加亚硝酸菌生长促进剂，氨氮去除率可达92%以上，而且亚硝化率可以稳定在85%以上，而只采用本发明工艺不投加促进剂，氨氮去除率只有86.7%，亚硝化率不足50%。

Claims (10)

1.一种富集培养耐盐亚硝酸菌群的方法，其特征在于包括如下内容：以活性污泥作为接种物，采用批次补料和批次换水交替进行的方式，并通过逐渐提高培养液氨氮浓度和盐度的方法来进行富集，所用培养液包括亚硝酸菌生长促进剂和铵盐，所述亚硝酸菌生长促进剂包括金属盐、多胺类物质、有机酸羟胺和Na₂SO₃，其中所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的亚硝酸菌生长促进剂中，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。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的亚硝酸菌生长促进剂中，金属盐为钙盐、铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（1-8）:（0.5-5）；或者是钙盐、镁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（0.5-5）；或者是钙盐、镁盐、铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（1-8）:（0.5-5）。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：所述的亚硝酸菌生长促进剂中，钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，镁盐为MgSO₄或者MgCl₂，铜盐为CuSO₄或者CuCl₂，亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的亚硝酸菌生长促进剂中，多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物；所述有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在每次提高氨氮浓度或者每次更换新鲜培养基时，在培养液中加入亚硝酸菌生长促进剂，加入量为使得培养体系中促进剂浓度为10-20mg/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述批次补料和批次换水交替进行的方式，是指当培养液中含盐质量分数低于1.0%时直接补加基质氨氮和亚硝酸菌生长促进剂，直到培养液中含盐质量分数达到1.0%时，停止曝气、沉降、排除上清液，留下菌体，然后补充新鲜培养液继续培养；在批次补料培养阶段，当培养液中含盐质量分数比上一次换排水时提高0.5%-1.0%可再次进行换排水。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述逐渐提高培养液氨氮浓度的方法，是指每次补料后，24h内当氨氮浓度降至50mg/L以下，即可提高培养液中基质的氨氮浓度，其提高幅度为50-150mg/L；当培养液氨氮浓度提高到1000mg/L、培养液中盐浓度达到60g/L时，结束一个周期的培养过程。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的铵盐是(NH₄)₂SO₄、NH₃·H₂O或NH₄Cl，培养过程中培养液的初始NH₄ ^＋-N浓度为100-200mg/L，最终浓度为500-1200mg/L；所述的活性污泥取自处理含盐质量分数大于0.5%的污水处理厂的活性污泥。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述亚硝酸菌群富集培养条件为：温度为20-30℃，pH为7.0-9.0，SV₃₀为25%-35%，溶解氧浓度为1-3mg/L。