CN106754618A

CN106754618A - 一种厌氧氨氧化菌群的富集培养方法

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Publication number: CN106754618A
Application number: CN201510802682.2A
Authority: CN
Inventors: 高会杰; 孙丹凤; 郭志华; 赵胜楠
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2035-11-19
Also published as: CN106754618B

Abstract

本发明公开了一种厌氧氨氧化菌群的富集培养方法，以含氨氧化菌的活性污泥作为接种物，以铵盐或含氨废水作为培养液，分阶段进行培养：第一阶段，将DO控制在0.2-2.0mg/L进行硝化反应，当亚硝化率达到10%-20%时，降低DO至小于0.5mg/L，进入第二阶段进行厌氧氨氧化菌的富集培养；当亚硝酸根浓度低于5mg/L时，再次提高DO为0.2-2.0mg/L继续进行硝化反应，当亚硝化率再次达到10%-20%时，降低DO小于0.5mg/L条件下进行厌氧氨氧化菌的富集培养，此过程交替进行，直到培养液中总氮浓度低于25mg/L时，结束培养，沉降除去上清液，进入下一个周期的培养。本发明根据厌氧氨氧化菌的底物和产物特征，以溶解氧作为调控手段分阶段进行富集培养，并以亚硝化程度作为转换点，有助于厌氧氨氧化菌的生长和积累。

Description

一种厌氧氨氧化菌群的富集培养方法

技术领域

本发明属于环境微生物技术领域，具体涉及一种厌氧氨氧化菌群的富集培养方法。

背景技术

20世纪90年代以来发现的厌氧氨氧化现象为高浓度含氨废水的生物脱氮处理提供了新思路。一批基于厌氧氨氧化理论的新型生物脱氮技术应运而生。厌氧氨氧化是指在厌氧或缺氧条件下，微生物直接以NH₄ ⁺-N为电子供体，以NO₂ ^--N为电子受体，将NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N转变为N₂的生物过程，厌氧氨氧化过程不需要氧气的参与，属于完全自养过程，所以与传统硝化反硝化过程相比，可以节省供氧费用50%，而且不需要外加有机碳源，可以大幅度降低污水脱氮的基建投资和运行成本，同时厌氧氨氧化过程也可以使剩余污泥产生量降至最低，从而节省大量的污泥处置费用。厌氧氨氧化工艺作为一种新型生物脱氮技术备受关注。

厌氧氨氧化工艺特别适合处理高氨氮、低碳源污水，该技术在国外已经有工程化应用的案例。第一个工程化的厌氧氨氧化反应器（体积70m³）建立在荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂，并于2002年投入运行，该反应器内厌氧氨氧化菌的倍增时间为10-12天。此后奥地利Strass污水处理厂、Salzburg污水处理厂、瑞士Glarnerland污水处理厂以及美国Washington DC污水处理厂等都已经工程化实施该项厌氧氨氧化技术，但是国内对该技术的研究还处于实验室和中试阶段，仅在2009年通辽梅花集团建成的世界上最大的厌氧氨氧化反应器也是荷兰帕克公司的技术。自从荷兰帕克公司获得Anammox专利授权后，在我国针对酿酒生产废水、味精生产废水和酵母生产废水等建造了多个应用实例，但是实际运行效果均未见报道。因此厌氧氨氧化技术需要尽快国产化。

厌氧氨氧化菌生长缓慢，细胞产率低，因此难以维持较高生物浓度，即使经过数月的运行建立了厌氧氨氧化功能，仍然由于厌氧氨氧化菌对环境条件的敏感而难以维持反应器的稳定运行，在工业应用过程中，同样因为厌氧氨氧化菌群对实际污水的适应性差而难以维持长久稳定运行。尽管厌氧氨氧化技术已经发展了二十几年，但是仍然存在许多问题需要深入研究和探讨，特别是如何促进厌氧氨氧化细菌的快速大量繁殖是今后研究的重要内容。探索厌氧氨氧化细菌的富集培养技术，对于进一步推动厌氧氨氧化技术的发展具有重要的现实意义。

CN201110408676.0公开了一种从普通活性污泥中富集厌氧氨氧化菌的方法，其特征是采用序批式反应器先对普通活性污泥进行好氧硝化处理，然后进行厌氧处理，并投加活性炭载体，实现对厌氧氨氧化菌的富集培养。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种厌氧氨氧化菌群的富集培养方法，本发明根据厌氧氨氧化菌的底物和产物特征，以溶解氧作为调控手段分阶段进行富集培养，并以亚硝化程度作为转换点，有助于厌氧氨氧化菌的生长和积累。

本发明厌氧氨氧化菌群的富集培养方法，以含氨氧化菌的活性污泥作为接种物，以铵盐或含氨废水作为培养液，分阶段进行富集培养：第一阶段，将溶解氧浓度控制在0.2-2.0mg/L进行硝化反应，当亚硝化率达到10%-20%时，降低溶解氧浓度至小于0.5mg/L，进入第二阶段进行厌氧氨氧化菌的富集培养；当亚硝酸根浓度低于5mg/L时，再次提高溶解氧浓度为0.2-2.0mg/L继续进行硝化反应，当亚硝化率再次达到10%-20%时，降低溶解氧浓度小于0.5mg/L条件下进行厌氧氨氧化菌的富集培养，此不同溶解氧浓度的控制过程交替进行，直到培养液中总氮浓度低于25mg/L时，结束一个周期的培养，沉降除去上清液，更换新鲜培养液进入下一个周期的培养，或者直接补加铵盐进入下一个周期的培养。

本发明中，最好在培养液中加入厌氧氨氧化菌生长促进剂，所述促进剂包括金属盐、多胺类物质、无机酸羟胺和Na₂SO₃，其中金属盐为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，无机酸羟胺为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，所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。

本发明所述生长促进剂中，金属盐可以是钙盐、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、亚铁盐和铜盐，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、亚铁盐和铜盐，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）。

本发明所述生长促进剂中，钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，镁盐为MgSO₄或者Mg Cl₂，亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂，铜盐为CuSO₄或者CuCl₂。所述多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。所述无机酸羟胺为盐酸羟胺、硫酸羟胺或者磷酸羟胺中的一种或几种。

本发明中，所述的活性污泥可以选取本领域常用的富含氨氧化菌的活性污泥。所述的铵盐可以是(NH₄)₂SO₄、NH₃·H₂O或NH₄Cl等，优选(NH₄)₂SO₄。所述的含氨废水可以是一切含有无机氨氮的废水，氨氮浓度低于1000mg/L，COD浓度低于50mg/L。

本发明中，所述厌氧氨氧化菌的培养条件为：温度为15-40℃，优选为20-35℃，pH为7.0-9.0，优选为7.5-8.5，SV₃₀（污泥30min沉降比）为25%-35%。

本发明中，可以采用定期补加铵盐或者批次更换新鲜培养液的方式进行培养，在每次补加铵盐或者更换新鲜培养液时都加入生长促进剂，加入量为使得培养体系中促进剂浓度为10-50mg/L，优选为10-20mg/L。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明根据菌体的底物和产物特征，以溶解氧作为调控手段分阶段进行富集培养，并以亚硝化程度作为转换点，有助于厌氧氨氧化菌的生长和积累。

（2）本发明在培养液中加入生长促进剂，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受溶解氧性能。采用高低溶解氧条件频繁交替的方式进行培养，可以使所获得的厌氧氨氧化菌适应性强，应用于短程硝化-厌氧氨氧化工艺中能够与短程硝化快速结合，保证系统的稳定运行。

（3）本发明通过使用生长促进剂并配合工艺条件实现了厌氧氨氧化菌的高效富集。该促进剂配方简单，制备容易，富集培养的厌氧氨氧化菌群可以直接投加到污水处理系统中，用于系统的快速启动和稳定性维护，加速短程硝化-厌氧氨氧化工艺的工业化进程。

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。

本发明所涉及厌氧氨氧化菌生长促进剂的制备可以按照CN201410585124.0、 CN201410585422.X和CN201410585421.5所述的方法。采用上述方法按照表1促进剂的比例和配方配制四种型号的生长促进剂，所述生长促进剂浓度均为0.5g/L。

表1 生长促进剂的配方及比例

实施例1

首先向兼氧反应器内接种某污水厂富含氨氧化菌的活性污泥，接种后污泥三十分钟沉降比SV₃₀为25%，在温度为25℃，pH为7.5条件下，以氨氮浓度为100mg/L的NH₄Cl溶液作为培养液，分阶段进行富集培养：第一阶段，将溶解氧浓度控制在0.6-0.8mg/L进行硝化反应，当亚硝化率达到20%时，降低溶解氧浓度至0.1-0.3mg/L，进行厌氧氨氧化菌的富集培养；当亚硝酸根浓度低于5mg/L时，再次提高溶解氧浓度为0.6-0.8mg/L继续进行硝化反应，当亚硝化率再次达到20%时降低溶解氧浓度至0.1-0.3mg/L进行厌氧氨氧化菌的富集培养，此不同溶解氧浓度的控制过程交替进行，当培养液中总氮浓度低于25mg/L时，结束一个周期的培养，沉降除去上清液，更换新鲜培养液进入下一个周期的培养，在更换培养液的同时按照培养系统中促进剂浓度为10mg/L补加厌氧氨氧化菌生长促进剂Ⅰ。本次培养过程共经历了5个周期，获得厌氧氨氧化菌群A。

实施例2

首先向兼氧反应器内接种某污水厂富含氨氧化菌的活性污泥，接种后污泥三十分钟沉降比SV₃₀为30%，在温度为30℃，pH为8.0条件下，以氨氮浓度为200mg/L的含氨污水作为培养液，分阶段进行富集培养：第一阶段，将溶解氧浓度控制在1.3-1.5mg/L进行硝化反应，当亚硝化率达到15%时，降低溶解氧浓度至0.2-0.4mg/L，进行厌氧氨氧化菌的富集培养；当亚硝酸根浓度低于5mg/L时，再次提高溶解氧浓度为1.3-1.5mg/L继续进行硝化反应，当亚硝化率再次达到15%时降低溶解氧浓度至0.2-0.4mg/L进行厌氧氨氧化菌的富集培养，此不同溶解氧浓度的控制过程交替进行，当培养液中总氮浓度低于25mg/L时，结束一个周期的培养，沉降除去上清液，更换新鲜培养液进入下一个周期的培养，在更换培养液时按照培养系统中促进剂浓度为15mg/L补加厌氧氨氧化菌生长促进剂Ⅱ。本次培养过程共经历了5个周期，获得厌氧氨氧化菌群B。

实施例3

首先向兼氧反应器内接种某污水厂富含氨氧化菌的活性污泥，接种后污泥三十分钟沉降比SV₃₀为35%，在温度为32℃，pH为8.2条件下，以氨氮浓度为300mg/L的(NH₄)₂SO₄溶液作为培养液，分阶段进行富集培养：第一阶段，将溶解氧浓度控制在1.8-2.0mg/L进行硝化反应，当亚硝化率达到15%时，降低溶解氧浓度至0.3-0.5mg/L，进行厌氧氨氧化菌的富集培养；当亚硝酸根浓度低于5mg/L时，再次提高溶解氧浓度为1.8-2.0mg/L继续进行硝化反应，当亚硝化率再次达到15%时降低溶解氧浓度0.3-0.5mg/L进行厌氧氨氧化菌的富集培养，此不同溶解氧浓度的控制过程交替进行，当培养液中总氮浓度低于25mg/L时，结束一个周期的培养，沉降除去上清液，更换新鲜培养液进入下一个周期的培养，在更换培养液时按照培养系统中促进剂浓度为25mg/L补加厌氧氨氧化菌生长促进剂Ⅲ。本次培养过程共经历了4个周期，获得厌氧氨氧化菌群C。

比较例1

培养条件和培养时间同实施例3，不同之处是培养过程中不采用溶解氧交替进行的方式，溶解氧始终为0.3-0.5mg/L，培养结束后，获得厌氧氨氧化菌群D。

比较例2

培养条件和培养时间同实施例3，不同之处是培养过程中不采用溶解氧交替进行的方式，溶解氧始终控制在1.8-2.0mg/L，培养结束后，获得厌氧氨氧化菌群E。

比较例3

培养条件和培养时间同实施例3，不同之处是培养过程中不投加厌氧氨氧化菌生长促进剂，培养结束后，收获厌氧氨氧化菌群F。

将上述培养获得的厌氧氨氧化菌群A-F用于废水的厌氧氨氧化处理过程中。废水中的氨氮浓度为80mg/L，亚硝酸盐氮浓度为75mg/L，废水处理温度为30℃，溶解氧浓度低于0.5mg/L，pH为7.5-8.0。采用批次换排水的方式进行处理，24h为一个处理周期，5天后废水的氨氮和总氮去除率见表2。

表2 厌氧氨氧化菌群的处理效果

由表2可见，厌氧氨氧化菌群A-C在处理含氨废水时，氨氮和总氮去除率均大于85%，只在同一溶解氧条件下培养获得的厌氧氨氧化菌群D和E、不加生长促进剂获得的厌氧氨氧化菌群F，氨氮和总氮去除率均小于70%。由此可见，本发明方法培养的厌氧氨氧化菌群达到很好的脱氮效果。

Claims

1.一种厌氧氨氧化菌群的富集培养方法，其特征在于：以含氨氧化菌的活性污泥作为接种物，以铵盐或含氨废水作为培养液，分阶段进行富集培养：第一阶段，将溶解氧浓度控制在0.2-2.0mg/L进行硝化反应，当亚硝化率达到10%-20%时，降低溶解氧浓度至小于0.5mg/L，进入第二阶段进行厌氧氨氧化菌的富集培养；当亚硝酸根浓度低于5mg/L时，再次提高溶解氧浓度为0.2-2.0mg/L继续进行硝化反应，当亚硝化率再次达到10%-20%时，降低溶解氧浓度小于0.5mg/L条件下进行厌氧氨氧化菌的富集培养，此不同溶解氧浓度的控制过程交替进行，直到培养液中总氮浓度低于25mg/L时，结束一个周期的培养，沉降除去上清液，进入下一个周期的培养。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在培养液中加入厌氧氨氧化菌生长促进剂，所述促进剂包括金属盐、多胺类物质、无机酸羟胺和Na₂SO₃，其中所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：所述生长促进剂中，金属盐为40-100重量份，多胺类物质为5-30重量份，无机酸羟胺为0.05-1.5重量份，Na₂SO₃为10-40重量份。

4.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述生长促进剂中，金属盐是钙盐、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、亚铁盐和铜盐，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、亚铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（1-8）:（0.5-5）。

5.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述生长促进剂中，钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，镁盐为MgSO₄或者Mg Cl₂，亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂，铜盐为CuSO₄或者CuCl₂。

6.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述生长促进剂中，多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。

7.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述生长促进剂中，无机酸羟胺为盐酸羟胺、硫酸羟胺或者磷酸羟胺中的一种或几种。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铵盐是(NH₄)₂SO₄、NH₃·H₂O或NH₄Cl；所述的含氨废水是一切含有无机氨氮的废水，其中氨氮浓度低于1000mg/L，COD浓度低于50mg/L。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述厌氧氨氧化菌的培养条件为：温度为15-40℃，pH为7.0-9.0，优选为7.5-8.5，污泥30min沉降比SV₃₀为25%-35%。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述下一个周期的培养采用补加铵盐或者批次更换新鲜培养液的方式，在每次补加铵盐或者更换新鲜培养液时加入厌氧氨氧化菌生长促进剂，加入量为使得培养体系中促进剂浓度为10-50mg/L。