CN108103000A

CN108103000A - 一种提高厌氧氨氧化菌的生长促进剂及其制备方法

Info

Publication number: CN108103000A
Application number: CN201711448687.5A
Authority: CN
Inventors: 姬丹丹; 臧立华; 毛家明; 薛嵘
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Qilu University of Technology
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2018-06-01
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: CN108103000B

Abstract

厌氧氨氧化菌繁殖慢、倍增时间长、易受有机碳源和无机碳源的影响，对pH值、溶解氧温度等要求都比较苛刻。实验证明，本发明所公开的促进剂能够有效提高厌氧氨氧化菌对外界环境的耐受性，提高活性污泥的繁殖速度。根据实验，添加本发明所述的促进剂的污泥样本，其16s rRNA拷贝数高达7.01×10⁹copies/gbiomass,而未添加本发明所述的促进剂的样本其16s rRNA样本数仅有4.35×10⁹copies/gbiomass。间接表明，添加本促进剂的样本比不添加的样本的生长速度高61％。整个反应过程中1.1＜NO₃ ^‑‑N/△NH₄ ⁺‑N<1.25。反应器处于正常运行状态。

Description

一种提高厌氧氨氧化菌的生长促进剂及其制备方法

技术领域

本发明属于高氮废水的水处理领域，涉及一种提高厌氧氨氧化菌脱氮效能及其繁殖速度的方法，具体涉及用于在人工配制废水的环境下，使厌氧氨氧化菌正常进行脱氮反应并使污泥量快速增长的一种促进剂。

背景技术

在目前，随着工业生产的发展以及老百姓生活水平的不断提高，含氮废水排放量正在急剧增加，正常情况下，自然界中的氮素循环处于平衡状态。然而，由于人为氮排放，这种平衡遭到了破坏，导致了氮的积累，破坏了环境，引发了多种环境问题。并且，氨氮构成了水污染总氮指标的重要部分，而且氮的排放量比较大。所以，我们一直在探索高效的氨氮的去除方法。传统的脱氮方式有生物硝化-反硝化工艺、化学沉淀法、吹脱法等，但这些方法都具有能耗大、成本高的缺点。而且，较高浓度的氨氮对微生物具有抑制作用，处理效果不好。经过长时间的实验探索和理论研究，我们发现了厌氧氨氧化工艺。该工艺具有广阔的应用前景和商业价值，将会成为水处理研究的热点。

但是，厌氧氨氧化菌作为一种自养菌，其繁殖速度较慢，并且其脱氮效率易受外界条件影响。氨氮与亚硝酸盐氮作为反应底物，是厌氧氨氧化菌繁殖所不可缺少的物质。琥珀酸脱氢酶与细胞血红素作为厌氧氨氧化菌菌体内不可或缺的电子传递介质，在菌体生长、繁殖、代谢与脱氮过程中扮演着重要的角色，其含量高低直接关系到活性污泥的生长速度以及脱氮效能。琥珀酸是琥珀酸脱氢酶的前体物质，Fe²⁺则是细胞血红素的重要组成元素。废水中浓度过高的Na⁺、NH₄ ⁺和NO₂ ^-会破坏细胞的脱氢酶、DNA等胞内活性物质，并引起细胞凋亡。而K⁺会与上述两种离子竞争细胞膜上的共用离子通道，进入细胞内部会与脱氢酶等结合，降低Na⁺、NH₄ ⁺和NO₂ ^-对胞内活性物质的损伤。

在现有的生长促进剂中，其大多为经验产品，仅含有厌氧氨氧化菌生长所需的微量元素，意味着仅能满足厌氧氨氧化菌正常生长所需的养分；而且配比不科学、不合理。现有配方中也不含有能够直接促进厌氧氨氧化菌生长的激素类物质，不能很好的促进菌体生长。

发明内容

本发明要解决的问题是一种配置简便、价格低廉的厌氧氨氧化菌生长促进剂，能够提高厌氧氨氧化菌的生长速度，并提供其配制方法。

一种微量元素液A，包括以下重量的组分：

微量元素液A：EDTA 0.5％-1％；FeSO₄ 0.5％-0.6％；

琥珀酸1.18-1.20％；

KCl 17.88-18.00％；

抗坏血酸0.1-0.15％；余量为水。

微量元素液A的制备方法，将微量元素液A所述组分按照配比各溶解于去离子水中，混合；加水定容至1L。

优选的，微量元素液A的配制方法为：取1000ml去离子水于烧杯内，加热至沸腾，加入5-10g的EDTA并搅拌至完全溶解。而后，加入5-6g的FeSO₄，不停搅拌，至烧杯内溶液成为均匀、澄清、透明的淡黄绿色。将溶液冷却至室温，加入178.8-180g的KCl与1-1.5g抗坏血酸。待其完全溶解后，加入琥珀酸11.8-12.0g，装入细口瓶避光保存。微量元素液A中所述的抗坏血酸作用为防止氧化，保持溶液稳定。

一种微量元素液B，包括以下重量的组分：

EDTA 15％-20％；

ZnSO₄·7H₂O 0.043％-0.047％；

CoCl₂·6H₂O 0.024％-0.028％；

MnCl₂·4H₂O 0.1％-0.13％；

CuSO₄·5H₂O 0.025％-0.028％；

NaMoO₄·2H₂O 0.022％-0.025％；

NiCl₂·6H₂O 0.019％-0.021％；

NaSeO₄·10H₂O 0.021％-0.025％；

H₃BO₄ 0.0014％-0.0020％；余量为水。

微量元素液B的制备方法，将微量元素液B所述组分按照配比各溶解于去离子水中，混合；加水定容至1L。

优选的，微量元素液B的配制方法为：将所述组分完全溶解于少量去离子水中，并定容至1L。装入细口瓶保存。

所述组分在使用前经120℃热压处理。

以上浓度为水溶液的浓度。

优选的，一种适用于厌氧氨氧化菌的微量元素液，由微量元素液A和微量元素液B按照1:0.9-1.1的比例混合而成。

本发明还提供所述微量元素液的使用方法，使用时将微量元素液A和微量元素液B按照1:0.9-1.1的比例混合，并添加入人工废水中。

微量元素液A与B应在4℃条件下保存。

优选的，每升人工废水中添加微量元素A液与B液各1mL。添加前无需混合，将A与B按照1:0.9-1.1的比例分别加入水中，加入后应搅拌均匀。在常温常压下混合。

本发明的有益效果是：

按照活性污泥中厌氧氨氧化菌的营养需求，提供了一种营养均衡、适于厌氧氨氧化菌生长的培养液。改进了传统的配方，提高了厌氧氨氧化菌内部酶的活性和细胞器的复杂程度，能够有效提升厌氧氨氧化菌的代谢速度和繁殖速度，大大降低了厌氧氨氧化反应器的启动时间，可以在短时间内获得大量的厌氧氨氧化污泥，利于厌氧氨氧化的工程化应用与实验室内启动反应器。

附图说明

图1为实施例1进出水关系图。

图2为实施例1的对照组进出水关系图。

具体实施方式

实施例1：

反应器使用厌氧氨氧化种泥接种。其中厌氧氨氧化种泥接种量为1L，其MLSS为9200mg/L。将污泥从反应器顶部加入。实验用水使用人工配制的模拟废水，其NH₄ ⁺-N浓度控制在100mg/L，NO₂—N浓度控制在110mg/L，NaHCO₃浓度控制在1500mg/L。模拟废水配制在200L的水箱中，使用前用高纯氮气曝气以除去溶解氧。

反应器为带有回流装置与三相分离器的上流式厌氧污泥床反应器(USAB)。反应器由水浴加温，温度控制在31±1℃。人工废水由计量泵泵入反应器内，进水流速设定在1.5L/h，循环流速设定在5L/h。每升模拟废水添加本专利所述促进剂A液与B液各0.5ml。反应器需进行遮光保温处理。

其中，本例所使用促进剂的配方如下：

微量元素液A：

EDTA1％；FeSO₄ 0.6％；琥珀酸1.20％；KCl18.00％；抗坏血酸0.15％；

微量元素液B，包括以下重量的组分：

EDTA 20％

ZnSO₄·7H₂O 0.047％

CoCl₂·6H₂O 0.028％

MnCl₂·4H₂O 0.13％

CuSO₄·5H₂O 0.028％

NaMoO₄·2H₂O0.025％

NiCl₂·6H₂O 0.021％

NaSeO₄·10H₂O 0.025％

H₃BO₄ 0.0020％。

设立对照反应器，除了不添加促进剂，改为在人工废水中添加传统配方的微量元素液A与微量元素液B(参见文献：Kuai L.,Verstraete W.Ammoniumremoval by theoxygen-limited autotrophicnitrification-denitrificationsystem[J].AppliedandEnvironmentalMicrobiology,1998,64(11):4500-4506)之外，不改变其他任何条件。保证单一变量。在第二十天时将污泥取出，计算其体积、16s rRNA拷贝数、肼脱氢酶活性以及亚铁血红素含量。

数据如表1：

用于厌氧氨氧化菌培养的传统配方的微量元素液，包含A、B两个部分。微量元素液A，包括以下重量的组分(以水的质量为100％)：EDTA 0.5％-0.55％；FeSO₄ 0.5％-0.55％。微量元素液B，包括以下重量的组分(以水的质量为100％)：EDTA 15％-20％；ZnSO₄·7H₂O0.043％-0.045％；CoCl₂·6H₂O 0.024％-0.026％；MnCl₂·4H₂O 0.1％-0.12％；CuSO₄·5H₂O 0.025％-0.027％；NaMoO₄·2H₂O 0.022％-0.024％；NiCl₂·6H₂O 0.019％-0.021％；NaSeO₄·10H₂O 0.021％-0.023％；H₃BO₄ 0.0014％-0.0016％。所述组分在使用前经120℃热压处理。

两部分微量元素液所述组分各溶解于1L去离子水中。每升人工废水中添加微量元素A液与B液各1-1.5mL。微量元素液A与微量元素液B应在常温条件下避光保存。使用时将A液B液分别添加入人工废水中。

表1

实施例2

反应器使用厌氧氨氧化种泥与普通厌氧活性污泥接种。其中厌氧氨氧化种泥接种量为0.5L，其MLSS为9000mg/L；普通厌氧活性污泥的接种量为2L，其MLSS为5500mg/L。将污泥混合均匀后从反应器顶部加入。实验用水使用人工配制的模拟废水，其NH₄ ⁺-N浓度控制在100mg/L，NO₂—N浓度控制在110mg/L，NaHCO₃浓度控制在1700mg/L。模拟废水配制在200L的水箱中，使用前用高纯氮气曝气以除去溶解氧。

反应器为带有回流装置与三相分离器的上流式厌氧污泥床反应器(USAB)。反应器由水浴加温，温度控制在31±1℃。人工废水由计量泵泵入反应器内，进水流速设定在1L/h，循环流速设定在4L/h。每升模拟废水添加本专利所述促进剂A液与B液各0.5ml。反应器需进行遮光保温处理。

本例中所使用促进剂的配制方法如下：

微量元素液A，包括以下重量的组分(以水的质量为100％)：

微量元素液A：EDTA 0.5％；

FeSO₄ 0.5％；

琥珀酸1.18％

KCl 17.88％

抗坏血酸0.1％

一种微量元素液B，包括以下重量的组分：

EDTA 15％；

ZnSO₄·7H₂O 0.043％

CoCl₂·6H₂O 0.024％

MnCl₂·4H₂O 0.1％

CuSO₄·5H₂O 0.025％

NaMoO₄·2H₂O 0.022％

NiCl₂·6H₂O 0.019％

NaSeO₄·10H₂O 0.021％

H₃BO₄ 0.0014％。

设立对照反应器，除了不添加促进剂，改为在人工废水中添加传统配方的微量元素液A与微量元素液B之外，不改变其他任何条件。保证单一变量。每天测定两个反应器出水氨氮以计算氮脱除率，并记录其菌体自溶期、停滞期与活性增强期，加以比较。用于厌氧氨氧化菌培养的传统配方的微量元素液，成分及含量与实施例1相同。

表2

Claims

1.一种微量元素液A，包括以下重量的组分：

微量元素液A：EDTA 0.5％-1％；

FeSO₄ 0.5％-0.6％；

琥珀酸1.18-1.20％；

KCl 17.88-18.00％；

抗坏血酸0.1-0.15％；余量为水。

2.如权利要求1所述的微量元素液A的制备方法，其特征在于，将微量元素液A所述组分按照配比各溶解于去离子水中，混合；加水定容至1L。

3.如权利要求2所述的微量元素液A的制备方法，其特征在于，微量元素液A的配制方法为：取1000ml去离子水于烧杯内，加热至沸腾，加入5-10g的EDTA并搅拌至完全溶解。而后，加入5-6g的FeSO₄，不停搅拌，至烧杯内溶液成为均匀、澄清、透明的淡黄绿色。将溶液冷却至室温，加入178.8-180g的KCl与1-1.5g抗坏血酸。待其完全溶解后，加入琥珀酸11.8-12.0g，装入细口瓶避光保存。微量元素液A中所述的抗坏血酸作用为防止氧化，保持溶液稳定。

4.一种微量元素液B，包括以下重量的组分：

EDTA 15％-20％；

ZnSO₄·7H₂O 0.043％-0.047％；

CoCl₂·6H₂O 0.024％-0.028％；

MnCl₂·4H₂O 0.1％-0.13％；

CuSO₄·5H₂O 0.025％-0.028％；

NaMoO₄·2H₂O 0.022％-0.025％；

NiCl₂·6H₂O 0.019％-0.021％；

NaSeO₄·10H₂O 0.021％-0.025％；

H₃BO₄ 0.0014％-0.0020％；余量为水。

5.如权利要求4所述的微量元素液B的制备方法，其特征在于，将微量元素液B所述组分按照配比各溶解于去离子水中，混合；加水定容至1L。

6.如权利要求4所述的微量元素液B的制备方法，其特征在于，将所述组分完全溶解于少量去离子水中，并定容至1L。装入细口瓶保存。

7.如权利要求2、3、5、6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述组分在使用前经120℃热压处理。

8.一种适用于厌氧氨氧化菌的微量元素液，由微量元素液A和微量元素液B按照1:0.9～1.1的比例混合而成。

9.一种微量元素液的使用方法，使用时将微量元素液A和微量元素液B按照1:0.9～1.1的比例混合，并添加入人工废水中。

10.如权利要求9所述的微量元素液的使用方法，添加前无需混合，将A与B按照1:0.9～1.1的比例分别加入水中，加入后搅拌均匀。