CN110683643A - 一种厌氧氨氧化菌的富集方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种厌氧氨氧化菌的富集方法，以废水作为富集底物和营养源，利用添加微生物菌剂来处理不同阶段的废水，一方面可以为厌氧氨氧化菌提供所需要的富集培养条件，使出水COD、氨氮亚硝酸盐达到富集厌氧氨氧化菌株的要求；另一方面在富集过程中对目标菌株进行协同驯化作用，可以提高厌氧氨氧化菌的生长速率和耐受性能，提高厌氧氨氧化菌的富集效果和总氮去除率；确保在后续应用过程中菌株及装置能快速启动，从而加速厌氧氨氧化工艺生物脱氮的进程。

Description

一种厌氧氨氧化菌的富集方法

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的富集方法。

背景技术

厌氧氨氧化菌是一种化能自养细菌，能在无需曝气、无需外加碳源的条件下发挥脱氮作用，对全球氮循环具有重要意义，也是污水处理中重要的细菌。厌氧氨氧化(Anammox)反应是指在厌氧或者缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以NO2--N为电子受体，氧化NH4+-N为氮气的生物过程，相比传统硝化-反硝化工艺，该过程可降低50％的曝气量、100％的有机碳源以及90％的运行费用，且污泥产率低。厌氧氨氧化工艺以其突出的优点成为废水生物脱氮领域的研究热点。

但是，厌氧氨氧化菌的富集存在诸多难点，比如厌氧氨氧化菌生长缓慢，细胞产率低，难以维持较高生物浓度，对外界环境条件非常敏感严苛，较难实现纯种培养，并且对铵盐及亚硝酸盐基质的亲和力常数较低，基质浓度过高会抑制其生长。而且厌氧氨氧化菌具有群感效应，必须富集到一定丰度才能发挥作用，限制了其在生物脱氮领域的实际应用。

申请号为CN201510802682.2的发明专利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，并且在培养液中加入生长促进剂，分阶段进行富集培养。申请号为CN201810441790.5的发明专利公开了一种利用大孔聚氨酯填料，并且调控氨氮和亚硝酸盐氮营养液的加入量，在污水脱氮处理系统中高密度厌氧氨氧化细菌富集的方法。申请号为CN201710305499.0的发明专利公开了一种厌氧氨氧化污泥菌种的富集培养方法，具体将好氧消化污泥和厌氧消化污泥接种至工业废水中以进行厌氧氨氧化菌菌群的富集。申请号为CN201110408676.0的发明专利公开了一种从普通活性污泥中富集厌氧氨氧化菌的方法，具体是进行好氧硝化，通过提高污泥中兼性厌氧菌的数量，利用兼性厌氧菌产生的羟胺氧化还原酶，实现厌氧氨氧化菌的富集。

但是上述富集方法存在以下不足：1)利用人为配置的化学药剂作为厌氧氨氧化细菌的营养液，富集培养时，营养液成分单一，无法模拟正常废水情况；2)单纯利用废水作为营养源，由于废水中微生物种类多，无法准确控制出水氨氮、亚硝酸盐的比例，导致目的菌株营养需求难以满足；3)营养液中所含微生物种类和数量没有目标废水多，在富集过程中不能对目标菌株进行真实的协同，驯化作用，导致富集的目标菌株在后续应用过程中会出现菌种间的排斥，导致系统崩溃；4)富集效果和总氮去除率并没有得到很大的改善，不能满足工业上的应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供了一种厌氧氨氧化菌的富集方法。以废水作为底物和营养源，利用添加微生物菌剂来处理不同阶段的废水，以化学需氧量COD和氨氮、亚硝酸盐比例作为调控手段进行富集培养，有助于厌氧氨氧化菌的生长和富集。本发明提供的富集方法一方面可以为厌氧氨氧化菌提供所需要的富集培养条件，使出水COD、氨氮亚硝酸盐达到富集厌氧氨氧化菌株的要求；另一方面在富集过程中对目标菌株进行协同驯化作用，可以提高厌氧氨氧化菌的生长速率和耐受性能，提高厌氧氨氧化菌的富集效果和总氮去除率；确保在后续应用过程中菌株及装置能快速启动，从而加速厌氧氨氧化工艺生物脱氮的进程。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种厌氧氨氧化菌的富集方法，以废水作为富集底物和营养源，利用添加微生物菌剂来处理不同阶段的废水，具体包括如下步骤：

S1、废水前处理：将预定体积浓度活化的厌氧强化菌剂和/或复合脱氮菌剂投入废水中进行预定时间的厌氧/缺氧反应处理；

S2、曝气处理：厌氧出水后将废水通入曝气装置，添加预定体积浓度活化的好氧强化菌剂和自养硝化菌剂，进行废水中COD去除和氨氮降解的处理，并且控制曝气处理反应时间来调控COD和氨氮、亚硝酸盐比例；

S3、富集处理：曝气出水进入富集装置进行静置反应，直到出现红色菌胶团，待总氮去除率稳定，完成厌氧氨氧化菌的富集。

优选的，在步骤S1中，所述厌氧强化菌剂体积浓度为0.01～0.1％；所述厌氧强化菌剂为肠球菌、酵母菌、丁酸梭菌、乳酸菌中的一种或多种。

优选的，在步骤S1中，所述复合脱氮菌剂体积浓度为0.01～0.1％；所述复合脱氮菌剂为短小芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、苏云金杆菌杆菌中的一种或多种。

优选的，在步骤S1中，所述预定时间为6～72h。

优选的，在步骤S2中，所述好氧强化菌剂体积浓度为0.01～0.1％；所述好氧强化菌剂为枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌中的一种或多种。

优选的，在步骤S2中，所述自养硝化菌剂体积浓度为0.01～0.1％；所述自养硝化菌剂为欧洲亚硝化单胞菌、维氏硝化杆菌中的一种或多种。

优选的，在步骤S2中，所述曝气处理反应时间为12～96h，反应条件控制在出水COD＜100mg/L，氨氮、亚硝酸盐比例为1:1～1:1.2。

优选的，在步骤S3中，所述富集装置的单日进水次数为2～10次，单次静置反应时间为2～6h，富集时间为30～60天。

优选的，所述厌氧强化菌剂和好氧强化菌剂的活化方法为将活化剂、菌粉和水以1:10:100的比例置于桶中，搅拌均匀后静置2～4h即可，其中，活化温度为20℃～30℃；所述活化剂包含红糖、酵母粉、磷酸二氢钾、氯化钠和硫酸镁。

优选的，所述废水为含有无机氨氮的废水，其中氨氮浓度≤1000mg/L，COD浓度为2000～20000mg/L；所述废水包含但不限于为市政废水、养殖废水、垃圾渗滤液、工业废水、餐厨厌氧发酵液、石油废水、食品废水、印染废水、制药废水、电子废水的一种或多种。

本发明的反应机理为：

厌氧氨氧化菌本身存在于废水中，但含量非常少，因此本发明以废水作为富集底物和营养源，利用添加微生物菌剂来处理不同阶段的废水，一方面可以为厌氧氨氧化菌提供所需要的富集培养条件，使出水COD、氨氮、亚硝酸盐达到富集菌株要求。

其中，厌氧强化菌剂含有适合厌氧系统的绝对厌氧菌株和兼性厌氧菌株，可以快速适应各种厌氧污水反应器。厌氧强化菌剂的作用机理为促进有机质分解，产酸，加快水解酸化和甲烷化过程，提高厌氧系统COD去除率，同时促进厌氧池中有机氮转化为氨氮。

复合脱氮菌能快速消除水体亚硝酸盐、硝酸盐及总氮，同时可消除水体有机污染物，提高反硝化效率，保持系统反硝化作用的长期稳定性；帮助系统迅速从冲击负荷及突发性因素导致的脱氮作用混乱状态中恢复。

好氧强化菌剂自身能产生多种酶，有利于废水中大分子有机物的降解，能有效强化好氧段污水处理系统，具备快速、更强的COD去除能力，并协助其他微生物更好的适应废水环境。

自养硝化细菌在有氧条件下以氧作为最终电子受体，先将氨氮转化为亚硝酸，然后再将亚硝酸转化为硝酸，硝化细菌亚硝酸盐积累量多，硝酸盐的生成需要大量等待时间，控制好反应时间，这个特性更利于形成氨氮与亚硝酸之间的合理比例1：1.2。

微生物菌剂调控COD和氨氮、亚硝酸盐比例的作用机理为：首先，废水先进入厌氧池，投加厌氧强化菌剂，一方面厌氧强化菌剂可以降低废水COD，同时也可以促进废水中其它微生物降低COD、产生氨氮；然后，废水经过厌氧处理后进入曝气池，在曝气池分别投加曝气池好氧强化菌剂和自养硝化细菌。利用好氧强化菌剂进一步降低废水COD，利用自养硝化细菌将一部分氨氮先转化为亚硝酸。控制好曝气池的回流比可以进一步降低入曝气池废水的COD和氨氮的浓度，同时控制废水在曝气池中停留时间，从而控制余下氨氮与生成的亚硝酸的比例。由此，微生物菌剂以化学需氧量COD和氨氮、亚硝酸盐比例作为调控手段进行厌氧氨氧化菌的富集培养，有助于厌氧氨氧化菌的生长和积累。

另一方面，在富集过程中对目标菌株进行协同驯化作用，可以提高菌体的生长速率和菌体的耐受性能。协同驯化的作用机理为：经过前处理后，废水中的污泥、微生物、不同营养物一同进入富集装置，与目的菌株一起协同降解废水。其中，在富集反应中好氧、兼氧微生物将富集装置中的氧气消耗掉，形成厌氧环境，有利于厌氧氨氧化菌的生长和富集。同时，厌氧氨氧化菌消耗废水中的氨氮和亚硝酸，解除氨氮、亚硝酸浓度过高对微生物菌剂的毒害作用，协助其他微生物更好的适应废水环境，由此达到协同降解废水的作用。

在这个过程中菌株相互磨合，通过自然筛选，得到目的菌株。经过驯化的目的厌氧氨氧化细菌的纯度和丰度均较高，活性较高，很大程度上改善了厌氧氨氧化菌的富集效果，而且还确保在后续应用过程中菌株和装置能快速启动，不会出现目的菌株不适应的现象，进而可以加速厌氧氨氧化工艺生物脱氮的进程。

有益效果

1.本发明采用的一种厌氧氨氧化菌富集方法，利用添加微生物菌剂来处理不同阶段的废水，一方面可以为厌氧氨氧化菌提供所需要的富集培养条件，使出水COD、氨氮亚硝酸盐达到富集菌株要求；另一方面在富集过程中对目标菌株进行协同驯化作用，可以提高菌体的生长速率和菌体的耐受性能。

2.本发明采用的一种厌氧氨氧化菌富集方法，以化学需氧量COD和氨氮、亚硝酸盐比例作为调控手段进行富集培养，有助于厌氧氨氧化菌的生长和富集。

3.本发明采用的一种厌氧氨氧化菌富集方法，使得出水总氮下降率达到95％，很大程度上提高了生物脱氮过程中总氮的去除率。

4.本发明采用的一种厌氧氨氧化菌富集方法，得到经过驯化的目的厌氧氨氧化细菌的丰度占全细菌总丰度的比例为6～9％，很大程度上改善了厌氧氨氧化菌的富集效果，而且还确保在后续应用过程中菌株和装置能快速启动，克服了现有技术的缺陷。

5.本发明采用的一种厌氧氨氧化菌富集方法，富集培养得到的厌氧氨氧化菌群可以直接投加到污水处理系统中，不会出现目的菌株不适应的现象，用于加速厌氧氨氧化工艺生物脱氮的进程。

附图说明

图1为厌氧氨氧化菌的富集方法流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

一种厌氧氨氧化菌的富集方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、废水前处理：将预定体积浓度活化的厌氧强化菌剂和/或复合脱氮菌剂投入废水中进行预定时间的厌氧/缺氧反应处理；

S2、曝气处理：厌氧出水后将废水通入曝气装置，添加预定体积浓度活化的好氧强化菌剂和自养硝化菌剂，进行废水中COD去除和氨氮降解的处理，并且控制曝气处理反应时间来调控COD和氨氮、亚硝酸盐比例；

S3、富集处理：曝气出水进入富集装置进行静置反应，直到出现红色菌胶团，待总氮去除率稳定，完成厌氧氨氧化菌的富集。

所述厌氧强化菌剂为肠球菌、酵母菌、丁酸梭菌、乳酸菌中的一种或多种。

所述复合脱氮菌剂为短小芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、苏云金杆菌杆菌中的一种或多种。

所述好氧强化菌剂为枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌中的一种或多种。

所述自养硝化菌剂为欧洲亚硝化单胞菌、维氏硝化杆菌中的一种或多种。

下面结合实施例1-8对厌氧氨氧化菌的富集方法进行说明：

实施例1

市政废水中厌氧氨氧化菌的富集方法，具体包括如下步骤：

S1、废水前处理：将体积浓度0.01％的厌氧强化菌投入市政废水中，厌氧反应6h；

S2、曝气处理：厌氧出水，进入曝气装置，曝气装置添加体积浓度0.01％的好氧强化菌、0.01％的自养硝化细菌进行废水COD，氨氮降解。曝气处理反应时间为24h，确保出水COD＜100mg/L，氨氮、亚硝酸盐比例约为1:1；

S3、富集处理：曝气装置出水进入富集装置，进水静置反应4小时，每天进水6次；长期运行直到出现红色菌胶团，富集时间为30天，出水总氮下降95％。

实施例2

养殖废水中厌氧氨氧化菌的富集方法，具体包括如下步骤：

S1、废水前处理：将体积浓度0.02％的厌氧强化菌投入经过固液分离的养殖废水中，厌氧反应12h；然后厌氧出水，液体入缺氧池中，添加体积浓度0.02％复合脱氮菌，反应12h；

S2、曝气处理：厌氧出水，进入曝气装置，曝气装置添加体积浓度0.02％的好氧强化菌、0.02％的自养硝化细菌进行废水COD，氨氮降解。曝气处理反应时间为12h，确保出水COD＜100mg/L，氨氮、亚硝酸盐比例为1:1；

S3、富集处理：曝气装置出水进入富集装置，进水静置反应4小时，每天进水6次；长期运行直到出现红色菌胶团，富集时间为40天，出水总氮下降95％。

实施例3

垃圾渗滤液中厌氧氨氧化菌的富集方法，具体包括如下步骤：

S1、废水前处理：将体积浓度0.04％的厌氧强化菌投入经过垃圾渗滤液中，厌氧反应36h；

S2、曝气处理：厌氧出水，进入曝气装置，曝气装置添加体积浓度0.04％的好氧强化菌、0.04％的自养硝化细菌进行废水COD，氨氮降解。曝气处理反应时间为72h，确保出水COD＜100mg/L，氨氮、亚硝酸盐比例为1:1；

S3、富集处理：曝气装置出水进入富集装置，进水静置反应4小时，每天进水6次；长期运行直到出现红色菌胶团，富集时间60天，出水总氮下降95％。

实施例4

石油废水中厌氧氨氧化菌的富集方法，具体包括如下步骤：

S1、废水前处理：将体积浓度0.04％的厌氧强化菌投入到石油废水中，厌氧反应72h；

S2、曝气处理：厌氧出水，进入曝气装置，曝气装置添加体积浓度0.04％的好氧强化菌、0.04％的自养硝化细菌进行废水COD，氨氮降解。曝气处理反应时间为72h，确保出水COD＜100mg/L，氨氮、亚硝酸盐比例为1：1；

S3、富集处理：曝气装置出水进入富集装置，进水静置反应4小时，每天进水6次；长期运行直到出现红色菌胶团，富集时间为60天，出水总氮下降95％。

实施例5

印染废水中厌氧氨氧化菌的富集方法，具体包括如下步骤：

S1、废水前处理：将体积浓度0.04％的厌氧强化菌投入到印染废水中，厌氧反应48h；

S2、曝气处理：厌氧出水，进入曝气装置，曝气装置添加体积浓度0.04％的好氧强化菌、0.04％的自养硝化细菌进行废水COD，氨氮降解。曝气处理反应时间为96h，确保出水COD＜100mg/L，氨氮、亚硝酸盐比例为1：1；

S3、富集处理：曝气装置出水进入富集装置，进水静置反应4小时，每天进水6次；长期运行直到出现红色菌胶团，富集时间为60天，出水总氮下降95％。

实施例6

食品废水中厌氧氨氧化菌的富集方法，具体包括如下步骤：

S1、废水前处理：将体积浓度0.01％的厌氧强化菌投入到食品废水中，厌氧反应24h；

S2、曝气处理：厌氧出水，进入曝气装置，曝气装置添加体积浓度0.02％的好氧强化菌、0.02％的自养硝化细菌进行废水COD，氨氮降解。曝气处理反应时间为48h，确保出水COD＜100mg/L，氨氮、亚硝酸盐比例为1：1；

S3、富集处理：曝气装置出水进入富集装置，进水静置反应4小时，每天进水6次；长期运行直到出现红色菌胶团，富集时间为50天，出水总氮下降95％。

实施例7

制药废水中厌氧氨氧化菌的富集方法，具体包括如下步骤：

S1、废水前处理：将体积浓度0.01％的厌氧强化菌投入到制药废水中，厌氧反应24h；

S2、曝气处理：厌氧出水，进入曝气装置，曝气装置添加体积浓度0.02％的好氧强化菌、0.03％的自养硝化细菌进行废水COD，氨氮降解。曝气处理反应时间为72h，确保出水COD＜100mg/L，氨氮、亚硝酸盐比例为1：1；

S3、富集处理：曝气装置出水进入富集装置，进水静置反应4小时，每天进水6次；长期运行直到出现红色菌胶团，富集时间为60天，出水总氮下降95％。

实施例8

电子废水中厌氧氨氧化菌的富集方法，具体包括如下步骤：

S1、废水前处理：将体积浓度0.03％的厌氧强化菌投入到电子废水中，厌氧反应48h；

S2、曝气处理：厌氧出水，进入曝气装置，曝气装置添加体积浓度0.04％的好氧强化菌、0.04％的自养硝化细菌进行废水COD，氨氮降解。曝气处理反应时间为96h，确保出水COD＜100mg/L，氨氮、亚硝酸盐比例为1：1；

S3、富集处理：曝气装置出水进入富集装置，进水静置反应4小时，每天进水6次；长期运行直到出现红色菌胶团，富集时间为60天，出水总氮下降95％。

表1为实施例1-8的工艺参数设置

结合表1进行结果分析，本发明采用的厌氧氨氧化菌富集方法在不同废水中富集到的厌氧氨氧化菌的丰度均达到1011copies/gVSS，占全细菌总丰度的比例为6-9％，富集效果显著提高，而且富集的同时降解了废水中氨氮，使总氮去除率达到95％，具有很好的生物修复效果。本发明采用的富集方法，富集时间短且富集丰度高，很大程度上提升了厌氧氨氧化菌生物脱氮的周期和效率，具有极大的应用前景。

其中，由于养殖废水COD、氨氮高，因此养殖废水富集过程中，多了一个缺氧工艺，该工艺需要添加复合脱氮菌剂。复合脱氮菌功效是快速消除水体亚硝酸盐、硝酸盐及总氮，同时可消除水体有机污染物；提高反硝化效率，保持系统反硝化作用的长期稳定性；协助其他微生物更好的适应废水环境。

综上所述，本发明提供的厌氧氨氧化菌的富集方法，以废水作为富集底物和营养源，利用添加微生物菌剂来处理不同阶段的废水，一方面可以为厌氧氨氧化菌提供所需要的富集培养条件，使出水COD、氨氮亚硝酸盐达到富集厌氧氨氧化菌株的要求；另一方面在富集过程中对目标菌株进行协同驯化作用，可以提高厌氧氨氧化菌的生长速率和耐受性能，提高厌氧氨氧化菌的富集效果和总氮去除率；确保在后续应用过程中菌株及装置能快速启动，从而加速厌氧氨氧化工艺生物脱氮的进程。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、废水前处理：将预定体积浓度活化的厌氧强化菌剂和/或复合脱氮菌剂投入废水中进行预定时间的厌氧/缺氧反应处理；

S2、曝气处理：厌氧出水后将废水通入曝气装置，添加预定体积浓度活化的好氧强化菌剂和自养硝化菌剂，进行废水中COD去除和氨氮降解的处理，并且控制曝气处理反应时间来调控COD和氨氮、亚硝酸盐比例；

S3、富集处理：曝气出水进入富集装置进行静置反应，直到出现红色菌胶团，待总氮去除率稳定，完成厌氧氨氧化菌的富集。

2.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：在步骤S1中，所述厌氧强化菌剂的体积浓度为0.01～0.1％；所述厌氧强化菌剂为肠球菌、酵母菌、丁酸梭菌、乳酸菌中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：在步骤S1中，所述复合脱氮菌剂的体积浓度为0.01～0.1％；所述复合脱氮菌剂为短小芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、苏云金杆菌杆菌中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：在步骤S1中，所述预定时间为6～72h。

5.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：在步骤S2中，所述好氧强化菌剂的体积浓度为0.01～0.1％；所述好氧强化菌剂为枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：在步骤S2中，所述自养硝化菌剂的体积浓度为0.01～0.1％；所述自养硝化菌剂为欧洲亚硝化单胞菌、维氏硝化杆菌中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：在步骤S2中，所述曝气处理反应时间为12～96h，反应条件控制在出水COD＜100mg/L，氨氮与亚硝酸盐的比例为1:1～1:1.2。

8.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：在步骤S3中，所述富集装置的单日进水次数为2～10次，单次静置反应时间为2～6h，富集时间为30～60天。

9.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：所述厌氧强化菌剂和好氧强化菌剂的活化方法为将活化剂、菌粉和水以1:10:100的比例置于桶中，搅拌均匀后静置2～4h；其中，活化温度为20℃～30℃；所述活化剂包含红糖、酵母粉、磷酸二氢钾、氯化钠和硫酸镁。

10.根据权利要求1所述的一种厌氧氨氧化菌的富集方法，其特征在于：所述废水为含有无机氨氮的废水，其中氨氮浓度≤1000mg/L，COD浓度为2000～20000mg/L；所述废水包含但不限于为市政废水、养殖废水、垃圾渗滤液、工业废水、餐厨厌氧发酵液、石油废水、食品废水、印染废水、制药废水、电子废水的一种或多种。