CN113846042A - 一种耐氨氮复合菌剂、及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了耐氨氮复合菌剂、及其制备方法和应用。以待处理污水处理厂水体处理过程中获得的硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，按质量比(1‑5)：(1‑5)进行混合后；经过淘洗过滤后，作为接种物，按照10‑30％的质量比接种量接种驯化培养基，进行驯化培养；再按照10‑30％的质量比接种富集培养基，进行富集培养获得耐氨氮复合菌剂，并研制了其制备方法和应用；有利于增强系统的稳定性，应用于污水处理中，总氮去除率高，运行成本低，能源消耗低，该方法为新型生物脱氮技术的工程应用奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及微生物菌剂以及废水处理技术领域，具体涉及一种耐氨氮复合菌剂、及其制备方法和应用。
背景技术
含氮废水主要来源于化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋场等，大量含氮废水排入水体不仅引起水体富营养化、造成水体黑臭，给水处理的难度和成本加大，甚至对人群及生物产生毒害作用，传统脱氮工艺，是基于将氨氮在硝化菌的作用下全部氧化成硝氮或者亚硝态氮，然后在反硝化菌的作用下还原成氮气。这将耗费大量能源，特别是在废水中有机碳源不足的情况下，需要外加碳源，从而导致过高的运行费用。厌氧氨氧化菌作为一种能够利用亚硝态氮将氨氮氧化成氮气的新发现菌种，由于能大量节省能源及降低运行费用，已越来越受到各国的重视。但是，工艺流程长、占地面积大，基建投资高等。脱氮问题尚没有较好的解决，为此提出一种含氮工业废水处理系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐氨氮复合菌剂、其制备方法及应用，利用亚硝化菌(Nitrosobacteria)、厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)、及该耐氨氮复合菌剂在一定条件下混合共生，实现同步亚硝化厌氧氨氧化，高效去除水中的总氮，并且应用于含氮工业废水处理系统中，以解决背景技术中提到的问题。
本发明所述的耐氨氮复合菌剂的制备方法，其包括：以待处理污水处理厂水体处理过程中获得的硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，按质量比(1-5)：(1-5)进行混合后；经过淘洗过滤后，作为接种物，按照10-30％的质量比接种量接种驯化培养基，进行驯化培养；再按照10-30％的质量比接种富集培养基，依次进行富集培养至平稳期，即得复合菌剂；
对于上文所述的技术方案，进一步的，所述驯化培养基组成包括：氯化铵0.8-2.5g/L、蛋白胨2.5-4.5g/L、亚硝酸钠4.2-6.0g/L、氯化钠2-5g/L、硫酸镁1-1.5g/L、磷酸氢二钾2-3g/L、硫酸亚铁0.1-0.2g/L、硫酸锰0.05-0.8g/L；pH7.0-8.5。
对于上文所述的技术方案，进一步的，所述富集培养基组成包括：氯化铵0.5-1.5g/L、蛋白胨0.5-2.5g/L、亚硝酸钠3.2-5.2g/L、氯化钠0.2-0.5g/L、硫酸镁0.8-1.2g/L、磷酸氢二钾2-3g/L、硫酸亚铁0.06-0.1g/L、硫酸锰0.05-0.8g/L；pH7.0-8.5。
对于上文所述的技术方案，进一步的，所述驯化培养的培养条件包括如下步骤：(1)将溶解氧控制在0.5-1.5mg/L进行硝化反应阶段；(2)当亚硝化率达到15-20％时，控制溶解氧至小于0.3mg/L进行厌氧氨氧化菌的富集培养；(3)当亚硝酸根浓度低于5mg/L时，重复步骤(1)继续进行硝化反应至亚硝化率达到15％-20％为止。
对于上文所述的技术方案，进一步的，所述富集培养的培养条件包括如下步骤：(1)将溶解氧控制在0.5-3.5mg/L进行硝化反应阶段；(2)当亚硝化率达到15-30％时，控制溶解氧至小于0.5mg/L进行厌氧氨氧化菌的富集培养；(3)当亚硝酸根浓度低于10mg/L时，重复步骤(1)继续进行硝化反应至培养液中总氮浓度低于50mg/L时止。该混合菌剂可以在5～25天内培养获得。
对于上文所述的技术方案，进一步的，所述的驯化培养、富集培养的条件为：在20～40℃，150-250r/min的条件下进行。
另一方面，本发明所述耐氨氮复合菌剂的应用；具体的，将本发明所述的耐氨氮复合菌剂和亚硝化菌(Nitrosobacteria)、厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)混合使用；所述的亚硝化菌、厌氧氨氧化菌、及耐氨氮复合菌剂的混合质量比例为(3-7)：(3-7)：(10-15)。该多种菌体的混合物，其脱氮效率高、处理效果稳定，在含氮工业废水处理系统中，能够实现启动时间短、处理效果好的技术效果。
本申请的第二方面在于保护上文所述的制备方法获得的耐氨氮复合菌剂。该耐氨氮复合菌剂尤其适用于COD 3500～5000mg/L，总氮2000～3000mg/L，氨氮80～170mg/L的含氮工业废水。
本申请的第三方面在于保护上文所述的耐氨氮复合菌剂的应用。
对于上文所述的技术方案，进一步的，所述应用是指将所述的耐氨氮复合菌剂和亚硝化菌、厌氧氨氧化菌混合使用；所述的亚硝化菌、厌氧氨氧化菌、及耐氨氮复合菌剂的混合质量比例为(3-7)：(3-7)：(10-15)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用前文所述方法制备的混合菌体对含氮工业废水进行处理后，氨氮脱除率达到90％以上；总氮脱除率达到90％以上。可以在系统内维持较高的微生物浓度和生物活性，不易受到溶解氧的影响，有利于增强该系统的稳定性，应用于污水处理中，总氮去除率高，运行成本低，能源消耗低，该方法为新型生物脱氮技术的工程应用奠定基础。
附图说明
图1.本发明所述微生物菌体的应用示意图。
其中包括：1.斜板沉淀池、2.集水池#1、3.SNAD1、4.中沉池、5.SNAD2、6.二沉池、7.集水池#2。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
亚硝化菌(Nitrosobacteria)、厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)为污水处理的常用菌体；在高氨氮、低碳氮比污水的处理中应用广泛，可以通过商业途径购买获得。
实施例1
本发明所述菌种的适用工艺如图1，具体工艺流程如下：
经絮凝沉淀后的工业废水由泵通过管廊进入斜板沉淀池1，手动控制阀门开度控制泵流量为21t/h。其中的斜板沉淀池1沉淀面积成倍增大，可承受更大的表面负荷，创造良好的层流条件，沉淀效果好，沉淀效率可以提高1.5倍，斜板沉淀池1底部设计成两个集泥区，防止行成集泥死角。
斜板沉淀池1出水进入集水池#1 2，再由集水池#1 2输送到SNAD 3罐内，输送流量为21t/h，同时开启集水池#2的稀释水泵控制流量为21-31.5t/h，其中，SNAD1#罐为圆柱形罐体结构，内含有两台推流式潜水搅拌器，使得罐内的水体形成上升的旋流，转速为56rad/min。既能起到搅拌效果，又不会打碎填料，搅拌器为24h连续运转。
工业脱氮生物处理过程需维持在厌氧、微氧的环境下，SNAD1#罐内池底均布穿孔曝气器，优选的穿孔曝气器的穿孔排布为朝特定方向，可以起到对水体搅拌、充氧的作用，实现较好的搅拌效果好，穿孔曝气器位于池底底面0.2米处，此高度可以防止底部集泥，又便于施工安装，穿孔曝气器包括朝向池底的有序排列的穿孔，能有利于清理池体底部基泥。SNAD1#罐反应池为下端进水，上端出水。出水口、进水口布置筛网管，用于防止生物菌种载体填料的流失。在联合短程硝化、厌氧氨氧化过程中生物反应过程中不断分泌泡沫，干扰出水效果，因此罐体顶部设置消泡管道，用于保持出水的澄清度。罐体内部配有在线仪表：pH计、溶解氧仪、在线氨氮，可实时监控工艺参数。罐壁上布设搅拌器导轨，便于搅拌器维护及检修。搅拌器轨道口，可以投加填料。填料投加量为罐体有效容积20％～30％。搅拌器的连续持续运转，使填料在水里形成完全混合的流态。池底曝气不断向水体里冲入空气，降低水的密度，使得填料下沉，两方面的作用实现填料的完全混合均匀分布，利于生物菌种的挂膜，从而提高脱氮处理效果。SNAD1#高度为10米，内部液面高度为8米，SNAD2#高度为9米，内部液面高度为7米。工业废水从SNAD1#到SNAD2#两级串联生物处理，液面高度差可以实现液体的重力自流。SNAD1#罐内工业废水自流进入中间沉淀槽沉淀，同时中间沉淀槽下有污泥回流泵，污泥回流泵回流量为0～100％回流至SNAD#1罐。中沉槽出水可自流进入SNAD2#罐。SNAD1#罐内的曝气由磁悬浮风机控制，SNAD2#罐曝气由罗茨风机控制，控制方式可采用手动和自动控制。
SNAD1#为一级生物处理，总氮负荷为1500mg/L，处理量为500吨，其氮负荷高于SNAD#2。SNAD#2出水自流至二沉池，二沉池内由污泥回流泵,可通过电动蝶阀分别回流至SNAD#1和SNAD#2，回流量为0～100％回流。二沉池出水自流进入集水池#2后进入排水管网。
加热系统：热水供回水管路及蒸汽管路通过调节阀门开度进行温度调节。蒸汽管路通往工业集水池#1。热水供回水管路通往SNAD#1和SNAD#2。
消泡系统：消泡系统由安装在集水池#2内的消泡水泵将出水打入SNAD#1和SNAD#2罐内，消泡过程可控制电动球阀选择需要消泡的罐。
中水系统：中水从原工业池上中水取合点引入，分别进入集水池#1和集水池#2，可以稀释进水浓度和出水浓度，保证工艺水质的稳定性。
在线监测仪表：氨氮、pH、溶解氧在线仪表分别安装在SNAD#1和SNAD#2罐的操作台上。集水池#2上安装一台氨氮在线仪表。操作及技术人员可根据在线仪表显示的数值对系统进行有针对性的调节。
剩余污泥处理：因系统污泥产率低，平均3个月至半年需排一次泥，因此采用吸污车清运的方式处理斜板沉淀池与生物池的剩余污泥。
挂膜填料收集方式：在2座SNAD反应罐上预留DN150的填料排放管道口，通过手动阀门控制管道口启闭，当需要收集填料时，通过软管快速接头与预留管道口连接，将软管引至集水池上方人孔处，通过该处的填料收集网处收集。收集过程中需维持系统正常运行，SNAD罐的搅拌系统正常运行。
实施例2
一培养并获得混合菌剂，步骤如下：
(1)按照下述组分比例配置培养基
所述驯化培养基组成包括：氯化铵0.1g/L、蛋白胨3.0g/L、亚硝酸钠4.5g/L、氯化钠3g/L、硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾2g/L、硫酸亚铁0.1g/L、硫酸锰0.1g/L；pH7.5。
所述富集培养基组成包括：氯化铵0.8g/L、蛋白胨1.5g/L、亚硝酸钠3.5g/L、氯化钠0.2g/L、硫酸镁0.8g/L、磷酸氢二钾2g/L、硫酸亚铁0.06g/L、硫酸锰0.1g/L；pH7.5。
二制备复合菌剂；
收集待处理企业的污水处理厂水体处理过程中获得的硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，按质量比1:1进行混合后；经过淘洗过滤后，作为接种物，按照15％的质量比接种量接种驯化培养基，进行驯化培养；再按照20％的质量比接种富集培养基，依次进行富集培养至平稳期，即得复合菌剂。
所述驯化培养的培养条件包括如下步骤：(1)将溶解氧控制在0.5mg/L进行硝化反应阶段；(2)当亚硝化率达到15％时，控制溶解氧至小于0.3mg/L进行厌氧氨氧化菌的富集培养；(3)当亚硝酸根浓度低于5mg/L时，重复步骤(1)继续进行硝化反应至亚硝化率达到20％为止。
所述富集培养的培养条件包括如下步骤：(1)将溶解氧控制在0.5mg/L进行硝化反应阶段；(2)当亚硝化率达到20％时，控制溶解氧至小于0.3mg/L进行厌氧氨氧化菌的富集培养；(3)当亚硝酸根浓度低于10mg/L时，重复步骤(1)继续进行硝化反应至培养液中总氮浓度低于25mg/L时止。
所述的驯化培养、富集培养的条件为：在30℃，200r/min的条件下进行。
三配置耐氨氮复合菌剂
分别培养亚硝化菌(Nitrosobacteria)、厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammoniumoxidation,Anammox)菌体；在同等菌体密度下，按照亚硝化菌、厌氧氨氧化菌菌体及混合菌剂的质量比例为3:5:12混合。通过对比分析可知，本发明制备的耐氨氮复合菌剂能在工业化规模化实施的情况下，显著提高污水水体的氨氮脱除率，以及总氮脱除率。其作为多种菌体的混合物，其脱氮效率高、处理效果稳定，在含氮工业废水处理系统中，能够实现启动时间短、处理效果好的技术效果。
实施例3
一培养并获得混合菌剂，步骤如下：
按照下述组分比例配置培养基
所述驯化培养基组成包括：氯化铵2.5g/L、蛋白胨4.5g/L、亚硝酸钠6.0g/L、氯化钠5g/L、硫酸镁1.5g/L、磷酸氢二钾3g/L、硫酸亚铁0.1-0.2g/L、硫酸锰0.5g/L；pH7.5。
所述富集培养基组成包括：氯化铵1.5g/L、蛋白胨2.5g/L、亚硝酸钠5.2g/L、氯化钠0.5g/L、硫酸镁1.2g/L、磷酸氢二钾3g/L、硫酸亚铁0.1g/L、硫酸锰0.8g/L；pH7.5。
二制备复合菌剂；
收集待处理企业的污水处理厂水体处理过程中获得的硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，按质量比2:5进行混合后；经过淘洗过滤后，作为接种物，按照15％的质量比接种量接种驯化培养基，进行驯化培养；再按照17％的质量比接种富集培养基，依次进行富集培养至平稳期，即得复合菌剂。
所述驯化培养的培养条件包括如下步骤：(1)将溶解氧控制在1.5mg/L进行硝化反应阶段；(2)当亚硝化率达到20％时，控制溶解氧至小于0.3mg/L进行厌氧氨氧化菌的富集培养；(3)当亚硝酸根浓度低于5mg/L时，重复步骤(1)继续进行硝化反应至亚硝化率达到20％为止。
所述富集培养的培养条件包括如下步骤：(1)将溶解氧控制在1.5mg/L进行硝化反应阶段；(2)当亚硝化率达到30％时，控制溶解氧至小于0.5mg/L进行厌氧氨氧化菌的富集培养；(3)当亚硝酸根浓度低于10mg/L时，重复步骤(1)继续进行硝化反应至培养液中总氮浓度低于50mg/L时止。
所述的驯化培养、富集培养的条件为：在30℃，200r/min的条件下进行。
三.配置耐氨氮复合菌剂
分别培养亚硝化菌(Nitrosobacteria)、厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammoniumoxidation,Anammox)菌体；在同等菌体密度下，按照亚硝化菌、厌氧氨氧化菌菌体及混合菌剂的质量比例为2:2:15混合。其作为多种菌体的混合物，其脱氮效率高、处理效果稳定，在含氮工业废水处理系统中，能够实现启动时间短、处理效果好的技术效果。
实施例4
获取五家不同企业的废水水样5批，经检测水质：COD 3500～5000mg/L，总氮2000～3000mg/L，氨氮80～170mg/L；分别采用本发明实施例2、3所述的制备方法获得混合菌体，再分别施用于上述实施例1中所述的SNAD1#罐和SNAD2#罐中。
SNAD1#罐和SNAD2#罐内设置有微生物固定槽，微生物固定槽内设置有以无纺布包裹的沸石珠，作为微生物附着生长的载体，达到增大与污水的接触面积的目的，且使得微生物菌体易粘附，不易随着水体流失，既大大缩短了菌种富集的时间，又降低了出水的固体悬浮物浓度，有效减少了污泥发生量。
具体的步骤包括：
S1.将实施例2或3制备的混合菌体投加至SNAD1#罐和SNAD2#罐内设置的微生物固定槽中，充分混合；
S2.将待处理污水按照实施例1所述的工艺路线，依次送入斜板沉淀池1、集水池#12、SNAD13、中沉池4、SNAD25、二沉池6、集水池#27；同时开启穿孔曝气器控制溶氧；以及阀门控制回流泵循环水，循环流动，启动系统运行；
S3.通过控制待处理污水的进水速度和条件进行生物脱氮。
S4.收集从集水池#27出口排出的水样，并进行检测。
S5.结果显示：利用实施例2或3制备的混合菌体对水体进行处理后，氨氮脱除率分别为92％～95％；总氮脱除率分别为90％～95％。可以看出，对五家不同水样的处理结果氨氮脱除率和总氮脱除率都在90％以上。也就是说，本申请的方法由于采用了待处理污水处理厂水体处理过程中获得的硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，因此，有了更好的适应性，氨氮脱除率和总氮脱除率都很高，而且脱除率的变化范围很小(90％以上)；脱除效果稳定。
对比例1
按照实施例2和3的步骤重复实验，唯一不同的是替换SNAD1#罐和SNAD2#罐内的微生物菌体。即，将实施例2和3中的亚硝化菌、厌氧氨氧化菌菌体及混合菌剂，以等比例混合的亚硝化菌(Nitrosobacteria)和厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)菌体代替。
与实施例4作为同步实验进行；步骤S5的结果显示：利用对比例制备的混合菌体对实施例4的五家不同企业的废水水样5进行处理后，氨氮脱除率分别为45％、49％、57％、38％、51％；总氮脱除率分别为42％、37％、39％、54％、50％。可以看出，对五家不同水样的处理结果，氨氮脱除率和总氮脱除率都很低，而且脱除率的变化范围很大(仅在35％～60％)，也就是对不同水样的处理水平低、不同水体差异大、脱除效果不稳定。
通过对比分析可知，本发明制备的耐氨氮复合菌剂能在工业化规模化实施的情况下，显著提高污水水体的氨氮脱除率，以及总氮脱除率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种耐氨氮复合菌剂的制备方法，其特征在于：以待处理污水处理厂水体处理过程中获得的硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，按质量比(1-5)：(1-5)进行混合后；经过淘洗过滤后，作为接种物，按照10-30％的质量比接种量接种驯化培养基，进行驯化培养；再按照10-30％的质量比接种富集培养基，进行富集培养。
2.根据权利要求1所述的耐氨氮复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述驯化培养基组成包括：氯化铵0.8-2.5g/L、蛋白胨2.5-4.5g/L、亚硝酸钠4.2-6.0g/L、氯化钠2-5g/L、硫酸镁1-1.5g/L、磷酸氢二钾2-3g/L、硫酸亚铁0.1-0.2g/L、硫酸锰0.05-0.8g/L；pH7.0-8.5。
3.根据权利要求1所述的耐氨氮复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述富集培养基组成包括：氯化铵0.5-1.5g/L、蛋白胨0.5-2.5g/L、亚硝酸钠3.2-5.2g/L、氯化钠0.2-0.5g/L、硫酸镁0.8-1.2g/L、磷酸氢二钾2-3g/L、硫酸亚铁0.06-0.1g/L、硫酸锰0.05-0.8g/L；pH7.0-8.5。
4.根据权利要求1所述的耐氨氮复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述驯化培养的培养条件包括如下步骤：(1)将溶解氧控制在0.5-1.5mg/L进行硝化反应阶段；(2)当亚硝化率达到15-20％时，控制溶解氧至小于0.3mg/L进行厌氧氨氧化菌的富集培养；(3)当亚硝酸根浓度低于5mg/L时，重复步骤(1)继续进行硝化反应至亚硝化率达到15％-20％为止。
5.根据权利要求1所述的耐氨氮复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述富集培养的培养条件包括如下步骤：(1)将溶解氧控制在0.5-3.5mg/L进行硝化反应阶段；(2)当亚硝化率达到15-30％时，控制溶解氧至小于0.5mg/L进行厌氧氨氧化菌的富集培养；(3)当亚硝酸根浓度低于10mg/L时，重复步骤(1)继续进行硝化反应至培养液中总氮浓度低于50mg/L时止。
6.根据权利要求1所述的耐氨氮复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述的驯化培养、富集培养的条件为：在20～40℃，150-250r/min的条件下进行。
7.如权利要求1所述方法制备的耐氨氮复合菌剂。
8.如权利要求7所述耐氨氮复合菌剂的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述耐氨氮复合菌剂用于COD 3500～5000mg/L，总氮2000～3000mg/L，氨氮80～170mg/L的含氮工业废水。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：将所述的耐氨氮复合菌剂和亚硝化菌、厌氧氨氧化菌混合使用；所述的亚硝化菌、厌氧氨氧化菌、及耐氨氮复合菌剂的混合质量比例为(3-7)：(3-7)：(10-15)。
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