CN115161235A - 一种厌氧氨氧化菌的培养方法及培养装置、及厌氧氨氧化菌在处理工业废水中的应用 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种厌氧氨氧化菌的培养方法及培养装置、及厌氧氨氧化菌在处理工业废水中的应用，属于废水处理技术领域。该厌氧氨氧化菌的培养方法，在好氧条件下培养厌氧氨氧化菌种，所述好氧条件包括：氨底物IC50为550～800mg/L；亚硝酸盐底物IC50为200～400mg/L；pH值为6～9；温度为25℃～40℃；C/N为3～1；N/P为（7～3）：1；氧溶解量为0～2.0mg/L。该厌氧氨氧化菌的培养方法，通过在好氧条件下培养厌氧氨氧化菌种，在处理工业废水时，厌氧氨氧化菌种耐冲击提高，脱氮效率提高。
Description
技术领域
本申请涉及废水处理技术领域，具体涉及一种厌氧氨氧化菌的培养方法及培养装置、及厌氧氨氧化菌在处理工业废水中的应用。
背景技术
氨氧化技术指氨氧化菌种在厌氧或缺氧条件下以亚硝酸根为电子受体，利用氨氧化菌将氨氮直接氧化为氮气的废水处理技术。氨氧化技术在节约了硝化反应曝气能源的基础上，无需外加碳源。硝化反应中好氧产生的生化污泥在工程里面作为固体废弃物，需要脱水之后处理掉，但氨氧化菌种属于自养型微生物，生长缓慢，因而工艺段的污泥产量减少，污泥产量减少脱水设备的需求量就减少，因而可以同时减少处理费用和投资运行费用。
目前市场上多为在厌氧条件下培养氨氧化菌种以达到脱氮的目的，但是在厌氧条件下培养氨氧化菌种的反应条件苛刻，抗冲击能力小，不适合大规模推广。传统的好氧条件下的水处理技术耐冲击性能高，适合大量化工废水处理，但目前使用好氧条件的只有硝化反硝化技术，硝化反硝化技术的脱氮效率有限。
如果能够在好氧条件下培养厌氧氨氧化菌种，厌氧氨氧化菌种依旧按照原来的脱氮方式脱氮，又能够提高水处理技术耐冲击性能，将有利于提高废水的脱氮去除率。
发明内容
为了解决现有上述技术问题，本申请提出了一种厌氧氨氧化菌的培养方法及培养装置、及厌氧氨氧化菌在处理工业废水中的应用。该厌氧氨氧化菌的培养方法培养的厌氧氨氧化菌在处理废水时，氨氮化脱氮效率可以达到85%以上，有效提高了脱氮效率。
一方面，本申请提供了一种厌氧氨氧化菌的培养方法，该培养方法是通过如下技术方案实现的：
一种厌氧氨氧化菌的培养方法，在好氧条件下培养厌氧氨氧化菌，所述好氧条件包括：
氨底物IC50为550～800mg/L；亚硝酸盐底物IC50为200～400mg/L；pH值为6～9；温度为25℃～40℃；C/N为3～1；N/P为（7～3）：1；氧溶解量为0～2.0mg/L。
通过在好氧条件下培养厌氧氨氧化菌，可以提高厌氧氨氧化菌的耐冲击力，有利于提高脱氮效率。
优选的，所述好氧条件包括：氨底物IC50为600～750mg/L；亚硝酸盐底物IC50为250～350mg/L；pH值为6.5～8.5；温度为27℃～37℃；C/N为2～1；N/P为（6～4）：1；氧溶解量为0.5～1.5mg/L。
优选的，所述好氧条件包括：氨底物IC50为700～735mg/L；亚硝酸盐底物IC50为280～330mg/L；pH值为6.7～8.3；温度为30℃～35℃；C/N为2～1；N/P为5：1；氧溶解量为0.5～1.0mg/L。
进一步的，所述厌氧氨氧化菌种来自于含厌氧氨氧化菌的污泥，所述含厌氧氨氧化菌的污泥选自河床、好氧池或者兼性厌氧池。
需要说明的是，厌氧氨氧化菌来自于含厌氧氨氧化菌的污泥，污泥中既存在厌氧氨氧化菌，还存在硝化菌，在本申请提供的好氧条件下培养后，厌氧氨氧化菌成为优势菌种，在此好氧条件，厌氧氨氧化菌和硝化菌共存，有利于缩短种间传质距离，大大节省了反应时间，提高了脱氮效率，提高了废水处理效率。
进一步的，所述厌氧氨氧化菌为以NH4+-N为电子供体、以NO2--N为电子受体、并将NH4+-N和NO2--N转变为N2的混合菌体。
另一方面，本申请提供了一种厌氧氨氧化菌的培养装置，该培养装置是通过如下技术方案实现的：
一种厌氧氨氧化菌的培养装置，包括氨氧化模块，所述氨氧化模块包括至少两个靶向流道和扰流部，在相邻两个所述靶向流道之间设置所述扰流部；
所述靶向流道包括支撑架和固定架，沿所述支撑架的宽度方向间隔均匀的设置多个固定架，所述固定架与所述支撑架的长度方向平行，在每个所述固定架的长度方向间隔均匀的设置有多个绳状填料，所述绳状填料上附着含厌氧氨氧化菌种的污泥；
所述扰流部为在相邻两个所述靶向流道之间设置的分隔墙。
通过上述技术方案，在氨氧化模块内设置靶向流道、扰流部，靶向流道通过在支撑架上设置固定架，在固定架上设置填料绳，废水经过填料绳时，一方面，废水被填料绳切割分流，增加了废水与填料的接触机会，另一方面，采用绳状填料固定污泥增加污泥浓度，保障了污泥表面菌种与废水接触面积增大，能够更高效的处理废水；扰流部主要还是靶向流道内的填料，填料在增加污泥浓度的同时也可以起到混合搅拌、扰流的作用。
再一方面，本申请提供了通过上述培养方法培养的厌氧氨氧化菌种在处理工业废水中的应用。
进一步的，处理工业废水包括如下步骤：
氨氮废水经过氨氧化模块；
经氨氧化模块处理后经分离系统进行固液分离；
分离出的液体进一步处理；分离出的固体为厌氧氨氧化污泥，收集厌氧氨氧化污泥；
收集的厌氧氨氧化污泥一部分回流到氨氧化模块，剩余的厌氧氨氧化污泥外运；
所述氨氧化模块的厌氧氨氧化污泥中的厌氧氨氧化菌种在上述提及的好氧培养条件下培养。
分离系统采用的是现有设备，分离系统的作用是将从氨氧化模块流出的废水中的污泥和废水分开，污泥回流到氨氧化模块内部，保障氨氧化模块内污泥浓度，分离出的废水进入深度处理工艺，深度处理工艺根据不同的处理要求有不同的处理手段，例如：强氧化工艺，或者沉淀工艺，或者絮凝沉淀工艺。
进一步的，氨氮废水在进入氨氧化模块前需使用厌氧反应器或者脱碳工艺将氨氮废水的CODcr/TN的比例调整为1～2，水温控制在25～30℃。
综上所述，本申请具有如下的有益技术效果：
1.本申请提供的厌氧氨氧化菌的培养方法，通过在好氧条件下培养厌氧氨氧化菌，在处理工业废水时，厌氧氨氧化菌种耐冲击提高，脱氮效率提高。
2.本申请提供的厌氧氨氧化菌的培养装置，通过设置靶向流道和扰流部，在靶向流道设置填料，并在本申请提供的好氧条件下培养，厌氧氨氧化菌种大量附着在填料上，增加了污泥浓度，抗冲击力提高，启动时间缩短。
3.本申请提供的厌氧氨氧化菌在处理工业废水中的应用，不需要专门在本申请提供的好氧条件下培养厌氧氨氧化菌，再将培养的厌氧氨氧化菌应用到工业废水处理工艺中，只需增加氨氧化模块，在氨氧化模块中直接按照本申请提供的好氧条件培养污泥中的菌种即可，在此好氧条件下，氨氧化模块中厌氧氨氧化菌和硝化菌均存在，种间传质距离缩短，大大节省了反应时间，提高了废水处理效率。
附图说明
图1是厌氧氨氧化菌种的培养装置的俯视图；
图2是厌氧氨氧化菌种的培养装置的侧视图；
图3是厌氧氨氧化菌种的培养装置的主视图；
图4是厌氧氨氧化污泥刚开始培养时的参考图；
图5是厌氧氨氧化污泥培养一段时间后的参考图；
图6是厌氧氨氧化污泥培养完成后的参考图；
图7是不同条件下培养的菌的耐冲击测试结果。
附图标记说明：
1、靶向流道；2、扰流部；3、分离系统；101、支撑架；102、固定架；103、绳状填料。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种厌氧氨氧化菌的培养方法，该培养方法在好氧条件下培养厌氧氨氧化菌，好氧条件包括：
氨底物IC50为550～800mg/L；亚硝酸盐底物IC50为200～400mg/L；pH值为6～9；温度为25℃～40℃；C/N为3～1；N/P为（7～3）：1；氧溶解量为0～2.0mg/L。
其中氨底物IC50是指氨底物的半抑制浓度，亚硝酸盐底物IC50是指亚硝酸盐底物的半抑制浓度。
该培养方法可以单独用于培养厌氧氨氧化菌，再将厌氧氨氧化菌应用于处理工业废水中，也可以直接在处理工业废水的工艺中在上述的好氧条件下直接培养应用。
需要说明的是，本申请实施例中使用的厌氧氨氧化菌来自于自然界中的污泥，污泥可以来自于河床、或者好氧池内的污泥、或者兼性厌氧池内的污泥等。
实施例2
参考图1-3，本实施例提供的培养厌氧氨氧化菌的装置，包括氨氧化模块和分离系统3，氨氧化模块包括至少两个靶向流道1和扰流部2，在相邻两个靶向流道1之间设置扰流部2；
靶向流道1包括支撑架101和固定架102，沿支撑架101顶部的宽度方向间隔均匀的设置多个固定架102，固定架102与支撑架101顶部的长度方向平行，沿每个固定架102的长度方向间隔均匀的设置有多个绳状填料103，绳状填料103向地面的方向自然垂直，绳状填料103上附着含厌氧氨氧化菌种的污泥；
扰流部2为在相邻两个靶向流道1之间设置的分隔墙。
填料来自于市购，为本领域技术人员惯常使用的绳状填料，绳状填料为组合填料，购自于诺庞。
分离系统为现有技术中本领域惯常使用的用于分离污泥和废水的设备，分离出的污泥回流到靶向流道内，保障靶向流道内污泥浓度，分离出的废水进入后续处理工艺段。
分离系统的分离过程大致如下：废水通过靶向流道后自流进入分离系统，废水在分离系统表面进行泥水分离，污泥被截留在分离网上，废水在分离内腔汇集通过出水管出水。
实施例3
本实施例提供了一种厌氧氨氧化菌种在处理工业废水中的应用，包括如下步骤：
氨氮废水经过氨氧化模块；
氨氧化模块处理后经分离系统进行固液分离；
分离出的液体进一步处理；分离出的固体为厌氧氨氧化污泥，收集厌氧氨氧化污泥；
收集的厌氧氨氧化污泥一部分回流到氨氧化模块，剩余的厌氧氨氧化污泥外运；
氨氧化模块的厌氧氨氧化污泥中的厌氧氨氧化菌在好氧培养条件下培养，好氧条件包括：
氨底物IC50为550～800mg/L；亚硝酸盐底物IC50为200～400mg/L；pH值为6～9；温度为25℃～40℃；C/N为3～1；N/P为（7～3）：1；氧溶解量为0～2.0mg/L。
在上述好氧条件下培养的氨氧化污泥，培养过程中氨氧化污泥的阶段性变化参考图4-6，图4是氨氧化污泥刚刚开始培育驯化的参考图，从图中可以看出此时优势菌为传统活性污泥，颜色是棕色的，只在内部可以看到有红色的氨氧化污泥；图5是氨氧化污泥培育循环一段时间后的参考图，从图中可以看出，此时优势菌逐渐为红色的厌氧氨氧化菌，但在厌氧氨氧化菌中依旧有一定数量的棕色的传统活性污泥；图6是氨氧化污泥培育驯化完成后的参考图，从图中可以看出，此时优势菌为红色的厌氧氨氧化菌。
在此污泥下进行废水处理时，由于厌氧氨氧化菌和硝化菌均附着在填料上，因而厌氧氨氧化菌和硝化菌均会参与反应，有机氮先通过氨化作用转化为氨氮，厌氧氨氧化菌发生的反应如下：50%氨氮被厌氧氨氧化菌利用转化为亚硝态氮，之后亚硝态氮和剩余的氨氮再通过厌氧氨氧化菌种作用转化为氮气；硝化菌发生的反应如下：氨氮通过硝化作用转化为亚硝态氮之后转化为硝态氮，硝态氮通过反硝化作用转化成氮气（附着在污泥外层的硝化菌种发生硝化反应，生成硝态氮，附着在中间层的菌种处于缺氧环境下，发生反硝化反应，生成氮气）。
在不同的好氧条件下培养厌氧氨氧化菌，如表1所示：
表1
| 编号 | 氨底物IC<sub>50</sub>（mg/L） | 亚硝酸盐底物IC50（mg/L） | pH | T（℃） | C/N | N/P | 氧溶解量（mg/L） |
| 实施例4 | 550 | 200 | 6 | 25 | 1 | 3:1 | 0.1 |
| 实施例5 | 600 | 250 | 6.5 | 27 | 2 | 3.5:1 | 0.25 |
| 实施例6 | 650 | 280 | 6.7 | 30 | 3 | 4:1 | 0.5 |
| 实施例7 | 700 | 300 | 7.0 | 32 | 2 | 4.5:1 | 0.75 |
| 实施例8 | 728 | 300 | 7.5 | 34 | 2 | 5:1 | 1.0 |
| 实施例9 | 735 | 315 | 8.3 | 35 | 1 | 5.5:1 | 1.25 |
| 实施例10 | 750 | 330 | 8.5 | 37 | 2 | 6:1 | 1.5 |
| 实施例11 | 800 | 400 | 9 | 40 | 3 | 7:1 | 2 |
一、脱氮率测试
由于不同行业的工业废水处理时脱氮效率有差别，本实施例用表1对应的好氧条件下培养的厌氧氨氧化污泥处理生物发酵行业废水、酒精行业废水、养殖行业废水、化工行业废水，脱氮效率如下表2所示：
表2
| 编号 | 进水污染物浓度（mg/L） | 处理生物发酵行业废水的脱氮效率（%） | 处理酒精行业废水的脱氮效率（%） | 处理养殖行业废水的脱氮效率（%） | 处理化工行业废水的脱氮效率（%） |
| 实施例4 | 600 | 99 | 99 | 99 | 90 |
| 实施例5 | 700 | 99 | 99 | 98 | 87 |
| 实施例6 | 800 | 99 | 97 | 95 | 86 |
| 实施例7 | 900 | 95 | 93 | 91 | 83 |
| 实施例8 | 1000 | 92 | 90 | 89 | 80 |
| 实施例9 | 1100 | 88 | 87 | 83 | 78 |
| 实施例10 | 1200 | 86 | 84 | 82 | 76 |
| 实施例11 | 1300 | 85 | 83 | 80 | 73 |
| 对比例1 | 600 | 90 | 92 | 90 | 80 |
| 对比例2 | 700 | 86 | 90 | 86 | 72 |
| 对比例3 | 800 | 82 | 86 | 83 | 61 |
| 对比例4 | 900 | 80 | 82 | 78 | 50 |
| 对比例5 | 1000 | 75 | 78 | 72 | / |
| 对比例6 | 1100 | 72 | 73 | 65 | / |
| 对比例7 | 1200 | 65 | 60 | 60 | / |
| 对比例8 | 1300 | / | / | / | / |
对比例1-8使用的是传统脱氮工艺：硝化-反硝化工艺，具体工艺条件如下：
pH值：反硝化区为7～7.5，硝化区为6.0～8.5；
温度：反硝化区为20℃～35℃，硝化区为25℃～40℃；
C/N为3～5，N/P为5:1；
溶解氧：反硝化区为0.5mg/L，硝化区为2mg/L～4mg/L。
从表2的数据可以看出，本申请提供的在好氧条件下培养的厌氧氨氧化菌在处理废水时的脱氮率比传统脱氮工艺的脱氮率高，随着进水污染物浓度升高，本申请提供的厌氧氨氧化菌与传统硝化-反硝化工艺处理废水时的脱氮效率都有所降低，但是本申请提供的厌氧氨氧化菌在进水污染物浓度等于或高于1000mg/L时，依旧保持较高的脱氮效率，但是传统硝化-反硝化工艺在进水污染物浓度等于或高于1000mg/L时，脱氮效率明显降低，甚至无法得到脱氮效率。
二、不同条件下培养的菌的耐冲击测试
测试条件如下：
相同进水条件下，水质参数如下：
Q=1t/h；
CODcr=1000mg/L；
TN（总氮）=500mg/L；
温度相同，pH相同。
废水分别同时进入厌氧条件下厌氧氨氧化处理池和好氧条件下厌氧氨氧化处理池，池容相同V=2.25m3（1.5*1.5*1）。在出水端设置取样口，采用相同方法检测出水CODcr、TN。
实验开始，先对两池体进水同时添加相同计量葡萄糖，使得进水CODcr升高至1100mg/L,同时检测两池体出水参数，记为“进水参数浮动10%池体出水参数”，以此类推最终将两池体进水CODcr同时增至1800mg/L，记录此时出水参数。
根据下列公式计算进水参数浮动对应池体去除率：
进水参数浮动对应池体去除率=（进水参数浮动池体进水参数-进水参数浮动池体出水参数）/进水参数浮动池体进水参数*100%。计算结果如图7所示。
从图7中可以看出，在好氧条件下培养的厌氧氨氧化去除率在不同的进水参数浮动率下均高于厌氧条件下培养的厌氧氨氧化去除率，尤其是在进水参数浮动率提高时，两者的差距越大，好氧条件下培养的厌氧氨氧化去除率的优势越明显。
三、进出水参数
以山东某发酵行业废水厂氨氧化脱氮进出水运行参数来说明本申请提供的在好氧条件下培养的厌氧氨氧化菌种在处理工业废水时运行的稳定性，运行参数如下表3所示。
表3
| 进水时间时间（天） | 进水总氮（mg/L） | 出水总氮（mg/L） | 去除率 |
| 5 | 758 | 45 | 0.94 |
| 10 | 742 | 43 | 0.94 |
| 15 | 761 | 42 | 0.94 |
| 20 | 732 | 45 | 0.94 |
| 25 | 755 | 49 | 0.94 |
| 30 | 758 | 53 | 0.93 |
| 35 | 751 | 59 | 0.92 |
| 40 | 748 | 60 | 0.92 |
| 45 | 739 | 55 | 0.93 |
| 50 | 742 | 48 | 0.94 |
| 55 | 746 | 44 | 0.94 |
| 60 | 749 | 49 | 0.93 |
| 65 | 762 | 75 | 0.90 |
| 70 | 770 | 79 | 0.90 |
| 75 | 773 | 82 | 0.89 |
| 80 | 752 | 86 | 0.89 |
| 85 | 758 | 75 | 0.90 |
| 90 | 730 | 76 | 0.90 |
| 95 | 725 | 60 | 0.92 |
| 100 | 726 | 59 | 0.92 |
| 105 | 734 | 58 | 0.92 |
| 110 | 744 | 63 | 0.92 |
| 115 | 750 | 55 | 0.93 |
| 120 | 762 | 51 | 0.93 |
| 125 | 773 | 86 | 0.89 |
通过表3可以看出，本申请提供的在好氧条件下培养的厌氧氨氧化菌种在处理工业废水时，随着时间增长，脱氮率依旧稳定在较高水平。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种厌氧氨氧化菌的培养方法，其特征在于，在好氧条件下培养厌氧氨氧化菌，所述好氧条件包括：
氨底物IC50为550～800mg/L；亚硝酸盐底物IC50为200～400mg/L；pH值为6～9；温度为25℃～40℃；C/N为3～1；N/P为（7～3）：1；氧溶解量为0～2.0mg/L。
2.根据权利要求1所述的培养方法，其特征在于，所述好氧条件包括：氨底物IC50为600～750mg/L；亚硝酸盐底物IC50为250～350mg/L；pH值为6.5～8.5；温度为27℃～37℃；C/N为2～1；N/P为（6～4）：1；氧溶解量为0.5～1.5mg/L。
3.根据权利要求1所述的培养方法，其特征在于，所述好氧条件包括：氨底物IC50为700～735mg/L；亚硝酸盐底物IC50为280～330mg/L；pH值为6.7～8.3；温度为30℃～35℃；C/N为2～1；N/P为5：1；氧溶解量为0.5～1.0mg/L。
4.根据权利要求1-3任一项所述的培养方法，其特征在于，所述厌氧氨氧化菌来自于含厌氧氨氧化菌的污泥，所述含厌氧氨氧化菌的污泥选自河床、好氧池或者兼性厌氧池。
5.根据权利要求4所述的培养方法，其特征在于，所述厌氧氨氧化菌为以NH4+-N为电子供体、以NO2--N为电子受体、并将NH4+-N和NO2—N转变为N2的混合菌体。
6.一种厌氧氨氧化菌种的培养装置，其特征在于，包括氨氧化模块，所述氨氧化模块包括至少两个靶向流道和扰流部，在相邻两个所述靶向流道之间设置所述扰流部；
所述靶向流道包括支撑架和固定架，沿所述支撑架的宽度方向间隔均匀的设置多个固定架，所述固定架与所述支撑架的长度方向平行，在每个所述固定架的长度方向间隔均匀的设置有多个绳状填料，所述绳状填料上附着含厌氧氨氧化菌种的污泥；
所述扰流部为在相邻两个所述靶向流道之间设置的分隔墙。
7.权利要求1-5任一项所述的培养方法培养的厌氧氨氧化菌种在处理工业废水中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，处理工业废水包括如下步骤：
氨氮废水经过氨氧化模块；
经氨氧化模块处理后经分离系统进行固液分离；
分离出的液体进一步处理；分离出的固体为厌氧氨氧化污泥，收集厌氧氨氧化污泥；
收集的厌氧氨氧化污泥一部分回流到氨氧化模块，剩余的厌氧氨氧化污泥外运；
所述氨氧化模块的厌氧氨氧化污泥中的厌氧氨氧化菌在权利要求1-3任一项所述的好氧培养条件下培养。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，氨氮废水在进入氨氧化模块前需使用厌氧反应器或者脱碳工艺将氨氮废水的CODcr/TN的比例调整为1～2，水温控制在25～30℃。
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