CN106350471A - 定向快速筛选富集广谱性硝化细菌的方法 - Google Patents
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Abstract
定向快速筛选富集广谱性硝化细菌的方法，属于水处理领域。采用活性污泥为种源保持了原有AOB和NOB菌群的结构特征；采用高DO保持方法，保持了硝化的高效率；在高DO的条件下，根据氨氮和亚硝酸盐浓度利用pH控制FA和FNA低于对硝化细菌的抑制浓度，保持了硝化的高效率，实现了硝化细菌的快速培养。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域，特别涉及定向快速筛选富集广谱性硝化细菌，该技术旨在短时间内快速富集培养广谱性硝化细菌，包括氨氧化细菌(AOB)与亚硝酸盐氧化菌(NOB)，该菌群的培养对硝化生物活性填料制作及污水厂氨氮硝化性能的提高具有广泛的应用前景。
背景技术
随着城市现代化、工业和农业的发展，含氮废水的污染也日趋严峻，氨污染含量过高会导致水体富营养化的产生，使藻类大量繁殖，从而危害水中的生物。甚至破坏生态平衡。降低水体中氮素浓度，减少水体中的氮素所带来的污染是现代废水处理技术中的一个重要课题。传统处理氨氮废水的方法是生物硝化反硝化脱氮。现行污水处理过程中，现有污水处理厂活性污泥系统的硝化效率仅仅为15mg/(L·h)，并且菌群中伴生大量的异养菌、反硝化细菌等其他菌种，使得硝化细菌无法成为优势菌群，因此氨氮废水的处理效率低下。现有为了提高硝化效率的实验研究中，多以高效能硝化细菌单菌种为核心，采用单菌种筛选、培养、富集，向系统投加的技术路线进行。这种技术路线存在的问题是：单一菌种对环境的适应性差。单一菌种高效硝化细菌在复杂的多类细菌存在的污水处理系统中，很难形成生态优势。
因此，针对以上问题，本发明提出定向快速筛选富集广谱性硝化细菌。由于广谱性硝化细菌生态稳定高，因此在污水处理系统中易形成生态优势。并且菌种来源于现行污水处理厂回流污泥，其原本具有硝化功能。广谱性硝化细菌类别于单种筛选所得细菌功能，能够保持原有污泥的种群分布特征。本发明通过大量富集硝化细菌，生产出具有种群特征的细菌。基于以上前提，富集培养的广谱性硝化细菌可以作为生物硝化活性填料的制备，也可以投加到反应池当中直接处理含氮废水，同样可以作为酶制剂的来源。区别于传统的单一高效硝化菌，本技术以数量为优势，实现现行污水处理厂活性污泥系统中硝化效率的提高。
发明内容
本发明的目的在于开发出一种基于广谱性硝化细菌的快速富集培养方法，通过高DO提供实现异养菌的大量消耗和实现高硝化速率的保持；通过游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)抑制因素的有效控制，和高溶解氧DO(1.0mg/L～2.0mg/L之间)的有效设置保持了氨氮和亚硝酸盐的高氧化速率，从而实现了硝化细菌的快速培养。
本发明采用活性污泥为种源保持了原有AOB和NOB菌群的结构特征；采用高DO保持方法，保持了硝化的高效率；在高DO的条件下，根据氨氮和亚硝酸盐浓度利用pH控制FA和FNA低于对硝化细菌的抑制浓度，保持了硝化的高效率，从而实现硝化细菌的快速培养。
上述广谱性硝化细菌的富集培养方法包含以下步骤：
(1)以污水厂回流污泥作为菌种来源，通过持续曝气DO维持在1.5-2.0mg/L之间实现异养菌的大量消耗，在无氨氮投加的情况下，以混合液的沉淀上清液的COD和DO的变化作为异养菌消耗过程的指示指标，在此过程中，原污泥的COD含量比较低，随着异养菌的死亡，混合液的沉淀上清液的COD含量增加，并且上下波动，当异养菌消耗殆尽之后，混合液沉淀上清液的COD值便保持相对稳定，维持在40mg/L～80mg/L之间，混合液沉淀上清液的DO也随之不断上升，最终趋于稳定；此过程污泥浓度也随之下降，从另一个角度也反映出异养菌的死亡；
(2)将步骤(1)的污泥进行硝化细菌的无机培养，无机培养的进水包括NH4Cl基础液和无机培养液，其中NH4Cl投加量随着污泥培养体系中NH4 +-N浓度的变化而变化，无机培养液中无机物包括Na2CO3、K2HPO4、KH2PO4、MgSO4·7H2O、CaCl2·2H2O、微量元素；其中Na2CO3、K2HPO4、KH2PO4、MgSO4·7H2O在污泥培养体系中的浓度均为20mg/L，CaCl2·2H2O 10mg/L，微量元素是每升污泥培养体系中加入0.5mL微量元素溶液，其中微量元素溶液的组成和浓度如下：Zn2SO4·7H2O为0.12mg/L，NaMoO4·2H2O为0.12mg/L，CoCl2·6H2O为0.15mg/L，Mn2SO4·H2O为0.12mg/L，NiCl2·6H2O为0.10mg/L，CuSO4·5H2O为0.03mg/L，FeCl3·6H2O为1.5mg/L。
采用间歇式或连续式投加无机培养液，以维持硝化细菌的基本营养条件。
培养过程中反应温度控制在25℃，污泥培养体系中DO在1.0～1.2mg/L范围内，pH为7.5～8；控制FA与FNA对NOB的抑制作用，即FA控制在3mg/L～12mg/L之间、FNA控制在0.01mg/L以下，但是利用亚硝酸盐对NOB的促进作用，即亚硝酸盐浓度在150mg/L以上对NOB有促进作用；在水力停留时间保持不变的前提下逐步提高进水氨氮浓度使得硝化效率不断提高至150mg/(L·h)，甚至以上，此过程中，随着培养时间的增长，污泥浓度不断增加，最终实现硝化细菌(AOB与NOB)的筛选和高浓度富集。
优选：步骤(2)在水力停留时间保持不变的前提下逐步提高进水氨氮浓度使得硝化效率在短时间8-12天不断提高至150mg/(L·h)，甚至以上。
优选：步骤(2)进水氨氮浓度起始浓度为100mg/L。
本发明有益效果主要体现在：
(1)通过培养初期持续性曝气和无氨氮的投加，使得大量异养菌通过内源呼吸的方式死亡，因而纯化了细菌的种类。
(2)通过pH、氨氮投加量的有效配合，对FA与FNA进行有效控制，来实现快速筛选富集广谱性硝化细菌。
(3)培养过程中，异养菌消耗完成之后，通过亚硝酸盐的高浓度积累，实现对NOB生长的促进作用。
(4)以污水处理厂硝化活性污泥为种源，进行筛选富集，保持了原有AOB和NOB菌群的组成特性。
具体实施方式
下面结合实施案例对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本培养方式经过小试，效果显著，具体操作如下：
(1)利用桶式SBR反应器培养回流污泥，进行为期4天的持续性曝气，并且不投加氨氮，原污泥浓度(MLSS)为6976mg/L，DO为1.5-2.0mg/L，COD为16.084mg/L，4天后MLSS变为5324mg/L，DO含量上升为6.34mg/L，COD直线上升之后上下波动，最后稳定在60mg/L左右。表观条件表明，大量异养菌消耗完全，随之进入到了富集广谱性硝化细菌阶段。
(2)在步骤(1)的基础上，采用间歇进水的方式，通过控制进水成分，系统内温度为25℃，DO为1.0mg/L～1.2mg/L之间，pH为7.5～8，为硝化细菌的增长提供最佳条件。进水包括NH4Cl基础液和无机物溶液，其中NH4Cl投加量随着污泥培养体系中NH4 +-N浓度的变化而变化，无机物包括Na2CO3、K2HPO4、KH2PO4、MgSO4·7H2O、CaCl2·2H2O、微量元素；其中Na2CO3、K2HPO4、KH2PO4、MgSO4·7H2O在污泥培养体系中的浓度均为20mg/L，CaCl2·2H2O 10mg/L，微量元素是每升污泥培养体系中加入0.5mL微量元素溶液，其中微量元素溶液的组成和浓度如下：Zn2SO4·7H2O为0.12mg/L，NaMoO4·2H2O为0.12mg/L，CoCl2·6H2O为0.15mg/L，Mn2SO4·H2O为0.12mg/L，NiCl2·6H2O为0.10mg/L，CuSO4·5H2O为0.03mg/L，FeCl3·6H2O为1.5mg/L。
确定进水氨氮浓度由100mg/L逐渐提高至300mg/L，控制FA浓度不超过NOB的抑制浓度，当亚硝酸盐浓度小于150mg/L，控制FNA不超过0.01mg/L，经过10天的培养，在不断排泥的情况下，污泥浓度稳步增长了200mg/L，硝化效率高达150mg/(L·h)。
Claims (4)
1.定向快速筛选富集广谱性硝化细菌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以污水厂回流污泥作为菌种来源，通过持续曝气DO维持在1.5-2.0mg/L之间实现异养菌的大量消耗，在无氨氮投加的情况下，以混合液的沉淀上清液的COD和DO的变化作为异养菌消耗过程的指示指标，在此过程中，原污泥的COD含量比较低，随着异养菌的死亡，混合液的沉淀上清液的COD含量增加，并且上下波动，当异养菌消耗殆尽之后，混合液沉淀上清液的COD值便保持相对稳定，维持在40mg/L～80mg/L之间，混合液沉淀上清液的DO也随之不断上升，最终趋于稳定；此过程污泥浓度也随之下降，从另一个角度也反映出异养菌的死亡；
(2)将步骤(1)的污泥进行硝化细菌的无机培养，无机培养的进水包括NH4Cl基础液和无机物培养液，其中NH4Cl投加量随着污泥培养体系中NH4 +-N浓度的变化而变化，无机物包括Na2CO3、K2HPO4、KH2PO4、MgSO4·7H2O、CaCl2·2H2O、微量元素；其中Na2CO3、K2HPO4、KH2PO4、MgSO4·7H2O在污泥培养体系中的浓度均为20mg/L，微量元素是每升污泥培养体系中加入0.5mL微量元素溶液，其中微量元素溶液的组成和浓度如下：Zn2SO4·7H2O为0.12mg/L，NaMoO4·2H2O为0.12mg/L，CoCl2·6H2O为0.15mg/L，Mn2SO4·H2O为0.12mg/L，NiCl2·6H2O为0.10mg/L，CuSO4·5H2O为0.03mg/L，FeCl3·6H2O为1.5mg/L；
培养过程中反应温度控制在25℃，污泥培养体系中DO在1.0～1.2mg/L范围内，pH为7.5～8；控制FA与FNA对NOB的抑制作用，即FA控制在3mg/L～12mg/L之间、FNA控制在0.01mg/L以下，但是利用亚硝酸盐对NOB的促进作用，即亚硝酸盐浓度在150mg/L以上对NOB有促进作用；在水力停留时间保持不变的前提下逐步提高进水氨氮浓度使得硝化效率不断提高至150mg/(L·h)，甚至以上，此过程中，随着培养时间的增长，污泥浓度不断增加，最终实现硝化细菌的筛选和高浓度富集。
2.按照权利要求1所述的定向快速筛选富集广谱性硝化细菌的方法，其特征在于，采用间歇式或连续式投加无机培养液，以维持硝化细菌的基本营养条件。
3.按照权利要求1所述的定向快速筛选富集广谱性硝化细菌的方法，其特征在于，步骤(2)在水力停留时间保持不变的前提下逐步提高进水氨氮浓度使得硝化效率在短时间8-12天不断提高至150mg/(L·h)，甚至以上。
4.按照权利要求1所述的定向快速筛选富集广谱性硝化细菌的方法，其特征在于，步骤(2)进水氨氮浓度起始浓度为100mg/L。
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