CN106754617A

CN106754617A - 一种富集培养耐低温异养硝化细菌的方法

Info

Publication number: CN106754617A
Application number: CN201510802238.0A
Authority: CN
Inventors: 高会杰; 孙丹凤; 郭志华; 赵胜楠; 马传军
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2035-11-19
Also published as: CN106754617B

Abstract

本发明涉及一种富集培养耐低温异养硝化细菌的方法，以工业废水作为培养液，采用投加微生物生长促进剂的方式对富含硝化菌的活性污泥进行富集培养，所述微生物生长促进剂包括金属盐、多胺类物质和有机酸羟胺，所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成；采用低温和常温交替进行方式进行耐低温异养硝化菌的驯化，常温培养温度为18-40℃，低温培养温度为8-18℃。本发明是通过投加微生物生长促进剂并配合常温和低温交替运行的方式实现的，所获得的菌体适应范围宽、处理效果好，能够在低温条件下实现高效脱氮，可以解决冬季低温运行不稳定、污水处理不达标等问题。

Description

一种富集培养耐低温异养硝化细菌的方法

技术领域

本发明属于微生物培养技术领域，具体涉及一种富集培养耐低温异养硝化细菌的方法。

背景技术

同步硝化反硝化（SND）脱氮这一新型生物脱氮工艺可以在同一反应器中同时进行硝化脱氨氮和反硝化脱总氮，不仅克服了传统生物脱氮过程存在的一些问题，而且在降低能耗和物耗等方面具有突出的优势：能有效地保持反应器中pH稳定，减少或取消碱度的投加；减少传统反应器的容积、节省基建费用；仅由一个反应池组成的序批式反应器来讲，SND能够降低实现硝化反硝化所需的时间；节省曝气量、进一步降低能耗。这一工艺符合目前大力提倡的节能减排要求，成为污水处理领域的研究热点。

目前对同步硝化反硝化生物脱氮机理已经形成了三种解释，即宏观环境解释、微观环境理论和生物学解释，他们已经在大量的研究中得到证实并被普遍接受。无论是哪种机理，负责脱氮的微生物都是完成生物脱氮过程的主要参与者。20世纪80年代以来，生物科学家研究发现许多硝化菌如荧光假单胞菌（Pseudomonas flurescens）、粪产杆菌（Alcaligenes facealis）、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginos)等都可以对有机或无机氨化合物进行异养硝化。与自养型硝化菌比较，虽然单位生物量的异养菌氧化铵盐的速率比自养菌要慢2-3个数量级，但异养硝化细菌的生长速度快、细胞产率高；要求溶解氧浓度低；对环境的适应能力也强，能忍受更酸性环境，其总体的氧化铵盐的速率并不比自养菌慢。国外有研究者就是利用某些微生物种群在好氧条件下具有反硝化的特性来实现同步硝化与反硝化。

随着同步硝化反硝化工艺的深入研究，具有好氧反硝化特性的异养硝化菌的发现从理论上进一步增加了污水硝化与反硝化在一个单元内同步进行的可能性，同时克服传统处理工艺在处理效率与经济适用两方面的矛盾，实现废水高效而经济的脱氮。那么获得高效的降解菌株、使其成为反应体系中的优势种群而发挥脱氮作用、将会加快同步硝化反硝化工艺工业化应用的进程。由于好氧颗粒污泥培养时间相当长，形成条件苛刻，阻碍了工业生产中的应用；许多微生物的特性还没有被全面了解，好氧反硝化和异养硝化的机理也不十分明确，对他们的研究大都是在纯的或混合的细菌培养中进行的。所以到目前为止，仅有荷兰、丹麦、意大利等污水厂利用同步硝化与反硝化脱氮工艺运行，还没有大规模推广应用。特别是在我国北方地区的冬季因低温影响，活性污泥中脱氮微生物的生长繁殖速率和生物活性都会大幅度降低，因此许多污水处理厂的脱氮效果变差，出水氨氮浓度很难满足排放标准。在工业上通常可以采用向污水处理***中直接投放培养好的耐低温脱氮微生物来解决这一问题。

CN201310296747.1公开了一种耐低温异养同步硝化反硝化菌剂的富集及其在废水处理中的应用，选用实验室异养硝化好氧反硝化种泥进行富集，具体方法是在好氧和缺氧两种条件下以含有有机碳的氨氮和硝氮混合污水进行培养富集和驯化，在低于10℃条件下得到具有耐低温特性的异养硝化好氧反硝化菌剂。该培养方法所处理的废水初始氨氮浓度只有36和41mg/L，如果废水中氨氮浓度高于这两个值，使用该方法将会受到限制。而且该方法的最高反硝化比降解速率为32.93mgNO₃-N/(gSS·h），富集时间相对较长。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种富集培养耐低温异养硝化细菌的方法。本发明是通过投加微生物生长促进剂并配合常温和低温交替运行的方式实现的，所获得的菌体适应范围宽、处理效果好，能够在低温条件下实现高效脱氮。本发明富集培养的菌体投加到污水处理厂使用后，可以解决冬季低温运行不稳定、污水处理不达标等问题。

本发明富集培养耐低温异养硝化细菌的方法，是以工业废水作为培养液，采用投加微生物生长促进剂的方式对富含硝化菌的活性污泥进行富集培养，所述微生物生长促进剂包括金属盐、多胺类物质和有机酸羟胺，所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成；培养过程采用低温和常温交替进行的方式进行耐低温异养硝化菌的驯化，常温培养温度为18-40℃，优选为25-35℃；低温培养温度为8-18℃，优选为10-15℃。

本发明所述微生物生长促进剂中，金属盐为40-100重量份，优选为50-80重量份，多胺类物质为5-30重量份，优选为10-20重量份，有机酸羟胺为0.5-15重量份，优选为2-10重量份。

本发明所述微生物生长促进剂中，金属盐可以是钙盐、镁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（0.5-5），优选为（8-12）:（10-20）:（1-4）；或者是钙盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（1-8）:（0.5-5），优选为（8-12）:。（2-6）:（1-4）；或者是钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（1-8）:（0.5-5），优选为（8-12）:（10-20）:(2-6):（1-4）。

本发明所述微生物生长促进剂中，钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，镁盐为MgSO₄或者Mg Cl₂，亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂，铜盐为CuSO₄或者CuCl₂。

本发明所述微生物生长促进剂中，多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。有机酸羟胺的加入可以作为羟胺氧还酶的基质直接参与硝化细菌的代谢过程、缩短酶促反应进程，加速细胞生长。此外，有机酸羟胺释放出的有机酸还有利于某些异养硝化细菌的生长，有利于发挥硝化细菌的群体效应，有助于提高菌群耐受低温环境的能力。

本发明所述的富含硝化菌的活性污泥可以是本领域常用的一切曝气池内的活性污泥，优选处理过含氨污水的活性污泥，以污泥30分钟沉降比为20%-40%的接种量接种。

本发明所述富集培养耐低温异养硝化菌所使用的工业废水包括所有的含有氨氮和COD的废水：其中氨氮浓度一般为50-300mg/L，COD（Cr法，以下同）浓度为150-1500mg/L，pH值为6.0-9.0。

本发明所述异养硝化菌富集培养方法中，还需要定期补加碳源，可以是本领域常用的碳源，优选为葡萄糖或乙酸，更优选为乙酸。碳源可以一次性补加或者流加，按照补加后培养液中COD浓度为300-1000mg/L进行补加。

本发明所述异养硝化菌富集培养方法中，微生物生长促进剂可以每天或者每隔几天补加一次，也可以在每次更换培养基时补加，按照培养体系中促进剂浓度10-50mg/L进行投加，优选20-40mg/L进行投加。

本发明所述采用常温培养与低温培养交替进行的方法，是指在常温下进行一定时间的培养，优选进行1-10个批次的培养，加速硝化菌的快速繁殖；然后在低温下进行一定时间的培养，优选进行1-10个批次的培养，驯化硝化菌的耐低温能力；通过常温与低温的交替培养，富集培养获得耐低温硝化菌。本发明优选中常温培养过程中当更换培养液后在相同培养时间内连续3-5个批次总氮去除率均大于80%以上时转为低温培养，当低温培养过程中连续3-5个批次菌体浓度不再降低时转入常温培养，此常温和低温交替培养过程反复进行2-6次，结束一个周期的培养，收获菌体。本发明中，常温培养的溶解氧（DO）为0.2-1.5mg/L，优选为0.5-1.0mg/L，低温培养的溶解氧为0.5-3.0mg/L，优选为1.0-2.0mg/L；两种培养体系的pH为6.0-9.0，优选为7.8-8.5。

本发明方法所富集的耐低温异养硝化菌，同时具有好氧反硝化功能，富集培养后解决了冬季污水处理厂出水含氮污染物浓度不达标问题。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

（1）在异养硝化菌富集培养过程中补加特殊组成和配比的微生物生长促进剂，使得异养硝化菌在金属盐、多胺类物质及有机酸羟胺的共同作用下，实现快速增殖，缩短了富集培养时间。

（2）在富集培养过程中通过补加微生物生长促进剂并配合常温和低温交替运行，使得耐低温的异养硝化菌能够快速适应低温环境，能够在低温条件下生长繁殖，能够与污水处理***中的活性污泥体系实现良好的协同，提高冬季污水厂低温运行的脱氮效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明方案进行详细说明。

首先按照表1所示微生物生长促进剂的比例和配方制备金属盐溶液，在使用前将多胺类物质和有机酸羟胺加入到金属盐溶液中，制备得到微生物生长促进剂Ⅰ-Ⅲ，所述促进剂浓度均为0.5g/L。

表1 促进剂的配方及比例

实施例1

按照20%（污泥30分钟沉降比）的接种量向异养硝化菌培养反应器中接入某污水处理厂富含硝化菌的活性污泥，所采用工业含氨废水的水质为：氨氮浓度为50-150mg/L，COD为50-100mg/L，pH为7-8。每批次更换培养液的时候补加微生物生长促进剂Ⅰ，按照培养体系中促进剂浓度30mg/L进行投加；同时补加葡萄糖，使得培养液中的COD浓度提高到300mg/L。培养过程采用常温和低温培养交替进行的方式，首先在温度25℃、DO:0.5mg/L的条件下常温培养4个批次，总氮去除率大于80%时转低温10℃、DO:1.0mg/L的条件下培养，连续4个批次菌体浓度稳定，此常温和低温培养交替进行3次，结束一个周期的培养过程，收获耐低温硝化菌A。

实施例2

按照30%（污泥30分钟沉降比）的接种量向异养硝化菌培养反应器中接入某污水处理厂富含硝化菌的活性污泥，所采用工业含氨废水的水质为：氨氮浓度为：100-200mg/L、COD为200-500mg/L、pH为7.5-8.3。每批次更换培养液的时候补加微生物生长促进剂Ⅱ，按照培养体系中促进剂浓度25mg/L进行投加；同时补加乙酸，使得培养液中的COD浓度提高到700mg/L。培养过程采用常温和低温培养交替进行的方式，首先在温度30℃、DO:0.8mg/L的条件下常温培养4个批次，总氮去除率大于80%时转低温12℃、DO:1.5mg/L的条件下培养，连续4个批次菌体浓度稳定，此常温和低温培养交替进行4次，结束一个周期的培养过程，收获耐低温硝化菌B。

实施例3

按照40%（污泥30分钟沉降比）的接种量向异养硝化菌培养反应器中接入某污水处理厂富含硝化菌的活性污泥，所采用工业含氨废水的水质为：氨氮浓度为：200-300mg/L、COD为500-600mg/L、pH为7.3-8.5。每批次更换培养液的时候补加微生物生长促进剂Ⅲ，按照培养体系中促进剂浓度20mg/L进行投加；同时补加葡萄糖，使得培养液中的COD浓度提高到900mg/L。培养过程采用常温和低温培养交替进行的方式，首先在温度35℃、DO:1.0mg/L的条件下常温培养5个批次，总氮去除率大于80%时转低温15℃、DO:2.0mg/L的条件下培养，连续3个批次菌体浓度稳定，此常温和低温培养交替进行5次，结束一个周期的培养过程，收获耐低温硝化菌C。

实施例4

按照40%（污泥30分钟沉降比）的接种量向异养硝化菌培养反应器中接入某污水处理厂富含硝化菌的活性污泥，所采用工业含氨废水的水质为：氨氮浓度为：200-300mg/L、COD为500-600mg/L、pH为7.3-8.5。每批次更换培养液的时候补加微生物生长促进剂Ⅲ，按照培养体系中促进剂浓度20mg/L进行投加；同时补加乙酸，使得培养液中的COD浓度提高到900mg/L。培养过程采用常温和低温培养交替进行的方式，首先在温度35℃、DO:1.0mg/L的条件下常温培养5个批次，总氮去除率大于80%时转低温15℃、DO:2.0mg/L的条件下培养，连续3个批次菌体浓度稳定，此常温和低温培养交替进行5次，结束一个周期的培养过程，收获耐低温硝化菌D。

比较例1

处理工艺与操作条件同实施例1，不同之处是培养过程中不采用常温和低温培养交替进行的方式，温度始终为25℃。培养结束后，收获硝化菌E。

比较例2

处理工艺与操作条件同实施例1，不同之处是培养过程中不采用常温和低温培养交替进行的方式，温度始终为10℃。培养结束后，收获硝化菌F。

比较例3

处理工艺与操作条件同实施例1，不同之处在于：培养过程中不投加微生物生长促进剂。培养结束后，收获硝化菌G。

将上述培养获得的硝化菌A-G用于某含氨废水的处理过程中，其中氨氮浓度为200mg/L，COD浓度为500mg/L，废水处理温度为12℃，溶解氧浓度为1-2mg/L，pH为7.5-8.5。在同一反应时间内，氨氮和总氮去除率见表2。

表2 耐低温硝化菌的处理效果

从表2的数据来看，耐低温异养硝化菌A-D在低温条件下处理含氨废水时，氨氮和总氮去除率均大于80%，只在常温条件下培养和只在低温条件下培养获得的异养硝化菌E和F、不加微生物生长促进剂获得的异养硝化菌G，氨氮和总氮去除率均小于50%。由此可见，耐低温异养硝化菌的培养必须使用生长促进剂和常温低温交替培养方式相结合，才能使培养的菌体在低温下具有很好的脱氮效果。由此可见，本发明富集培养的菌体投加到污水处理厂使用后，可以解决冬季低温运行不稳定、污水处理不达标等问题。

Claims

1.一种富集培养耐低温异养硝化细菌的方法，其特征在于：以工业废水作为培养液，采用投加微生物生长促进剂的方式对富含硝化菌的活性污泥进行富集培养，所述微生物生长促进剂包括金属盐、多胺类物质和有机酸羟胺，所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成；采用低温和常温交替进行方式进行耐低温异养硝化菌的驯化，常温培养温度为18-40℃，低温培养温度为8-18℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述微生物生长促进剂中，金属盐为40-100重量份，多胺类物质为5-30重量份，有机酸羟胺为0.5-15重量份。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述微生物生长促进剂中，金属盐是钙盐、镁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（0.5-5）；或者是钙盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（1-8）:（0.5-5）；或者是钙盐、镁盐、亚铁盐和铜盐，其中Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺和Cu²⁺的摩尔比为（5-15）:（5-25）:（1-8）:（0.5-5）。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述微生物生长促进剂中，钙盐为CaSO₄或者CaCl₂，镁盐为MgSO₄或者MgCl₂，亚铁盐为FeSO₄或者FeCl₂，铜盐为CuSO₄或者CuCl₂。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述微生物生长促进剂中，多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物；有机酸羟胺为甲酸羟胺、乙酸羟胺或者两者的混合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述富含硝化菌的活性污泥为处理过含氨污水的活性污泥，以污泥30分钟沉降比为20%-40%的接种量接种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述工业废水为含有氨氮和COD的废水，其中氨氮浓度为50-300mg/L，COD（Cr法，以下同）浓度为150-1500mg/L，pH值为6.0-9.0。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述异养硝化细菌富集培养方法中，需要定期补加碳源，按照补加后培养液中COD浓度为300-1000mg/L进行补加。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：补加的碳源为葡萄糖或乙酸。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：微生物生长促进剂每天或者每隔几天补加一次，或者在每次更换培养基时补加，按照培养体系中促进剂浓度10-50mg/L进行投加。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述采用常温培养与低温培养交替进行的方法，是指在常温下进行1-10个批次的培养，加速硝化菌的快速繁殖；然后在低温下进行1-10个批次的培养，驯化硝化菌的耐低温能力。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：常温培养过程中当更换培养液后在相同培养时间内连续3-5个批次总氮去除率均大于80%以上时转为低温培养，当低温培养过程中连续3-5个批次菌体浓度不再降低时转入常温培养，此常温和低温交替培养过程反复进行2-6次，结束一个周期的培养，收获菌体。

13.根据权利要求1、11或12所述的方法，其特征在于：常温培养的溶解氧为0.2-1.5mg/L，低温培养的溶解氧为0.5-3.0mg/L；两种培养体系的pH为6.0-9.0。