本發(fā)明屬于環(huán)境微生物領(lǐng)域，具體涉及一種富集培養(yǎng)耐鹽亞硝酸菌群的方法。
背景技術(shù)：
在生物脫氮過程中，通過亞硝酸菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮而后直接進(jìn)行反硝化的過程稱為亞硝酸型生物脫氮。與傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)相比，亞硝酸型生物脫氮技術(shù)因能縮短水力停留時間、可節(jié)省25%的能耗和40%的碳源、同時可以減少剩余污泥處理量而成為污水生物脫氮領(lǐng)域新的研究熱點。
目前大多數(shù)研究結(jié)果表明，通過控制外界條件如溫度、溶解氧、pH和污泥齡等因素可以實現(xiàn)硝化過程中HNO2積累，但出現(xiàn)亞硝酸鹽積累后難以維持其長期穩(wěn)定存在。CN1785843A公開了一種實現(xiàn)低C/N比高濃度氨氮廢水短程硝化的方法，該方法是利用厭氧顆粒污泥培育的硝化顆粒污泥作為接種物、采用逐漸提高基質(zhì)氨氮濃度來實現(xiàn)的，厭氧顆粒污泥雖然具有培養(yǎng)速度快的優(yōu)點，但在后續(xù)的好氧短程硝化過程中，仍然存在短程硝化向全程硝化轉(zhuǎn)化的不足。CN101423290A公開了常溫下全程硝化生物脫氮系統(tǒng)實現(xiàn)短程硝化的方法，該方法分為4個階段，每一個階段的DO水平都控制的0.5-0.8，主要是通過控制限氧曝氣使系統(tǒng)DO處于較低水平，在同時含有亞硝酸菌和硝酸菌的系統(tǒng)中保持亞硝酸菌的正常代謝和增值，不斷抑制硝酸菌活性，最終實現(xiàn)短程硝化。然而在實際污水處理過程中，即使供氧量相同，由于生物量的不同及生物活性的不同導(dǎo)致硝化過程的耗氧量也不同，以及大型生物反應(yīng)器很難達(dá)到溶解氧非常均勻的效果，所以DO水平很難有效控制在0.5-0.8mg/L這個范圍，一旦溶解氧濃度沒有控制好就會影響短程硝化的穩(wěn)定性。
富集培養(yǎng)亞硝酸菌則是實現(xiàn)亞硝酸型生物脫氮技術(shù)的有效途徑， CN201010221247.8公開了一種亞硝化優(yōu)勢菌群的培養(yǎng)方法，雖然能解決單純依靠外界條件難以實現(xiàn)穩(wěn)定的亞硝酸鹽積累難題，但是在處理總含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%的高鹽度廢水時，廢水中含有的高濃度鹽會破壞微生物的細(xì)胞膜和菌體內(nèi)的酶活性，微生物脫氨氮活性降低，從而增加了高含鹽氨氮廢水的處理難度，更難以實現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化反硝化脫氮。
CN201010267865.6公開了一種耐鹽硝化菌群的富集培養(yǎng)方法，以活性污泥作為接種物，采用序批式方式進(jìn)行富集培養(yǎng)，該發(fā)明采用逐步提高鹽度的方法對硝化菌群進(jìn)行馴化，整個馴化周期需要45-90天，最終所馴化的硝化細(xì)菌能耐受的氯化鈉和硫酸鈉濃度分別為6.5g/L和16g/L，該發(fā)明所獲得的硝化細(xì)菌仍然不適合處理鹽濃度大于25g/L（含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.5%）的含氨廢水。CN201210102760.4公開了一種高鹽度、高濃度氨氮廢水的處理方法，該方法采用的馴化后的硝化細(xì)菌，適合處理500mg/L濃度氨氮、含鹽量35g/L以內(nèi)的高鹽度廢水。以上發(fā)明專利涉及的耐鹽硝化菌中的優(yōu)勢菌都是全程硝化菌，并不是短程硝化菌，因此不具備短程硝化的優(yōu)勢。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種富集培養(yǎng)耐鹽亞硝酸菌群的方法。本發(fā)明方法所得到的亞硝酸菌群活性高、使用效果好，適用于短程硝化反硝化工藝處理高含鹽廢水中的氨氮，可以大大降低處理成本和運行能耗。
本發(fā)明富集培養(yǎng)耐鹽亞硝酸菌群的方法，包括如下內(nèi)容：以活性污泥作為接種物，采用批次補料和批次換水交替進(jìn)行的方式，通過逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度和鹽度的方法來進(jìn)行富集，所用培養(yǎng)液包括亞硝酸菌生長促進(jìn)劑和銨鹽，所述亞硝酸菌生長促進(jìn)劑包括金屬鹽、多胺類物質(zhì)、有機(jī)酸羥胺和Na2SO3，其中所述金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成。
本發(fā)明所述的亞硝酸菌生長促進(jìn)劑中，金屬鹽為40-100重量份，優(yōu)選為50-80重量份，多胺類物質(zhì)為5-30重量份，優(yōu)選為10-20重量份，有機(jī)酸羥胺為0.05-1.5重量份，優(yōu)選為0.1-1.0重量份，Na2SO3為10-40重量份，優(yōu)選為20-30重量份。
本發(fā)明所述的亞硝酸菌生長促進(jìn)劑中，金屬鹽可以為鈣鹽、鐵鹽和銅鹽，其中Ca2+、Fe2+和Cu2+的摩爾比為（5-15）:（1-8）:（0.5-5），優(yōu)選為（8-12）:（2-6）:（1-4）；或者是鈣鹽、鎂鹽和銅鹽，其中Ca2+、Mg2+和Cu2+的摩爾比為（5-15）:（5-25）:（0.5-5），優(yōu)選為（8-12）:（10-20）:（1-4）；或者是鈣鹽、鎂鹽、鐵鹽和銅鹽，其中Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩爾比為（5-15）:（5-25）:（1-8）:（0.5-5），優(yōu)選為（8-12）:（10-20）:（2-6）:（1-4）。
本發(fā)明所述的亞硝酸菌生長促進(jìn)劑中，鈣鹽為CaSO4或者CaCl2，鎂鹽為MgSO4或者M(jìn)gCl2，銅鹽為CuSO4或者CuCl2，亞鐵鹽為FeSO4或者FeCl2。
本發(fā)明所述的亞硝酸菌生長促進(jìn)劑中，所述的多胺類物質(zhì)為精胺、亞精胺或者兩者的混合物。所述有機(jī)酸羥胺為甲酸羥胺、乙酸羥胺或者兩者的混合物。
本發(fā)明在每次提高氨氮濃度或者每次更換新鮮培養(yǎng)基時，在培養(yǎng)液中加入亞硝酸菌生長促進(jìn)劑，加入量為使得培養(yǎng)體系中促進(jìn)劑濃度為10-20mg/L。
本發(fā)明所述批次補料和批次換水交替進(jìn)行的方式，是指當(dāng)培養(yǎng)液中含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.0%時直接補加基質(zhì)氨氮和亞硝酸菌生長促進(jìn)劑，直到培養(yǎng)液中含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.0%時，停止曝氣、沉降、排除上清液，留下菌體，然后補充新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)；在批次補料培養(yǎng)階段，當(dāng)培養(yǎng)液中含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)比上一次換排水時提高0.5%-1.0%可再次進(jìn)行換排水。所述逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法，是指每次補料后，24h內(nèi)當(dāng)氨氮濃度降至50mg/L以下，即可提高培養(yǎng)液中基質(zhì)的氨氮濃度，其提高幅度為50-150mg/L。當(dāng)培養(yǎng)液氨氮濃度提高到1000mg/L、培養(yǎng)液中鹽濃度達(dá)到60g/L時，結(jié)束一個周期的培養(yǎng)過程。
本發(fā)明所述的銨鹽可以是(NH4)2SO4、NH3·H2O或NH4Cl等，優(yōu)選(NH4)2SO4。培養(yǎng)過程中培養(yǎng)液的初始NH4＋-N濃度為100-200mg/L，最終濃度為500-1200mg/L，優(yōu)選為600-1000mg/L。
本發(fā)明所述的活性污泥可以選取本領(lǐng)域常用的含硝化菌的活性污泥，優(yōu)選取自處理含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5%的污水處理廠的活性污泥。
本發(fā)明所述亞硝酸菌群富集培養(yǎng)條件為：溫度為20-30℃，pH為7.0-9.0，優(yōu)選為8.0-8.5，SV30（污泥30min沉降比）為25%-35%，溶解氧濃度（DO）大于0.5mg/L，優(yōu)選為1-3mg/L。
本發(fā)明為了維持溶液pH值在亞硝酸菌生長所需要的范圍內(nèi)，所用的pH調(diào)節(jié)劑為NaOH或KOH與Na2CO3或NaHCO3的任意組合，組合后使得pH調(diào)節(jié)劑的pH值為8.0-10。
本發(fā)明所述培養(yǎng)液中加入一定量的亞硝酸菌生長促進(jìn)劑，一方面可以為細(xì)菌提供所需要的富集培養(yǎng)條件，另一方面可以提高菌體的生長速率和菌體的耐鹽性能。亞硝酸菌生長促進(jìn)劑中的金屬元素作為酶的組份促進(jìn)酶的合成，同時還有利于提高酶的活性，多胺類物質(zhì)與金屬離子共同作用，可以加快細(xì)胞增殖，提高細(xì)胞的耐鹽性能。
本發(fā)明針對鹽含量高（含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%）、氨氮含量高（NH4+-N含量≤1000mg/L）、有機(jī)物含量少（COD含量低于200mg/L）的廢水特點，采用批次補料和批次換水交替進(jìn)行的方式，逐漸提高基質(zhì)氨氮濃度并添加特定組成物質(zhì)和配比的亞硝酸菌生長促進(jìn)劑，在不加入其它碳源或只加入少量有機(jī)物的情況下，使污泥中的原生動物、后生動物、真菌以及碳化菌等雜菌的生長明顯受到抑制，有利于亞硝酸菌成為優(yōu)勢菌群，并耐受越來越高的氨氮和鹽濃度。所獲得的亞硝酸菌群能耐受鹽濃度高達(dá)60g/L以上，能夠處理氨氮濃度高達(dá)800mg/L的廢水。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明方案進(jìn)行進(jìn)一步說明。
本發(fā)明方法的具體操作步驟如下：首先取活性污泥以20%-40%（污泥30分鐘沉降比）的接種量按間歇式活性污泥法進(jìn)行富集強化培養(yǎng)。按照本發(fā)明所述的組分和配比配制亞硝酸菌生長促進(jìn)劑。在反應(yīng)器運行過程中用KOH和NaHCO3的混合物配置pH值大于9的調(diào)節(jié)劑來維持培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)的pH值在8.0-8.5。在富集培養(yǎng)過程中逐漸提高進(jìn)水氨氮濃度，每一次提高氨氮濃度的同時都按照培養(yǎng)系統(tǒng)中促進(jìn)劑濃度10-20mg/L補加促進(jìn)劑。初始氨氮濃度為100-200mg/L，24h后氨氮濃度低于50mg/L即可按照50-100mg/L的幅度提高基質(zhì)氨氮濃度，多次補加氨氮后當(dāng)培養(yǎng)液中鹽濃度達(dá)到10g/L時，沉降排上清液，留下菌體重新配置新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)進(jìn)行補料階段的培養(yǎng)，當(dāng)培養(yǎng)液中鹽濃度提高到15-20g/L時再次沉降排上清液，重新配置新鮮培養(yǎng)液進(jìn)行下一個補料階段的培養(yǎng)，此批次補料和批次排水過程反復(fù)進(jìn)行，當(dāng)培養(yǎng)液氨氮濃度提高到800mg/L、培養(yǎng)液中鹽濃度大于60g/L時，氨氮去除率大于90%，結(jié)束一個周期的培養(yǎng)過程。耐鹽亞硝酸菌群富集培養(yǎng)的參數(shù)指標(biāo)為：溫度為20-30℃，pH為8.0-8.5，DO為1-3mg·L–1。
本發(fā)明實施例所使用的亞硝酸菌生長促進(jìn)劑按照CN201410585483.6、CN201410585481.7和CN201410585655.X所述方法進(jìn)行制備，優(yōu)選按照CN201410585655.X所述方法制備。本發(fā)明所用亞硝酸菌生長促進(jìn)劑配置容易，使用方便，在生物處理過程中投加使用后可以促進(jìn)亞硝酸菌生長、抑制硝酸菌生長，使得活性污泥中的亞硝酸菌成為優(yōu)勢菌群，進(jìn)而將硝化反應(yīng)穩(wěn)定控制在亞硝酸階段而直接進(jìn)行反硝化。
實施例1 生長促進(jìn)劑的制備方法
首先按照表1亞硝酸菌生長促進(jìn)劑的比例和配方制備金屬鹽溶液，在使用前將多胺類物質(zhì)、有機(jī)酸羥胺和Na2SO3加入到金屬鹽溶液中，制備得到亞硝酸菌生長促進(jìn)劑Ⅰ-Ⅲ，所述促進(jìn)劑濃度均為0.5g/L。
表1 亞硝酸菌生長促進(jìn)劑的配方及比例
實施例2 耐鹽亞硝酸菌群的富集培養(yǎng)
從某煉油污水處理廠的高含鹽系列污水處理系統(tǒng)中取活性污泥，以不同的接種量接種于總體積為10L的四個不同的富集反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行耐鹽亞硝酸菌群的富集培養(yǎng)。在富集培養(yǎng)過程每一次提高氨氮濃度的同時都按照培養(yǎng)系統(tǒng)中促進(jìn)劑濃度15mg/L分別補加實施例1的生長促進(jìn)劑，初始氨氮濃度均為100mg/L，24h后氨氮濃度低于50mg/L即可按照100mg/L的幅度提高基質(zhì)氨氮濃度，多次補加基質(zhì)和促進(jìn)劑后當(dāng)培養(yǎng)液中鹽濃度達(dá)到10g/L時，沉降排上清液，留下菌體重新配置新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)進(jìn)行補料階段的培養(yǎng)，當(dāng)培養(yǎng)液中鹽濃度達(dá)15g/L時再次沉降排上清液，重新配置新鮮培養(yǎng)液進(jìn)行下一個補料階段的培養(yǎng)，此批次補料和批次排水過程反復(fù)進(jìn)行，當(dāng)培養(yǎng)液氨氮濃度提高到800mg/L、培養(yǎng)液中鹽濃度大于60g/L時，氨氮去除率大于90%，結(jié)束一個周期的培養(yǎng)過程。四個反應(yīng)器具體培養(yǎng)條件和培養(yǎng)結(jié)束后氨氮去除率及亞硝化率見表2。
表2 耐鹽亞硝酸菌群培養(yǎng)條件和效果
由表2可知，采用本發(fā)明的處理工藝并投加亞硝酸菌生長促進(jìn)劑，氨氮去除率可達(dá)92%以上，而且亞硝化率可以穩(wěn)定在85%以上，而只采用本發(fā)明工藝不投加促進(jìn)劑，氨氮去除率只有86.7%，亞硝化率不足50%。