申請日2015.09.30
公開(公告)日2017.04.05
IPC分類號C12N1/20; C02F3/34
摘要
本發(fā)明公開了一種處理含氨廢水的微生物菌群的生產(chǎn)方法，將微生物菌群放入生物反應(yīng)器中進行兩級放大培養(yǎng)，第一級培養(yǎng)采用批次補加銨鹽和微生物生長促進劑的方式;第二級培養(yǎng)采用先批次補加銨鹽后批次換水交替運行的方式進行培養(yǎng)，批次補加銨鹽至硝化產(chǎn)物濃度達3000～6000mg/L時，進行批次換水，同時補加微生物生長促進劑;所述促進劑包括金屬鹽、多胺類物質(zhì)和無機酸羥胺，其中金屬鹽為40～100重量份，多胺類物質(zhì)為5～30重量份，無機酸羥胺為0.5～15重量份;所述金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成;當(dāng)完成兩級放大培養(yǎng)后收集菌體。本發(fā)明具有培養(yǎng)周期短、培養(yǎng)效率高，獲得的微生物菌群活性高、耐受性強，可以有效處理含氨氮的工業(yè)廢水。
權(quán)利要求書
1.一種處理含氨廢水的微生物菌群的生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下內(nèi)容：將處理含氨廢水的微生物菌群放入生物反應(yīng)器中進行兩級放大培養(yǎng)，第一級培養(yǎng)采用批次補加銨鹽和微生物生長促進劑的方式;第二級培養(yǎng)采用先批次補加銨鹽后批次換水交替運行的方式進行培養(yǎng)，批次補加銨鹽至硝化產(chǎn)物濃度達3000～6000mg/L時，進行批次換水，同時補加微生物生長促進劑;所述微生物生長促進劑包括金屬鹽、多胺類物質(zhì)和無機酸羥胺，其中金屬鹽為40～100重量份，多胺類物質(zhì)為5～30重量份，無機酸羥胺為0.5～15重量份;所述金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成;當(dāng)完成兩級放大培養(yǎng)后收集菌體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的金屬鹽是鈣鹽、鎂鹽和銅鹽，其中Ca2+、Mg2+和Cu2+的摩爾比為(5～15):(5～25):(0.5～5);或者是鈣鹽、亞鐵鹽和銅鹽，其中Ca2+、Fe2+和Cu2+的摩爾比為(5～15):(1～8):(0.5～5);或者是鈣鹽、鎂鹽、亞鐵鹽和銅鹽，其中Ca2+、Mg2+、Fe2+和Cu2+的摩爾比為(5～15):(5～25):(1～8):(0.5～5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的鈣鹽為CaSO4或者CaCl2，鎂鹽為MgSO4或者MgCl2，亞鐵鹽為FeSO4或者FeCl2，銅鹽為CuSO4或者CuCl2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的多胺類物質(zhì)為精胺、亞精胺或者兩者的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的無機酸羥胺為鹽酸羥胺、硫酸羥胺或者磷酸羥胺中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：第一級培養(yǎng)采用5～100L小規(guī)模培養(yǎng)反應(yīng)器，第二級培養(yǎng)反應(yīng)器規(guī)模為第一級培養(yǎng)反應(yīng)器規(guī)模的5～20倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的微生物菌群是指含有硝化細菌的基質(zhì)通過馴化培養(yǎng)得到，含硝化細菌基質(zhì)的馴化培養(yǎng)方法為在高氨氮濃度和高pH值下進行培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中培養(yǎng)液初始氨氮濃度為100～1000mg/L，最終氨氮濃度為1200～3000mg/L，培養(yǎng)液COD值低于400mg/L，pH值為7.5～9.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：第一級培養(yǎng)采用在不排水的情況下批次補加銨鹽和促進劑的方式，當(dāng)氨氮去除率達到80%以上時補加氨氮濃度為10～25g/L的銨鹽溶液，使得補加銨鹽后培養(yǎng)液中的氨氮濃度為800～1500mg/L;初始反應(yīng)器內(nèi)物料為反應(yīng)器有效容積的20%～60%，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)物料達到反應(yīng)器有效體積80%以上時終止反應(yīng)，自然沉降后排出上清液，將菌體轉(zhuǎn)到第二級培養(yǎng)反應(yīng)器中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：第二級培養(yǎng)的初始體積和初始氨氮濃度與第一級培養(yǎng)反應(yīng)器終止時的體積和氨氮濃度相同，當(dāng)氨氮去除率達到80%以上時補加銨鹽溶液，使得補加銨鹽后培養(yǎng)液中的氨氮濃度達500～1000mg/L;當(dāng)硝化反應(yīng)產(chǎn)物累計濃度達3000～6000mg/L時，停止曝氣待自然沉降后排出上清液，保留菌體，加入與排出液同體積的反應(yīng)液繼續(xù)反應(yīng)，同時補加微生物生長促進劑，待氨氮去除率達到80%以上，繼續(xù)進行批次補加銨鹽過程;如此交替運行，直到反應(yīng)液體積達到反應(yīng)器容積的80%以上時結(jié)束培養(yǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、8或9所述的方法，其特征在于：促進劑補加量按照培養(yǎng)體系中促進劑濃度5～50mg/L進行補加。
說明書
一種處理含氨廢水的微生物菌群的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)境微生物領(lǐng)域，具體地說涉及一種處理含氨廢水的微生物菌群的生產(chǎn)方法，該方法可以實現(xiàn)脫氨氮微生物菌群的產(chǎn)業(yè)化、商品化。
背景技術(shù)
廢水生物脫氮包括硝化和反硝化兩個過程，其中參與硝化作用的微生物主要是硝化細菌，它是典型的自養(yǎng)細菌，從生物氧化氨氮到硝態(tài)氮過程中獲得能量，一般以無機碳為碳源，因此代謝時間長、生長比較緩慢，屬于革蘭氏陰性菌，細胞壁中肽聚糖含量低，蛋白質(zhì)和脂肪含量高，對環(huán)境變化比較敏感，所以自然界中天然的硝化細菌的適應(yīng)性和耐受性比較差。
硝化細菌研究中的種種困難起始于將其從純培養(yǎng)中分離出來。就是采用嚴格無機培養(yǎng)的平板法，也并不適于從自然環(huán)境中直接將其分離出來，因為即使自接種物中引入的有機物質(zhì)也能使異養(yǎng)的污染微生物生長。自養(yǎng)硝化細菌最成功的分離是預(yù)先采用了一系列廣泛而仔細的增富步驟(Belser L. W. and E. L. Schmidt. 1978. Diversity in the ammonia-oxidizing nitrifier population of a soil. Appl. Environ. Microbiol. 36:584-588)。如同濟大學(xué)的金志剛等(硝化細菌富集技術(shù)分析及方法研究. 1998，上海環(huán)境科學(xué)，17(8)：10-19)對污泥中硝化細菌富集培養(yǎng)技術(shù)進行較詳細的研究，結(jié)果表明：經(jīng)過12-13周的富集培養(yǎng)，污泥中硝化細菌濃度可達2.0×108(MPN)/g(MLSS)，是未經(jīng)富集污泥中硝化細菌濃度的12.5-20倍。中國專利CN1354786A中公開了一種硝化細菌的高濃度培養(yǎng)方法;中國專利CN200710010383.0也公開了一種硝化細菌的富集方法，得到了富含硝化細菌且價格低廉的活性污泥樣品。
已有的這些培養(yǎng)技術(shù)僅停留在實驗室和小規(guī)模試驗水平，不適于大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)，所以硝化細菌的產(chǎn)品化、商業(yè)化過程一直進展很慢。
中國專利CN1546650A公開了一種高活性、高穩(wěn)定性液體硝化細菌的規(guī)模生產(chǎn)工藝，其特征是在好氧發(fā)酵器中布置軟性纖維;采用含有低分子有機碳源的培養(yǎng)基，促進硝化細菌的附著生長;定期補充低分子有機碳源和氮源，定期洗脫軟性纖維上的硝化細菌;用低溶氧、低pH值、密封條件保存收集液;檢測后裝入包裝容器。該液體硝化細菌主要用于生物修復(fù)養(yǎng)殖水環(huán)境和景觀水環(huán)境。
目前雖然已有硝化細菌培養(yǎng)方面的一些技術(shù)，但規(guī)�；a(chǎn)效率較低，產(chǎn)品價格較昂貴，且只能用于處理低濃度如低于500mg/L的氨氮廢水，如中國專利CN1509991A公開的硝化菌劑主要用于海水養(yǎng)殖和工廠化循環(huán)海水高密度養(yǎng)殖的氨氮去除。中國專利CN200810228404.0公開了一種處理含氨廢水微生物菌群的生產(chǎn)方法，采取三級放大培養(yǎng)，一級采用批次補加銨鹽的方式，第二級和第三級培養(yǎng)采用批次補料和批次換水交替進行的方式，該方法雖然實現(xiàn)了菌群的放大培養(yǎng)，可以實現(xiàn)脫氨氮菌群的產(chǎn)業(yè)化、商品化，但是菌群的培養(yǎng)級數(shù)和培養(yǎng)時間較長。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于低COD、高氨氮廢水處理的微生物菌群的生產(chǎn)方法。本發(fā)明方法具有培養(yǎng)周期短、培養(yǎng)效率高，獲得的微生物菌群活性高、耐受性強，可以有效處理含氨氮的工業(yè)廢水。
本發(fā)明處理含氨廢水的微生物菌群的生產(chǎn)方法，包括以下內(nèi)容：將處理含氨廢水的微生物菌群放入生物反應(yīng)器中進行兩級放大培養(yǎng)，第一級培養(yǎng)采用批次補加銨鹽和微生物生長促進劑的方式;第二級培養(yǎng)采用先批次補加銨鹽后批次換水交替運行的方式進行培養(yǎng)，當(dāng)批次補加銨鹽至硝化產(chǎn)物濃度達3000～6000mg/L時，進行批次換水，批次換水同時補加微生物生長促進劑;所述微生物生長促進劑包括金屬鹽、多胺類物質(zhì)和無機酸羥胺，其中金屬鹽為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，無機酸羥胺為0.5～15重量份，優(yōu)選為2～10重量份;所述金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成;當(dāng)完成兩級放大培養(yǎng)后收集菌體。
本發(fā)明所述微生物生長促進劑中的金屬鹽可以是鈣鹽、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、亞鐵鹽和銅鹽，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、亞鐵鹽和銅鹽，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)明所述微生物生長促進劑中的鈣鹽為CaSO4或者CaCl2，優(yōu)選CaSO4;鎂鹽為MgSO4或者MgCl2，優(yōu)選MgSO4;亞鐵鹽為FeSO4或者FeCl2，優(yōu)選FeSO4;銅鹽為CuSO4或者CuCl2，優(yōu)選CuSO4。所述的多胺類物質(zhì)為精胺、亞精胺或者兩者的混合物。所述的無機酸羥胺為鹽酸羥胺、硫酸羥胺或者磷酸羥胺中的一種或幾種，優(yōu)選為硫酸羥胺。
本發(fā)明所述的微生物菌群是指含有硝化細菌的基質(zhì)通過馴化培養(yǎng)得到，含有硝化細菌的基質(zhì)來源于天然的土壤、淤泥或含氨工業(yè)廢水處理廠的活性污泥，或其它一切富含硝化細菌的基質(zhì)，馴化培養(yǎng)前可以先進行富集培養(yǎng)。含硝化菌的基質(zhì)富集處理可以為本領(lǐng)域現(xiàn)有任何方法。含硝化細菌基質(zhì)的馴化培養(yǎng)方法為在高氨氮濃度和高pH值下進行培養(yǎng)，培養(yǎng)過程培養(yǎng)液初始氨氮濃度為100～1000mg/L，最終氨氮濃度為1200～3000mg/L，優(yōu)選1300～2000mg/L，培養(yǎng)液COD(Cr法，下同)值低于400mg/L，優(yōu)選低于200mg/L，pH值控制為7.5～9.5。第一級培養(yǎng)時，按照MLSS(懸浮固體含量)為0.3～1.5g/L來投加，與活性污泥混合使用時，接種物按照MLSS為0.5～1.0g/L投加。
本發(fā)明所述的兩級放大培養(yǎng)，第一級培養(yǎng)采用5～100L小規(guī)模培養(yǎng)反應(yīng)器，第二級培養(yǎng)反應(yīng)器規(guī)模為第一級培養(yǎng)反應(yīng)器規(guī)模的5～20倍。
本發(fā)明中，第一級培養(yǎng)采用在不排水的情況下批次補加銨鹽和促進劑的方式，當(dāng)氨氮去除率達到80%以上時補加氨氮濃度為10～25g/L的銨鹽溶液，使得補加銨鹽后培養(yǎng)液中的氨氮濃度為800～1500mg/L。銨鹽為任意可溶性銨鹽，如硫酸銨、氯化銨、硝酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨、醋酸銨等中的一種或幾種。初始反應(yīng)器內(nèi)物料為反應(yīng)器有效容積的20%～60%，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)物料達到反應(yīng)器有效體積80%以上時終止反應(yīng)，自然沉降后排出上清液，將菌體轉(zhuǎn)到第二級培養(yǎng)反應(yīng)器中。
本發(fā)明中，第二級培養(yǎng)采用先批次補加銨鹽后批次換水交替運行的方式，培養(yǎng)的初始體積和初始氨氮濃度與第一級培養(yǎng)反應(yīng)器終止時的體積和氨氮濃度相同，當(dāng)氨氮去除率達到80%以上時補加銨鹽溶液，使得培養(yǎng)液中的氨氮濃度達500～1000mg/L;當(dāng)硝化反應(yīng)產(chǎn)物累計濃度達3000～6000mg/L時，停止曝氣待自然沉降后排出上清液，保留菌體，加入與排出液同體積的反應(yīng)液繼續(xù)反應(yīng)，同時補加微生物生長促進劑，待氨氮去除率達到80%以上，繼續(xù)進行批次補加銨鹽過程。如此交替運行，直到反應(yīng)液體積達到反應(yīng)器容積的80%以上時結(jié)束培養(yǎng)。采用該過程可以得到耐受能力強、硝化效果好的微生物菌群，可以直接用于高氨氮廢水處理，也可以加入保護劑后保藏備用。
本發(fā)明中，在第一級培養(yǎng)過程中每次補加銨鹽的同時補加微生物生長促進劑，在第二級培養(yǎng)過程中在每次更換培養(yǎng)液的同時補加微生物生長促進劑，促進劑補加量按照培養(yǎng)體系中促進劑濃度5～50mg/L進行補加，優(yōu)選10～40mg/L進行補加。
本發(fā)明兩級培養(yǎng)的條件為：pH值為7.4～9.5，優(yōu)選7.8～8.5;溫度為10～40℃，優(yōu)選20～35℃;溶解氧濃度為1-5mg/L，優(yōu)選為2-3mg/L。所用的培養(yǎng)反應(yīng)器可以是各種適宜結(jié)構(gòu)，只要有良好的曝氣系統(tǒng)，可以采用攪拌器攪拌也可以不需攪拌。pH值可以通過添加碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液或氫氧化鈉溶液等進行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明在微生物菌群批量生產(chǎn)過程中補加特殊組成和配比的生長促進劑，使得脫氨氮微生物菌群在金屬鹽、多胺類物質(zhì)及無機酸羥胺的共同作用下，實現(xiàn)快速增殖。微生物生長促進劑中含有的金屬鹽所提供的金屬離子作為硝化菌生長所需要的元素，同時作為酶的組份提高酶的活性，可以快速降解底物，加速酶促反應(yīng)進程。多胺類物質(zhì)可以促進細胞增殖，并且與金屬離子共同作用，可以加快細胞增殖，并能夠提高所收獲菌體的沉降性和穩(wěn)定性，延長菌體使用壽命。
本發(fā)明處理含氨廢水微生物菌群的生產(chǎn)方法采用在兩級放大培養(yǎng)過程中補加微生物生長促進劑，在不同的培養(yǎng)階段優(yōu)化不同的培養(yǎng)方式和條件，配合特殊組成和配比的生長促進劑，獲得了綜合優(yōu)化效果，實現(xiàn)了菌體的快速增值，放大速度快，生產(chǎn)量大，得到的微生物菌群使用性能好。
本發(fā)明方法所生產(chǎn)的脫氮微生物菌群特別適合處理催化劑、合成氨等過程中產(chǎn)生的高濃度含氨廢水，該微生物菌群耐受性和適應(yīng)性強，抗沖擊性好，氨氮的去除負荷高、處理效果好。經(jīng)過一定時間保藏的硝化菌群恢復(fù)速度快，活性高，可實現(xiàn)脫氨氮微生物的產(chǎn)業(yè)化、商品化。
