申請(qǐng)日2015.09.30

　　公開(公告)日2017.04.05

　　IPC分類號(hào)C12N1/20; C02F3/34

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種耐低溫硝化菌的培養(yǎng)方法，是以工業(yè)含氨廢水作為培養(yǎng)液，采用投加硝化菌生長促進(jìn)劑的方式對(duì)富含硝化菌的活性污泥進(jìn)行富集培養(yǎng)，培養(yǎng)過程采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行的方式，常溫培養(yǎng)溫度為18～40℃，低溫培養(yǎng)溫度為8～18℃;所述硝化菌生長促進(jìn)劑包括金屬鹽和多胺類物質(zhì)，其中金屬鹽為40～100重量份，多胺類物質(zhì)為5～30重量份;所述金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成。本發(fā)明是通過采用投加硝化菌生長促進(jìn)劑并配合常溫和低溫交替運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)的，所獲得的菌體適應(yīng)范圍寬、處理效果好，能夠在低溫條件下實(shí)現(xiàn)高效脫氨氮，可以解決冬季低溫運(yùn)行不穩(wěn)定、污水處理不達(dá)標(biāo)等問題。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種耐低溫硝化菌的培養(yǎng)方法，其特征在于：以工業(yè)含氨廢水作為培養(yǎng)液，采用投加硝化菌生長促進(jìn)劑的方式對(duì)富含硝化菌的活性污泥進(jìn)行富集培養(yǎng)，培養(yǎng)過程采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行的方式，常溫培養(yǎng)溫度為18～40℃，低溫培養(yǎng)溫度為8～18℃;所述硝化菌生長促進(jìn)劑包括金屬鹽和多胺類物質(zhì)，其中金屬鹽為40～100重量份，多胺類物質(zhì)為5～30重量份，所述的金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述生長促進(jìn)劑中的金屬鹽是鈣鹽、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所述的方法，其特征在于：所述生長促進(jìn)劑中的鈣鹽為CaSO4或者CaCl2，鎂鹽為MgSO4或者M(jìn)g Cl2，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：所述生長促進(jìn)劑中的多胺類物質(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：所述生長促進(jìn)劑中還包括無機(jī)酸羥胺，含量為0.5～15重量份。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：所述無機(jī)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，含量為2～10重量份。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述工業(yè)含氨廢水包括所有的含有氨氮和COD的廢水，其中氨氮濃度為100～500mg/L，COD濃度為50～1000mg/L，pH為6～9;所述富含硝化菌的活性污泥可以是處理過含氨污水的活性污泥，以污泥30分鐘沉降比為20%～40%的量接種。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述硝化菌的富集培養(yǎng)方法中，每一批次更換培養(yǎng)液的同時(shí)補(bǔ)加硝化菌生長促進(jìn)劑，按照培養(yǎng)體系中促進(jìn)劑濃度10～50mg/L進(jìn)行投加。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述采用常溫與低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行的方式，是指在常溫下進(jìn)行1～10個(gè)批次的培養(yǎng)，加速硝化菌的快速繁殖;然后在低溫下進(jìn)行1～10個(gè)批次的培養(yǎng)，馴化硝化菌的耐低溫能力;通過常溫與低溫的交替培養(yǎng)，富集培養(yǎng)獲得耐低溫硝化菌。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于：在常溫培養(yǎng)過程中當(dāng)更換培養(yǎng)液后在相同培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)連續(xù)3～5個(gè)批次氨氮去除率均大于90%以上時(shí)轉(zhuǎn)為低溫培養(yǎng)，當(dāng)?shù)蜏嘏囵B(yǎng)過程中連續(xù)3～5個(gè)批次菌體濃度不再降低時(shí)轉(zhuǎn)入常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行2～6次，結(jié)束一個(gè)周期的培養(yǎng)，收獲菌體。

　　11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：常溫培養(yǎng)溫度為25～35℃，低溫培養(yǎng)溫度為10～15℃;常溫培養(yǎng)和低溫培養(yǎng)的溶解氧濃度為1～5 mg/L，pH為7.0～9.0。

　　12.權(quán)利要求1～11任一所述方法富集培養(yǎng)的耐低溫硝化菌在廢水處理中的應(yīng)用，其特征在于：耐低溫硝化菌用于處理各種工業(yè)含氨廢水，其中氨氮濃度為100～1000mg/L，COD濃度為50～1000mg/L，廢水處理溫度為5～35℃，溶解氧濃度為1～5 mg/L，pH為7.0～9.0。

　　說明書

　　一種耐低溫硝化菌的培養(yǎng)方法及其在廢水處理中的應(yīng)用

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐低溫硝化菌的培養(yǎng)方法及其在廢水處理中的應(yīng)用。

　　背景技術(shù)

　　生物脫氮方法中，無論是傳統(tǒng)的硝化-反硝化，還是新型的短程硝化-反硝化及短程硝化-厭氧氨氧化都需經(jīng)過硝化菌的硝化作用脫除氨氮。硝化菌屬于化能營養(yǎng)型微生物，生物細(xì)胞只能利用以ATP等形態(tài)保存的能量，不能直接利用化學(xué)反應(yīng)所釋放的自由能。在好氧代謝中，ATP主要通過呼吸鏈的氧化磷酸化作用合成。氨氧化磷酸化效率很低，所能產(chǎn)生的ATP非常有限，這些能量主要用于電子躍遷到較高能級(jí)，這使得硝化菌生長很緩慢，世代期為8～36h。硝化菌的細(xì)胞壁中肽聚糖含量低，蛋白質(zhì)和脂肪含量高，因此對(duì)環(huán)境變化比較敏感，自然界中天然的硝化菌適應(yīng)性和耐受性比較差，在很多條件下無法與異養(yǎng)型微生物在生長競爭中取得優(yōu)勢(shì)。污水處理系統(tǒng)中，當(dāng)活性污泥中硝化菌含量較低時(shí)，依靠調(diào)節(jié)溶解氧和pH等環(huán)境條件無法在較短時(shí)間內(nèi)快速生長繁殖，最終導(dǎo)致現(xiàn)有運(yùn)行的污水處理系統(tǒng)脫除氨氮能力有限。特別是在我國北方地區(qū)的冬季，活性污泥中硝化菌的生長繁殖速率和生物活性都會(huì)因低溫影響而大幅度降低，因此許多污水處理廠的硝化脫氨氮效果變差，出水氨氮濃度很難滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。在工業(yè)上通常可以采用向污水處理系統(tǒng)中直接投放培養(yǎng)好的耐低溫硝化菌來解決這一問題。無論是直接在污水處理系統(tǒng)中培養(yǎng)硝化菌還是在污水處理系統(tǒng)外培養(yǎng)硝化菌，都需要添加促進(jìn)生長的物質(zhì)，才能加快硝化菌的生長速率。

　　中國專利CN200510111874.5、CN200510111876.4、CN200510111877.9和CN200510111875.X分別提出了利用不同的金屬鹽組合而成的硝化菌生長促進(jìn)劑，主要成分包括糖蜜、金屬鹽(鐵鹽、錳鹽、鈣鹽和鎂鹽)和吸附劑。使用該促進(jìn)劑后氨氮去除率可以提高20%以上。但由于吸附劑主要是沸石粉、硅藻土、粉末活性炭或粉煤灰等物質(zhì)，這些吸附劑的投加勢(shì)必會(huì)增大污泥產(chǎn)量。

　　中國專利CN201310296780.4公開了一種耐低溫自養(yǎng)硝化菌劑的富集及其在廢水處理中的應(yīng)用，其特征在于：選用實(shí)驗(yàn)室低溫反應(yīng)器中的種泥進(jìn)行馴化和富集，具體方法分為曝氣量不同的三個(gè)階段，以無有機(jī)碳、高氨氮合成污水進(jìn)行富集培養(yǎng)，溫度中10℃條件下得到具有耐低溫特性的自養(yǎng)硝化菌劑。該方法雖然解決了部分不含有有機(jī)碳的污水處理廠冬季運(yùn)行問題，但是因該發(fā)明所使用的富集培養(yǎng)液中沒有有機(jī)碳，所獲得的硝化菌在處理含有機(jī)碳廢水時(shí)將會(huì)受到限制。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種耐低溫硝化菌的培養(yǎng)方法及其在廢水處理中的應(yīng)用。本發(fā)明是通過采用投加硝化菌生長促進(jìn)劑并配合常溫和低溫交替運(yùn)行的方式實(shí)現(xiàn)的，所獲得的菌體適應(yīng)范圍寬、處理效果好，能夠在低溫條件下實(shí)現(xiàn)高效脫氨氮。本發(fā)明富集培養(yǎng)的菌體投加到污水處理廠使用后，可以解決冬季低溫運(yùn)行不穩(wěn)定、污水處理不達(dá)標(biāo)等問題。

　　本發(fā)明耐低溫硝化菌的培養(yǎng)方法，是以工業(yè)含氨廢水作為培養(yǎng)液，采用投加硝化菌生長促進(jìn)劑的方式對(duì)富含硝化菌的活性污泥進(jìn)行富集培養(yǎng)，培養(yǎng)過程采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行的方式進(jìn)行耐低溫硝化菌的馴化，常溫培養(yǎng)溫度為18～40℃，優(yōu)選為25～35℃，低溫培養(yǎng)溫度為8～18℃，優(yōu)選為10～15℃;所述硝化菌生長促進(jìn)劑包括金屬鹽和多胺類物質(zhì)，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;所述的金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成。

　　本發(fā)明所述硝化菌生長促進(jìn)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)明所述硝化菌生長促進(jìn)劑中的鈣鹽為CaSO4或者CaCl2，優(yōu)選CaSO4;鎂鹽為MgSO4或者M(jìn)g Cl2，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。所述硝化菌生長促進(jìn)劑中的多胺類物質(zhì)為精胺、亞精胺或者兩者的混合物。

　　本發(fā)明所述硝化菌生長促進(jìn)劑還可以包括無機(jī)酸羥胺，含量為0.5～15重量份，優(yōu)選為2～10重量份。所述無機(jī)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。無機(jī)酸羥胺的適量加入可以作為羥胺氧還酶的基質(zhì)直接參與硝化菌的代謝過程、縮短酶促反應(yīng)進(jìn)程，同時(shí)作為細(xì)胞的激活劑可以加速細(xì)胞生長。

　　本發(fā)明所述工業(yè)含氨廢水包括所有的含有氨氮和COD的廢水，其中氨氮濃度為100～500mg/L，COD(Cr法，以下同)濃度為50～1000mg/L，pH為6～9。本發(fā)明所述富含硝化菌的活性污泥可以是本領(lǐng)域常用的一切曝氣池內(nèi)的活性污泥，優(yōu)選處理過含氨污水的活性污泥，以污泥30分鐘沉降比20%～40%的量接種。

　　本發(fā)明所述硝化菌的富集培養(yǎng)方法中，每一批次更換培養(yǎng)液的同時(shí)補(bǔ)加硝化菌生長促進(jìn)劑，按照培養(yǎng)體系中促進(jìn)劑濃度10～50mg/L進(jìn)行投加，優(yōu)選20～40mg/L進(jìn)行投加。

　　本發(fā)明所述采用常溫與低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行的方式，是指在常溫下進(jìn)行一定時(shí)間的培養(yǎng)，優(yōu)選進(jìn)行1～10個(gè)批次的培養(yǎng)，加速硝化菌的快速繁殖;然后在低溫下進(jìn)行一定時(shí)間的培養(yǎng)，優(yōu)選進(jìn)行1～10個(gè)批次的培養(yǎng)，馴化硝化菌的耐低溫能力;通過常溫與低溫的交替培養(yǎng)，富集培養(yǎng)獲得耐低溫硝化菌。本發(fā)明優(yōu)選在常溫培養(yǎng)過程中當(dāng)更換培養(yǎng)液后在相同培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)連續(xù)3～5個(gè)批次氨氮去除率均大于90%以上時(shí)轉(zhuǎn)為低溫培養(yǎng)，當(dāng)?shù)蜏嘏囵B(yǎng)過程中連續(xù)3～5個(gè)批次菌體濃度不再降低時(shí)轉(zhuǎn)入常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行2～6次，結(jié)束一個(gè)周期的培養(yǎng)，收獲菌體。常溫培養(yǎng)和低溫培養(yǎng)的條件為：溶解氧濃度為1～5mg/L，優(yōu)選為2～3mg/L;pH為7.0～9.0，優(yōu)選為7.8～8.5。

　　本發(fā)明富集培養(yǎng)的耐低溫硝化菌在廢水處理中的應(yīng)用，可用于處理各種工業(yè)含氨廢水處理，其中氨氮濃度為100～1000mg/L，COD濃度為50～1000mg/L;廢水處理溫度為5～35℃，優(yōu)選為10～30℃，溶解氧濃度為1～5 mg/L，pH為7.0～9.0。經(jīng)處理后，最高硝化比降解速率可達(dá)10mgNH3-N/(g MLSS ·h)，超出一般文獻(xiàn)中耐低溫硝化菌的硝化效果。本發(fā)明富集培養(yǎng)的菌體投加到污水處理廠使用后，可以解決冬季低溫運(yùn)行不穩(wěn)定、污水處理不達(dá)標(biāo)等問題。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

　　1、本發(fā)明通過添加硝化菌生長促進(jìn)劑配合常溫和低溫交替培養(yǎng)的方式，可以使得在常溫下大量繁殖的硝化菌不斷經(jīng)歷低溫馴化，菌體適應(yīng)溫度變化的能力顯著增強(qiáng)，所獲得的菌體適應(yīng)范圍寬、處理效果好，能夠在低溫條件下實(shí)現(xiàn)高效脫氨氮。

　　2、本發(fā)明使用的生長促進(jìn)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(shí)作為酶的組份提高酶的活性，可以提高菌體快速降解底物，加速酶促反應(yīng)進(jìn)程。多胺類物質(zhì)可以促進(jìn)細(xì)胞增殖，并且與金屬離子共同作用，可以加快細(xì)胞增殖，延長菌體使用壽命。

　　3、本發(fā)明在硝化菌富集培養(yǎng)過程中補(bǔ)加特殊組成和配比的硝化菌生長促進(jìn)劑，使得硝化菌在金屬鹽、多胺類物質(zhì)及無機(jī)酸羥胺的共同作用下，能夠快速適應(yīng)低溫環(huán)境，能夠在低溫條件下生長繁殖，能夠與污水處理系統(tǒng)中的活性污泥體系實(shí)現(xiàn)良好的協(xié)同，提高冬季污水廠低溫運(yùn)行的氨氮脫除效果。