申请日2015.09.30
公开(公告)日2017.04.05
IPC分类号C12N1/20; C02F3/34
摘要
本发明公开了一种耐低温硝化菌的培养方法，是以工业含氨废水作为培养液，采用投加硝化菌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，培养过程采用常温和低温培养交替进行的方式，常温培养温度为18～40℃，低温培养温度为8～18℃;所述硝化菌生长促进剂包括金属盐和多胺类物质，其中金属盐为40～100重量份，多胺类物质为5～30重量份;所述金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。本发明是通过采用投加硝化菌生长促进剂并配合常温和低温交替运行方式实现的，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氨氮，可以解决冬季低温运行不稳定、污水处理不达标等问题。
权利要求书
1.一种耐低温硝化菌的培养方法，其特征在于：以工业含氨废水作为培养液，采用投加硝化菌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，培养过程采用常温和低温培养交替进行的方式，常温培养温度为18～40℃，低温培养温度为8～18℃;所述硝化菌生长促进剂包括金属盐和多胺类物质，其中金属盐为40～100重量份，多胺类物质为5～30重量份，所述的金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生长促进剂中的金属盐是钙盐、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)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生长促进剂中的钙盐为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。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生长促进剂中的多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生长促进剂中还包括无机酸羟胺，含量为0.5～15重量份。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述无机酸羟胺为盐酸羟胺、硫酸羟胺或者磷酸羟胺中的一种或几种，含量为2～10重量份。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述工业含氨废水包括所有的含有氨氮和COD的废水，其中氨氮浓度为100～500mg/L，COD浓度为50～1000mg/L，pH为6～9;所述富含硝化菌的活性污泥可以是处理过含氨污水的活性污泥，以污泥30分钟沉降比为20%～40%的量接种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硝化菌的富集培养方法中，每一批次更换培养液的同时补加硝化菌生长促进剂，按照培养体系中促进剂浓度10～50mg/L进行投加。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述采用常温与低温培养交替进行的方式，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;通过常温与低温的交替培养，富集培养获得耐低温硝化菌。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在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个批次氨氮去除率均大于90%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，此常温和低温培养交替进行2～6次，结束一个周期的培养，收获菌体。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：常温培养温度为25～35℃，低温培养温度为10～15℃;常温培养和低温培养的溶解氧浓度为1～5 mg/L，pH为7.0～9.0。
12.权利要求1～11任一所述方法富集培养的耐低温硝化菌在废水处理中的应用，其特征在于：耐低温硝化菌用于处理各种工业含氨废水，其中氨氮浓度为100～1000mg/L，COD浓度为50～1000mg/L，废水处理温度为5～35℃，溶解氧浓度为1～5 mg/L，pH为7.0～9.0。
说明书
一种耐低温硝化菌的培养方法及其在废水处理中的应用
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及一种耐低温硝化菌的培养方法及其在废水处理中的应用。
背景技术
生物脱氮方法中，无论是传统的硝化-反硝化，还是新型的短程硝化-反硝化及短程硝化-厌氧氨氧化都需经过硝化菌的硝化作用脱除氨氮。硝化菌属于化能营养型微生物，生物细胞只能利用以ATP等形态保存的能量，不能直接利用化学反应所释放的自由能。在好氧代谢中，ATP主要通过呼吸链的氧化磷酸化作用合成。氨氧化磷酸化效率很低，所能产生的ATP非常有限，这些能量主要用于电子跃迁到较高能级，这使得硝化菌生长很缓慢，世代期为8～36h。硝化菌的细胞壁中肽聚糖含量低，蛋白质和脂肪含量高，因此对环境变化比较敏感，自然界中天然的硝化菌适应性和耐受性比较差，在很多条件下无法与异养型微生物在生长竞争中取得优势。污水处理系统中，当活性污泥中硝化菌含量较低时，依靠调节溶解氧和pH等环境条件无法在较短时间内快速生长繁殖，最终导致现有运行的污水处理系统脱除氨氮能力有限。特别是在我国北方地区的冬季，活性污泥中硝化菌的生长繁殖速率和生物活性都会因低温影响而大幅度降低，因此许多污水处理厂的硝化脱氨氮效果变差，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系统中直接投放培养好的耐低温硝化菌来解决这一问题。无论是直接在污水处理系统中培养硝化菌还是在污水处理系统外培养硝化菌，都需要添加促进生长的物质，才能加快硝化菌的生长速率。
中国专利CN200510111874.5、CN200510111876.4、CN200510111877.9和CN200510111875.X分别提出了利用不同的金属盐组合而成的硝化菌生长促进剂，主要成分包括糖蜜、金属盐(铁盐、锰盐、钙盐和镁盐)和吸附剂。使用该促进剂后氨氮去除率可以提高20%以上。但由于吸附剂主要是沸石粉、硅藻土、粉末活性炭或粉煤灰等物质，这些吸附剂的投加势必会增大污泥产量。
中国专利CN201310296780.4公开了一种耐低温自养硝化菌剂的富集及其在废水处理中的应用，其特征在于：选用实验室低温反应器中的种泥进行驯化和富集，具体方法分为曝气量不同的三个阶段，以无有机碳、高氨氮合成污水进行富集培养，温度中10℃条件下得到具有耐低温特性的自养硝化菌剂。该方法虽然解决了部分不含有有机碳的污水处理厂冬季运行问题，但是因该发明所使用的富集培养液中没有有机碳，所获得的硝化菌在处理含有机碳废水时将会受到限制。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐低温硝化菌的培养方法及其在废水处理中的应用。本发明是通过采用投加硝化菌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氨氮。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。
本发明耐低温硝化菌的培养方法，是以工业含氨废水作为培养液，采用投加硝化菌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，培养过程采用常温和低温培养交替进行的方式进行耐低温硝化菌的驯化，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℃;所述硝化菌生长促进剂包括金属盐和多胺类物质，其中金属盐为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;所述的金属盐由钙盐、铜盐、镁盐和/或亚铁盐组成。
本发明所述硝化菌生长促进剂中的金属盐可以是钙盐、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)。
本发明所述硝化菌生长促进剂中的钙盐为CaSO4或者CaCl2，优选CaSO4;镁盐为MgSO4或者Mg Cl2，优选MgSO4;亚铁盐为FeSO4或者FeCl2，优选FeSO4;铜盐为CuSO4或者CuCl2，优选CuSO4。所述硝化菌生长促进剂中的多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。
本发明所述硝化菌生长促进剂还可以包括无机酸羟胺，含量为0.5～15重量份，优选为2～10重量份。所述无机酸羟胺为盐酸羟胺、硫酸羟胺或者磷酸羟胺中的一种或几种，优选为硫酸羟胺。无机酸羟胺的适量加入可以作为羟胺氧还酶的基质直接参与硝化菌的代谢过程、缩短酶促反应进程，同时作为细胞的激活剂可以加速细胞生长。
本发明所述工业含氨废水包括所有的含有氨氮和COD的废水，其中氨氮浓度为100～500mg/L，COD(Cr法，以下同)浓度为50～1000mg/L，pH为6～9。本发明所述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20%～40%的量接种。
本发明所述硝化菌的富集培养方法中，每一批次更换培养液的同时补加硝化菌生长促进剂，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与低温培养交替进行的方式，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。本发明优选在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个批次氨氮去除率均大于90%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，此常温和低温培养交替进行2～6次，结束一个周期的培养，收获菌体。常温培养和低温培养的条件为：溶解氧浓度为1～5mg/L，优选为2～3mg/L;pH为7.0～9.0，优选为7.8～8.5。
本发明富集培养的耐低温硝化菌在废水处理中的应用，可用于处理各种工业含氨废水处理，其中氨氮浓度为100～1000mg/L，COD浓度为50～1000mg/L;废水处理温度为5～35℃，优选为10～30℃，溶解氧浓度为1～5 mg/L，pH为7.0～9.0。经处理后，最高硝化比降解速率可达10mgNH3-N/(g MLSS ·h)，超出一般文献中耐低温硝化菌的硝化效果。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。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明通过添加硝化菌生长促进剂配合常温和低温交替培养的方式，可以使得在常温下大量繁殖的硝化菌不断经历低温驯化，菌体适应温度变化的能力显著增强，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氨氮。
2、本发明使用的生长促进剂中含有的金属盐所提供的金属离子作为硝化菌生长所需要的元素，同时作为酶的组份提高酶的活性，可以提高菌体快速降解底物，加速酶促反应进程。多胺类物质可以促进细胞增殖，并且与金属离子共同作用，可以加快细胞增殖，延长菌体使用寿命。
3、本发明在硝化菌富集培养过程中补加特殊组成和配比的硝化菌生长促进剂，使得硝化菌在金属盐、多胺类物质及无机酸羟胺的共同作用下，能够快速适应低温环境，能够在低温条件下生长繁殖，能够与污水处理系统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氨氮脱除效果。
