申请日2011.12.21
公开(公告)日2012.05.09
IPC分类号C12N1/20; C12N1/36; C02F101/16; C12R1/38; C12R1/06; C02F3/34
摘要
本发明涉及一种复合异养硝化菌剂，特征是，所述复合异养硝化菌剂含有：假单胞菌CCTCC M 2011416、假单胞菌CCTCC M 2011417和节杆菌CCTCC M 2011418。所述复合异养硝化菌剂还含有驯化菌液。本发明还保护一种复合异养硝化菌剂在含氨氮废水脱氮处理中的应用，特征是：将所述复合异养硝化菌剂按0.1～5%的接种量接入含氨氮的水体中，所述复合异养硝化菌剂中的活菌数为109～1010个/mL，处理条件为：温度20～35℃，pH为6～9，曝气时间为48～72小时。本发明所述的复合异养硝化菌剂对高浓度氨氮废水有较强的耐受能力，可对氨氮浓度大于400mg/L的废水进行脱氮处理;本发明所述的复合异养硝化菌剂对高浓度氨氮废水有较高的去除能力，氨氮去除率达99%以上，显著降低水体中氨氮含量，改善水质状况。
权利要求书
1.假单胞菌(Pseudomonas sp.)N4，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号CCTCC M 2011416。
2.假单胞菌(Pseudomonas sp.)N5，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号CCTCC M 2011417。
3.节杆菌(Arthrobacter sp.)N6，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号CCTCC M 2011418。
4.一种复合异养硝化菌剂，其特征是，所述复合异养硝化菌剂含有：假单胞菌CCTCC M 2011416、假单胞菌CCTCC M 2011417和节杆菌CCTCC M 2011418。
5.如权利要求4所述的复合异养硝化菌剂，其特征是：所述复合异养硝化菌剂还含有驯化菌液。
6.如权利要求4所述的复合异养硝化菌剂，其特征是：所述驯化菌液、假单胞菌CCTCC M 2011416、假单胞菌CCTCC M 2011417、节杆菌CCTCC M 2011418的体积比为1～5∶1～3∶1～3∶1～3。
7.如权利要求4所述的复合异养硝化菌剂，其特征是：所述驯化菌液由活性污泥进行驯化培养得到。
8.一种复合异养硝化菌剂的制备方法，其特征是，包括以下工艺步骤：
(1)驯化菌液的制备：取1～2g活性污泥置于200mL驯化培养基中，在20～35℃的摇床上进行驯化培养，摇床的转速为180～200转/分钟;所述驯化培养以3～4天为一个驯化周期，每一驯化周期结束后取10mL驯化菌液于置于容器中，再向容器中加入190mL驯化培养基继续进行驯化培养;每一驯化周期结束后，取驯化菌液以氨试剂检测氨氮去除情况，以格里斯试剂和二苯胺-硫酸试剂检测亚硝酸盐氮和硝酸盐氮积累情况，当向驯化菌液中加入氨试剂、格里斯试剂和二苯胺-硫酸试剂，均不出现沉淀时，即得到驯化菌液;
(2)将驯化菌液、假单胞菌CCTCC M 2011416、假单胞菌CCTCC M 2011417和节杆菌CCTCC M 2011418分别于异养硝化培养基上进行扩大培养18～24小时，培养pH值为6～9，温度为20～30℃，摇床转速为120～200转/分钟;
(3)按体积比1～5∶1～3∶1～3∶1～3将驯化菌液、假单胞菌CCTCC M 2011416、假单胞菌CCTCC M 2011417和节杆菌CCTCC M 2011418的菌液混合，即得到所述的复合异养硝化菌剂。
9.如权利要求8所述的复合异养硝化菌剂的制备方法，其特征是：所述驯化培养基的成份为：(1)柠檬酸三钠，5.0g;(2)NH4Cl，1.0g;(3)MgSO4·7H2O，0.1～0.2g;(4)KH2PO4，0.5～1.0g;(5)K2HPO4，3.0～4.0g;(6)NaCl，0.5g;(7)微量元素溶液，1mL;(8)蒸馏水，999mL;所述微量元素溶液成份为：CaCl2 5.5g，ZnSO4 2.2g，MnCl2·4H2O 5.0g，FeSO4·7H2O 5.0g，(NH4)6Mo7O2·4H2O 1.1g，CuSO4·5H2O 1.6g，CoCl2·6H2O 1.6g，H2O 1000mL。
10.如权利要求8所述的复合异养硝化菌剂的制备方法，其特征是：所述异养硝化培养基的成份为：(1)柠檬酸三钠、琥珀酸钠或乙酸钠，5.0～8.0g;(2)NH4Cl，1.0～1.7g;(3)MgSO4·7H2O，0.1～0.2g;(4)KH2PO4，0.5～1.0g;(5)K2HPO4，1.0～3.0g;(6)NaCl，0.5g;(7)微量元素溶液，1mL;(8)蒸馏水，999mL，所述微量元素溶液成份为：CaCl2 5.5g，ZnSO4 2.2g，MnCl2·4H2O 5.0g，FeSO4·7H2O 5.0g，(NH4)6Mo7O2·4H2O 1.1g，CuSO4·5H2O 1.6g，CoCl2·6H2O 1.6g，H2O 1000mL。
11.一种复合异养硝化菌剂在含氨氮废水脱氮处理中的应用，其特征是：将所述复合异养硝化菌剂按0.1～5%的接种量接入含氨氮的水体中，所述复合异养硝化菌剂中的活菌数为109～1010个/mL，处理条件为：温度20～35℃，pH为6～9，曝气时间为48～72小时。
12.如权利要求11所述的复合异养硝化菌剂在含氨氮废水脱氮处理中的应用，其特征是：所述含氨氮水体经复合异养硝化菌剂脱氮处理后，氨氮脱除率≥99%。
说明书
复合异养硝化菌剂及其在含氨氮废水脱氮处理中的应用
技术领域
本发明涉及一种复合异养硝化菌剂及其在高浓度氨氮废水中的脱氮处理的应用，属于环境微生物领域。
背景技术
氨氮是水体中的一种常见污染物，在养殖水体、工业废水、农业废水和垃圾渗滤液中常含高浓度的氨氮，这些废水中的氨氮若未得到有效处理将会给环境和人类的身体健康带来巨大的危害，因此氨氮的去除是污水治理的一个关键问题。
污水脱氮一般有物理、化学及生物方法，实践证明，相较前两种方法而言，生物是最经济有效的方法之一，其处理成本低，效果好，且无二次污染，在国内外得到广泛的应用。
传统的生物脱氮的基本原理是，氨氮通过硝化作用氧化为硝酸盐，再通过反硝化作用将硝酸盐还原成气态氮从水中逸出，从而达到脱氮的目的。硝化作用是通过自养型硝化细菌完成的，包括两个类群，第一类群为亚硝酸细菌，它们把铵盐氧化为亚硝酸盐;第二类群为硝酸细菌，它们把亚硝酸盐氧化为硝酸盐。反硝化菌一般为兼性细菌，在有氧条件下以氧气为电子受体，在缺氧条件下以硝酸根为电子受体，所以必须在缺氧环境中进行反硝化作用。
传统的生物脱氮工艺因将上述两种脱氮微生物作为脱氮“主力军”而存在许多缺点，如(1)硝化过程是在好氧环境中完成的，而反硝化过程是在缺氧环境中进行的，这使得整个脱氮过程必须经过好氧和缺氧两个反应器，工艺比较复杂，调控也比较困难，如A2/O工艺、氧化沟工艺、Bardenpho工艺等，从而增加了基建面积和成本;(2)自养型的硝化菌增殖速度慢，代时长(平均10h以上)，特别是在低温冬季，难以维持较高的生物浓度，造成系统总水力停留时间较长。此外在有大量有机物存在条件下，其对氧气和营养物的竞争不如好氧异养菌，从而导致其难以在系统中成为优势菌;(3)硝化过程会产酸，反硝化过程会产碱，到一定程度会抑制脱氮反应的进行，所以需要定时往硝化池投碱、反硝化池投酸来中和，增加了处理成本和二次污染的风险。
自1949年Quastel和Scholefield首次以丙酮酸肟作为选择性培养基筛选出产NO2-的异养硝化菌株以来，异养硝化菌逐渐成为研究热点。目前的研究成果表明，异养硝化菌相比自养硝化菌虽代谢速率慢，但具有生长速率快、细菌生物量高、要求的溶解氧浓度低、能够在偏酸性的环境中生长、代谢活动范围大、可利用的基质多、分布广泛等优点，因此其总体的硝化效果并不比自养硝化菌低。更重要的是，一些异养硝化菌同时也是好氧反硝化菌，这就为同步硝化反硝化的实现奠定了理论基础。
同步硝化反硝化能够缩短脱氮流程，节省碳源，降低动力消耗，提高处理能力，简化系统的设计和操作等。但由于影响同步硝化反硝化的因素较多，如 DO、C/N比、ORP、污泥形态、pH、温度、污泥龄等都会对同步硝化反硝化产生重要影响，这些因素的微小变化都可能导致反应器中具有同步硝化反硝化功能的菌株成为非优势菌而失去同步硝化反硝化功能，因此实际工作中通过控制反应器的反应条件很难实现同步硝化反硝化。
一般脱氮反应器的活性污泥中含有大量的微生物，这些微生物种类繁多，脱氮能力或强或弱，而通过特定的筛选方法将一些脱氮能力较强的或具有同步硝化反硝化功能的菌株(如异养硝化菌)筛选出来并大量培养制成菌剂，用这种含人工选育过的、具有高效脱氮能力的菌株的菌剂代替活性污泥脱氮，不但具有脱氮高效、使用方便的特点，而且可以在不需复杂调控的条件下实现同步硝化反硝化，节省基建成本。
异养硝化菌是异养硝化菌剂的最重要成份，目前国内外学者筛选出的异养硝化菌也较多，但依然存在单位生物量的氨氧化速率较自养硝化菌慢的问题。此外，目前筛出的大多数异养硝化菌在处理高浓度氨氮废水(NH4+-N浓度大于200mg/L)时，往往有较高浓度的氨氮残留。在筛得异养硝化菌的基础上，一些异养硝化菌剂也陆续被开发出来。中国专利“200810045484.6”公开了一种异养硝化微生物菌剂、其培养条件和用途，该菌剂对高浓度氨氮有较强的耐受能力，对氨氮的去除率能达到87～88%，但残留的氨氮浓度依然较高，达59mg/L以上，且在处理过程中需定期投加大量的有机碳源。另外中国专利“200910027019.4”公开了一种复合异养硝化细菌水质改良固体粉剂或颗粒剂型的制备方法，经该菌剂处理后，水中残留氨氮浓度较低，但其起始氨氮浓度也较低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种复合异养硝化菌剂，该复合异养硝化菌剂能解决在C/N比较低的条件下，普通生物脱氮处理中对高浓度氨氮废水脱氨氮率不高的问题。
本发明的另一个目的是提供一种复合异养硝化菌剂在含氨氮废水脱氮处理中的应用，使该复合异养硝化菌剂在高效脱除水体中的氨氮的同时，对水体中的总氮也有去除效果，具有同步硝化反硝化的功能。
本发明提供的假单胞菌(Pseudomonas sp.)N4，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号CCTCC M 2011416。
本发明提供的假单胞菌(Pseudomonas sp.)N5，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号CCTCC M 2011417。
本发明提供的节杆菌(Arthrobacter sp.)N6，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号CCTCC M 2011418。
本发明保护一种复合异养硝化菌剂，特征是，所述复合异养硝化菌剂含有：假单胞菌CCTCC M 2011416、假单胞菌CCTCC M 2011417和节杆菌CCTCC M 2011418。
所述复合异养硝化菌剂还含有驯化菌液。
所述驯化菌液、假单胞菌CCTCC M 2011416、假单胞菌CCTCC M 2011417、节杆菌CCTCC M 2011418的体积比为1～5∶1～3∶1～3∶1～3。
所述驯化菌液由活性污泥进行驯化培养得到。
本发明还保护一种复合异养硝化菌剂的制备方法，特征是，包括以下工艺步骤：
(1)驯化菌液的制备：取1～2g活性污泥置于200mL驯化培养基中，在20～35℃的摇床上进行驯化培养，摇床的转速为180～200转/分钟;所述驯化培养以3～4天为一个驯化周期，每一驯化周期结束后取10mL驯化菌液于置于容器中，再向容器中加入190mL驯化培养基继续进行驯化培养;每一驯化周期结束后，取驯化菌液以氨试剂检测氨氮去除情况，以格里斯试剂和二苯胺-硫酸试剂检测亚硝酸盐氮和硝酸盐氮积累情况，当向驯化菌液中加入氨试剂、格里斯试剂和二苯胺-硫酸试剂，均不出现沉淀时，即得到驯化菌液;
(2)将驯化菌液、假单胞菌CCTCC M 2011416、假单胞菌CCTCC M 2011417和节杆菌CCTCC M 2011418分别于异养硝化培养基上进行扩大培养18～24小时，培养pH值为6～9，温度为20～30℃，摇床转速为120～200转/分钟;
(3)按体积比1～5∶1～3∶1～3∶1～3将驯化菌液、假单胞菌CCTCC M 2011416、假单胞菌CCTCC M 2011417和节杆菌CCTCC M 2011418的菌液混合，即得到所述的复合异养硝化菌剂。
所述驯化培养基的成份为：(1)柠檬酸三钠，5.0g;(2)NH4Cl，1.0g;(3)MgSO4·7H2O，0.1～0.2g;(4)KH2PO4，0.5～1.0g;(5)K2HPO4，3.0～4.0g;(6)NaCl，0.5g;(7)微量元素溶液，1mL;(8)蒸馏水，999mL;所述微量元素溶液成份为：CaCl2 5.5g，ZnSO4 2.2g，MnCl2·4H2O 5.0g，FeSO4·7H2O 5.0g，(NH4) 6Mo7O2·4H2O 1.1g，CuSO4·5H2O 1.6g，CoCl2·6H2O 1.6g，H2O 1000mL。
所述异养硝化培养基的成份为：(1)柠檬酸三钠、琥珀酸钠或乙酸钠，5.0～8.0g;(2)NH4Cl，1.0～1.7g;(3)MgSO4·7H2O，0.1～0.2g;(4)KH2PO4，0.5～1.0g;(5)K2HPO4，1.0～3.0g;(6)NaCl，0.5g;(7)微量元素溶液，1mL;(8)蒸馏水，999mL，所述微量元素溶液成份为：CaCl2 5.5g，ZnSO4 2.2g，MnCl2·4H2O 5.0g，FeSO4·7H2O 5.0g，(NH4)6Mo7O2·4H2O 1.1g，CuSO4·5H2O 1.6g，CoCl2·6H2O 1.6g，H2O 1000mL。
本发明还保护一种复合异养硝化菌剂在含氨氮废水脱氮处理中的应用，特征是：将所述复合异养硝化菌剂按0.1～5%的接种量接入含氨氮的水体中，所述复合异养硝化菌剂中的活菌数为109～1010个/mL，处理条件为：温度20～35℃，pH为6～9，曝气时间为48～72小时。
所述含氨氮水体经复合异养硝化菌剂脱氮处理后，氨氮脱除率≥99%。
本发明的有益效果：
1、本发明所使用的复合异养硝化菌剂对高浓度氨氮废水有较强的耐受能力，可用于氨氮浓度高达400mg/L以上的废水的脱氮处理;
2、本发明所使用的复合异养硝化菌剂对高浓度氨氮废水有较高的去除能力，氨氮去除率可达99%以上，可显著降低水体中的氨氮含量，改善水质状况;
3、本发明所使用的复合异养硝化菌剂在脱氨氮过程中所需的有机碳源少，C/N比在3左右即可达到理想的脱氨氮效果，节省了脱氮费用;
4、本发明所使用的复合异养硝化菌剂在脱氨氮过程中无亚硝态氮和硝态氮的积累，在脱除氨氮的同时亦可有效降低总氮，具有同步硝化反硝化功能;
5、本发明所使用的复合异养硝化菌剂使用方便、用量少，可直接投入水体中使之形成优势菌种。
