申请日2004.02.12
公开(公告)日2007.04.04
IPC分类号C12N1/20; C02F3/02; C02F3/34; C02F1/58
摘要
本发明公开了一种含铵氮废水的新的生物技术处理方法，该方法在铵废水中加入具有硝化活性的异养细菌或异养细菌群，在合适微生物生长的条件下，通过微生物作用，直接脱除含铵废水中的铵氮;本发明还公开了一类具有硝化活性的细菌。这类细菌能有效脱除氨态氮，保护环境。
权利要求书
1.一种含铵氮废水的处理方法，其特征在于在含铵废水中添加具有羧基的有 机酸或其盐类的有机碳源，并加入适量的具有硝化活性的异养细菌或异养 细菌群，在pH为6至8的好气条件和温度在20-35℃下静止或微搅拌状 态下培养细菌15-35天，直接脱除含铵废水中的铵氮;
其中具有硝化活性的异养细菌是能在PM平板上生长或分离，在1分钟内 格里斯试剂直接点滴呈阳性，并且以生理性产碱的碳源加无机铵盐好气培 养时，有全氮亏缺的菌株。
2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于在温度30℃时，将具有硝化活 性的异养细菌在含铵氮废水静止培养细菌28天。
3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于含铵氮废水中具有硝化活性的 异养细菌在105-106个/毫升。
4.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是巨 大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)NBB-422，CGMCC NO.0554。
5.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是坚强 芽孢杆菌(Bacillus firmus)NBB-324，CGMCC NO.0555。
6.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是短芽 孢杆菌(Bacillus brevis)NBB-319，CGMCC NO.0556。
7.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是环状 芽孢杆菌(Bacillus circulans)NBB-295，CGMCC NO.0557。
8.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是凝结 芽孢杆菌(Bacillus coagulans)NBB-247，CGMCC NO.0558。
9.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是迟缓 芽孢杆菌(Bacillus lentus)NBB-204，CGMCC NO.0559。
10.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是腊 状芽孢杆菌(Bacillus cereus)NBB-135，CGMCC NO.0560。
11.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是短 小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)NBB-112，CGMCC NO.0561。
12.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是地 衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)NBB-72，CGMCC NO.0562。
13.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是圆 孢芽孢杆菌(Bacillus globisporus)NBB-46，CGMCC NO.0563。
14.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是球 形芽孢杆菌(Bacillus sphaericus)NBB-15，CGMCC NO.0564。
15.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是栗 褐芽孢杆菌(Bacillus badius)NBB-58-3，CGMCC NO.0565。
16.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是枯 草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)NBB-609，CGMCC NO.0566。
17.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是蕈 状芽孢杆菌(Bacillus mycoides)NBB-19，CGMCC NO.0586。
18.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是类 坚强芽孢杆菌(Bacillus pseudofirmus)NH-2，CCTCC M203101。
19.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是坎 皮纳斯类芽孢杆菌(Paenibacillus campinasensis)NH-14，CCTCC M203102。
20.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是分 枝节杆菌(Arthrobacter ramosus)S-12，CCTCC M203103。
21.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是硫 磺色节杆菌(Arthrobacter sulfurous)S-27，CCTCC M 203104。
22.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是权 利要求4至21中任意二者的混合菌群。
23.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于具有硝化活性的异养细菌是含 有能在PM平板上生长，格里斯试剂直接点滴呈阳性，并且以生理性产碱 的碳源加无机铵盐好气培养时，有全氮亏缺的具有硝化活性的异养细菌或 混合菌群的土壤样本或活性污泥。
说明书
铵氮废水的生物脱氮方法及其微生物
发明所属领域：
本发明属于废水处理领域，具体地说，本发明涉及一种通过具有硝化活性 的微生物处理含铵氮废水的方法，其中铵主要被转化成双氮气体及其它含氮气 体;本发明还涉及该废水处理方法中所使用的异养细菌。
背景技术：
铵氮是造成水体富营养化的主要氮素污染物之一。而高浓度NH4+-N废水 在工业生产如发酵工业生产中的存在及处理困难是目前亟待解决的一个重要课 题。
时下贯穿在大多数科研人员的头脑中的硝化-反硝化模式即为NH4+的硝化 -反硝化接力的模式。即：
其中NHx+→NO3-的过程即为硝化作用;而以NO2-或NO3-→N2O或 N2为反硝化作用。
迄今为止，关于自然界硝化作用引发者的认识仍然为“化能自养理论”所 束缚，即为“自养的硝化细菌”主要完成的。这个权威理论的最重要依据就是： 硝化细菌不能利用有机质，有机质对硝化作用有毒害。所以硝化细菌不能在柯赫 平板即营养明胶或营养琼脂平板分离获得。
在NH4+-N废水生物脱氮工艺中运用的理论和技术仍是按“自养硝化理 论”，尽管存在问题，但众多研究者在设法解决，仍是在“自养”的概念中寻找 新的答案，如李红岩等利用组合式膜生物反应器处理高浓度氨氮废水(李红岩， 高孟春等，环境科学，2003，23(5)：62-66)。新近荷兰的Delft的克鲁维研究 所也是利用一个新发现的概念。(Jetten M S M，Horn S J，et al，Wat.Sci.Tech.， 1997，35(9)：171-180;Philips S，Wyffels S，et al，Appl.Microbiol.Biotechnol.， 2002，59：557-566)。要说明的是，专利CN99808998.2---含氨废水的处理方法 的说明书中提到了一个运用异养细菌的欧洲专利EP-A-562466，“在该方法 中，特殊的微生物混合物，如假单胞菌、不动杆菌、莫拉氏菌、棒状杆菌，微球 菌、黄杆菌和芽孢杆菌，在单独的反应器也就是所谓的繁殖器中生长并连续或不 连续地从这些反应器投放到废水处理设备中”。该专利提到的这些异养菌是将其 作为在硝化作用发生前脱除废水中有机碳(COD)来用的，以保证自养菌硝化尽 可能良好的发生，并未将其当硝化细菌用。
反硝化脱氮，长期以来，生物脱氮的概念是由硝化细菌将NH4+-N氧化为 NO3--N产物并大量积累，作为嫌气反硝化的氮源，从而达到了脱氮的目的。 SHARON法和Anammox法对此法改进，仅将NH4+-N氧化至NO2--N，并使 之积累较传统法应该是个进步，特别是在反应时间的缩短，以及采用单一反应器 等缩小时空的优点，
硝化作用和反硝化作用，这两个过程发生条件多被认为是：
A)硝化作用：好气条件，不能有有机物，底物NH4+，自养菌完成;
B)反硝化作用：厌气条件，须加有机物，底物NO2-或NO3-，异养菌完成。
在这一理论模式的指导下，大多数铵氮废水的生物脱氮的工业技术应用都是 按照这一模式进行的。多年来的技术实践发现存在相当的问题。如：增殖速度慢 且难以维持较高生物浓度，需先经曝气处理以降低有机物浓度，菌株才能生长并 表现生物学活性，抗冲击能力弱;高浓度氨氮和亚硝酸盐会又抑制硝化菌的生长， 使硝化作用不完全，导致总氮去除率很低。
目前，国外有研究者对好氧条件下的生物脱氮过程进行了研究，利用某些微 生物种群在好氧条件下具有反硝化的特性来实现同步硝化与反硝化。研究结果 表明，泛养硫球菌(Thiosphera pantotroph)、粪产碱菌(Alcaligenea faecalis)、 假单胞菌(Pseadonmonas sp)、丛毛单胞菌(Comamonos sp.)等微生物在好氧 条件下可利用NOx-N进行反硝化。将硝化菌和反硝化菌置于同一反应器如曝 气池内混合培养，虽可达到单个反应器的同步硝化反硝化。但反硝化结果不尽 人意，大量氮被转化成氧化态氮，这种氧化态氮又是大气温室气体效应和臭氧 空洞形成的罪魁祸首，容易造成二次污染。
国内也进行了一些相关的研究工作：利用好氧反硝化菌群和自养硝化菌群组 合脱氮(耿金菊，刘登如等，应用与环境生物学报，2002，8(1)：78-82)。虽 然具有较好的氨氮脱除能力，但抗冲击能力较弱，氨氮浓度高于0.3克/升的高 浓度的氨氮能抑制菌体的生长，并且氨氮浓度高于0.2克/升时，脱氮后氨氮残余 量较多;同时不耐高的有机碳浓度，0.5克/升的有机碳浓度抑制菌体生长并降低 脱氮效果。而且这种组合菌群中的各类细菌培养与生长条件不一致，一方发挥功 能时另一方却被处于抑制状态，导致彼此不协调，生物脱氮过程时间延长，成本 增大，更重要的是，脱氮效率一般，脱氮后的水体离环保要求还有距离。
发明技术内容：
本发明的一个目的是提供一种新的处理含铵氮废水的方法，该方法只需一步 即可将废水中的氨转化成无污染的双氮气体及其它含氮气体。
本发明的另一个目的是提供在本废水处理方法中使用的一类具有硝化活性 的异养细菌或其细菌群。
一种含铵氮废水的处理方法，其特征在于在含铵废水中添加生理性产碱的有 机碳源，并加入适量的具有硝化活性的异养细菌或异养细菌群，在pH为6至8的 好气条件和温度在20-35℃下静止或微搅拌状态下培养细菌15-35天，直接脱 除含铵废水中的铵氮;
其中具有硝化活性的异养细菌是能在PM平板上生长或分离，格里斯试剂直 接点滴呈阳性，并且以生理性产碱的碳源加无机铵盐好气培养时，有全氮亏缺的 菌株。
在本发明中，在含铵废水中添加的有机碳源指是生理性产碱的一类有机化合 物，这类物质可经微生物碳代谢导致培养基质pH上升。具体地，生理性产碱的 有机碳源是指具有羧基的有机酸或其盐类，优选丙酮酸或丙酮酸钠或乙酸钠或柠 檬酸或柠檬酸钠或甲酸钠等。
非生命存在下化学反应中的N素不同的化学形态转化(气、液、氧化-还 原态)，无机化学图示指出：
形态：NH4+→N2H5+→NH2OH→N2→N2O→NO→HNO2
价态： -3 -2 -1 0 +1 +2 +3
形态：N2O4→NO3-
价态： +4 +5
作为氧化-还原的物理化学过程在电位上是顺序递进的，从最高还原态NH4+-N到最高氧化态的NO3--N的氧化过程中可有多种氧化产物出现，具体是形 成何种产物，取决参与反应的另一底物及发生条件如温度、压力、pH值、催化 剂等。例如，HNO3作为氧化剂主要被还原为下列物质：
HNO3→NO2→HNO2→NO→N2O→N2→NH4+
+5 +4 +3 +2 +1 0 -3
化学反应中，通常得到几种产物的混合物。至少那一种产物较多些取决于氧 化剂(HNO3)的浓度和还原剂的活泼性。
微生物铵氧化及亚硝酸氧化的无机化能营养生物化学理论指出的是一种极 端的孤立的生物现象，即在无有机物、好气条件下-3价N→+5价最高氧化 态N的硝化作用理论，一方面这一理论与化学理论指出的N氧化过程产物的多 样性相悖逆，另一方面反硝化作用有机碳加入，在厌氧条件下又可将最高氧化态 N还原为零价N2或N2O。前者的孤立态产物与后者形成的N代谢产物的多样性 形成反差!那么构成这种差异的焦点有机物，某种有机物类型存在可能导致“能 够利用有机物的众多好气细菌在NH4+-N的同化-分解中可能出现N氧化产物 的多样性。”在本发明中可能存在这样的代谢途径：
8NH4++6O2→4N2+8H++12H2O
而将NH4+通过这类途经转化成双氮气体的细菌是一类具有硝化活性的异养 细菌或他们的混合物，这类具有硝化活性的异养细菌能在PM平板生长或分离， 格里斯试剂直接点滴呈阳性，以生理性产碱的碳源加无机铵盐好气培养时，有全 氮亏缺的菌株。
在本发明中，可将培养异养细菌的温度保持在30℃左右，如28℃，29℃， 30℃，35℃等，并将具有硝化活性的异养细菌在含氨废水静止培养细菌25天左 右，如18天，或20天，或25天，或28天，都可有效地将废水中的铵氮不同程 度地转化成双氮气体。
在另一方面，在含铵氮废水中加入具有硝化活性的异养细菌应控制一定的数 量，通常加入废水中的细胞数量可在104-107个/毫升。一般的加入量在105-106 个/毫升为宜。
在本发明中，具有硝化活性的异养细菌或他们的混合物可从土壤中分离，或 从菌种保藏中心已保藏的菌株中筛选获得，分离或筛选过程也叫PM平板法是：
1将待检测样品涂布于PM平板;
2挑取单菌落或混合菌到PM平板划线纯化;
3点滴格利斯试剂到平板菌落上;
4在一定显色时间内，格利斯试剂显红色者为待查阳性菌落
5挑取待查阳性菌落重复步骤2、3、4再次格利斯试剂显红色者为阳性菌落， 即为具有硝化活性的异养细菌或细菌群。
这些在含铵废水中的加入的微生物是能在PM平板生长或分离，格里斯试剂 直接点滴呈阳性，以生理性产碱的碳源并加无机铵盐在好气条件下培养时，有全 氮亏缺的菌株。
