本發(fā)明屬于微生物培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐低溫亞硝酸細菌的富集培養(yǎng)方法及其在廢水處理中的應用。

背景技術(shù)：

在生物脫氮過程中，通過亞硝酸細菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮而后直接進行反硝化的過程稱為亞硝酸型生物脫氮。與傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)相比，亞硝酸型生物脫氮技術(shù)因能縮短水力停留時間、可節(jié)省25%的能耗和40%的碳源、同時可以減少剩余污泥處理量而成為污水生物脫氮領(lǐng)域新的研究熱點。該技術(shù)的關(guān)鍵就是維持穩(wěn)定的亞硝酸鹽積累。

目前大多數(shù)研究結(jié)果表明，通過控制外界條件如溫度、溶解氧、pH和污泥齡等因素可以實現(xiàn)硝化過程中亞硝酸鹽積累，但出現(xiàn)亞硝酸鹽積累后難以維持其長期穩(wěn)定存在。CN1785843A公開了一種實現(xiàn)低C/N比高濃度氨氮廢水短程硝化的方法，該方法是利用厭氧顆粒污泥培育的硝化顆粒污泥作為接種物、采用逐漸提高基質(zhì)氨氮濃度來實現(xiàn)的，厭氧顆粒污泥雖然具有培養(yǎng)速度快的優(yōu)點，但在后續(xù)的好氧短程硝化過程中，仍然存在短程硝化向全程硝化轉(zhuǎn)化的不足。CN101423290A公開了一種常溫下全程硝化生物脫氮系統(tǒng)實現(xiàn)短程硝化的方法，該方法分為4個階段，每一個階段的DO水平都控制的0.5～0.8，主要是通過控制限氧曝氣使系統(tǒng)DO處于較低水平，在同時含有亞硝酸菌和硝酸菌的系統(tǒng)中保持亞硝酸菌的正常代謝和增殖，不斷抑制硝酸菌活性，最終實現(xiàn)短程硝化。然而在實際污水處理過程中，即使供氧量相同，由于生物量的不同及生物活性的不同導致硝化過程的耗氧量也不同，以及大型生物反應器很難達到溶解氧非常均勻的效果，所以DO水平很難有效控制在0.5～0.8mg/L這個范圍，一旦溶解氧濃度沒有控制好就會影響短程硝化的穩(wěn)定性。

富集培養(yǎng)亞硝酸細菌則是實現(xiàn)亞硝酸型生物脫氮技術(shù)的有效途徑，可以解決單純依靠外界條件難以實現(xiàn)穩(wěn)定的亞硝酸鹽積累難題。CN201010221247.8公開了一種亞硝化優(yōu)勢菌群的培養(yǎng)方法，以及CN201410141638.7公開了一種亞硝化細菌的培養(yǎng)液及制備和培養(yǎng)方法。以上發(fā)明雖然實現(xiàn)了亞硝酸細菌的富集培養(yǎng)，但是在我國北方地區(qū)的冬季因低溫影響，活性污泥中脫氮微生物的生長繁殖速率和生物活性都會大幅度降低，無法實現(xiàn)有效地生物脫氮。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用，CN201310296747.1公開了一種耐低溫異養(yǎng)同步硝化反硝化菌劑的富集及其在廢水處理中的應用，以上發(fā)明雖然實現(xiàn)了耐低溫自養(yǎng)硝化菌劑和異養(yǎng)硝化反硝化菌劑的富集，但所獲得的菌體仍然不能適用于低溫條件下的亞硝酸型生物脫氮工藝過程中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種耐低溫亞硝酸細菌的富集培養(yǎng)方法及其應用。本發(fā)明是通過采用投加亞硝酸細菌生長促進劑并配合常溫和低溫交替運行的方式實現(xiàn)的，所獲得的菌體適應范圍寬、處理效果好，能夠在低溫條件下實現(xiàn)亞硝酸型生物脫氮。

本發(fā)明耐低溫亞硝酸細菌的富集培養(yǎng)方法，是以工業(yè)含氨廢水作為培養(yǎng)液，采用投加亞硝酸細菌生長促進劑的方式對富含硝化菌的活性污泥進行富集培養(yǎng)，培養(yǎng)過程采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進行的方式進行耐低溫亞硝酸細菌的馴化，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℃；所述亞硝酸細菌生長促進劑包括金屬鹽、多胺類物質(zhì)、有機酸羥胺和Na₂SO₃，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，有機酸羥胺為0.05～1.5重量份，優(yōu)選為0.1～1.0重量份，Na₂SO₃為10～40重量份，優(yōu)選為20～30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)明所述亞硝酸細菌生長促進劑中，金屬鹽可以為鈣鹽、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、鎂鹽、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)明所述亞硝酸細菌生長促進劑中，鈣鹽為CaSO₄或者CaCl₂，鎂鹽為MgSO₄或者MgCl₂，銅鹽為CuSO₄或者CuCl₂，鐵鹽為FeSO₄或者FeCl₂。

本發(fā)明所述亞硝酸細菌生長促進劑中，多胺類物質(zhì)為精胺、亞精胺或者兩者的混合物。所述有機酸羥胺為甲酸羥胺、乙酸羥胺或者兩者的混合物。有機酸羥胺的加入可以使羥胺作為底物直接參與亞硝酸細菌的代謝過程、縮短酶促反應進程，而且可以作為羥胺氧還酶的激活劑加速細胞生長。此外，有機酸羥胺可以釋放出有機酸，有利于增強羥胺在低氧環(huán)境下的還原性，提高亞硝化率。

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。

本發(fā)明所述富含硝化菌（同時含有亞硝酸細菌和硝酸細菌）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20%～40%（污泥30分鐘沉降比）的接種量接種。

本發(fā)明所述亞硝酸細菌的富集培養(yǎng)方法中，每一批次更換培養(yǎng)液的同時補加亞硝酸細菌生長促進劑，按照培養(yǎng)體系中促進劑濃度10～50mg/L進行投加，優(yōu)選20～40mg/L進行投加。

本發(fā)明所述采用常溫與低溫培養(yǎng)交替進行的方式，是指在常溫下進行一定時間的培養(yǎng)，優(yōu)選進行1～10個批次的培養(yǎng)，加速亞硝酸細菌的快速繁殖；然后在低溫下進行一定時間的培養(yǎng)，優(yōu)選進行1～10個批次的培養(yǎng)，馴化亞硝酸細菌的耐低溫能力；通過常溫與低溫的交替培養(yǎng)，富集培養(yǎng)獲得耐低溫亞硝酸細菌。本發(fā)明優(yōu)選在常溫培養(yǎng)過程中當更換培養(yǎng)液后在相同培養(yǎng)時間內(nèi)連續(xù)3～5個批次氨氮去除率均大于90%以上時轉(zhuǎn)為低溫培養(yǎng)，當?shù)蜏嘏囵B(yǎng)過程中連續(xù)3～5個批次菌體濃度不再降低時轉(zhuǎn)入常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進行2～6次，結(jié)束一個周期的培養(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1～5 mg/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)的耐低溫亞硝酸細菌在廢水處理中的應用，可用于處理各種工業(yè)含氨廢水，其中氨氮濃度為100～500mg/L，COD濃度為50～500mg/L；廢水處理溫度為8～20℃，溶解氧濃度為1～5 mg/L，pH為7.0～9.0。本發(fā)明富集培養(yǎng)的菌體投加到污水處理廠使用后，可以在冬季低溫條件下實現(xiàn)穩(wěn)定的亞硝酸生物脫氮工藝。

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

（1）本發(fā)明通過添加亞硝酸細菌生長促進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亞硝酸細菌不斷經(jīng)歷低溫馴化，菌體適應溫度變化的能力顯著增強，所獲得的菌體適應范圍寬、處理效果好，能夠在低溫條件下實現(xiàn)高效脫氨氮并維持穩(wěn)定的亞硝酸鹽積累。

（2）有機酸羥胺和Na₂SO₃的配合加入，有助于控制體系的溶解氧，二者的配合加入有助于抑制亞硝酸鹽氮進一步轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮。

（3）本發(fā)明通過選擇亞硝酸細菌生長促進劑的組成物質(zhì)和配比，在金屬鹽、多胺類物質(zhì)、有機酸羥胺及Na₂SO₃的共同作用下，能夠快速適應低溫環(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現(xiàn)良好的協(xié)同，提高冬季污水廠低溫運行的亞硝酸型生物脫氮效果。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明方案進行詳細說明。

首先按照表1亞硝酸細菌生長促進劑的比例和配方制備金屬鹽溶液，在使用前將多胺類物質(zhì)、有機酸羥胺、Na₂SO₃加入到金屬鹽溶液中，制備得到亞硝酸細菌生長促進劑Ⅰ-Ⅲ，所述促進劑濃度均為0.5g/L。

表1 亞硝酸細菌生長促進劑的配方及比例

實施例1

按照20%（污泥30分鐘沉降比）的接種量向亞硝酸細菌培養(yǎng)反應器中接入某污水處理廠富含硝化菌的活性污泥，所采用工業(yè)含氨廢水的水質(zhì)為：氨氮濃度為100～150mg/L，COD為50～100mg/L，pH為7～8。每批次更換培養(yǎng)液的同時補加亞硝酸細菌生長促進劑Ⅰ，按照培養(yǎng)體系中促進劑濃度20mg/L進行投加。培養(yǎng)過程采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進行的方式，首先在溫度25℃的條件下常溫培養(yǎng)1個批次，然后在溫度15℃的條件下低溫培養(yǎng)1個批次，再轉(zhuǎn)為常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進行10次，結(jié)束一個周期的培養(yǎng)過程，收獲耐低溫亞硝酸細菌A。培養(yǎng)過程中溶解氧濃度為2.0mg/L，pH為7.8。

實施例2

按照25%（污泥30分鐘沉降比）的接種量向亞硝酸細菌培養(yǎng)反應器中接入某污水處理廠富含硝化細菌的活性污泥，所采用工業(yè)含氨廢水的水質(zhì)為：氨氮濃度為200～250mg/L，COD為200～500mg/L，pH為7.5～8.3。每批次更換培養(yǎng)液的同時補加亞硝酸細菌生長促進劑Ⅱ，按照培養(yǎng)體系中促進劑濃度25mg/L進行投加。培養(yǎng)過程采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進行的方式，首先在溫度30℃的條件下常溫培養(yǎng)2個批次，然后在溫度12℃的條件下低溫培養(yǎng)2個批次，再轉(zhuǎn)為常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進行6次，結(jié)束一個周期的培養(yǎng)過程，收獲耐低溫亞硝酸細菌B。培養(yǎng)過程中溶解氧濃度為2.5mg/L，pH為8.0。

實施例3

按照30%（污泥30分鐘沉降比）的接種量向亞硝酸細菌培養(yǎng)反應器中接入某污水處理廠富含硝化細菌的活性污泥，所采用工業(yè)含氨廢水的水質(zhì)為：氨氮濃度為300～400mg/L，COD為500～600mg/L，pH為7.5～8.5。每批次更換培養(yǎng)液的同時補加亞硝酸細菌生長促進劑Ⅲ，按照培養(yǎng)體系中促進劑濃度30mg/L進行投加。培養(yǎng)過程采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進行的方式，首先在溫度35℃的條件下常溫培養(yǎng)3個批次，然后在溫度15℃的條件下低溫培養(yǎng)4個批次，再轉(zhuǎn)為常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進行4次，結(jié)束一個周期的培養(yǎng)過程，收獲耐低溫亞硝酸細菌C。培養(yǎng)過程中溶解氧濃度為2.0mg/L，pH為8.5。

實施例4

處理工藝與操作條件同實施例2，不同之處在于在常溫培養(yǎng)過程中當更換培養(yǎng)液后連續(xù)3批次氨氮去除率均大于90%以上時轉(zhuǎn)為低溫培養(yǎng)，當?shù)蜏嘏囵B(yǎng)過程中連續(xù)4個批次菌體濃度不再降低時轉(zhuǎn)入常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進行4次，結(jié)束一個周期的培養(yǎng)，收獲耐低溫亞硝酸細菌D。

實施例5

處理工藝與操作條件同實施例3，不同之處在于在常溫培養(yǎng)過程中當更換培養(yǎng)液后連續(xù)3批次氨氮去除率均大于90%以上時轉(zhuǎn)為低溫培養(yǎng)，當?shù)蜏嘏囵B(yǎng)過程中連續(xù)3個批次菌體濃度不再降低時轉(zhuǎn)入常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進行5次，結(jié)束一個周期的培養(yǎng)，收獲耐低溫亞硝酸細菌E。

比較例1

處理工藝與操作條件同實施例3，不同之處是培養(yǎng)過程中不采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進行的方式，溫度始終為20℃。培養(yǎng)結(jié)束后，收獲亞硝酸細菌F。

比較例2

處理工藝與操作條件同實施例3，不同之處是培養(yǎng)過程中不采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進行的方式，溫度始終為10℃。培養(yǎng)結(jié)束后，收獲亞硝酸細菌G。

比較例3

處理工藝與操作條件同實施例3，不同之處在于：培養(yǎng)過程中不投加亞硝酸細菌生長促進劑。培養(yǎng)結(jié)束后，收獲亞硝酸細菌H。

將上述培養(yǎng)獲得的亞硝酸細菌A-H用于某含氨廢水的處理，其中氨氮濃度為300mg/L，COD濃度為100mg/L，廢水處理溫度為10℃，溶解氧濃度為1.5～2.0mg/L，pH為7.5～8.0。在同一反應時間內(nèi)，氨氮去除率和亞硝化率見表2。

表2 耐低溫亞硝酸細菌處理效果

由表2可見，耐低溫亞硝酸細菌A-E在低溫條件下處理含氨廢水時，氨氮去除率均大于85%，亞硝化率均大于80%。不加亞硝酸細菌生長促進劑獲得亞硝酸細菌H、只在常溫條件下培養(yǎng)和只在低溫條件下培養(yǎng)獲得的亞硝酸細菌F和G，氨氮去除率和亞硝化率均小于40%。由此可見，本發(fā)明富集培養(yǎng)的菌體投加到污水處理廠使用后，可以實現(xiàn)冬季低溫條件下的亞硝酸型生物脫氮。