專利名稱：：活性污泥中高效硝化細(xì)菌的富集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種以活性污泥為原料的高效硝化細(xì)菌的富集方法，屬于生物
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水體的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題曰益突出，氨氮廢水對(duì)環(huán)境的影響已經(jīng)在全球范圍內(nèi)引起環(huán)保領(lǐng)域的高度重視。隨著世界各國(guó)對(duì)外排廢水達(dá)標(biāo)排放要求的日趨強(qiáng)化以及環(huán)保執(zhí)法力度的不斷加強(qiáng)，使氨氮含量高的廢水處理難度增大。各國(guó)的污水處理廠都在試圖尋求技術(shù)適用、經(jīng)濟(jì)可行的氨氮廢水的處理方法，特別是某些催化劑廢水，因?yàn)槠渲杏袡C(jī)物含量很少而氨氮濃度高，超出了污水排放標(biāo)準(zhǔn)。廢水中的氨氮雖然可采用氣提吹脫、離子交換、化學(xué)氧化等物理化學(xué)方法進(jìn)行處理，但這些方法存在副產(chǎn)物二次污染和效率低等問(wèn)題。相比之下，生物法是控制水體氨氮污染的較好方法。生物法中，無(wú)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-厭氧氨氧化工藝都需經(jīng)過(guò)硝化細(xì)菌的硝化作用脫除氨氮。而硝化細(xì)菌是化能自養(yǎng)菌，它具有自養(yǎng)性、好氧性、依附性和產(chǎn)酸性等特點(diǎn)，由于硝化細(xì)菌通過(guò)氧化無(wú)機(jī)碳作為唯一的能量來(lái)源，所以它的代時(shí)長(zhǎng)、繁殖速度慢，普通活性污泥中的硝化細(xì)菌已經(jīng)無(wú)法解決高濃度以及難去除的氨氮脫除問(wèn)題。因此，只有對(duì)普通活性污泥中的硝化細(xì)菌進(jìn)行富集強(qiáng)化，才能使硝化細(xì)菌在工業(yè)上的應(yīng)用成為可能。CN1354786A公開(kāi)了一種活性污泥中高濃度硝化細(xì)菌的培養(yǎng)方法，是以下水污泥和屎尿污泥作為接種污泥，以污泥脫水濾液或硝化脫離液為培養(yǎng)液，其中的氨氮濃度為100300mg/L，氨氮濃度高于300mg/L會(huì)對(duì)菌體的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，所富集的硝化細(xì)菌不能耐受高濃度的氨氮。該方法所得的硝化細(xì)菌對(duì)于氨氮濃度高于300mg/L以上的水處理廠產(chǎn)生的污水，必須用海水或淡水等稀釋到30Qmg/L以下再處理?！锻瑵?jì)大學(xué)學(xué)報(bào)》1999年第27巻第3期中，屈計(jì)寧等人發(fā)表的"高效硝化細(xì)菌的富集技術(shù)研究"一文，是富集用于處理氨氮濃度低于300mg/L、富含有機(jī)物的廢水的硝化細(xì)菌，由于所用培養(yǎng)液中化學(xué)需氧量(COD)(以葡萄糖方式加入)為5001000mg/L，這雖然有利于硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，但因?yàn)樗镁褐谐撕凶责B(yǎng)菌之外，還含有其它的碳化菌等異養(yǎng)菌，從而影響硝化細(xì)菌進(jìn)一步對(duì)高濃度氨氮的脫除。該方法所得的硝化細(xì)菌能處理氨氮容積負(fù)荷小于350gNH3-N/m^d廢水，氨氮去除率能達(dá)到95%，若繼續(xù)增大容積負(fù)荷則氨氮去除率會(huì)逐漸下降。該方法所得的硝化細(xì)菌不適合處理氨氮濃度高于300mg/L且有機(jī)物含量少、甚至不含有機(jī)物的廢水。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)高濃度氨氮的耐受能力強(qiáng)、氨氮去除率高的硝化細(xì)菌的富集方法。該方法所得到的硝化細(xì)菌能夠處理氨氮含量高、有機(jī)物含量低的污水，使污水能夠安全排放。本發(fā)明硝化細(xì)菌的富集方法，采用間歇式活性污泥法，通過(guò)逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法來(lái)進(jìn)行富集，所用富集培養(yǎng)液主要組分為無(wú)機(jī)鹽，包括微量元素Fe、Mg、Na和K及緩沖液，其中NH/—N初始濃度為10teig/L200mg/L，最終濃度為500mg/L1200mg/L，優(yōu)選為600mg/L1000mg/L;COD^200mg/L。所述的富集培養(yǎng)液中，微量元素Fe、Mg、Na和K可采用常規(guī)的用量和常用物質(zhì)引入，優(yōu)選如下Fe是以FeS04'7H20的形式加入的，F(xiàn)e^的濃度為2mg/L14mg/L，最好為3llmg/L;Mg是以MgS04'71120的形式加入的，Mg"濃度為1020mg/L;Na是以NaCl2、Na2C03^l^NaHC03的形式加入，Na+濃度為2001000mg/L;K是以KH2P04S^K2HP04的形式加入，K+濃度為2070mg/L;所述的緩沖液為KH2P04、K2HP04和NaHC03中的一種或多種，其濃度為50300mg/L。所述的富集培養(yǎng)液中還包括元素Ca，Ca"濃度為42tog/L;Ca"是采用CaCl2的形式加入的。所述的富集培養(yǎng)液中的COD可通過(guò)加入葡萄糖或甲醇，具體的加入量可根據(jù)所處理廢水中的COD來(lái)確定。所述的活性污泥可以選取本領(lǐng)域常用的含硝化細(xì)菌的活性污泥，優(yōu)選取自煉油污水處理廠的活性污泥和催化劑污水處理廠的活性污泥。所述硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)的條件為溫度為2030°C;pH為6.09.0，優(yōu)選6.5-8.0;SV(污泥沉降比)為15%25%;DO(溶解氧)為大于2mg.IT1，優(yōu)選為210mg丄—1。本發(fā)明為了維持溶液pH值在硝化細(xì)菌生長(zhǎng)所需要的范圍內(nèi)，所用的pH調(diào)節(jié)劑為Na2C03和NaHC03中的一種或兩種。所述逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法，具體如下每次加入培養(yǎng)液后，當(dāng)氨氮濃度降至IOmg/L以下，最好是用GB7479蒸餾滴定法檢測(cè)不出水中氨氮濃度，即低于0.2mg/L時(shí)，提高預(yù)加入培養(yǎng)液中氨氮的濃度，其提高幅度為50~200mg/L。所述的富集培養(yǎng)液中，加入適量的Ca2、一方面為硝化細(xì)菌生長(zhǎng)提供微量元素，另一方面由于硝化細(xì)菌具有附著于固體顆粒表面生長(zhǎng)的特性以及硝化細(xì)菌的比重輕易浮于水面的特點(diǎn)，所以生成一定量的CaCCV沉淀會(huì)增大硝化細(xì)菌的附著表面，也減少了硝化細(xì)菌在換水過(guò)程中的流失。此外，以02+的形式加入，還可以在調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH值過(guò)程中起到緩沖作用。但C^+的加入量不能過(guò)高，否則生成大量的CaC03破壞硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)環(huán)境。本發(fā)明針對(duì)氨氮含量高(NH3-N含量^1200mg/L)、有機(jī)物含量少(COD含量低于200mg/L)的廢水的特點(diǎn)，通過(guò)逐漸提高基質(zhì)氨氮質(zhì)量濃度的方法，并采用適宜的以無(wú)機(jī)鹽為主要組分的培養(yǎng)液，在不加入其它碳源或只加入少量有機(jī)物的情況下，使污泥中的原生動(dòng)物、后生動(dòng)物、真菌以及碳化菌等雜菌的生長(zhǎng)明顯受到抑制，有利于硝化細(xì)菌成為優(yōu)勢(shì)菌群，并耐受越來(lái)越高的氨氮濃度，最終達(dá)到處理濃度高達(dá)1200mg/L、容積負(fù)荷高達(dá)卯OgNH3-N/n^d的氨氮廢水，使污水中高濃度氨氮能夠降到lOmg/L以下。該方法所富集的硝化細(xì)菌不但能處理低濃度難以去除的氨氮，而且對(duì)于高濃度的氨氮去除效果也非常理想，具有良好的應(yīng)用前景。圖1為實(shí)施例1富集過(guò)程中不同氨氮濃度的脫氮效果圖。圖2為用實(shí)施例1所富集的硝化細(xì)菌對(duì)模擬催化劑廢水的氨氮去除效果圖。具體實(shí)施方案本發(fā)明方法的具體操作步驟如下取活性污泥，以2040v^的接種量按間歇式活性污泥法進(jìn)行富集強(qiáng)化培養(yǎng)。按照本發(fā)明所述的組分和配比配制培養(yǎng)液。按間歇式進(jìn)水、曝氣、沉降、排水工序周期性進(jìn)行，每天進(jìn)行12個(gè)周期，每個(gè)周期中曝氣時(shí)間占75%96%。在反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中用pH值調(diào)節(jié)劑維持pH值在6.09.0范圍內(nèi)，以確保硝化細(xì)菌生長(zhǎng)所需要的pH值環(huán)境。在富集培養(yǎng)過(guò)程中逐漸提高進(jìn)水氨氮濃度，每次加入培養(yǎng)液后，當(dāng)氨氮濃度降至10mg/L以下，就可以提高預(yù)加入培養(yǎng)液中氨氮的濃度，其提高幅度為5(K150mg/L。本發(fā)明中用GB7479蒸餾滴定法檢測(cè)出水中氨氮濃度，低于0.2mg/L時(shí)檢測(cè)不出。提高培養(yǎng)液的氨氮濃度最好是在用上述方法檢測(cè)不出時(shí)，再提高預(yù)加入培養(yǎng)液的氨氮濃度50200mg/L。硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)的參數(shù)指標(biāo)為溫度2030°C;pH=6.09.0;SV:15%25%;DO為210mgL'。為了更好的理解本發(fā)明，通過(guò)下列實(shí)施實(shí)例予以進(jìn)--歩說(shuō)明。實(shí)施例l采用間歇式活性污泥法富集硝化細(xì)菌，活性污泥取自煉油廠廢水處理車間的二沉池出水口污泥，以30v^的接種量接種于的富集反應(yīng)器內(nèi)，總體積為3L，然后加入富集培養(yǎng)液，其中所用的富集培養(yǎng)液組成為(NH^S04、FeS04.7H20、MgS04'7H20、NaCl、CaCl2和KH2P04，濃度如下NlV-NlO^W為150mg/L，最終濃度為1000mg/L;Fe2+濃度為12mg/L;Mg2+濃度為18mg/L;Na+濃度為800mg/L;Ca^濃度為16mg/L;101204濃度為260mg/L。在富集過(guò)程中，用NaHC03控制pH值。培養(yǎng)條件為溫度24°C;pH=6.07.5;SV:15°/。20%;DO為10mg七—、每日1個(gè)周期，進(jìn)水時(shí)間為20分鐘，曝氣23小時(shí)，自然沉降30分鐘，排出上清液2L，時(shí)間為10分鐘。然后加入2L富集培養(yǎng)液，按此過(guò)程循環(huán)操作，其過(guò)程用GB7479的蒸餾滴定法檢測(cè)出水中氨氮濃度，檢測(cè)不出氨氮后，提高預(yù)加入培養(yǎng)液的氨氮濃度，其提高幅度為100mg/L。從圖l氨氮去除率與氨氮容積負(fù)荷的關(guān)系可以看到氨氮的容積負(fù)荷由107g/m^d提高到806g/m^d時(shí)，隨著氨氮容積負(fù)荷的增大，氨氮去除率基本不受影響。從試驗(yàn)結(jié)果分析，氨氮容積負(fù)荷為800g/n^d—'時(shí)，氨氮的利用率高，對(duì)硝化細(xì)菌的富集較為有利。通過(guò)富集培養(yǎng)污泥中硝化細(xì)菌已經(jīng)能夠耐受1000mg/L的氨氮，完全能夠脫除高達(dá)1000mg/L的氨氮的煉油廢水。實(shí)施例2采用間歇式活性污泥法富集硝化細(xì)菌，活性污泥取自煉油廠廢水處理車間的二沉池出水口污泥，以22vX的接種量接種于的富集反應(yīng)器內(nèi)，總體積為3L，然后加入富集培養(yǎng)液，其中所用的富集培養(yǎng)液組成同實(shí)施例l，但濃度不同，具體如下NH+-N|^^100mg/L,最終濃度為550mg/L;Fe2+濃度為6mg/L;Mg2+濃度為10111^;Na+濃度為300mg/L;Ca2+濃度為8mg/L;101204濃度為100mg/L。在富集過(guò)程中，用NaHC03控制pH值。培養(yǎng)條件為溫度25°C;pH=6.07.5;SV:15%25%;DO為5mg丄—'。每日2個(gè)周期，進(jìn)水時(shí)間為10分鐘，曝氣11小時(shí)，自然沉降40分鐘，排出上清液2L,時(shí)間為10分鐘。然后加入2L富集培養(yǎng)液，按此過(guò)程循環(huán)操作，其過(guò)程用GB7479蒸餾滴定法檢測(cè)出水中氨氮濃度，當(dāng)氨氮濃度低于6mg/L，提高預(yù)加入培養(yǎng)液氨氮濃度，其提高幅度為50mg/L。該富集過(guò)程中，氨氮的容積負(fù)荷由75g/mM提高到413g/n^d時(shí)，隨著氨氮容積負(fù)荷的增大，氨氮去除率穩(wěn)定在98%以上。實(shí)施例3釆用間歇式活性污泥法富集硝化細(xì)菌，活性污泥取自催化劑廢水處理車間的出水口污泥，以28vX的接種量接種于的富集反應(yīng)器內(nèi)，總體積為3L，然后加入富集培養(yǎng)液，其中所用的富集培養(yǎng)液組成同實(shí)施例l,但濃度不同，具體如下NH4+-NM^^180mg/L，最終濃度為800mg/L;Fe2+濃度為10mg/L;Mg2+濃度為12mg/L;Na+濃度為500mg/L;Ca^濃度為1Qmg/L;101204濃度為200mg/L。在富集過(guò)程中，用NaHC03控制pH值。培養(yǎng)條件為溫度28。C;pH=6.08.5;SV:15%20%;DO為8mg丄—、每日1個(gè)周期，進(jìn)水時(shí)間為30分鐘，曝氣22.5小時(shí)，自然沉降40分鐘，排出上清液2L，時(shí)間為20分鐘。然后加入2L富集培養(yǎng)液，按此過(guò)程循環(huán)操作，其過(guò)程用GB7479蒸餓滴定法檢測(cè)出水中氨氮濃度，當(dāng)氨氮濃度低于10mg/L，提高預(yù)加入培養(yǎng)液的氨氮濃度，其提高幅度為150mg/L。該富集過(guò)程中，氮氮的容積負(fù)荷由B5g/in、d提高到60(^/n^d時(shí)，隨著氨氮容積負(fù)荷的增大，氨氮去除率均穩(wěn)定在99%以上。實(shí)施例4富集的硝化細(xì)菌對(duì)模擬催化劑廢水的氨氮去除效果分別取100ml實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3所富集的含硝化細(xì)菌的泥水混合物，按照10v^接種量分別接種于氨氮濃度為974mg/L、510mg/L和800mg/L的模擬催化劑廢水中，氨氮的容積負(fù)荷分別為731g/m、(J、383g/in3*d、600g/m3d。然后在25X:條件下?lián)u床培養(yǎng)進(jìn)行去除氨氮試驗(yàn)，用NaHCO3溶液控制pH值在69。經(jīng)過(guò)22h反應(yīng)后，氨氮去除率均可達(dá)到99%以上，達(dá)到理想處理效果。用實(shí)施例1所富集的硝化細(xì)菌處理催化劑廢水的具體結(jié)果如圖2所示。實(shí)施例5富集的硝化細(xì)菌對(duì)實(shí)際煉油廢水的氨氮去除效果由煉油污水處理廠的廢水，經(jīng)過(guò)空氣氧化脫硫以及傳統(tǒng)生物法等預(yù)處理后，出水水質(zhì)情況見(jiàn)表l。其中的氨氮質(zhì)量濃度仍然高于達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，因此用普通的活性污泥很難去除其中的氨氮。表l煉油廢水水質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>采用間歇式活性污泥法，取實(shí)施例2富集硝化細(xì)菌的活性污泥，按照10v%的接種量接入反應(yīng)器，進(jìn)水為上述煉油廢水。每日按1個(gè)周期操作，進(jìn)水時(shí)間為20分鐘，曝氣23小時(shí)，自然沉降30分鐘，排出上清液2L，時(shí)間為10分鐘?？刂品磻?yīng)溫度為25t:，溶解氧為5mg/L，pH值用NaHC03溶液控制7.58.5。在進(jìn)水氨氮濃度在327mg/L左右，氨氮容積負(fù)荷為245g/節(jié)、d的條件下，出水氨氮值小于10mg/L，氨氮去除率基本穩(wěn)定在97%以上，處理后的廢水符合《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)所規(guī)定的一級(jí)達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)。權(quán)利要求1.一種硝化細(xì)菌的富集方法，采用間歇式活性污泥法，通過(guò)逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法來(lái)進(jìn)行富集，所用富集培養(yǎng)液主要組分為無(wú)機(jī)鹽，包括微量元素Fe、Mg、Na、K及緩沖液，其中NH4+-N初始濃度為100mg/L～200mg/L，最終濃度為500mg/L～1200mg/L；COD≤200mg/L。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細(xì)菌的富集方法，其特征在于所述富集培養(yǎng)液中，NH4+—N最終濃度為600mg/L1000mg/L。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細(xì)菌的富集方法，其特征在于所述的富集培養(yǎng)液中包括元素Ca，Ca2+濃度為0.010.05g/L.4、根據(jù)權(quán)利要求3所述硝化細(xì)菌的富集方法，其特征在于所述的C^+是采用CaCl2的形式加入的。5、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細(xì)菌的富集方法，其特征在于所述的富集培養(yǎng)液中，微量元素Fe、Mg、Na和K的用量和引入方式如下Fe是以FeS04'71120的形式加入的，F(xiàn)e"的濃度為2mg/L14mg/L;Mg是以MgS04-71120的形式加入的，Mg2+濃度為1020mg/L;Na是以NaCl2、Na2C03禾喊NaHC03的形式加入，Na+濃度為2001000mg/L;K是以KH2PO4禾0/或K2HPO4的形式加入，K+濃度為2070mg/L;所述的緩沖液為KH2P04、K2HP04和NaHC03中的一種或多種，其濃度為50300mg/L。6、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細(xì)菌的富集方法，其特征在于所述的富集培養(yǎng)液中的COD通過(guò)加入葡萄糖或甲醇實(shí)現(xiàn)的。7、根據(jù)權(quán)利要求2所述硝化細(xì)菌的富集方法，其特征在于所述硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)的條件為溫度為203(TC;pH為6.09.0;污泥沉降比為15%25%;溶解氧為大于2mg丄—、8、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細(xì)菌的富集方法，其特征在于所述硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)的條件為溫度為2030。C;pH為6.58.0;污泥沉釋比為15%20%;溶解氧為210mg丄—、9、根據(jù)權(quán)利要求7或8所述硝化細(xì)菌的富集方法，其特征在于所用的pH調(diào)節(jié)劑為Na2C03和NaHC03中的一種或兩種。10、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細(xì)菌的富集方法，其特征在于所述逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法，具體如下每次加入培養(yǎng)液后，當(dāng)氨氮濃度降至10mg/L以下，提高預(yù)加入培養(yǎng)液中氨氮的濃度，其提高幅度為5(K200mg/L。11、根據(jù)權(quán)利要求10所述硝化細(xì)菌的富集方法，其特征在于所述逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法，當(dāng)檢測(cè)出水中氨氮濃度時(shí)，提高預(yù)加入培養(yǎng)液中氨氮的濃度。12、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細(xì)菌的富集方法，其特征在于所述的間歇式活性污泥法，按間歇式進(jìn)水、曝氣、沉降、排水工序周期性進(jìn)行，每天進(jìn)行12個(gè)周期，每個(gè)周期中曝氣時(shí)間占75%96%。是按間歇式進(jìn)水、曝氣、沉降、排水工序周期性進(jìn)行，每天進(jìn)行12個(gè)周期，每個(gè)周期中曝氣時(shí)間占75%96%;所述的活性污泥以2040v^的接種量與富集培養(yǎng)液混合。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種硝化細(xì)菌的富集方法。該方法是采用間歇式活性污泥法，通過(guò)逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法來(lái)進(jìn)行富集，所用富集培養(yǎng)液主要組分為無(wú)機(jī)鹽，包括微量元素Fe、Mg、Na、K及緩沖液，其中NH₄⁺-N初始濃度為100mg/L～200mg/L，最終濃度為500mg/L～1200mg/L；COD≤200mg/L。本發(fā)明方法可使污泥中的碳化菌等雜菌的生長(zhǎng)明顯受到抑制，有利于硝化細(xì)菌成為優(yōu)勢(shì)菌群，并耐受越來(lái)越高的氨氮濃度，最終達(dá)到處理濃度高達(dá)1200mg/L的氨氮廢水，使污水中高濃度氨氮能夠降到10mg/L以下。文檔編號(hào)C02F3/12GK101240253SQ20071001038公開(kāi)日2008年8月13日申請(qǐng)日期2007年2月9日優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日發(fā)明者佟明友,全張,謙許,高會(huì)杰,黎元生申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院