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(xì)菌的富集培養(yǎng)方法及其在廢水處理中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

在生物脫氮過(guò)程中，通過(guò)亞硝酸細(xì)菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮而后直接進(jìn)行反硝化的過(guò)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(shí)間、可節(jié)省25%的能耗和40%的碳源、同時(shí)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(diǎn)。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(guò)控制外界條件如溫度、溶解氧、pH和污泥齡等因素可以實(shí)現(xiàn)硝化過(guò)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(zhǎng)期穩(wěn)定存在。CN1785843A公開了一種實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)的，厭氧顆粒污泥雖然具有培養(yǎng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但在后續(xù)的好氧短程硝化過(guò)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(shí)現(xiàn)短程硝化的方法，該方法分為4個(gè)階段，每一個(gè)階段的DO水平都控制的0.5～0.8，主要是通過(guò)控制限氧曝氣使系統(tǒng)DO處于較低水平，在同時(shí)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(shí)現(xiàn)短程硝化。然而在實(shí)際污水處理過(guò)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(dǎo)致硝化過(guò)程的耗氧量也不同，以及大型生物反應(yīng)器很難達(dá)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(gè)范圍，一旦溶解氧濃度沒(méi)有控制好就會(huì)影響短程硝化的穩(wěn)定性。

富集培養(yǎng)亞硝酸細(xì)菌則是實(shí)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(shí)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(shì)菌群的培養(yǎng)方法，以及CN201410141638.7公開了一種亞硝化細(xì)菌的培養(yǎng)液及制備和培養(yǎng)方法。以上發(fā)明雖然實(shí)現(xiàn)了亞硝酸細(xì)菌的富集培養(yǎng)，但是在我國(guó)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(zhǎng)繁殖速率和生物活性都會(huì)大幅度降低，無(wú)法實(shí)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(yīng)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(yīng)用，以上發(fā)明雖然實(shí)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(guò)程中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)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(xì)菌的富集培養(yǎng)方法及其應(yīng)用。本發(fā)明是通過(guò)采用投加亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑并配合常溫和低溫交替運(yùn)行的方式實(shí)現(xiàn)的，所獲得的菌體適應(yīng)范圍寬、處理效果好，能夠在低溫條件下實(shí)現(xiàn)亞硝酸型生物脫氮。

本發(fā)明耐低溫亞硝酸細(xì)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(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑的方式對(duì)富含硝化菌的活性污泥進(jìn)行富集培養(yǎng)，培養(yǎng)過(guò)程采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行的方式進(jìn)行耐低溫亞硝酸細(xì)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(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑包括金屬鹽、多胺類物質(zhì)、有機(jī)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(jī)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(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)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(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑中，鈣鹽為CaSO₄或者CaCl₂，鎂鹽為MgSO₄或者M(jìn)gCl₂，銅鹽為CuSO₄或者CuCl₂，鐵鹽為FeSO₄或者FeCl₂。

本發(fā)明所述亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)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(jī)酸羥胺為甲酸羥胺、乙酸羥胺或者兩者的混合物。有機(jī)酸羥胺的加入可以使羥胺作為底物直接參與亞硝酸細(xì)菌的代謝過(guò)程、縮短酶促反應(yīng)進(jìn)程，而且可以作為羥胺氧還酶的激活劑加速細(xì)胞生長(zhǎng)。此外，有機(jī)酸羥胺可以釋放出有機(jī)酸，有利于增強(qiáng)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(shí)含有亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)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(guò)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(xì)菌的富集培養(yǎng)方法中，每一批次更換培養(yǎng)液的同時(shí)補(bǔ)加亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑，按照培養(yǎng)體系中促進(jìn)劑濃度10～50mg/L進(jìn)行投加，優(yōu)選20～40mg/L進(jìn)行投加。

本發(fā)明所述采用常溫與低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行的方式，是指在常溫下進(jìn)行一定時(shí)間的培養(yǎng)，優(yōu)選進(jìn)行1～10個(gè)批次的培養(yǎng)，加速亞硝酸細(xì)菌的快速繁殖；然后在低溫下進(jìn)行一定時(shí)間的培養(yǎng)，優(yōu)選進(jìn)行1～10個(gè)批次的培養(yǎng)，馴化亞硝酸細(xì)菌的耐低溫能力；通過(guò)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(xì)菌。本發(fā)明優(yōu)選在常溫培養(yǎng)過(guò)程中當(dāng)更換培養(yǎng)液后在相同培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)連續(xù)3～5個(gè)批次氨氮去除率均大于90%以上時(shí)轉(zhuǎn)為低溫培養(yǎng)，當(dāng)?shù)蜏嘏囵B(yǎng)過(guò)程中連續(xù)3～5個(gè)批次菌體濃度不再降低時(shí)轉(zhuǎn)入常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行2～6次，結(jié)束一個(gè)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(xì)菌在廢水處理中的應(yīng)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(shí)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(shì)：

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

（2）有機(jī)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(jìn)一步轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮。

（3）本發(fā)明通過(guò)選擇亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑的組成物質(zhì)和配比，在金屬鹽、多胺類物質(zhì)、有機(jī)酸羥胺及Na₂SO₃的共同作用下，能夠快速適應(yīng)低溫環(huán)境，能夠在低溫條件下生長(zhǎng)繁殖，能夠與污水處理系統(tǒng)中的活性污泥體系實(shí)現(xiàn)良好的協(xié)同，提高冬季污水廠低溫運(yùn)行的亞硝酸型生物脫氮效果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

首先按照表1亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)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(jī)酸羥胺、Na₂SO₃加入到金屬鹽溶液中，制備得到亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑Ⅰ-Ⅲ，所述促進(jìn)劑濃度均為0.5g/L。

表1 亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑的配方及比例

實(shí)施例1

按照20%（污泥30分鐘沉降比）的接種量向亞硝酸細(xì)菌培養(yǎng)反應(yīng)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(shí)補(bǔ)加亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑Ⅰ，按照培養(yǎng)體系中促進(jìn)劑濃度20mg/L進(jìn)行投加。培養(yǎng)過(guò)程采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行的方式，首先在溫度25℃的條件下常溫培養(yǎng)1個(gè)批次，然后在溫度15℃的條件下低溫培養(yǎng)1個(gè)批次，再轉(zhuǎn)為常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行10次，結(jié)束一個(gè)周期的培養(yǎng)過(guò)程，收獲耐低溫亞硝酸細(xì)菌A。培養(yǎng)過(guò)程中溶解氧濃度為2.0mg/L，pH為7.8。

實(shí)施例2

按照25%（污泥30分鐘沉降比）的接種量向亞硝酸細(xì)菌培養(yǎng)反應(yīng)器中接入某污水處理廠富含硝化細(xì)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(shí)補(bǔ)加亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑Ⅱ，按照培養(yǎng)體系中促進(jìn)劑濃度25mg/L進(jìn)行投加。培養(yǎng)過(guò)程采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行的方式，首先在溫度30℃的條件下常溫培養(yǎng)2個(gè)批次，然后在溫度12℃的條件下低溫培養(yǎng)2個(gè)批次，再轉(zhuǎn)為常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行6次，結(jié)束一個(gè)周期的培養(yǎng)過(guò)程，收獲耐低溫亞硝酸細(xì)菌B。培養(yǎng)過(guò)程中溶解氧濃度為2.5mg/L，pH為8.0。

實(shí)施例3

按照30%（污泥30分鐘沉降比）的接種量向亞硝酸細(xì)菌培養(yǎng)反應(yīng)器中接入某污水處理廠富含硝化細(xì)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(shí)補(bǔ)加亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑Ⅲ，按照培養(yǎng)體系中促進(jìn)劑濃度30mg/L進(jìn)行投加。培養(yǎng)過(guò)程采用常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行的方式，首先在溫度35℃的條件下常溫培養(yǎng)3個(gè)批次，然后在溫度15℃的條件下低溫培養(yǎng)4個(gè)批次，再轉(zhuǎn)為常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行4次，結(jié)束一個(gè)周期的培養(yǎng)過(guò)程，收獲耐低溫亞硝酸細(xì)菌C。培養(yǎng)過(guò)程中溶解氧濃度為2.0mg/L，pH為8.5。

實(shí)施例4

處理工藝與操作條件同實(shí)施例2，不同之處在于在常溫培養(yǎng)過(guò)程中當(dāng)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(shí)轉(zhuǎn)為低溫培養(yǎng)，當(dāng)?shù)蜏嘏囵B(yǎng)過(guò)程中連續(xù)4個(gè)批次菌體濃度不再降低時(shí)轉(zhuǎn)入常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行4次，結(jié)束一個(gè)周期的培養(yǎng)，收獲耐低溫亞硝酸細(xì)菌D。

實(shí)施例5

處理工藝與操作條件同實(shí)施例3，不同之處在于在常溫培養(yǎng)過(guò)程中當(dāng)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(shí)轉(zhuǎn)為低溫培養(yǎng)，當(dāng)?shù)蜏嘏囵B(yǎng)過(guò)程中連續(xù)3個(gè)批次菌體濃度不再降低時(shí)轉(zhuǎn)入常溫培養(yǎng)，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行5次，結(jié)束一個(gè)周期的培養(yǎng)，收獲耐低溫亞硝酸細(xì)菌E。

比較例1

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

比較例2

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

比較例3

處理工藝與操作條件同實(shí)施例3，不同之處在于：培養(yǎng)過(guò)程中不投加亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑。培養(yǎng)結(jié)束后，收獲亞硝酸細(xì)菌H。

將上述培養(yǎng)獲得的亞硝酸細(xì)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(yīng)時(shí)間內(nèi)，氨氮去除率和亞硝化率見(jiàn)表2。

表2 耐低溫亞硝酸細(xì)菌處理效果

由表2可見(jiàn)，耐低溫亞硝酸細(xì)菌A-E在低溫條件下處理含氨廢水時(shí)，氨氮去除率均大于85%，亞硝化率均大于80%。不加亞硝酸細(xì)菌生長(zhǎng)促進(jìn)劑獲得亞硝酸細(xì)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(xì)菌F和G，氨氮去除率和亞硝化率均小于40%。由此可見(jiàn)，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(shí)現(xiàn)冬季低溫條件下的亞硝酸型生物脫氮。