本發(fā)明屬于微生物培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種富集培養(yǎng)耐低溫異養(yǎng)硝化細(xì)菌的方法。
背景技術(shù)：
同步硝化反硝化（SND）脫氮這一新型生物脫氮工藝可以在同一反應(yīng)器中同時(shí)進(jìn)行硝化脫氨氮和反硝化脫總氮，不僅克服了傳統(tǒng)生物脫氮過(guò)程存在的一些問(wèn)題，而且在降低能耗和物耗等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)：能有效地保持反應(yīng)器中pH穩(wěn)定，減少或取消堿度的投加；減少傳統(tǒng)反應(yīng)器的容積、節(jié)省基建費(fèi)用；僅由一個(gè)反應(yīng)池組成的序批式反應(yīng)器來(lái)講，SND能夠降低實(shí)現(xiàn)硝化反硝化所需的時(shí)間；節(jié)省曝氣量、進(jìn)一步降低能耗。這一工藝符合目前大力提倡的節(jié)能減排要求，成為污水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
目前對(duì)同步硝化反硝化生物脫氮機(jī)理已經(jīng)形成了三種解釋，即宏觀環(huán)境解釋、微觀環(huán)境理論和生物學(xué)解釋，他們已經(jīng)在大量的研究中得到證實(shí)并被普遍接受。無(wú)論是哪種機(jī)理，負(fù)責(zé)脫氮的微生物都是完成生物脫氮過(guò)程的主要參與者。20世紀(jì)80年代以來(lái)，生物科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)許多硝化菌如熒光假單胞菌（Pseudomonas flurescens）、糞產(chǎn)桿菌（Alcaligenes facealis）、銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginos)等都可以對(duì)有機(jī)或無(wú)機(jī)氨化合物進(jìn)行異養(yǎng)硝化。與自養(yǎng)型硝化菌比較，雖然單位生物量的異養(yǎng)菌氧化銨鹽的速率比自養(yǎng)菌要慢2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，但異養(yǎng)硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)速度快、細(xì)胞產(chǎn)率高；要求溶解氧濃度低；對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力也強(qiáng)，能忍受更酸性環(huán)境，其總體的氧化銨鹽的速率并不比自養(yǎng)菌慢。國(guó)外有研究者就是利用某些微生物種群在好氧條件下具有反硝化的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)同步硝化與反硝化。
隨著同步硝化反硝化工藝的深入研究，具有好氧反硝化特性的異養(yǎng)硝化菌的發(fā)現(xiàn)從理論上進(jìn)一步增加了污水硝化與反硝化在一個(gè)單元內(nèi)同步進(jìn)行的可能性，同時(shí)克服傳統(tǒng)處理工藝在處理效率與經(jīng)濟(jì)適用兩方面的矛盾，實(shí)現(xiàn)廢水高效而經(jīng)濟(jì)的脫氮。那么獲得高效的降解菌株、使其成為反應(yīng)體系中的優(yōu)勢(shì)種群而發(fā)揮脫氮作用、將會(huì)加快同步硝化反硝化工藝工業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。由于好氧顆粒污泥培養(yǎng)時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，形成條件苛刻，阻礙了工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用；許多微生物的特性還沒(méi)有被全面了解，好氧反硝化和異養(yǎng)硝化的機(jī)理也不十分明確，對(duì)他們的研究大都是在純的或混合的細(xì)菌培養(yǎng)中進(jìn)行的。所以到目前為止，僅有荷蘭、丹麥、意大利等污水廠利用同步硝化與反硝化脫氮工藝運(yùn)行，還沒(méi)有大規(guī)模推廣應(yīng)用。特別是在我國(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，因此許多污水處理廠的脫氮效果變差，出水氨氮濃度很難滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。在工業(yè)上通常可以采用向污水處理系統(tǒng)中直接投放培養(yǎng)好的耐低溫脫氮微生物來(lái)解決這一問(wèn)題。
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，選用實(shí)驗(yàn)室異養(yǎng)硝化好氧反硝化種泥進(jìn)行富集，具體方法是在好氧和缺氧兩種條件下以含有有機(jī)碳的氨氮和硝氮混合污水進(jìn)行培養(yǎng)富集和馴化，在低于10℃條件下得到具有耐低溫特性的異養(yǎng)硝化好氧反硝化菌劑。該培養(yǎng)方法所處理的廢水初始氨氮濃度只有36和41mg/L，如果廢水中氨氮濃度高于這兩個(gè)值，使用該方法將會(huì)受到限制。而且該方法的最高反硝化比降解速率為32.93mgNO3-N/(gSS·h），富集時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種富集培養(yǎng)耐低溫異養(yǎng)硝化細(xì)菌的方法。本發(fā)明是通過(guò)投加微生物生長(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)高效脫氮。本發(fā)明富集培養(yǎng)的菌體投加到污水處理廠使用后，可以解決冬季低溫運(yùn)行不穩(wěn)定、污水處理不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。
本發(fā)明富集培養(yǎng)耐低溫異養(yǎng)硝化細(xì)菌的方法，是以工業(yè)廢水作為培養(yǎng)液，采用投加微生物生長(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)，所述微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑包括金屬鹽、多胺類物質(zhì)和有機(jī)酸羥胺，所述金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成；培養(yǎng)過(guò)程采用低溫和常溫交替進(jìn)行的方式進(jìn)行耐低溫異養(yǎng)硝化菌的馴化，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℃。
本發(fā)明所述微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑中，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0.5-15重量份，優(yōu)選為2-10重量份。
本發(fā)明所述微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑中，金屬鹽可以是鈣鹽、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、亞鐵鹽和銅鹽，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、亞鐵鹽和銅鹽，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)明所述微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑中，鈣鹽為CaSO4或者CaCl2，鎂鹽為MgSO4或者M(jìn)g Cl2，亞鐵鹽為FeSO4或者FeCl2，銅鹽為CuSO4或者CuCl2。
本發(fā)明所述微生物生長(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。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)酸羥胺的加入可以作為羥胺氧還酶的基質(zhì)直接參與硝化細(xì)菌的代謝過(guò)程、縮短酶促反應(yīng)進(jìn)程，加速細(xì)胞生長(zhǎng)。此外，有機(jī)酸羥胺釋放出的有機(jī)酸還有利于某些異養(yǎng)硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，有利于發(fā)揮硝化細(xì)菌的群體效應(yīng)，有助于提高菌群耐受低溫環(huán)境的能力。
本發(fā)明所述的富含硝化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，以污泥30分鐘沉降比為20%-40%的接種量接種。
本發(fā)明所述富集培養(yǎng)耐低溫異養(yǎng)硝化菌所使用的工業(yè)廢水包括所有的含有氨氮和COD的廢水：其中氨氮濃度一般為50-300mg/L，COD（Cr法，以下同）濃度為150-1500mg/L，pH值為6.0-9.0。
本發(fā)明所述異養(yǎng)硝化菌富集培養(yǎng)方法中，還需要定期補(bǔ)加碳源，可以是本領(lǐng)域常用的碳源，優(yōu)選為葡萄糖或乙酸，更優(yōu)選為乙酸。碳源可以一次性補(bǔ)加或者流加，按照補(bǔ)加后培養(yǎng)液中COD濃度為300-1000mg/L進(jìn)行補(bǔ)加。
本發(fā)明所述異養(yǎng)硝化菌富集培養(yǎng)方法中，微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑可以每天或者每隔幾天補(bǔ)加一次，也可以在每次更換培養(yǎng)基時(shí)補(bǔ)加，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)明所述采用常溫培養(yǎng)與低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行的方法，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)，加速硝化菌的快速繁殖；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)，馴化硝化菌的耐低溫能力；通過(guò)常溫與低溫的交替培養(yǎng)，富集培養(yǎng)獲得耐低溫硝化菌。本發(fā)明優(yōu)選中常溫培養(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)批次總氮去除率均大于80%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)，此常溫和低溫交替培養(yǎng)過(guò)程反復(fù)進(jìn)行2-6次，結(jié)束一個(gè)周期的培養(yǎng)，收獲菌體。本發(fā)明中，常溫培養(yǎng)的溶解氧（DO）為0.2-1.5mg/L，優(yōu)選為0.5-1.0mg/L，低溫培養(yǎng)的溶解氧為0.5-3.0mg/L，優(yōu)選為1.0-2.0mg/L；兩種培養(yǎng)體系的pH為6.0-9.0，優(yōu)選為7.8-8.5。
本發(fā)明方法所富集的耐低溫異養(yǎng)硝化菌，同時(shí)具有好氧反硝化功能，富集培養(yǎng)后解決了冬季污水處理廠出水含氮污染物濃度不達(dá)標(biāo)問(wèn)題。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：
（1）在異養(yǎng)硝化菌富集培養(yǎng)過(guò)程中補(bǔ)加特殊組成和配比的微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑，使得異養(yǎng)硝化菌在金屬鹽、多胺類物質(zhì)及有機(jī)酸羥胺的共同作用下，實(shí)現(xiàn)快速增殖，縮短了富集培養(yǎng)時(shí)間。
（2）在富集培養(yǎng)過(guò)程中通過(guò)補(bǔ)加微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑并配合常溫和低溫交替運(yùn)行，使得耐低溫的異養(yǎng)硝化菌能夠快速適應(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所示微生物生長(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)和有機(jī)酸羥胺加入到金屬鹽溶液中，制備得到微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑Ⅰ-Ⅲ，所述促進(jìn)劑濃度均為0.5g/L。
表1 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）的接種量向異養(yǎng)硝化菌培養(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50-150mg/L，COD為50-100mg/L，pH為7-8。每批次更換培養(yǎng)液的時(shí)候補(bǔ)加微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑Ⅰ，按照培養(yǎng)體系中促進(jìn)劑濃度30mg/L進(jìn)行投加；同時(shí)補(bǔ)加葡萄糖，使得培養(yǎng)液中的COD濃度提高到300mg/L。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℃、DO:0.5mg/L的條件下常溫培養(yǎng)4個(gè)批次，總氮去除率大于80%時(shí)轉(zhuǎn)低溫10℃、DO:1.0mg/L的條件下培養(yǎng)，連續(xù)4個(gè)批次菌體濃度穩(wěn)定，此常溫和低溫培養(yǎng)交替進(jìn)行3次，結(jié)束一個(gè)周期的培養(yǎng)過(guò)程，收獲耐低溫硝化菌A。
實(shí)施例2
按照30%（污泥30分鐘沉降比）的接種量向異養(yǎng)硝化菌培養(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：100-200mg/L、COD為200-500mg/L、pH為7.5-8.3。每批次更換培養(yǎng)液的時(shí)候補(bǔ)加微生物生長(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；同時(shí)補(bǔ)加乙酸，使得培養(yǎng)液中的COD濃度提高到700mg/L。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℃、DO:0.8mg/L的條件下常溫培養(yǎng)4個(gè)批次，總氮去除率大于80%時(shí)轉(zhuǎn)低溫12℃、DO:1.5mg/L的條件下培養(yǎng)，連續(xù)4個(gè)批次菌體濃度穩(wěn)定，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，收獲耐低溫硝化菌B。
實(shí)施例3
按照40%（污泥30分鐘沉降比）的接種量向異養(yǎng)硝化菌培養(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：200-300mg/L、COD為500-600mg/L、pH為7.3-8.5。每批次更換培養(yǎng)液的時(shí)候補(bǔ)加微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑Ⅲ，按照培養(yǎng)體系中促進(jìn)劑濃度20mg/L進(jìn)行投加；同時(shí)補(bǔ)加葡萄糖，使得培養(yǎng)液中的COD濃度提高到900mg/L。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℃、DO:1.0mg/L的條件下常溫培養(yǎng)5個(gè)批次，總氮去除率大于80%時(shí)轉(zhuǎn)低溫15℃、DO:2.0mg/L的條件下培養(yǎng)，連續(xù)3個(gè)批次菌體濃度穩(wěn)定，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)過(guò)程，收獲耐低溫硝化菌C。
實(shí)施例4
按照40%（污泥30分鐘沉降比）的接種量向異養(yǎng)硝化菌培養(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：200-300mg/L、COD為500-600mg/L、pH為7.3-8.5。每批次更換培養(yǎng)液的時(shí)候補(bǔ)加微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑Ⅲ，按照培養(yǎng)體系中促進(jìn)劑濃度20mg/L進(jìn)行投加；同時(shí)補(bǔ)加乙酸，使得培養(yǎng)液中的COD濃度提高到900mg/L。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℃、DO:1.0mg/L的條件下常溫培養(yǎng)5個(gè)批次，總氮去除率大于80%時(shí)轉(zhuǎn)低溫15℃、DO:2.0mg/L的條件下培養(yǎng)，連續(xù)3個(gè)批次菌體濃度穩(wěn)定，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)過(guò)程，收獲耐低溫硝化菌D。
比較例1
處理工藝與操作條件同實(shí)施例1，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25℃。培養(yǎng)結(jié)束后，收獲硝化菌E。
比較例2
處理工藝與操作條件同實(shí)施例1，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，收獲硝化菌F。
比較例3
處理工藝與操作條件同實(shí)施例1，不同之處在于：培養(yǎng)過(guò)程中不投加微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑。培養(yǎng)結(jié)束后，收獲硝化菌G。
將上述培養(yǎng)獲得的硝化菌A-G用于某含氨廢水的處理過(guò)程中，其中氨氮濃度為200mg/L，COD濃度為500mg/L，廢水處理溫度為12℃，溶解氧濃度為1-2mg/L，pH為7.5-8.5。在同一反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，氨氮和總氮去除率見表2。
表2 耐低溫硝化菌的處理效果
從表2的數(shù)據(jù)來(lái)看，耐低溫異養(yǎng)硝化菌A-D在低溫條件下處理含氨廢水時(shí)，氨氮和總氮去除率均大于80%，只在常溫條件下培養(yǎng)和只在低溫條件下培養(yǎng)獲得的異養(yǎng)硝化菌E和F、不加微生物生長(zhǎng)促進(jìn)劑獲得的異養(yǎng)硝化菌G，氨氮和總氮去除率均小于50%。由此可見，耐低溫異養(yǎng)硝化菌的培養(yǎng)必須使用生長(zhǎng)促進(jìn)劑和常溫低溫交替培養(yǎng)方式相結(jié)合，才能使培養(yǎng)的菌體在低溫下具有很好的脫氮效果。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，可以解決冬季低溫運(yùn)行不穩(wěn)定、污水處理不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。