本發(fā)明屬于環(huán)境微生物技術領域，具體涉及一種厭氧氨氧化菌群的富集培養(yǎng)方法。

背景技術：

20世紀90年代以來發(fā)現(xiàn)的厭氧氨氧化現(xiàn)象為高濃度含氨廢水的生物脫氮處理提供了新思路。一批基于厭氧氨氧化理論的新型生物脫氮技術應運而生。厭氧氨氧化是指在厭氧或缺氧條件下，微生物直接以NH₄⁺-N為電子供體，以NO₂^--N為電子受體，將NH₄⁺-N和NO₂^--N轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂的生物過程，厭氧氨氧化過程不需要氧氣的參與，屬于完全自養(yǎng)過程，所以與傳統(tǒng)硝化反硝化過程相比，可以節(jié)省供氧費用50%，而且不需要外加有機碳源，可以大幅度降低污水脫氮的基建投資和運行成本，同時厭氧氨氧化過程也可以使剩余污泥產(chǎn)生量降至最低，從而節(jié)省大量的污泥處置費用。厭氧氨氧化工藝作為一種新型生物脫氮技術備受關注。

厭氧氨氧化工藝特別適合處理高氨氮、低碳源污水，該技術在國外已經(jīng)有工程化應用的案例。第一個工程化的厭氧氨氧化反應器（體積70m³）建立在荷蘭鹿特丹Dokhaven污水處理廠，并于2002年投入運行，該反應器內(nèi)厭氧氨氧化菌的倍增時間為10-12天。此后奧地利Strass污水處理廠、Salzburg污水處理廠、瑞士Glarnerland污水處理廠以及美國Washington DC污水處理廠等都已經(jīng)工程化實施該項厭氧氨氧化技術，但是國內(nèi)對該技術的研究還處于實驗室和中試階段，僅在2009年通遼梅花集團建成的世界上最大的厭氧氨氧化反應器也是荷蘭帕克公司的技術。自從荷蘭帕克公司獲得Anammox專利授權后，在我國針對釀酒生產(chǎn)廢水、味精生產(chǎn)廢水和酵母生產(chǎn)廢水等建造了多個應用實例，但是實際運行效果均未見報道。因此厭氧氨氧化技術需要盡快國產(chǎn)化。

厭氧氨氧化菌生長緩慢，細胞產(chǎn)率低，因此難以維持較高生物濃度，即使經(jīng)過數(shù)月的運行建立了厭氧氨氧化功能，仍然由于厭氧氨氧化菌對環(huán)境條件的敏感而難以維持反應器的穩(wěn)定運行，在工業(yè)應用過程中，同樣因為厭氧氨氧化菌群對實際污水的適應性差而難以維持長久穩(wěn)定運行。盡管厭氧氨氧化技術已經(jīng)發(fā)展了二十幾年，但是仍然存在許多問題需要深入研究和探討，特別是如何促進厭氧氨氧化細菌的快速大量繁殖是今后研究的重要內(nèi)容。探索厭氧氨氧化細菌的富集培養(yǎng)技術，對于進一步推動厭氧氨氧化技術的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

CN201110408676.0公開了一種從普通活性污泥中富集厭氧氨氧化菌的方法，其特征是采用序批式反應器先對普通活性污泥進行好氧硝化處理，然后進行厭氧處理，并投加活性炭載體，實現(xiàn)對厭氧氨氧化菌的富集培養(yǎng)。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種厭氧氨氧化菌群的富集培養(yǎng)方法，本發(fā)明根據(jù)厭氧氨氧化菌的底物和產(chǎn)物特征，以溶解氧作為調(diào)控手段分階段進行富集培養(yǎng)，并以亞硝化程度作為轉(zhuǎn)換點，有助于厭氧氨氧化菌的生長和積累。

本發(fā)明厭氧氨氧化菌群的富集培養(yǎng)方法，以含氨氧化菌的活性污泥作為接種物，以銨鹽或含氨廢水作為培養(yǎng)液，分階段進行富集培養(yǎng)：第一階段，將溶解氧濃度控制在0.2-2.0mg/L進行硝化反應，當亞硝化率達到10%-20%時，降低溶解氧濃度至小于0.5mg/L，進入第二階段進行厭氧氨氧化菌的富集培養(yǎng)；當亞硝酸根濃度低于5mg/L時，再次提高溶解氧濃度為0.2-2.0mg/L繼續(xù)進行硝化反應，當亞硝化率再次達到10%-20%時，降低溶解氧濃度小于0.5mg/L條件下進行厭氧氨氧化菌的富集培養(yǎng)，此不同溶解氧濃度的控制過程交替進行，直到培養(yǎng)液中總氮濃度低于25mg/L時，結束一個周期的培養(yǎng)，沉降除去上清液，更換新鮮培養(yǎng)液進入下一個周期的培養(yǎng)，或者直接補加銨鹽進入下一個周期的培養(yǎng)。

本發(fā)明中，最好在培養(yǎng)液中加入?yún)捬醢毖趸L促進劑，所述促進劑包括金屬鹽、多胺類物質(zhì)、無機酸羥胺和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，無機酸羥胺為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，所述金屬鹽由鈣鹽、銅鹽、鎂鹽和/或亞鐵鹽組成。

本發(fā)明所述生長促進劑中，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)明所述生長促進劑中，鈣鹽為CaSO₄或者CaCl₂，鎂鹽為MgSO₄或者Mg Cl₂，亞鐵鹽為FeSO₄或者FeCl₂，銅鹽為CuSO₄或者CuCl₂。所述多胺類物質(zhì)為精胺、亞精胺或者兩者的混合物。所述無機酸羥胺為鹽酸羥胺、硫酸羥胺或者磷酸羥胺中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述的活性污泥可以選取本領域常用的富含氨氧化菌的活性污泥。所述的銨鹽可以是(NH₄)₂SO₄、NH₃·H₂O或NH₄Cl等，優(yōu)選(NH₄)₂SO₄。所述的含氨廢水可以是一切含有無機氨氮的廢水，氨氮濃度低于1000mg/L，COD濃度低于50mg/L。

本發(fā)明中，所述厭氧氨氧化菌的培養(yǎng)條件為：溫度為15-40℃，優(yōu)選為20-35℃，pH為7.0-9.0，優(yōu)選為7.5-8.5，SV₃₀（污泥30min沉降比）為25%-35%。

本發(fā)明中，可以采用定期補加銨鹽或者批次更換新鮮培養(yǎng)液的方式進行培養(yǎng)，在每次補加銨鹽或者更換新鮮培養(yǎng)液時都加入生長促進劑，加入量為使得培養(yǎng)體系中促進劑濃度為10-50mg/L，優(yōu)選為10-20mg/L。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明根據(jù)菌體的底物和產(chǎn)物特征，以溶解氧作為調(diào)控手段分階段進行富集培養(yǎng)，并以亞硝化程度作為轉(zhuǎn)換點，有助于厭氧氨氧化菌的生長和積累。

（2）本發(fā)明在培養(yǎng)液中加入生長促進劑，一方面可以為細菌提供所需要的富集培養(yǎng)條件，另一方面可以提高菌體的生長速率和菌體的耐受溶解氧性能。采用高低溶解氧條件頻繁交替的方式進行培養(yǎng)，可以使所獲得的厭氧氨氧化菌適應性強，應用于短程硝化-厭氧氨氧化工藝中能夠與短程硝化快速結合，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（3）本發(fā)明通過使用生長促進劑并配合工藝條件實現(xiàn)了厭氧氨氧化菌的高效富集。該促進劑配方簡單，制備容易，富集培養(yǎng)的厭氧氨氧化菌群可以直接投加到污水處理系統(tǒng)中，用于系統(tǒng)的快速啟動和穩(wěn)定性維護，加速短程硝化-厭氧氨氧化工藝的工業(yè)化進程。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明方案進行詳細說明。

本發(fā)明所涉及厭氧氨氧化菌生長促進劑的制備可以按照CN201410585124.0、 CN201410585422.X和CN201410585421.5所述的方法。采用上述方法按照表1促進劑的比例和配方配制四種型號的生長促進劑，所述生長促進劑濃度均為0.5g/L。

表1 生長促進劑的配方及比例

實施例1

首先向兼氧反應器內(nèi)接種某污水廠富含氨氧化菌的活性污泥，接種后污泥三十分鐘沉降比SV₃₀為25%，在溫度為25℃，pH為7.5條件下，以氨氮濃度為100mg/L的NH₄Cl溶液作為培養(yǎng)液，分階段進行富集培養(yǎng)：第一階段，將溶解氧濃度控制在0.6-0.8mg/L進行硝化反應，當亞硝化率達到20%時，降低溶解氧濃度至0.1-0.3mg/L，進行厭氧氨氧化菌的富集培養(yǎng)；當亞硝酸根濃度低于5mg/L時，再次提高溶解氧濃度為0.6-0.8mg/L繼續(xù)進行硝化反應，當亞硝化率再次達到20%時降低溶解氧濃度至0.1-0.3mg/L進行厭氧氨氧化菌的富集培養(yǎng)，此不同溶解氧濃度的控制過程交替進行，當培養(yǎng)液中總氮濃度低于25mg/L時，結束一個周期的培養(yǎng)，沉降除去上清液，更換新鮮培養(yǎng)液進入下一個周期的培養(yǎng)，在更換培養(yǎng)液的同時按照培養(yǎng)系統(tǒng)中促進劑濃度為10mg/L補加厭氧氨氧化菌生長促進劑Ⅰ。本次培養(yǎng)過程共經(jīng)歷了5個周期，獲得厭氧氨氧化菌群A。

實施例2

首先向兼氧反應器內(nèi)接種某污水廠富含氨氧化菌的活性污泥，接種后污泥三十分鐘沉降比SV₃₀為30%，在溫度為30℃，pH為8.0條件下，以氨氮濃度為200mg/L的含氨污水作為培養(yǎng)液，分階段進行富集培養(yǎng)：第一階段，將溶解氧濃度控制在1.3-1.5mg/L進行硝化反應，當亞硝化率達到15%時，降低溶解氧濃度至0.2-0.4mg/L，進行厭氧氨氧化菌的富集培養(yǎng)；當亞硝酸根濃度低于5mg/L時，再次提高溶解氧濃度為1.3-1.5mg/L繼續(xù)進行硝化反應，當亞硝化率再次達到15%時降低溶解氧濃度至0.2-0.4mg/L進行厭氧氨氧化菌的富集培養(yǎng)，此不同溶解氧濃度的控制過程交替進行，當培養(yǎng)液中總氮濃度低于25mg/L時，結束一個周期的培養(yǎng)，沉降除去上清液，更換新鮮培養(yǎng)液進入下一個周期的培養(yǎng)，在更換培養(yǎng)液時按照培養(yǎng)系統(tǒng)中促進劑濃度為15mg/L補加厭氧氨氧化菌生長促進劑Ⅱ。本次培養(yǎng)過程共經(jīng)歷了5個周期，獲得厭氧氨氧化菌群B。

實施例3

首先向兼氧反應器內(nèi)接種某污水廠富含氨氧化菌的活性污泥，接種后污泥三十分鐘沉降比SV₃₀為35%，在溫度為32℃，pH為8.2條件下，以氨氮濃度為300mg/L的(NH₄)₂SO₄溶液作為培養(yǎng)液，分階段進行富集培養(yǎng)：第一階段，將溶解氧濃度控制在1.8-2.0mg/L進行硝化反應，當亞硝化率達到15%時，降低溶解氧濃度至0.3-0.5mg/L，進行厭氧氨氧化菌的富集培養(yǎng)；當亞硝酸根濃度低于5mg/L時，再次提高溶解氧濃度為1.8-2.0mg/L繼續(xù)進行硝化反應，當亞硝化率再次達到15%時降低溶解氧濃度0.3-0.5mg/L進行厭氧氨氧化菌的富集培養(yǎng)，此不同溶解氧濃度的控制過程交替進行，當培養(yǎng)液中總氮濃度低于25mg/L時，結束一個周期的培養(yǎng)，沉降除去上清液，更換新鮮培養(yǎng)液進入下一個周期的培養(yǎng)，在更換培養(yǎng)液時按照培養(yǎng)系統(tǒng)中促進劑濃度為25mg/L補加厭氧氨氧化菌生長促進劑Ⅲ。本次培養(yǎng)過程共經(jīng)歷了4個周期，獲得厭氧氨氧化菌群C。

比較例1

培養(yǎng)條件和培養(yǎng)時間同實施例3，不同之處是培養(yǎng)過程中不采用溶解氧交替進行的方式，溶解氧始終為0.3-0.5mg/L，培養(yǎng)結束后，獲得厭氧氨氧化菌群D。

比較例2

培養(yǎng)條件和培養(yǎng)時間同實施例3，不同之處是培養(yǎng)過程中不采用溶解氧交替進行的方式，溶解氧始終控制在1.8-2.0mg/L，培養(yǎng)結束后，獲得厭氧氨氧化菌群E。

比較例3

培養(yǎng)條件和培養(yǎng)時間同實施例3，不同之處是培養(yǎng)過程中不投加厭氧氨氧化菌生長促進劑，培養(yǎng)結束后，收獲厭氧氨氧化菌群F。

將上述培養(yǎng)獲得的厭氧氨氧化菌群A-F用于廢水的厭氧氨氧化處理過程中。廢水中的氨氮濃度為80mg/L，亞硝酸鹽氮濃度為75mg/L，廢水處理溫度為30℃，溶解氧濃度低于0.5mg/L，pH為7.5-8.0。采用批次換排水的方式進行處理，24h為一個處理周期，5天后廢水的氨氮和總氮去除率見表2。

表2 厭氧氨氧化菌群的處理效果

由表2可見，厭氧氨氧化菌群A-C在處理含氨廢水時，氨氮和總氮去除率均大于85%，只在同一溶解氧條件下培養(yǎng)獲得的厭氧氨氧化菌群D和E、不加生長促進劑獲得的厭氧氨氧化菌群F，氨氮和總氮去除率均小于70%。由此可見，本發(fā)明方法培養(yǎng)的厭氧氨氧化菌群達到很好的脫氮效果。