本發(fā)明屬于生物脫氮領(lǐng)域，涉及一種用于生物脫除高濃度含氮化合物的微生物的富集方法。

背景技術(shù)：

有機物、含氮物質(zhì)、含磷物質(zhì)是常見的水體污染物。我國自從2000年實施“一控雙達標(biāo)”后，廢水中的有機物污染得到了有效遏制，而氮素污染躍升為我國面臨的主要環(huán)境問題。目前全國氮素污染物的排放量已經(jīng)遠遠超出受納水體的環(huán)境容量，氮素污染物也已超過cod成為影響水環(huán)境質(zhì)量的首要指標(biāo)。氮素污染已危及農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、旅游業(yè)等諸多行業(yè)，并對飲水衛(wèi)生和食品安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。氮素污染的控制與脫除已成為當(dāng)前亟待解決的一項重大環(huán)保課題。為此，我國已將氮素污染新納入“十三五”污染物排放總量控制體系，作為主要污染物之一，并對其實施總量控制。

含氮廢水的處理工藝主要包括物理法、化學(xué)法、離子交換法、人工濕地法以及生物法。其中，物理法、化學(xué)法、離子交換法以及人工濕地法或因成本太高，或因處理效果差，或因適用范圍窄，均未得到大規(guī)模應(yīng)用。而生物法具有成本低、效果好、無污染等優(yōu)點，是脫氮的主流方法。

生物脫氮技術(shù)主要包括硝化、反硝化。硝化作用是指在好氧條件下異養(yǎng)微生物將氨催化氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過程；反硝化作用是指在缺氧條件下微生物將亞硝酸鹽和硝酸鹽鹽催化還原為氮氣的過程。

在自然界的土壤、水中，天然存在著數(shù)種具有硝化和反硝化性能的微生物，但因為濃度太低，不能起到有效的凈化土壤與水中的含氮物質(zhì)的凈化的效果。所以為了得到良好的硝化與反硝化性能，需要對硝化和反硝化微生物進行富集，提高其豐度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于生物脫除高濃度含氮化合物的微生物的富集方法。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案如下：

提供一種用于生物脫除高濃度含氮化合物的微生物的富集方法，包括以下步驟：

步驟一：接種源的處理

將來源于生豬屠宰場廢水處理廠、食品加工廢水處理廠、垃圾滲濾液處理廠、城市生活污水處理廠的厭氧污泥按體積比1∶1∶1∶1混合，經(jīng)攪拌、過濾和離心處理后取上清液，將位于上清液下層1/10體積的液體作為接種源；

步驟二：添加化學(xué)試劑

向接種源中按10ml/l的用量加入接種微量元素溶液，混勻后得到接種液；

所述接種微量元素溶液中，包括下述質(zhì)量濃度的各成分：11.3g/lna2hpo4·12h2o、3.1g/lnah2po4·12h2o、0.1g/lnh4cl、0.1g/lkcl、0.1g/lnacl、0.005g/lcacl、0.002g/lmgso4、0.003g/lmnso4、0.001g/lfeso4、0.001g/lcoso4、0.001g/lznso4、0.001g/lcuso4；

步驟三：接種

將接種液加入組裝好的微生物燃料電池中，燃料電池運行于開路或閉路條件下，環(huán)境溫度為20～40℃，每隔24h更換新鮮的接種液；

對燃料電池的每天的出水進行取樣，測量其銨根離子、硝酸根離子、亞硝酸根離子的濃度；當(dāng)出水中銨根離子、硝酸根離子、亞硝酸根離子的濃度連續(xù)三天相差小于5％時，表示燃料電池中接種完成；

步驟四：富集

按步驟二中相同比例關(guān)系，向去離子水中添加微量元素溶液，并添加氨氮、硝氮、亞硝氮和乙酸鈉，混勻后得到運行液；運行液中以氮計量的氨氮、硝氮、亞硝氮的終濃度均為1000mg/l，乙酸鈉的終濃度為8g/l；

將燃料電池中的接種液全部更換成運行液，且每隔24h更換新鮮的運行液；連續(xù)運行3個月后，最終在燃料電池中富集了用于生物脫除高濃度含氮化合物的微生物。

本發(fā)明中，所述的微生物燃料電池為單室結(jié)構(gòu)的微生物燃料電池。

發(fā)明原理描述：

本發(fā)明所用的接種源由多種實際廢水處理廠的厭氧污泥混合而成，包含但不限于屠宰場廢水處理廠、食品加工廠廢水處理廠、垃圾滲濾液處理廠、城市生活污水處理廠的厭氧污泥。其中發(fā)揮作用的微生物主要是多種反硝化菌。

本發(fā)明利用微生物燃料電池作為載體，通過生物電化學(xué)方式，結(jié)合特定培養(yǎng)環(huán)境，使硝化、反硝化微生物能夠穩(wěn)定生長并大量增殖，并吸附在電池電極上，形成致密的膜結(jié)構(gòu)，達到可高效脫除高濃度含氮化合物的效果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

1、引入了多種實際廢水，豐富了微生物種群，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

2、對接種源進行離心等預(yù)處理，提高了細菌豐度；

3、采用生物電化學(xué)體系培養(yǎng)，增加了微生物的活性；

4、通過添加化學(xué)試劑，營造有利于硝化、反硝化微生物生長繁殖的環(huán)境，對微生物種群起選擇作用，達到富集的目的；

5、馴化后的微生物可以高效處理高濃度的含氮物質(zhì)，包括氨氮、硝氮和亞硝氮；可處理的濃度范圍分別為：氨氮30～1000mg/l，硝氮30～1000mg/l，亞硝氮30～1000mg/l。

附圖說明

圖1為本技術(shù)發(fā)明的工藝流程示意圖。

圖2為本發(fā)明中微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中的附圖標(biāo)記：1陽極；2陰極；3單室mfc反應(yīng)器；4負載；5開關(guān)。

具體實施方式

下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明不僅僅局限于如下實例。

在來源于生豬屠宰場廢水處理廠、食品加工廢水處理廠、垃圾滲濾液處理廠、城市生活污水處理廠的厭氧污泥中，均含有一定濃度的各種硝化/反硝化微生物。

接種源的制備方法：將生豬屠宰場廢水處理廠、食品加工廠廢水處理廠、垃圾滲濾液處理廠、城市生活污水處理廠的厭氧污泥按體積比1∶1∶1∶1混合，經(jīng)攪拌、過濾和離心處理后取上清液，將位于上清液下層1/10體積的液體作為接種源。

申請人承諾：從該專利申請之日起20年內(nèi)向公眾發(fā)放該接種源，以用于實現(xiàn)、利用本發(fā)明所述技術(shù)方案。

本發(fā)明利用單室的微生物燃料電池作為反應(yīng)器的培養(yǎng)與馴化場所。單室mfc反應(yīng)器3的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。單室mfc反應(yīng)器3由陰極2、陽極1及外電路構(gòu)成，外電路包括負載4和開關(guān)5。

本發(fā)明所述用于生物脫除高濃度含氮化合物的微生物的富集方法，包括以下步驟：

步驟一：接種源的處理

將來源于生豬屠宰場廢水處理廠、食品加工廢水處理廠、垃圾滲濾液處理廠、城市生活污水處理廠的厭氧污泥按體積比1∶1∶1∶1混合，經(jīng)攪拌、過濾和離心處理后取上清液，將位于上清液下層1/10體積的液體作為接種源；

步驟二：添加化學(xué)試劑

向接種源中按10ml/l的用量加入接種微量元素溶液，混勻后得到接種液；

所述接種微量元素溶液中，包括下述質(zhì)量濃度的各成分：11.3g/lna2hpo4·12h2o、3.1g/lnah2po4·12h2o、0.1g/lnh4cl、0.1g/lkcl、0.1g/lnacl、0.005g/lcacl、0.002g/lmgso4、0.003g/lmnso4、0.001g/lfeso4、0.001g/lcoso4、0.001g/lznso4、0.001g/lcuso4；

步驟三：接種

將接種液加入組裝好的微生物燃料電池中，燃料電池運行于開路或閉路條件下，環(huán)境溫度為20～40℃，每隔24h更換新鮮的接種液；

對燃料電池的每天的出水進行取樣，測量其銨根離子、硝酸根離子、亞硝酸根離子的濃度；當(dāng)出水中銨根離子、硝酸根離子、亞硝酸根離子的濃度連續(xù)三天相差小于5％時，表示燃料電池中接種完成；

步驟四：富集

按步驟二中相同比例關(guān)系，向去離子水中添加微量元素溶液，并添加氨氮、硝氮、亞硝氮和乙酸鈉，混勻后得到運行液；運行液中以氮計量的氨氮、硝氮、亞硝氮的終濃度均為1000mg/l，乙酸鈉的終濃度為8g/l；

將燃料電池中的接種液全部更換成運行液，且每隔24h更換新鮮的運行液；連續(xù)運行3個月后，最終在燃料電池中富集了用于生物脫除高濃度含氮化合物的微生物。

脫除高濃度含氮化合物的操作說明：

在添加有10ml/l微量元素的去離子水溶液中加入適量的乙酸鈉，然后再加入不同濃度的氯化銨、硝酸鉀、亞硝酸鈉，攪拌均勻，而后將其添加到本發(fā)明所述經(jīng)過富集并培養(yǎng)好的具備硝化/反硝化能力的微生物燃料電池中，將微生物燃料電池置于開路或閉路條件下運行。每間隔1小時從反應(yīng)器中取溶液樣品進行氨氮、硝氮、亞硝氮濃度測試。