一种用于生物脱除高浓度含氮化合物的微生物的富集方法与流程

本发明属于生物脱氮领域，涉及一种用于生物脱除高浓度含氮化合物的微生物的富集方法。

背景技术：

有机物、含氮物质、含磷物质是常见的水体污染物。我国自从2000年实施“一控双达标”后，废水中的有机物污染得到了有效遏制，而氮素污染跃升为我国面临的主要环境问题。目前全国氮素污染物的排放量已经远远超出受纳水体的环境容量，氮素污染物也已超过cod成为影响水环境质量的首要指标。氮素污染已危及农业、渔业、旅游业等诸多行业，并对饮水卫生和食品安全构成严重威胁。氮素污染的控制与脱除已成为当前亟待解决的一项重大环保课题。为此，我国已将氮素污染新纳入“十三五”污染物排放总量控制体系，作为主要污染物之一，并对其实施总量控制。

含氮废水的处理工艺主要包括物理法、化学法、离子交换法、人工湿地法以及生物法。其中，物理法、化学法、离子交换法以及人工湿地法或因成本太高，或因处理效果差，或因适用范围窄，均未得到大规模应用。而生物法具有成本低、效果好、无污染等优点，是脱氮的主流方法。

生物脱氮技术主要包括硝化、反硝化。硝化作用是指在好氧条件下异养微生物将氨催化氧化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程；反硝化作用是指在缺氧条件下微生物将亚硝酸盐和硝酸盐盐催化还原为氮气的过程。

在自然界的土壤、水中，天然存在着数种具有硝化和反硝化性能的微生物，但因为浓度太低，不能起到有效的净化土壤与水中的含氮物质的净化的效果。所以为了得到良好的硝化与反硝化性能，需要对硝化和反硝化微生物进行富集，提高其丰度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于生物脱除高浓度含氮化合物的微生物的富集方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案如下：

提供一种用于生物脱除高浓度含氮化合物的微生物的富集方法，包括以下步骤：

步骤一：接种源的处理

将来源于生猪屠宰场废水处理厂、食品加工废水处理厂、垃圾渗滤液处理厂、城市生活污水处理厂的厌氧污泥按体积比1∶1∶1∶1混合，经搅拌、过滤和离心处理后取上清液，将位于上清液下层1/10体积的液体作为接种源；

步骤二：添加化学试剂

向接种源中按10ml/l的用量加入接种微量元素溶液，混匀后得到接种液；

所述接种微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：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；

步骤三：接种

将接种液加入组装好的微生物燃料电池中，燃料电池运行于开路或闭路条件下，环境温度为20～40℃，每隔24h更换新鲜的接种液；

对燃料电池的每天的出水进行取样，测量其铵根离子、硝酸根离子、亚硝酸根离子的浓度；当出水中铵根离子、硝酸根离子、亚硝酸根离子的浓度连续三天相差小于5％时，表示燃料电池中接种完成；

步骤四：富集

按步骤二中相同比例关系，向去离子水中添加微量元素溶液，并添加氨氮、硝氮、亚硝氮和乙酸钠，混匀后得到运行液；运行液中以氮计量的氨氮、硝氮、亚硝氮的终浓度均为1000mg/l，乙酸钠的终浓度为8g/l；

将燃料电池中的接种液全部更换成运行液，且每隔24h更换新鲜的运行液；连续运行3个月后，最终在燃料电池中富集了用于生物脱除高浓度含氮化合物的微生物。

本发明中，所述的微生物燃料电池为单室结构的微生物燃料电池。

发明原理描述：

本发明所用的接种源由多种实际废水处理厂的厌氧污泥混合而成，包含但不限于屠宰场废水处理厂、食品加工厂废水处理厂、垃圾渗滤液处理厂、城市生活污水处理厂的厌氧污泥。其中发挥作用的微生物主要是多种反硝化菌。

本发明利用微生物燃料电池作为载体，通过生物电化学方式，结合特定培养环境，使硝化、反硝化微生物能够稳定生长并大量增殖，并吸附在电池电极上，形成致密的膜结构，达到可高效脱除高浓度含氮化合物的效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、引入了多种实际废水，丰富了微生物种群，提高了系统的稳定性；

2、对接种源进行离心等预处理，提高了细菌丰度；

3、采用生物电化学体系培养，增加了微生物的活性；

4、通过添加化学试剂，营造有利于硝化、反硝化微生物生长繁殖的环境，对微生物种群起选择作用，达到富集的目的；

5、驯化后的微生物可以高效处理高浓度的含氮物质，包括氨氮、硝氮和亚硝氮；可处理的浓度范围分别为：氨氮30～1000mg/l，硝氮30～1000mg/l，亚硝氮30～1000mg/l。

附图说明

图1为本技术发明的工艺流程示意图。

图2为本发明中微生物燃料电池结构示意图。

图中的附图标记：1阳极；2阴极；3单室mfc反应器；4负载；5开关。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式，但本发明不仅仅局限于如下实例。

在来源于生猪屠宰场废水处理厂、食品加工废水处理厂、垃圾渗滤液处理厂、城市生活污水处理厂的厌氧污泥中，均含有一定浓度的各种硝化/反硝化微生物。

接种源的制备方法：将生猪屠宰场废水处理厂、食品加工厂废水处理厂、垃圾渗滤液处理厂、城市生活污水处理厂的厌氧污泥按体积比1∶1∶1∶1混合，经搅拌、过滤和离心处理后取上清液，将位于上清液下层1/10体积的液体作为接种源。

申请人承诺：从该专利申请之日起20年内向公众发放该接种源，以用于实现、利用本发明所述技术方案。

本发明利用单室的微生物燃料电池作为反应器的培养与驯化场所。单室mfc反应器3的具体结构如图2所示。单室mfc反应器3由阴极2、阳极1及外电路构成，外电路包括负载4和开关5。

本发明所述用于生物脱除高浓度含氮化合物的微生物的富集方法，包括以下步骤：

步骤一：接种源的处理

将来源于生猪屠宰场废水处理厂、食品加工废水处理厂、垃圾渗滤液处理厂、城市生活污水处理厂的厌氧污泥按体积比1∶1∶1∶1混合，经搅拌、过滤和离心处理后取上清液，将位于上清液下层1/10体积的液体作为接种源；

步骤二：添加化学试剂

向接种源中按10ml/l的用量加入接种微量元素溶液，混匀后得到接种液；

所述接种微量元素溶液中，包括下述质量浓度的各成分：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；

步骤三：接种

将接种液加入组装好的微生物燃料电池中，燃料电池运行于开路或闭路条件下，环境温度为20～40℃，每隔24h更换新鲜的接种液；

对燃料电池的每天的出水进行取样，测量其铵根离子、硝酸根离子、亚硝酸根离子的浓度；当出水中铵根离子、硝酸根离子、亚硝酸根离子的浓度连续三天相差小于5％时，表示燃料电池中接种完成；

步骤四：富集

按步骤二中相同比例关系，向去离子水中添加微量元素溶液，并添加氨氮、硝氮、亚硝氮和乙酸钠，混匀后得到运行液；运行液中以氮计量的氨氮、硝氮、亚硝氮的终浓度均为1000mg/l，乙酸钠的终浓度为8g/l；

将燃料电池中的接种液全部更换成运行液，且每隔24h更换新鲜的运行液；连续运行3个月后，最终在燃料电池中富集了用于生物脱除高浓度含氮化合物的微生物。

脱除高浓度含氮化合物的操作说明：

在添加有10ml/l微量元素的去离子水溶液中加入适量的乙酸钠，然后再加入不同浓度的氯化铵、硝酸钾、亚硝酸钠，搅拌均匀，而后将其添加到本发明所述经过富集并培养好的具备硝化/反硝化能力的微生物燃料电池中，将微生物燃料电池置于开路或闭路条件下运行。每间隔1小时从反应器中取溶液样品进行氨氮、硝氮、亚硝氮浓度测试。