一种连续式的高浓度耐盐硝化细菌规模化培养方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环境生物技术领域，尤其涉及一种连续式的高浓度耐盐硝化细菌规模 化培养方法。
【背景技术】
[0002] 随着城镇污水处理厂排放标准（GB18918-2002)的颁布，总氮首次纳入排放指标 之中。2011年12月15日，国务院印发《国家环境保护"十二五"规划》，首次把氨氮列为全 国主要的水污染排放物约束性控制指标，明确指出至2015年氨氮排放总量为238万吨，比 2010年同期削减10%。高含盐废水一般指总含盐量（以NaCl含量计）至少为1%的废水，广 泛存在于化工、制药、制革、食品、采油、海产品加工等行业。由于高盐工业废水普遍含有高 浓度的氨氮（l〇〇〇~5000mg/L左右)，如果不能达标排放，则不符合标准的高盐废水会污染地 表、土壤、沿海和河口等，引发诸如富营养化等各种环境问题和生态问题。因此，如何有效、 经济地实现高含盐废水生物脱氮处理成为亟待解决的科学和工程难点问题。
[0003] 物化脱氮法主要有化学中和法、化学沉淀法、折点加氯法、选择性离子交换法、空 气和汽提脱氮法等。相对于物化脱氮，而生物方法合理地利用硝化菌和反硝化菌的生理功 能，可将污水中的各种形态的氮素最终转化为气态氮，产生的二次污染的可能性较小、处理 成本比较低。因而生物脱氮技术更具有实际使用价值。
[0004] 嗜盐微生物是一类生活在高盐环境内的极端微生物，广泛存在于盐场、盐湖、土壤 等高盐环境内。根据盐度生存范围（1~30%)，嗜盐微生物分为耐盐菌、轻度嗜盐菌、中度嗜 盐菌和极端嗜盐菌。这些嗜盐微生物在长期的进化过程中形成独特的高渗环境中生存的能 力，具有极为特殊的生理结构和代谢机制。嗜盐微生物的细胞膜、细胞壁结构性成分和功能 性成分的稳定性、反应动力学、酶系的性质、代谢途径及信息传递、蛋白质核酸成分及构象 等方面为适应高盐环境而具有特异性。这些耐盐机制保证了嗜盐微生物在高盐环境内进行 新陈代谢和生长。因此只有采取逐步提高氨氮浓度的方式，选择性淘汰不具备硝化作用的 耐盐细菌，定向富集到高浓度的耐盐硝化细菌，然后进行规模化培养，使其能应用于工程。
[0005] 现有培养技术中，中国公开专利文献CN 101240253 A公开了一种采用活性污 泥间歇式富集硝化菌的方法，以氨氮、微量无机盐及缓冲液为培养液，其氨氮处理范围 < 1200mg/L，该方法没有添加有机物质，硝化细菌最终浓度变化太大，在处理高浓度氨氮废 水时，污泥存在降解的可能，因此不适合规模化培养。中国公开专利文献CN1017092278公 开了一种采用序批式进水结合絮凝沉淀富集亚硝化菌的规模化培养方法，该方法虽然富集 到高浓度亚硝化菌，但是绝大部分硝化菌被淘汰掉，致使出水亚硝酸盐很高，最终出水总氮 很高。中国公开专利文献CN1354786A公开了一种活性污泥中高浓度硝化细菌的培养方法， 以下水污泥和屎尿污泥趄接种污泥，以污泥脱水滤液或硝化脱离液为培养液，处理氨氮范 围100~300mg/L，超过此浓度会对菌体产生抑制作用。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种方法设计合理，可 以培养得到浓度高、污染物去除效率高的细菌产品的连续式的高浓度耐盐硝化细菌规模化 培养方法。
[0007] 本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种连续 式的高浓度耐盐硝化细菌的规模化培养方法，其特点是：该方法包括富集-分离阶段和培 养-分离阶段，采取添加富集培养液进行定向富集、添加生长营养液进行规模化培养，最终 获得高浓度的硝化细菌；其具体步骤如下： (1) 富集-分离阶段：用水配制初始氨氮质量浓度50~150mg/L、盐分质量分数以NaCl 计< 10%的富集营养液，通过计量泵流入细菌培养器；配制质量分数1%~5%的碱液，通过计 量泵流入细菌培养器；取污泥样品按体积比5%~20%-次接种至细菌培养器，进行耐盐硝化 细菌的定向富集；富集得到的污泥混合液通过沉淀分离器进行分离，上清液从沉淀分离器 上部排出，富集得到的耐盐硝化细菌回流至细菌培养器； (2) 培养-分离阶段：富集-分离阶段结束后，用水配制初始氨氮质量浓度400mg/L、 盐分质量分数以NaCl计< 10%的生长营养液，通过计量泵流入细菌培养器；配制质量分数 P/p5%的碱液，通过计量泵流入细菌培养器；加入生长营养液之后，进行硝化细菌的规模化 培养；培养得到的污泥混合液通过沉淀分离器进行分离，底部一部分收集高浓度的耐盐硝 化细菌，另外一部分耐盐硝化细菌污泥混合液回流至细菌培养器，上清液从沉淀分离器上 部排出； 富集-分离阶段和培养-分离阶段的条件如下：温度为10°c ~35°C，pH为6. 0~10. 0 ; DO 为 I. 5~7· 5 mg/L。
[0008] 本发明所述的一种连续式的高浓度耐盐硝化细菌的规模化培养方法，其进一步优 选的技术方案或者技术特征如下： 1、本发明所述的富集营养液可以采用现有技术中公开的任何一种可以适用于本发明 的耐盐硝化细菌的富集营养液，优选的富集营养液的组成与用量为：0.5~10g/L的铵盐， 0· 5~5. 0 g/L 的腿#04或 K2HPO4，0· 5~5. 0 g/L 的 MgCl2,0. 5~5. 0 g/L 的 Na2CO3,质量分 数彡10%的NaCl，微量元素液； 所述的生长营养液可以采用现有技术中公开的任何一种可以适用于本发明的耐盐硝 化细菌的生长营养液，优选的生长营养液的组成与用量为：〇. 5~10g/Lr铵盐，0. 5~10g/L 的腿#04或 Κ2ΗΡ04,0· 5~10g/L 的 MgCl2,0. 5~10g/L 的 Na2C03,0. 5~10g/L 的葡萄糖或者甲 醇，质量分数< 10%的NaCl，微量元素液； 所述的微量元素液可以采用现有技术中公开的任何一种可以适用于本发明的耐 盐硝化细菌的微量元素液，优选的微量元素液的成分及其用量如下：50~150mg/L的 (：〇(：12.6!120,50~15011^/1的〇&(：12，10~5011^/1的〇150 4.5!120,50~15011^/1的211504.7!120， 50~150mg/L 的 FeSO4 · 7H20,50~150mg/L 的 MnSO4 · 2H20。
[0009] 本发明中，进一步优选的富集营养液的组成与用量为：铵盐（3~6g/L)、KH2PO^ K 2HPO4 (2~3g/L)、MgCl2 (2~3 g/L)、Na2C03 (2~3g/L)，NaCl (质量分数彡 10%)、微量元素液。 进一步优选的生长营养液的组成与用量为：铵盐（3~68/1)、腿#04或1( 2即04(3~68/1)、1%(：12 (3~6g/L)、Na2CO3 (3~6g/L)、葡萄糖或者甲醇（3~6g/L)，NaCl (质量分数彡10%)、微量元素 液。优选的微量元素液的组分及其用量为：CoCl2 ·6Η20 (80~120mg/L)、CaCl2 (80~120mg/ L)、CuSO4 · 5H20 (25~35mg/L)、ZnSO4 · 7H20 (80~120mg/L)、FeSO4 · 7H20 (80~120mg/L)、 MnSO4 · 2H20 (80~120mg/L)〇
[0010] 2、本发明所述的富集营养液、生长营养液中所述的铵盐可以选用常用的可适用于 耐盐硝化细菌的铵盐，优选的铵盐选自硫酸铵、尿素或氯化铵的一种或多种。选用混合的铵 盐时，其混合比例可以按需要任意选取。
[0011] 3、按照本发明步骤（1)所述富集方法，优选每l~2d为1个富集周期，富集周期优 选为3~5个；按照本发明步骤（2)所述的培养方法，每2d~3d优选为1个培养周期，培养周 期优选为5~8个。
[0012] 4、本发明方法中，富集-分离阶段优选采用逐步提高氨氮浓度的方法，其中氨氮 初始浓度为50~150mg/L，最终浓度为500~1000mg/L ;具体方法如下：每次加入富集营养液 后，当氨氮浓度降至5mg/L以下时，提高富集营养液中的氨氮浓度，提高幅度20~100 mg/L ; 适当提高碱液的投加量，以确保硝化细菌生长所需要的pH值环境。上述方法中，氨氮初始 浓度进一步优选为80~120mg/L，最终浓度进一步优选为700~800mg/L。
[0013] 5、本发明方法中，培养-分离阶段优选采用稳定的氨氮浓度，同时进行浓度范围 校正；其中稳定的氨氮浓度为400mg/L，浓度校正范围为300~500mg/L ;具体方法如下：每次 加入生长培养液中氨氮浓度为400mg/L，当氨氮浓度< 5mg/L时，适当提高氨氮浓度进行校 正，提高幅度l〇~l〇〇mg/L;当氨氮浓度彡15 mg/L时，适当降低氨氮浓度进行校正，降低幅 度 10~100mg/L。
[0014] 6、本发明方法中，培养-分离阶段从沉淀分离器底部回流至细菌培养器的耐盐硝 化细菌污泥混合液体积分数比例优选控制在10~40%，进一步优选控制在20~30%，最优选控 制在25%。
[0015] 7、本发明方法中，培养-分离阶段从沉淀分离器至细菌培养器的回流流速之比优 选控制在0. 1~1 :1，进一步控制在0. 4~0. 7 :1，最优选控制在0. 5 :1。
[0016] 8、本发明方法中，富集-分离阶段和培养-分离阶段所用的碱液可以采用现有 技术中公开的任何一种可以适用于本发明的耐盐硝化细菌的碱液，优选的碱液为NaOH、 Na2CO3、NaHCOjP CaCO 3溶液中一种或多种，选用