一种快速培养厌氧氨氧化菌的方法
【专利摘要】本发明公开了一种快速培养厌氧氨氧化菌的方法，是采用常规厌氧氨氧化反应器的出水作为厌氧氨氧化菌培养反应器的进水，并在进水中投加氨氮和亚硝酸氮，以活性污泥作为厌氧氨氧化菌培养反应器的接种物，通过基质组成和运行参数的优化控制，在5～90天内培养出脱氮效率高、处理效果稳定的厌氧氨氧化菌，且不受厌氧氨氧化菌接种量的影响，启动时间短、处理效果好。
【专利说明】
一种快速培养厌氧氨氧化菌的方法
一、技术领域
[0001]本发明涉及一种快速培养厌氧氨氧化菌的方法，属于污水脱氮处理领域。
二、【背景技术】
[0002]厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidat1n，简称Anammox)是指在厌氧或者缺氧环境下，厌氧氨氧化细菌以亚硝酸氮为电子受体，氧化氨氮生成氮气的生化过程。与传统硝化反硝化脱氮工艺相比，该工艺能够大幅度降低曝气量、节省运行费用和占地面积，并且不受有机碳源的限制。在污水生物脱氮方面，尤其是在低碳氮比条件下，该工艺具有广泛的应用前景。同时，厌氧氨氧化工艺也存在着诸多问题，例如厌氧氨氧化菌的繁殖速率缓慢、世代周期很长、接种泥源不足且价格昂贵，在没有厌氧氨氧化菌接种的条件下难以在实际工程中应用。单纯以活性污泥接种的生物反应器，通常需要耗费100?300天才能获得脱氮效率高、氨氮负荷高的厌氧氨氧化菌。建立于荷兰鹿特丹的世界上第一座工程应用的Anammox反应器在无任何厌氧氨氧化菌接种的条件下，反应器的启动时间长达3.5年。因此，如何快速培养厌氧氨氧化菌已成为该研究领域的热点问题。
三、
【发明内容】
[0003]本发明旨在提供一种快速培养厌氧氨氧化菌的方法，以解决厌氧氨氧化菌培养时间长及接种泥源不足等问题。
[0004]本发明快速培养厌氧氨氧化菌的方法，采用常规厌氧氨氧化反应器的出水(下文简称Anammox出水)作为厌氧氨氧化菌培养反应器(下文简称Anammox菌培养反应器)的进水，并在进水中投加氨氮和亚硝酸氮，以活性污泥作为Anammox菌培养反应器的接种物，通过基质组成和运行参数的优化控制，在5?90天内培养出脱氮效率高、处理效果稳定的厌氧氨氧化菌。
[0005]所述常规厌氧氨氧化反应器是指含有厌氧氨氧化菌的生物反应器，并且反应器内厌氧氨氧化菌能够进行厌氧氨氧化反应、具有代谢活性和脱氮效果。
[0006]所述Anammox出水是指常规厌氧氨氧化反应器的直接出水或者经重力沉降后的上清液或者经离心分离后的上清液或者过滤后的出水或者絮凝沉淀后的出水等。所述过滤后的出水包括膜过滤后的出水或者砂滤过滤后的出水等。
[0007]所述Anammox出水的氨氮浓度为O?100mg/L，硝酸盐氮浓度为O?500mg/L，亚硝酸盐氮浓度为O?100mg/L，pH为5?10，且Anammox出水中厌氧氨氧化菌含量取决于上述处理方法的不同而不同。本发明技术方案的实施不受Anammox出水中厌氧氨氧化菌含量的限制，其它物质含量均在常规厌氧氨氧化反应器的出水浓度范围内。
[0008]所述厌氧氨氧化菌培养反应器为常用反应器构型，包括完全混合反应器、水平推流反应器、折板反应器、升流式反应器、降流反应器、序批式反应器、膜生物反应器、生物滤池、流化床、移动床等，能够为微生物和基质混合反应提供场所。
[0009]在进水中投加氨氮的浓度为I?1000mg/L，在进水中投加亚硝酸氮的浓度为I?1000mg/L，控制氨氮和亚硝酸氮的浓度比为10:1?1:10。也可以直接投加含氨氮和亚硝酸盐氮浓度在上述浓度范围的污水。
[0010]所述活性污泥为城市污水处理厂或工业废水处理厂的好氧活性污泥或厌氧活性污泥或缺氧活性污泥或剩余污泥；活性污泥的接种浓度为0.01?200g MLSS/L或0.01?170g MLVSS/L。
[0011 ]厌氧氨氧化菌培养反应器的运行参数设置如下:
[0012]反应器的运行模式为间歇式运行或连续式运行，运行温度为10?60°C，反应器内溶液的pH值控制在5?1，水力停留时间为0.1小时?1天，溶解氧浓度为O?I Omg/L。其它参数均为所选取的不同反应器构型对应的常规控制参数及其范围。上述参数的优化控制并不局限于单一参数范围的限定，而是通过各控制参数的组合优化，建立更为适宜的厌氧氨氧化菌培养环境。
[0013]所述厌氧氨氧化菌培养反应器的进水全部或部分采用Anammox出水，其中Anammox出水占厌氧氨氧化菌培养反应器的进水体积的0.001?100%。
[0014]进一步地，可在所述厌氧氨氧化菌培养反应器的进水中添加营养物质及微量元素;所述营养物质及微量元素包括O?2g/L磷、O?2g/L钙、O?2g/L钾、O?2g/L镁、O?2g/L铁、O?lg/L钴、O?lg/L砸、O?lg/L硼、O?lg/L锌、O?lg/L钼、O?lg/L碘、O?lg/L铜、O?lg/L猛、O?lg/L镍、O?lg/L招、O?lg/L硫离子中的一种或几种的组合，控制进水中金属阳离子总浓度为0.1?20g/L。
[0015]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0016]1、不受厌氧氨氧化菌接种量的影响，拓展了快速培养厌氧氨氧化菌的有效方式。本发明采用已有的Anammox出水作为Anammox菌培养反应器的进水，因此本发明方法可以在不接种厌氧氨氧化细菌的情况下实现快速培养厌氧氨氧化细菌的效果，明显区别于现有的接种厌氧氨氧化菌的反应器快速启动、在无接种厌氧氨氧化菌条件下通过改变工艺构型和优化工艺参数实现反应器的快速启动等技术，从而拓展了快速培养厌氧氨氧化菌的有效方式。
[0017]2、大幅度缩短了以活性污泥培养厌氧氨氧化菌所需的驯化时间。本发明利用已有的Anammox出水作为Anammox菌培养反应器的进水，通过基质组成和运行参数的优化控制，能够加速活性污泥中微生物向厌氧氨氧化菌演变，在5?90天内能够培养出脱氮效率高、处理效果稳定的厌氧氨氧化菌，且活性污泥中厌氧氨氧化菌(常见厌氧氨氧化菌CandidatusBrocadia, Candidatus Jettenia ,Candidatus Kuenenia)所占比例能达到0.5-30% ；明显优于现有的厌氧氨氧化菌培养技术所需的3?12个月驯化时间。
[0018]3、降低了厌氧氨氧化菌的培养成本。本发明可以在不接种厌氧氨氧化细菌实现厌氧氨氧化细菌的快速培养，节省了价格昂贵的厌氧氨氧化细菌接种费用；利用已有的Anammox出水作为Anammox菌培养反应器的进水，属于污水资源化有效利用，节约了厌氧氨氧化菌培养过程所需的物质和能量消耗。
四、【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例1的处理流程示意图。
[0020]图2是实施例1反应器进出水中氨氮含量及其去除率的变化图。
[0021]图3是实施例1反应器进出水中亚硝态氮含量及其去除率的变化图。
[0022]图4是本发明实施例2的处理流程不意图。
[0023]图5是实施例2反应器进出水中氨氮含量及其去除率的变化图。
[0024]图6是实施例2反应器进出水中亚硝态氮含量及其去除率的变化图。
五、【具体实施方式】
[0025]本发明实施例中使用的接种污泥取自城市污水厂活性污泥，污泥浓度采用MLVSS表不。实施例1:
[0026]本实施例中快速培养厌氧氨氧化菌的方法是这样实现的:
[0027 ]采用常规厌氧氨氧化反应器的出水(下文简称Anammox出水)作为厌氧氨氧化菌培养反应器(下文简称Anammox菌培养反应器)的进水，并在进水中投加氨氮和亚硝酸氮，以活性污泥作为Anammox菌培养反应器的接种物，通过基质组成和运行参数的优化控制，培养出脱氮效率高、处理效果稳定的厌氧氨氧化菌，以去除废水中氮元素。经过23天的运行，经厌氧氨氧化反应器处理后的出水水质如下:NH/-N彡1.5mg/L，去除率达95 %以上;经过菌群结构分析，已报道的常见厌氧氨氧化菌Candidatus Kuenenia所占比例达到1-5% ;在不改变控制参数延长反应器运行时间至90天，该菌所占比例能够达到15-25%。
[0028]N02—-N彡lmg/L，去除率达98 %以上，成功实现厌氧氨氧化菌群的快速培养过程。各参数设置如下:
[0029]常规厌氧氨氧化反应器:采用序批式生物反应器，有效容积为50L，水力停留时间为2.5天，厌氧氨氧化菌浓度为6-8g MLVSS/L。进水中氨氮和亚硝酸盐氮浓度分别为50?200mg/L和50?200mg/L，氨氮和亚硝酸盐质量比为1:1?1:2，驯化时间超过100天，出水中氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐浓度分别为O?10mg/L，20?50mg/L，0?5mg/L。出水pH值为7.5?8.5，温度为20°(:。
[0030]Anammox出水:采用上述常规厌氧氨氧化反应器的直接出水经重力沉降后的上清液作为Anammox菌培养反应器的进水，沉降时间为24-72小时。上清液中生物量含量小于0.01gVSS/Lo
[OO31 ] Anammox菌培养反应器进水:向Anammox出水中投加氨氮使其浓度为50mg/L，投加亚硝态氮使其浓度为50mg/L，并添加营养物质及微量元素，所述营养物质及微量元素包括钠(O?lg/L)、磷(O?lg/L)、I丐(O?lg/L)、钾(O?lg/L)、镁(O?0.5g/L)、铁(O?0.5g/L)、钴(O?0.2g/L)、砸(O?0.2g/L)、硼(O?0.2g/L)、锌(O?0.2g/L)、钼(O?0.2g/L)、碘(O?0.28/1)、铜(0?0.28/1)、锰(0?0.28/1)、镍(0?0.28/1)、铝(0?0.28/1)、硫(0?0.28/1)等多种离子，进水中金属阳离子总浓度为4?5g/L。
[0032]Anammox菌培养反应器接种物:采用城市污水处理厂缺氧活性污泥，反应器接种污泥浓度为1g MLVSS/L。
[0033]Anammox菌培养反应器的工艺参数:Anammox菌培养反应器为膜生物反应器，在厌氧避光的条件下采用连续式运行方式，运行温度范围为30?35°C，溶液pH值范围为7.0?8.5，水力停留时间为24?48小时，溶解氧浓度为O?0.5mg/L。
[0034]实施例2:
[0035]本实施例中快速培养厌氧氨氧化菌的方法是这样实现的:
[0036]采用常规厌氧氨氧化反应器的出水(下文简称Anammox出水)作为厌氧氨氧化菌培养反应器(下文简称Anammox菌培养反应器)的进水，并在进水中投加氨氮和亚硝酸氮，以活性污泥作为Anammox菌培养反应器的接种物，通过基质组成和运行参数的优化控制，培养出脱氮效率高、处理效果稳定的厌氧氨氧化菌，以去除废水中氮元素。经过10天的运行，经厌氧氨氧化反应器处理后的出水水质如下:NH4+-N彡1.5mg/L，去除率达95 %以上；
[0037]NO〗—-N<lmg/L，去除率达98%以上，成功实现厌氧氨氧化菌群的快速培养过程。各参数设置如下:经过菌群结构分析，已报道的常见厌氧氨氧化菌Candidatus Kuenenia所占比例达到0.5-2%。；在不改变控制参数延长反应器运行时间至90天，该菌所占比例能够达JlJ 15-28% ο
[0038]常规厌氧氨氧化反应器:采用序批式生物反应器，有效容积为50L，水力停留时间为2.5天，厌氧氨氧化菌浓度为6-8g MLVSS/L。进水中氨氮和亚硝酸盐氮浓度分别为50?200mg/L和50?200mg/L，氨氮和亚硝酸盐质量比为1:1?1:2，驯化时间超过100天，出水中氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐浓度分别为O?10mg/L，20?50mg/L，0?5mg/L。出水pH值为7.5?8.5，温度为20°(:。
[0039]Anammox出水:采用上述常规厌氧氨氧化反应器的直接出水经PVDF膜(孔径0.01?
0.2微米)过滤出水作为Anammox菌培养反应器的进水。
[°04°] Anammox菌培养反应器进水:向Anammox出水中投加氨氮使其浓度为50mg/L，投加亚硝态氮使其浓度为50mg/L，并添加营养物质及微量元素，所述营养物质及微量元素包括钠(O?lg/L)、磷(O?lg/L)、I丐(O?lg/L)、钾(O?lg/L)、镁(O?0.5g/L)、铁(O?0.5g/L)、钴(O?0.2g/L)、砸(O?0.2g/L)、硼(O?0.2g/L)、锌(O?0.2g/L)、钼(O?0.2g/L)、碘(O?
0.28/1)、铜(0?0.28/1)、锰(0?0.28/1)、镍(0?0.28/1)、铝(0?0.28/1)、硫(0?0.28/1)等多种离子，进水中金属阳离子总浓度为4?5g/L。
[0041 ] Anammox菌培养反应器接种物:采用城市污水处理厂缺氧活性污泥，反应器接种污泥浓度为1g MLVSS/L。
[0042]Anammox菌培养反应器的工艺参数:Anammox菌培养反应器为膜生物反应器，在厌氧避光的条件下采用连续式运行方式，运行温度范围为30?35°C，溶液pH值范围为7.0?8.5，水力停留时间为24?48小时，溶解氧浓度为O?0.5mg/L。
【主权项】
1.一种快速培养厌氧氨氧化菌的方法，其特征在于: 采用常规厌氧氨氧化反应器的出水作为厌氧氨氧化菌培养反应器的进水，并在进水中投加氨氮和亚硝酸氮，以活性污泥作为厌氧氨氧化菌培养反应器的接种物，通过基质组成和运行参数的优化控制，在5?90天内培养出脱氮效率高、处理效果稳定的厌氧氨氧化菌。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述常规厌氧氨氧化反应器的出水是指常规厌氧氨氧化反应器的直接出水或者经重力沉降后的上清液或者经离心分离后的上清液或者过滤后的出水或者絮凝沉淀后的出水。3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于: 所述常规厌氧氨氧化反应器的直接出水中氨氮浓度为O?100mg/L，硝酸盐氮浓度为O?500mg/L，亚硝酸盐氮浓度为O?100mg/L，pH为5?10。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 在进水中投加氨氮的浓度为I?1000mg/L，在进水中投加亚硝酸氮的浓度为I?1000mg/Lo5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于: 控制氨氮和亚硝酸氮的浓度比为10:1?1:10。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述活性污泥为城市污水处理厂或工业废水处理厂的好氧活性污泥或厌氧活性污泥或缺氧活性污泥或剩余污泥；活性污泥的接种浓度为0.01?200g MLSS/L或0.01?170gMLVSS/L。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 所述厌氧氨氧化菌培养反应器的进水全部或部分采用常规厌氧氨氧化反应器的出水，其中常规厌氧氨氧化反应器的出水占厌氧氨氧化菌培养反应器的进水体积的0.001?100%。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于厌氧氨氧化菌培养反应器的运行参数设置如下: 反应器的运行模式为间歇式运行或连续式运行，运行温度为10?60°C，反应器内溶液的pH值控制在5?1，水力停留时间为0.1小时?1天，溶解氧浓度为O?10mg/L。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 在所述厌氧氨氧化菌培养反应器的进水中添加营养物质及微量元素;所述营养物质及微量元素包括O?2g/L磷、O?2g/L钙、O?2g/L钾、O?2g/L镁、O?2g/L铁、O?lg/L钴、O?lg/L砸、O?lg/L硼、O?lg/L锌、O?lg/L钼、O?lg/L碘、O?lg/L铜、O?lg/L猛、O?lg/L镍、O?lg/L铝、O?lg/L硫离子中的一种或几种的组合。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于: 控制厌氧氨氧化菌培养反应器的进水中金属阳离子总浓度为0.1?20g/L。
【文档编号】C02F101/16GK105923795SQ201610522899
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】王伟, 吴奔腾, 任雪松, 徐步德, 周婧, 于瑞馨, 蔡静, 席慕华
【申请人】合肥工业大学