专利名称：一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置和方法
技术领域：
本发明涉及环境生物技术，具体是一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置和方法。
背景技术：
1995年人们才首次发现了厌氧氨氧化细菌的存在。与之前人们所认识的硝化-反硝化生物完全不同，这种新发现的古老型细菌是一种化能自养型细菌，以一种新型的代谢途径完成脱氮作用，即在厌氧条件下，以氨氮以氨氮为电子供体，亚硝态氮作为电子受体，最终生成氮气，在此过程中所释放的化学能被这种细菌作为能源，用来进行无机碳的固定，及完成其他生命活动过程。在使用厌氧氨氧化脱氮工艺的条件下，只需要将废水中大约一半的氨氮氧化成亚硝态氮，然后与剩余一半的氨氮发生反应生成氮气逸入大气，因而相较于传统的硝化-反硝化生物脱氮工艺，厌氧氨氧化脱氮工艺可以大量减少氧气的供给即可完成生物脱氮过程。此外，由于厌氧氨氧化细菌属于化学自养型细菌，并且氨氮被亚硝态氮氧化，共同形成氮气的反应的 能量密度很低，细菌生长分裂极慢，因而使得厌氧氨氧化脱氮不仅不需要额外投加有机碳源，且剩余污泥量相较于传统工艺大幅减少，甚至在很多情况下维持充足的污泥量是维持厌氧氨氧化反应的一项常规任务，有时为获取剩余污泥不得不采用特殊的措施和技术以加快厌氧氨氧化细菌的快速增殖。厌氧氨氧化生物脱氮工艺作为一种运行费用低、效率高的工艺越来越受到世界各国的重视，并开展了大量研究。虽然基于厌氧氨氧化工艺的第一个实际工程花费了大约3年时间终于运行成功，之后在德国、日本、澳大利亚等地相继也有实际工程投入运行，但是起始的启动污泥大多来源于荷兰的第一个运行该工艺成功的Rotterdam污水处理厂，但围绕该工艺应用中的许多实际问题仍困扰着世界各国的研究开发人员。其中从自然界极为分散的种源中富集厌氧氨氧化细菌并进行快速增殖和纯化，为生产实践提供数量大、纯度高反应器接种污泥是人们首先遇到的第一个难题。厌氧氨氧化微生物不同于以前的好氧及厌氧发酵工艺的微生物，微生物的富集本身将花费大量时间，且该细菌增殖速度非常缓慢，反应器的启动往往需要耗费大量时间。特别是在遇到对该细菌产生毒害作用的物质时，生物反应速率迅速降低，甚至停止，在这种情况下，如果不能及时发现，将造成亚硝态氮的大量积累，从而对细菌产生毒害作用，最终导致反应器运行的失败，甚至不得不重新接种新鲜的污泥进行重新启动。因此快速富集，并能大量增殖和纯化厌氧氨氧化活性污泥，是该工艺应用和研究需首先解决的问题。人们为达到研究和生产应用厌氧氨氧化细菌脱除水中过多氮素的目的，首先是要从自然界中富集、纯化、增殖足够数量的厌氧氨氧化活性污泥，以使其能够快速大量的去出高含氮水多余的氮素，以保护受纳水体免受水体富营养化污染的威胁。但许多研究都采用直接用好氧污水处理厂活性污泥、厌氧污水处理颗粒污泥或池塘底泥启动反应器的方法启动实验性厌氧氨氧化脱氮反应器，但此时反应器中虽然也能进行厌氧氨氧化脱氮过程，但反应器污泥中厌氧氨氧化细菌的含量都比较低，而且总的污泥数量也比较少，因而不能满足大型反应器对厌氧氧化脱氮活性污泥的需要，无法应用于生产。中国专利申请书CN102145940A公开了 “一种快速增殖厌氧氨氧化菌的装置及方法”(1)，CN102061281A公开了 “利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法”(2)，CN101735947A公开了“一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统”(3)，这些方法要么着眼于厌氧氨氧化菌的快速增殖，即其接种的是少量已富集纯化好的厌氧氨氧化细菌
(I);要么是用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌，使分散的厌氧氨氧化细菌富集在膜上，较大地提高了富集效率，对于膜生物反应器的结构并无特定要求，所获得的厌氧氨氧化细菌的数量和纯度有多大并不保证(2);或者是用土柱富集厌氧氨氧化细菌而使厌氧氨氧化细菌富集在土柱内，但在富集完成后存在难以把富集的细菌分离出来的问题，都不能直接、方便地获取数量较大、纯度较高的厌氧氨氧化活性污泥，因而在实际应用中存在一定的限制。
发明内容
本发明的目的是要提供一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置和方法。该装置和方法能实现厌氧氨氧化细菌的附着截留、富集和增殖。实现本发明目的的技术方案是:
一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置，由进水预加热系统、槽式生物反应池和过滤池三部分顺序连接组成。所述进水预加热系统由预热池体、进水管、加热机构、测温机构、温度控制机构和蠕动泵组成，加热机构和测温机构设置在预热池体中，蠕动泵分别与加热机构的螺旋加热管和槽式生物反应池以管道连通。所述槽式生物反应池由池体和设置在池体内的两组以上的布状悬垂式纤维型填料及设在池体面上的泡沫型覆盖板组成，在布状悬垂式纤维型填料之间设置有挡板。所述过滤池由池体及设置在池体内的两组以上的布状悬垂式纤维型填料及设在池体面上的泡沫型覆盖板组成，在布状悬垂式纤维型填料之间设置有挡板，过滤池上设有出水口。所述槽式生物反应池为深度为2-2.5m的长方体大池，容积为10_20m3。一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的方法,包括如下步骤:
(1)设置一个由进水预加热系统、槽式生物反应池和过滤池三部分顺序连接组成的快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置；
(2)预先在槽式生物反应池内放置一定量经过淘洗过滤的好氧活性污泥，并将其与营养液混合，使厌氧氨氧化菌增殖；
(3)在槽式生物反应池内逐步通入经进水预加热系统加热的营养液；
(4)通过设置在槽式生物反应池和过滤池内的布状悬垂式纤维型填料，截留厌氧氨氧化菌，使其富集；
(5)经60-90天培养后，在布状悬垂式纤维型填料上长满棕红色的厌氧氨氧化菌；
(6)将布状悬垂式纤维型填料取出，用废培养液洗脱，自然沉淀，即可获得较大数量和较高纯度的厌氧氨氧化脱氮污泥。所述营养液为氨和亚硝酸盐按1:1-1.3的重量份比例以及微生物生长需要的微量元素配制而成，总氮含量为100-600mg/L。经检测，厌氧氨氧化脱氮污泥的SS约为1000-6000mg/L，50-500L，纯度彡80%。本发明的优点是:
(1)本发明采取的技术措施包括增大增殖反应器的容积和深度，能容纳较大数量的厌氧氨氧化活性污泥富集和增殖生长；
(2)采用悬垂的条状多孔纤维布填料辅助形成的折流板，为厌氧氨氧化细菌的附着生长提供载体，从而对世代时间较长的厌氧氨氧化起到截留富集纯化作用，并在培养结束后易于将附着厌氧氨氧化细菌洗脱分离和收集；
(3)通过反复折流，使进入的培养液进水能充分与菌体接触，为厌氧氨氧化细菌的生长提供充足的养料保证以达到快速增殖和纯化的目的；
(4)较深的池体并采用内循环搅拌和水面覆盖泡沫塑料板的方式减少了空气中氧的溶入，保证了池内的厌氧状态，也保证可泥水的充分混合；
(5 )人工配制的营养液进水对厌氧氨氧化细菌起到筛选和富集增殖的作用，而对其他杂菌则能起到洗脱、筛除的作用；采用进水管盘绕和水浴间接加热的方式既维持了反应池内的温度并可防止直接加热对细菌生长、营养液进行的影响，采用出水再截留的方式更进一步增加了对厌氧氨氧化细菌的截留和对营养液的充分利用，因而该装置和方法能够实现快速富集增殖和纯化厌氧氧化细菌的目标，从而为启动厌氧氨氧化脱氮反应器提供充足的接种污泥，实现快速启动氧化氧化反应器脱除废水中氨氮和亚硝氮的目的。
图1为本发明快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置的结构示意图。图中:1.进水管 2.加热机构 3.温度控制机构 4.测温机构 5.蠕动泵
6.泡沫型覆盖板7.挡板8.布状悬垂式纤维型填料9.出水溢流口 10.过滤池的溢水口 11.出水口 12.管道。
具体实施例方式实施例1:
参照图1，一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置，由进水预加热系统、槽式生物反应池和过滤池三部分顺序连接组成。进水预加热系统由预热池体、进水管1、加热机构2、测温机构4、温度控制机构3和蠕动泵5组成，加热机构2和测温机构4设置在预热池体中，蠕动泵5分别与加热机构2的螺旋加热管和槽式生物反应池以管道12连通。槽式生物反应池由池体和设置在池体内的两组以上的布状悬垂式纤维型填料8及设在池体面上的泡沫型覆盖板6组成，在布状悬垂式纤维型填料8之间设置有挡板7，在槽式生物反应池上设有出水溢流口 9。过滤池由池体及设置在池体内的两组以上的布状悬垂式纤维型填料8及设在池体面上的泡沫型覆盖板6组成，在布状悬垂式纤维型填料8之间设置有挡板7，过滤池上设有溢水口 10和出水口 11。槽式生物反应池为深度为2-2.5m的长方体大池，容积为10_20m3。
将加热的培养液泵入容积为10 m3的反应池内，安置好易取放的布状多孔纤维填料架，加入50L的好氧污水处理厂的剩余污泥作为厌氧氨氧化细菌的最初来源并启动内循环搅拌器，接通培养液进水系统，把配制好的培养液按2L/分钟的流速用泵打入反应池，每天2次，一次30分钟启动内循环搅拌器，培养60-90天，待纤维填料上长满红褐色的附着物时，把纤维填料取出，洗脱附着物，静止沉淀，撇除上清液，留在底部的红褐色泥浆状物，即为高纯度(厌氧氨氧化菌的含量> 80%)的厌氧氨氧化脱氮活性污泥。一次可获得的厌氧氨氧化污泥数量受安放的布状多孔纤维填料数量的影响，一般是SS为2000mg/L的菌液约IOOL0实施例2:
将经过预加热的培养液打入容积为IOm3的反应池内，在池内安置好预制的由纤维填料组成的折流板，加入100L的池塘底泥作为厌氧氨氧化细菌的最初来源并启动内循环搅拌器，接通培养液进水系统，把配制好的培养液按3L/分钟的流速用泵打入反应池，每天隔6小时启动I次，一次20分钟启动内循环搅拌器搅动进水与底部沉积的污泥使其充分混合，培养60-70天，待纤维填料上长满红褐色的附着物时，把纤维填料取出，洗脱其上的附着物，静止沉淀，撇除上清液，留在底部的红褐色泥浆状物，即为高纯度(厌氧氨氧化菌的含量^ 80%)的厌氧氨氧化脱氮活性污泥。一次可获得的厌氧氨氧化污泥数量受安放的布状多孔纤维填料数量影响，一般是SS为2000mg/L的菌液约150L。其余同实施例1。实施例3:
将经过预加热的培养液打入容积为IOm3的反应池内，池内安置预制的由纤维填料组成的折流板，加入200L的取自厌氧处理颗粒污泥作为厌氧氨氧化细菌的最初来源并启动内循环搅拌器，接通培养液进水系统，把配制好的培养液按5L/分钟的流速用蠕动泵打入反应池一端的底部，每天隔4小时启动I次，一次10分钟启动内循环搅拌器对进水和底部沉积污泥进行充分混合，培养60-80天，待纤维填料上长满红褐色的附着物时，把纤维填料取出，洗脱其上的附着物，静止沉淀，撇除上清液，留在底部的红褐色泥浆状物，即为高纯度(厌氧氨氧化菌的含量> 80%)的厌氧氨 氧化脱氮活性污泥。一次可获得的厌氧氨氧化污泥数量稍受安放的布状多孔纤维填料数量的影响，一般是SS为2000mg/L的菌液约300L。其余同实施例1。
权利要求
1.一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置，其特征是:该装置由进水预加热系统、槽式生物反应池和过滤池三部分顺序连接组成； 所述进水预加热系统由预热池体、进水管、加热机构、测温机构、温度控制机构和蠕动泵组成，加热机构和测温机构设置在预热池体中，蠕动泵分别与加热机构的螺旋加热管和槽式生物反应池以管道连接； 所述槽式生物反应池由池体和设置在池体内的两组以上的布状悬垂式纤维型填料及设在池体面上的泡沫型覆盖板组成，在布状悬垂式纤维型填料之间设置有挡板； 所述过滤池由池体及设置在池体内的两组以上的布状悬垂式纤维型填料及设在池体面上的泡沫型覆盖板组成，在布状悬垂式纤维型填料之间设置有挡板，过滤池上设有出水□。
2.一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的方法，其特征是:包括如下步骤: (1)设置一个由进水预加热系统、槽式生物反应池和过滤池三部分顺序连接组成的快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置； (2)预先在槽式生物反应池内放置一定量经过淘洗过滤的好氧活性污泥，并将其与营养液混合，使厌氧氨氧化菌增殖； (3)在槽式生物反应池内逐步通入经进水预加热系统加热的营养液； (4)通过设置在槽式生物反应池和过滤池内的布状悬垂式纤维型填料，截留厌氧氨氧化菌，使其富集； (5)经60-90天培养后，在布状悬垂式纤维型填料上长满棕红色的厌氧氨氧化菌； (6)将布状悬垂式纤维型填料取出，用废培养液洗脱，自然沉淀，即可获得较大数量和较高纯度的厌氧氨氧化脱氮污泥。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是:所述营养液为氨和亚硝酸盐按1:1-1.3的重量份比例以及微生物生长需要的微量元素配制而成，总氮含量为100-600mg/L。
全文摘要
本发明公开了一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置和方法，它是先设置一个快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置；然后在槽式生物反应池内放置一定量经过淘洗过滤的好氧活性污泥，并将其与营养液混合；在反应池内逐步通入经进水预加热系统加热的营养液；通过布状悬垂式纤维型填料，截留厌氧氨氧化菌；经60-90天培养后，将长满棕红色的厌氧氨氧化菌的布状悬垂式纤维型填料取出，洗脱，自然沉淀，即可获得较大数量和较高纯度的厌氧氨氧化脱氮污泥。该装置和方法能够实现快速富集增殖和纯化厌氧氧化细菌的目标，从而为启动厌氧氨氧化脱氮反应器提供充足的接种污泥，实现快速启动氧化氧化反应器脱除废水中氨氮和亚硝氮的目的。
文档编号C12M1/02GK103087910SQ20131002195
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者李天煜, 刘成良, 蒋永荣, 刘可慧 申请人:桂林电子科技大学