本发明涉及污废水生物处理技术领域，更具体地说，涉及一种废水处理用反硝化脱氮菌剂的制备方法。
背景技术：
反硝化脱氮技术是近年来废水脱氮领域较为常见的一种技术，主要是利用微生物的反硝化作用实现废水中硝态氮、亚硝态氮等污染物的去除，目前存在反硝化速率较低、处理效率较差等问题。针对上述问题，在反硝化脱氮过程中，通常通过降低处理负荷、增加污水停留时间、选用不同有机物作为电子供体、提升污泥沉降性等措施提高反硝化处理效果，从而保证出水能够达到国家排放标准，不过这些措施的处理效果很不稳定，并且都会增加运行管理以及基建费用，产生经济压力。为解决这一难题，许多的研究者认为，通过筛选获得反硝化菌或者富集反硝化菌群的方法是解决这一问题的最佳途径。因此，制备反硝化菌剂成为反硝化脱氮技术中的研究热点。
目前，反硝化菌剂的研究主要集中于好氧反硝化菌剂制备和应用方面(如中国专利申请号201410179355.1，申请日为2014年4月30日，发明创造名称为一种增强湖滨湿地脱氮功能的好氧反硝化菌剂制备和应用)、(如中国专利申请号201310054249.6，申请日为2013年2月20日，发明创造名称为一种好氧反硝化菌剂及其制备与应用)。但是对缺氧条件下，反硝化菌剂的研究相对较少，而大多数反硝化作用都是在缺氧条件下进行的，所以本发明较上述专利的实用性更强、实用范围更广。
稀土对微生物的作用机理主要包括两个方面，首先是以微生物细胞膜为靶器官，与蛋白质、酶等生物大分子作用，从而影响细胞的某些生物功能和活性。目前的研究结果己发现稀土可以作用于细胞膜上的转运蛋白或磷脂，提高膜的透性。其次，稀土元素活泼的化学性质和强络合能力决定了在一定条件下可能成为微生物体内有害自由基的清除剂。有学者经研究发现，稀土可以促进厌氧污泥活性，但利用稀土促进反硝化菌剂的反硝化脱氮速率的方法未见报道。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种反硝化菌群的制备方法，制得的反硝化菌剂适应性强、反硝化速率高、具有一次投菌长期使用的功能。在系统稳定后便无需持续添加菌剂，大大节约了废水处理的运行成本，提升了废水处理运行的便利性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种废水处理用反硝化菌剂的制备方法，其特征在于所述的复合反硝化脱氮菌剂是通过活性污泥法富集驯化得到的，在富集驯化培养过程中，反硝化菌群的外加碳源为柠檬酸钠，同时向反硝化菌培养基中添加复合稀土加速反硝化进程，具体制备方法为：
(1)将具有反硝化作用的活性污泥接种至生物反应器中，接种前需确定接种污泥的反硝化速率不低于0.55mgNO3--N/(mg VSS·d)；
(2)缺氧条件下，维持生物反应器温度为20～35℃，以全自动连续进水方式向生物反应器中添加反硝化菌培养基，反硝化菌培养基的组成是：KNO3为1.0～2.0g/L，K2HPO4为0.3～0.5g/L，KH2PO4为0.5～1.0g/L，MgSO4·7H2O为0.2～0.6g/L，CaCl2·2H2O为0.02～0.07g/L，微量元素溶液为0.5～1.0ml/L；24h后，提高反硝化菌培养基中K2HPO4、KH2PO4以及微量元素溶液的浓度，其中K2HPO4浓度范围为0.2～2.0g/L，KH2PO4浓度范围为0.5g～2.5g/L，微量元素溶液浓度为1.0～3.0ml/L；
(3)在维持生物反应器温度为20～35℃的条件下，向反硝化菌培养基投加有机碳源柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)，使其在培养基中的浓度为4.0～5.5g/L；
(4)测定上述反应器对有机碳源的利用率，当上述反应器对有机碳源的利用率低于70％时，向反应器中加入至少一种硝酸稀土，硝酸稀土的加入量为按每克VSS加入4.0～5.0μg硝酸稀土；待上述反应器对有机碳源的利用率在70％～85％时，继续向反应器中加入至少一种硝酸稀土，硝酸稀土的加入量为按每克VSS加入2.0～3.0μg硝酸稀土；待上述反应器对有机碳源的利用率高于85％时，反应器中则不再添加硝酸稀土；
(5)在上述反应器对有机碳源的利用率达到85％时，将反应器中的部分培养液取出，离心分离制成浓缩菌悬液；
(6)向浓缩菌悬液中加入保护剂，均匀干燥喷雾到经过灭菌的载体上，密封储藏。
进一步地，在上述方案中，步骤(2)所述反硝化菌培养基的pH范围为6.5～7.5。
进一步地，在上述方案中，步骤(2)所述微量元素溶液的组成为：CuSO4·5H2O为0.10～0.30g/L；FeCl3·6H2O为1.0～2.0g/L；MnCl2·4H2O为0.10～0.15g/L；ZnSO4·7H2O为0.10～0.15g/L；Na2MoO4·2H2O为0.02～0.06g/L；H3BO3为0.10～0.15g/L；KI为0.01～0.02g/L；CoCl2·6H2O为0.10～0.15g/L。
进一步地，在上述方案中，以上步骤(4)中两次所加入的硝酸稀土均可选用硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)、硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)、硝酸镨H12N3O15Pr、硝酸钕(Nd(NO3)3·6H2O中的至少一种。
进一步地，在上述方案中，反硝化过程中反应器的温度应维持于20～35℃，pH范围为6.5～7.5。
进一步地，在上述方案中，步骤(5)中将反应器中的部分培养液取出，离心分离制成浓缩菌悬液，其离心条件为：8000～9500r/min，8～10min，25～30℃。
进一步地，在上述方案中，步骤(6)所述保护剂为甘氨酸与甘油按质量比为1:2～3的混合物，保护剂的添加量为菌悬液的2.0～3.5倍。
进一步地，在上述方案中，步骤(6)所述的载体为碳酸钾、海藻酸钙、甲壳素、白炭黑、硬脂酸镁按重量比0.2::3:1:2:0.5混合而成，它们的粒径均为80-100目。该载体可以保证在菌剂用于生物填料中附着性好的优点，还具有来源广泛、成本低廉、使用方便、保藏期长、制备方法简单等优点。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明的菌剂能够快速增殖，从而减少初始成本。制得的复合反硝化菌剂适应性强，具有一次投菌长期使用的功能，在系统稳定后便无需持续添加菌剂，大大节约了废水处理的运行成本，提升了废水处理运行的便利性。且该菌剂广泛适用于缺氧条件下硝态氮的去除，对环境友好，应用前景广阔，具有较高的社会效益。
(2)本发明是在生物法的基础上，通过添加化学剂稀土实现对反硝化速率的提升，充分利用了生物法与化学法的优势，使得反硝化菌剂的反硝化速率在1.0mgNO3--N/(mg VSS·d)以上，从而实现了对反硝化菌剂脱氮性能的提升。
具体实施案例
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
多晶硅太阳电池硝氮废水处理用反硝化菌剂的制备
(1)将具有反硝化作用的活性污泥接种至生物反应器中，接种前需确定接种污泥的反硝化速率不低于0.55mgNO3--N/(mg VSS·d)；
(2)缺氧条件下，维持生物反应器温度为20℃，以全自动连续进水方式向生物反应器中添加反硝化菌培养基，反硝化菌培养基的组成是：KNO3为1.0g/L，K2HPO4为0.3g/L，KH2PO4为0.5g/L，MgSO4·7H2O为0.2g/L，CaCl2·2H2O为0.02g/L，微量元素溶液为0.5ml/L，反硝化菌培养基的pH范围为6.5；24h后，提高反硝化菌培养基中K2HPO4、KH2PO4以及微量元素溶液的浓度，其中K2HPO4浓度范围为0.2g/L，KH2PO4浓度范围为0.5g/L，微量元素溶液浓度为1.0ml/L；微量元素溶液的组成为：CuSO4·5H2O为0.10g/L；FeCl3·6H2O为1.0g/L；MnCl2·4H2O为0.10g/L；ZnSO4·7H2O为0.10g/L；Na2MoO4·2H2O为0.02g/L；H3BO3为0.10g/L；KI为0.01g/L；CoCl2·6H2O为0.10g/L。
(3)在维持生物反应器温度为20℃的条件下，向反硝化菌培养基投加有机碳源柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)，使其在培养基中的浓度为4.0g/L；
(4)测定上述反应器对有机碳源的利用率，当上述反应器对有机碳源的利用率低于70％时，向反应器中加入至少一种硝酸稀土，硝酸稀土的加入量为按每克VSS加入4.0μg硝酸稀土；待上述反应器对有机碳源的利用率在70％时，继续向反应器中加入至少一种硝酸稀土，硝酸稀土的加入量为按每克VSS加入2.0μg硝酸稀土；待上述反应器对有机碳源的利用率高于85％时，反应器中则不再添加硝酸稀土；以上两次所加入的硝酸稀土均可选用硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)、硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)、硝酸镨H12N3O15Pr、硝酸钕(Nd(NO3)3·6H2O中的至少一种，反硝化过程中反应器的温度应维持于20℃，pH范围为6.5。
(5)在上述反应器对有机碳源的利用率达到85％时，将反应器中的部分培养液取出，离心分离制成浓缩菌悬液，其离心条件为：8000r/min，8min，25℃；
(6)向浓缩菌悬液中加入保护剂(保护剂为甘氨酸与甘油按质量比为1:2的混合物，保护剂的添加量为菌悬液的2.0倍)，均匀干燥喷雾到载体上，载体为碳酸钾、海藻酸钙、甲壳素、白炭黑、硬脂酸镁按重量比0.2::3:1:2:0.5混合而成，它们的粒径均为80目，密封储藏；菌剂密封储藏15天后取出，按照1立方米的废水投放1.2公斤的反硝化菌剂的比例往废水中投放。
(7)投加本发明复合反硝化菌剂36h后，多晶硅太阳电池硝氮废水处理系统的反硝化速率明显增加。投放后，其反硝化速率为1.05mgNO3--N/(mg VSS·d)，比投放前提升了0.45mgNO3--N/mg VSS·d。投加反硝化菌剂的废水处理效果明显优于不投菌的情况，硝氮去除率由之前的56.03％提高到85.06％，出水硝氮浓度从85mg/L降至10mg/L。
实施例2
城镇废水处理用反硝化菌剂的制备
(1)将具有反硝化作用的活性污泥接种至生物反应器中，接种前需确定接种污泥的反硝化速率不低于0.55mgNO3--N/(mg VSS·d)；
(2)缺氧条件下，维持生物反应器温度为27.5℃，以全自动连续进水方式向生物反应器中添加反硝化菌培养基，反硝化菌培养基的组成是：KNO3为1.5g/L，K2HPO4为0.4g/L，KH2PO4为0.75g/L，MgSO4·7H2O为0.4g/L，CaCl2·2H2O为0.045g/L，微量元素溶液为0.75ml/L，反硝化菌培养基的pH范围为7.0；24h后，提高反硝化菌培养基中K2HPO4、KH2PO4以及微量元素溶液的浓度，其中K2HPO4浓度范围为1.1g/L，KH2PO4浓度范围为1.5g/L，微量元素溶液浓度为2.0ml/L；微量元素溶液的组成为：CuSO4·5H2O为0.120g/L；FeCl3·6H2O为1.5g/L；MnCl2·4H2O为0.125g/L；ZnSO4·7H2O为0.125g/L；Na2MoO4·2H2O为0.04g/L；H3BO3为0.125g/L；KI为0.015g/L；CoCl2·6H2O为0.125g/L。
(3)在维持生物反应器温度为27.5℃的条件下，向反硝化菌培养基投加有机碳源柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)，使其在培养基中的浓度为4.75g/L；
(4)测定上述反应器对有机碳源的利用率，当上述反应器对有机碳源的利用率低于70％时，向反应器中加入至少一种硝酸稀土，硝酸稀土的加入量为按每克VSS加入4.5μg硝酸稀土；待上述反应器对有机碳源的利用率在77.5％时，继续向反应器中加入至少一种硝酸稀土，硝酸稀土的加入量为按每克VSS加入2.5μg硝酸稀土；待上述反应器对有机碳源的利用率高于85％时，反应器中则不再添加硝酸稀土；以上两次所加入的硝酸稀土均可选用硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)、硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)、硝酸镨H12N3O15Pr、硝酸钕(Nd(NO3)3·6H2O中的至少一种，反硝化过程中反应器的温度应维持于27.5℃，pH范围为7.0。
(5)在上述反应器对有机碳源的利用率达到85％时，将反应器中的部分培养液取出，离心分离制成浓缩菌悬液，其离心条件为：8750r/min，9min，27.5℃；
(6)向浓缩菌悬液中加入保护剂(保护剂为甘氨酸与甘油按质量比为1:2.5的混合物，保护剂的添加量为菌悬液的2.75倍)，均匀干燥喷雾到载体上，载体为碳酸钾、海藻酸钙、甲壳素、白炭黑、硬脂酸镁按重量比0.2::3:1:2:0.5混合而成，它们的粒径均为90目，密封储藏；菌剂密封储藏10天后取出，按照1立方米的废水投放1.0公斤的反硝化菌剂的比例往废水中投放。
(7)投加本发明复合反硝化菌剂36h后，城镇废水处理系统的反硝化速率明显增加。投放后，其反硝化速率为1.34mgNO3--N/(mg VSS·d)，比投放前提升了0.71mgNO3--N/(mg VSS·d)。投加反硝化菌剂的废水处理效果明显优于不投菌的情况，硝氮去除率由之前的60.25％提高到89.77％，出水硝氮浓度从105mg/L降至12mg/L。
实施例3
养殖废水处理用反硝化菌剂的制备
(1)将具有反硝化作用的活性污泥接种至生物反应器中，接种前需确定接种污泥的反硝化速率不低于0.55mgNO3--N/(mg VSS·d)；
(2)缺氧条件下，维持生物反应器温度为35℃，以全自动连续进水方式向生物反应器中添加反硝化菌培养基，反硝化菌培养基的组成是：KNO3为2.0g/L，K2HPO4为0.5g/L，KH2PO4为1.0g/L，MgSO4·7H2O为0.6g/L，CaCl2·2H2O为0.07g/L，微量元素溶液为1.0ml/L，反硝化菌培养基的pH范围为7.5；24h后，提高反硝化菌培养基中K2HPO4、KH2PO4以及微量元素溶液的浓度，其中K2HPO4浓度范围为2.0g/L，KH2PO4浓度范围为2.5g/L，微量元素溶液浓度为3.0ml/L；微量元素溶液的组成为：CuSO4·5H2O为0.30g/L；FeCl3·6H2O为2.0g/L；MnCl2·4H2O为0.15g/L；ZnSO4·7H2O为0.15g/L；Na2MoO4·2H2O为0.06g/L；H3BO3为0.15g/L；KI为0.02g/L；CoCl2·6H2O为0.15g/L。
(3)在维持生物反应器温度为35℃的条件下，向反硝化菌培养基投加有机碳源柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)，使其在培养基中的浓度为5.5g/L；
(4)测定上述反应器对有机碳源的利用率，当上述反应器对有机碳源的利用率低于70％时，向反应器中加入至少一种硝酸稀土，硝酸稀土的加入量为按每克VSS加入5.0μg硝酸稀土；待上述反应器对有机碳源的利用率在85％时，继续向反应器中加入至少一种硝酸稀土，硝酸稀土的加入量为按每克VSS加入3.0μg硝酸稀土；待上述反应器对有机碳源的利用率高于85％时，反应器中则不再添加硝酸稀土；以上两次所加入的硝酸稀土均可选用硝酸镧(La(NO3)3·6H2O)、硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)、硝酸镨H12N3O15Pr、硝酸钕(Nd(NO3)3·6H2O中的至少一种，反硝化过程中反应器的温度应维持于35℃，pH范围为7.5。
(5)在上述反应器对有机碳源的利用率达到85％时，将反应器中的部分培养液取出，离心分离制成浓缩菌悬液，其离心条件为：9500r/min，10min，30℃；
(6)向浓缩菌悬液中加入保护剂(保护剂为甘氨酸与甘油按质量比为1:3的混合物，保护剂的添加量为菌悬液的3.5倍)，均匀干燥喷雾到载体上，载体为碳酸钾、海藻酸钙、甲壳素、白炭黑、硬脂酸镁按重量比0.2::3:1:2:0.5混合而成，它们的粒径均为100目，密封储藏；菌剂密封储藏15天后取出，按照1立方米的废水投放1.5公斤的反硝化菌剂的比例往废水中投放。
(7)投加本发明复合反硝化菌剂36h后，城镇废水处理系统的反硝化速率明显增加。投放后，其反硝化速率为1.44mgNO3--N/(mg VSS·d)，比投放前提升了0.88mgNO3--N/(mg VSS·d)。投加反硝化菌剂的废水处理效果明显优于不投菌的情况，硝氮去除率由之前的62.17％提高到89.45％，出水硝氮浓度从96mg/L降至8mg/L。
值得说明的是，对于本领域技术人员来说，在本发明构思及具体实施例启示下，能够从本发明公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本发明描述的功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本发明保护范围。