本发明属于环保水污染治理，具体涉及一种厌氧氨氧化菌的快速富集方法及系统。
背景技术：
1、厌氧氨氧化菌（anammox）属于化能自养微生物，生长繁殖和脱氮过程都不需要氧气和有机碳源，应用于污水处理能够节省电耗和能耗，而且还能减少温室气体排放量，不产生剩余污泥，与其他厌氧技术耦合后还能产生电能，因此厌氧氨氧化技术成为研究热点。但该技术也存在一定局限性，比如厌氧氨氧化菌世代周期长（11d）、细胞产率低（为0.066molc/mol nh4+），对ph、溶解氧和温度等外界环境条件敏感、要求严苛。由于厌氧氨氧化菌生长缓慢，工艺污泥流失严重，且流失后难以收集，导致厌氧氨氧化菌难以在反应器内有效持留。因此，如何获得足够量厌氧氨氧化菌并避免菌体流失是实现并维持稳定的厌氧氨氧化过程的主要技术瓶颈。
2、众多研究者从厌氧氨氧化菌的富集培养、污泥颗粒化、菌体固定化和反应器的形式等方面开展了大量的研究工作，其中厌氧氨氧化菌的富集培养是所有工作的基础。
3、cn201810441790.5公开了一种污水脱氮系统中高密度厌氧氨氧化细菌富集的方法，包括：1)收集含有厌氧氨氧化菌菌群的硝化污泥，配制活性污泥溶液；接种于富集培养基中，进行硝化驯化，至氨氮的转化率为不低于80%；2)将驯化后的污泥接种到反应器，并投加大孔聚氨酯填料以及基质氨氮和亚硝酸盐氮，进行低基质浓度启动厌氧氨氧化反应器；3)增加基质的加入量，进行中高基质浓度启动厌氧氨氧化反应器；4)继续增加基质的加入量，进行高密度厌氧氨氧化细菌的富集。该发明采用大孔聚氨酯填料能为厌氧氨氧化菌提供微氧环境，并能适应厌氧氨氧化菌聚团生长特性，有助于淘汰aob(氨氧化菌)和nob(亚硝酸盐氧化菌)等细菌，可以得到纯度较高、丰度较高的厌氧氨氧化细菌。该发明使用的大孔聚氨酯填料虽然能为厌氧氨氧化菌提供微氧环境，有助于淘汰aob和nob等细菌，但是当菌体充满孔道后，将会存在被堵塞的风险，进而影响菌体的长期使用性能。
4、cn201910961126 .8公开了一种厌氧氨氧化菌的富集方法，包括如下步骤：s1、废水前处理：将预定体积浓度活化的厌氧强化菌剂和/或复合脱氮菌剂投入废水中进行预定时间的厌氧/缺氧反应处理；s2、曝气处理：厌氧出水后将废水通入曝气装置，添加预定体积浓度活化的好氧强化菌剂和自养硝化菌剂，进行废水中cod去除和氨氮降解的处理，并且控制曝气处理反应时间来调控cod和氨氮、亚硝酸盐比例；s3、富集处理：曝气出水进入富集装置进行静置反应，直到出现红色菌胶团，待总氮去除率稳定，完成厌氧氨氧化菌的富集。该发明以废水作为富集底物和营养源，利用添加微生物菌剂来处理不同阶段的废水，一方面可以为厌氧氨氧化菌提供所需要的富集培养条件，使出水cod、氨氮亚硝酸盐达到富集厌氧氨氧化菌株的要求；另一方面在富集过程中对目标菌株进行协同驯化作用，可以提高厌氧氨氧化菌的生长速率和耐受性能，提高厌氧氨氧化菌的富集效果和总氮去除率；确保在后续应用过程中菌株及装置能快速启动，从而加速厌氧氨氧化工艺生物脱氮的进程。最终得到经过驯化的目的厌氧氨氧化细菌的丰度占全细菌总丰度的比例为6～9%，很大程度上改善了厌氧氨氧化菌的富集效果。但该富集过程需要使用多种强化菌剂如厌氧强化菌剂、好氧强化菌剂、复合脱氮菌剂、自养硝化菌剂等，还需使用功能活化剂等，过程较为复杂。此外，该方法富集的厌氧氨氧化菌还存在易流失的问题。
5、cn201910879017.1公开了基于垫状玄武岩纤维填料的厌氧氨氧化菌的富集装置及使用方法，该发明使用垫状玄武岩纤维填料为无机纤维，绿色环保，具有成本低、机械强度高、生物亲和性好；厌氧氨氧化菌可以被垫状填料截留，无流失，并为厌氧氨氧化菌提供良好的栖息场所，实现厌氧氨氧化菌的快速高效富集培养。但该专利采用的垫状玄武岩纤维填料是通过框架垂直固定在反应器本体内，施工复杂、不方便操作。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种厌氧氨氧化菌的快速富集方法及系统。本发明通过在富集过程中分阶段添加纳米氧化铜和富集载体，为厌氧氨氧化菌提供了适宜的生长环境，实现了厌氧氨氧化菌的快速增殖，避免菌体流失，为新型生物脱氮技术的工程应用奠定基础。
2、本发明提供的一种厌氧氨氧化菌的快速富集方法，主要包括如下内容：启动厌氧氨氧化菌富集培养系统，将富集培养分为低氮培养阶段和高氮培养阶段，首先进入低氮培养阶段，并加入纳米氧化铜，当总氮去除率大于50%时转入高氮培养阶段，此时按照富集培养系统有效容积不低于10%加入富集载体，当培养至厌氧氨氧化菌的丰度值高于5%完成富集培养。
3、本发明中，所述的纳米氧化铜的粒径为30-50nm。使用时按照体系中纳米氧化铜浓度0.05-0.10g/l进行投加。
4、本发明中，所述的富集载体是以碳酸钙为核、异养菌和壳聚糖均匀包裹在核周围的改性交联壳聚糖载体，其中异养菌占富集载体质量的1%-5%，聚乙烯亚胺占富集载体质量的1%-10%。
5、本发明所述的富集载体可以按照以下方法制备：（1）将利用有机碳源的异养菌培养至对数生长期后期，收获菌体细胞；（2）将菌体细胞与壳聚糖混合，再与碳酸钙交联制备成交联壳聚糖载体；（3）采用聚乙烯亚胺对交联壳聚糖载体进行修饰，得到富集载体。
6、上述制备方法中，步骤（1）所述的利用有机碳源的异养菌是在无氧或者缺氧条件下利用有机碳源繁殖生长的微生物，如可以是酵母菌、乳酸菌、硫酸盐还原菌等中至少一种。所述的酵母菌可以选自假丝酵母、隐球酵母、汉逊氏酵母属、毕赤酵母、红酵母、球拟酵母、丝孢酵母等中的至少一种，优选热带假丝酵母。所述的乳酸菌可以选自乳杆菌、双歧杆菌、乳球菌等中至少一种。所述的硫酸盐还原菌可以选自脱硫单胞菌、脱硫线菌等中至少一种。
7、上述制备方法中，步骤（1）所述的有机碳源根据所选择的异养菌确定，一般为选定异养菌常规培养采用的糖类、蛋白质、有机酸等含碳有机物中的至少一种，具体可以是葡萄糖、己糖、木糖、蔗糖、淀粉等中至少一种。
8、上述制备方法中，步骤（1）所述的利用有机碳源的异养菌的培养根据菌体选择本领域常规使用的培养基。培养条件为：温度20-38℃，优选20-30℃，ph为6.0-8.5，优选6.0-7.0；静置培养或者摇床培养，静置培养每隔30-60min进行搅拌，摇床培养的转速为200-600r/min。培养至对数生长期后期，一般培养24-80h，可以通过过滤、离心等方式收获菌体细胞，如可以在10000-15000 r/min条件下离心弃上清液保留菌体细胞。
9、上述制备方法中，步骤（2）将菌体细胞与壳聚糖按照质量比1:1-1:3混合，再与碳酸钙交联制备交联壳聚糖载体。交联壳聚糖载体的制备采用本领域常规的制备方法。制备方法可以采用直接交联法，直接交联法使用的交联剂为环氧氯丙烷、戊二醛﹑甲醛﹑冠醚类、京尼平等中至少一种，优选京尼平。交联是壳聚糖与交联剂分子之间发生交联反应，使壳聚糖分子由直链变成网状结构，通过交联可以改善壳聚糖的比表面积和孔结构等物理性能，有效地提高壳聚糖的稳定性。具体制备过程为：按照质量体积比为2%加入壳聚糖、体积比为1%加入醋酸制得500ml混合液，按照菌体细胞与壳聚糖质量比1:1-1:3加入步骤（1）制备的菌体细胞，然后加入caco3纳米颗粒 10g，加入5倍体积食用油，加入10ml司班-80激烈搅拌；再加入京尼平至其在水相中终浓度为 20mm，持续搅拌24小时，离心分离沉淀，并用丙酮、热水、冷水清洗数次，以除去残留在表面的油相及杂质；最后再用丙酮脱水，并将所得产物在室温下晾干，得到以碳酸钙为核、菌体细胞和壳聚糖均匀包裹在周围的交联壳聚糖载体。
10、上述制备方法中，采用聚乙烯亚胺对交联壳聚糖载体进行修饰，具体是将交联壳聚糖载体浸渍于聚乙烯亚胺水溶液中，聚乙烯亚胺水溶液的质量分数为1%-10%，浸渍时间为30-90min。浸渍结束后，取出干燥，干燥温度为25-40℃，干燥时间为1-5h。
11、本发明中，将富集载体按照富集培养系统有效容积的10%-40%，优选20%-40%进行一次性投加。
12、本发明中，所述的富集培养系统采用的富集培养反应器可以是具有搅拌功能的多种反应器形式，如ic反应器、uasb反应器等，优选采用上向流进水方式。
13、本发明中，所述的富集培养反应器中按照活性污泥浓度为1000-2000mg/l接种活性污泥。所述活性污泥取自污水处理场二沉池或者生化单元富含厌氧氨氧化菌的活性污泥，以上述方式接种后富集培养反应器中初始厌氧氨氧化菌的丰度值小于1%。
14、本发明中，低氮培养阶段的培养体系中，总氮浓度不高于100mg/l，由氨氮和亚硝氮组成，二者的质量比为1:1-1:1.3。
15、本发明中，当总氮去除率大于50%，优选50%-60%时转入高氮培养阶段，高氮培养阶段的培养体系中，通过补加氮源使总氮浓度在200-1000mg/l，其中氨氮和亚硝氮的质量比为1:1-1:1.3。
16、本发明中，所述富集培养可以采用间歇培养或者连续培养方式，间歇培养时，当培养体系中氨氮浓度小于1mg/l、tn浓度小于15mg/l时，采用更换培养液或者批次补料的方式。连续培养时，当排出液中氨氮浓度小于1mg/l、tn浓度小于15mg/l时提高培养体系中总氮浓度以实现连续培养，提高幅度为50-100mg/l。
17、本发明中，所述富集培养的条件为：溶解氧浓度低于0.5mg/l，ph为7-9，温度为25-38℃。
18、本发明中，优选地，当厌氧氨氧化菌丰度值高于5%，并且连续三批次或者连续5天在水力停留时间24小时内，排出液中氨氮浓度小于1mg/l、总氮浓度小于5mg/l时结束富集培养过程。
19、本发明还提供一种用于上述厌氧氨氧化菌培养的富集培养系统，主要包括富集反应器和监测组件，富集反应器内包括纳米氧化铜、富集载体和活性污泥，用于厌氧氨氧化菌的富集培养；监测组件用于监测富集培养体系中的氨氮、总氮浓度和培养条件。
20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21、（1）将整个培养过程分为低氮培养阶段和高氮培养阶段，并在不同培养阶段添加纳米氧化铜和富集载体，缩短了厌氧氨氧化菌世代周期，实现了厌氧氨氧化菌的快速富集培养，为新型生物脱氮技术的工程应用奠定基础。
22、（2）在富集培养过程中采用纳米氧化铜和特定的富集载体，二者协同配合，为厌氧氨氧化菌的生长繁殖提供优越条件，有利于厌氧氨氧化菌的吸附繁殖，避免菌体流失。
23、（3）采用异养菌、壳聚糖、聚乙烯亚胺构建的富集载体，可以消除电荷对厌氧氨氧化菌的不利影响，异养菌可以改善壳聚糖的比表面积和孔结构，二者发挥协同促进作用。而且，在厌氧氨氧化菌富集过程中，死亡菌体被异养菌降解，空余出孔道为厌氧氨氧化菌提供场所，同时释放出二氧化碳气体，可以避免载体孔道堵塞，提高传质效率。此外，该载体还具有催化活性，可以阻止氧对厌氧氨氧化菌的影响，有利于提高厌氧氨氧化菌的繁殖生长速率，提高菌体富集效果。