一种厕所除臭和粪污资源化利用方法

本发明属于微生物利用领域，具体涉及一种厕所除臭和粪污资源化利用方法。

背景技术：

1、厕所粪污的不同收集方式决定了资源化的难易程度。基于尿液含有高浓度氮、磷特点，源分离生态厕所和真空负压收集型的厕所比传统水冲厕所更有利于节约水资源和实现粪污资源化。然而，高浓度厕所尿液在水解过程会散发恶臭，需要解决尿液直接施肥过程中的臭味问题。除此之外，还要考虑如何保持氮素不损失以及高负荷氨氮冲击的难题。常规的膜浓缩、氨吹脱回收和鸟粪石沉淀等技术手段，存在膜污染严重、吹脱能耗与碱控制，以及外源化学试剂添加等局限问题，导致回收成本高、流程复杂。微生物处理方法不仅可以降解臭味物质，而且可以实现高浓度的氮肥制备。但是，现有的低浓度氨氮硝化以及尿液稀释的方法难以实现高浓度厕所尿液有效处理和资源化。

2、尽管有研究报道异养硝化菌最高可耐受氨氮浓度1500mg/l，但这类细菌属于异养硝化好氧反硝化类型，常用于高氨氮高cod同步脱氮除碳，处理中容易导致氮素大量损失，不利于氮素平衡的保持与尿液资源化。

3、因此，如果能提供一种普适性方法，筛选获得高氨氮耐受性的自养硝化菌，则有望将粪污、尿液中的氨氧化为硝态氮，从而实现尿液生物除臭、氮素转化平衡保持与资源化。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种厕所除臭和粪污资源化利用方法。

2、为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种可降解氨氮的微生物组合物，所述微生物组合物包括亚硝化单胞菌(nitrosomonas)和亚硝化螺旋菌(nitrosospira)。

3、优选的，所述微生物组合物还包括硝化球菌(nitrococcus)。

4、相应的，一种可降解氨氮的微生物组合物的筛选方法，所述微生物为自养硝化菌，所述方法包括：在筛选时加入有机碳源。

5、优选的，所述有机碳源为柠檬酸钠。

6、优选的，所述方法包括如下步骤：

7、(1)富集自养硝化菌：以长期接触农家肥的土壤为接种物，溶解氧为2.0～3.0mg·l-1,温度28±2℃，富集自养硝化菌；

8、(2)驯化高氨氮耐受硝化菌：接种步骤(1)富集的自养硝化菌，逐级提升驯化培养基中的氨氮浓度，外加nahco3或na2co3调整碱度，添加0.5～1g·l-1的有机碳源，控制溶解氧水平在2～4mg·l-1。

9、优选的，步骤(1)中，将接种物接种到富集培养基中，所述富集培养基包括：nh4cl、nahco3、kh2po4、(nh4)2so4和微量元素；

10、微量元素包括：edta·na2、mgso4·7h2o、mnso4·h2o、feso4·7h2o、cuso4·5h2o、alk(so4)2·12h2o、nacl、cacl2·2h2o、cocl2·6h2o、zncl2、nicl2·6h2o、h3bo3、na2moo4和na2wo4·2h2o。

11、优选的，步骤(1)中，逐渐提升富集培养基中的氨氮浓度，提升方法为：当氨氮降解率稳定在90％以上时，提升氨氮浓度。

12、优选的，步骤(2)中，有机碳源为柠檬酸钠。

13、优选的，步骤(2)中，当运行硝化负荷达到2.5kgn·m-3·d-1时，通过降低水力停留时间继续提高氨氮负荷至5kgn·m-3·d-1。

14、相应的，所述微生物组合物或利用所述方法富集或驯化获得的硝化菌在降解氨氮，或氨氮除臭，或粪污除臭，或粪污资源化处理中的应用。

15、本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种普适性方法，可以从长期接触农家肥的土壤中富集获得自养硝化菌，再通过高密度发酵研制高氨氮耐受性与高负荷自养硝化菌。在驯化过程中，为了提高自养硝化菌的氨氮耐受程度，发明人首创式地在自养体系中添加了少量的有机碳源：柠檬酸钠，从而满足微生物在极端环境下的碳源需求，强化高氨氮体系菌体胞外多糖产生，缓解高氨氮毒性冲击；同时控制有机碳源浓度，以免异养菌大量繁殖、干扰自养菌代谢活性，从而将自养硝化菌的氨氮耐受浓度提高到4000mg/l，硝化负荷提高到5kg n·m-3·d-1。

16、在处理尿液时，本发明无需额外添加nahco3或na2co3调节碱度，通过硝化反应，体系内ph降至6时，尿液中一半的氨氮发生硝化转化，形成硝酸铵氮肥，且无氮素挥发损失，同时实现尿液除臭。

17、以含有五个蹲位的源分离公共厕所计算，0.5l/人次尿液，每蹲位100～120人，每天收集的尿液量为250～300l。按照300l的最大尿液量计算，仅需要设置0.25m3的硝化反应器，即可实现厕所尿液除臭与硝酸铵氮肥制备，大大节约了生态厕所的占地空间和制造成本。

技术特征：

1.一种可降解氨氮的微生物组合物，其特征在于：所述微生物组合物包括亚硝化单胞菌(nitrosomonas)和亚硝化螺旋菌(nitrosospira)。

2.根据权利要求1所述微生物组合物，其特征在于：所述微生物组合物还包括硝化球菌(nitrococcus)。

3.一种可降解氨氮的微生物组合物的筛选方法，其特征在于：所述微生物为自养硝化菌，所述方法包括：在筛选时加入有机碳源。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述有机碳源为柠檬酸钠。

5.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于：步骤(1)中，将接种物接种到富集培养基中，所述富集培养基包括：nh4cl、nahco3、kh2po4、(nh4)2so4和微量元素；

7.根据权利要求5或6所述方法，其特征在于：步骤(1)中，逐渐提升富集培养基中的氨氮浓度，提升方法为：当氨氮降解率稳定在90％以上时，提升氨氮浓度。

8.根据权利要求5所述方法，其特征在于：步骤(2)中，有机碳源为柠檬酸钠。

9.根据权利要求5所述方法，其特征在于：步骤(2)中，当运行硝化负荷达到2.5kgn·m-3·d-1时，通过降低水力停留时间继续提高氨氮负荷至5kgn·m-3·d-1。

10.权利要求1或2所述微生物组合物或利用权利要求3～9任意一项所述方法富集或驯化获得的硝化菌在降解氨氮，或氨氮除臭，或粪污除臭，或粪污资源化处理中的应用。

技术总结
本发明属于微生物利用领域，具体涉及一种厕所除臭和粪污资源化利用方法。具体技术方案为：一种高氨氮耐受性与高负荷降解氨氮的微生物组合物的筛选方法，所述微生物为自养硝化菌，所述方法包括：在筛选时加入少量有机碳源。筛选获得的微生物组合物包括亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)和亚硝化螺旋菌(Nitrosospira)。本发明提供了一种普适性方法，可以从长期接触农家肥的土壤中富集获得自养硝化菌，再通过高密度发酵研制高氨氮耐受性与高负荷自养硝化菌。为了提高自养硝化菌的氨氮耐受程度，发明人在自养体系中添加了少量的有机碳源，最终将自养硝化菌的氨氮耐受浓度提高到4000mg/L，硝化负荷提高到5kg N·m<supgt;‑3</supgt;·d<supgt;‑1</supgt;。

技术研发人员：占国强,刘一良,张礼霞,汪婧婷,王晓梅,何晓红
受保护的技术使用者：中国科学院成都生物研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16