专利名称：利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法
技术领域：
本发明涉及一种富集培养厌氧氨氧化细菌的方法。
背景技术：
生物脱氮技术在近20年来得到了飞速发展，已广泛应用于生产实践中。应用最多 的依然是传统的消化反硝化工艺，但传统工艺存在诸多问题，如流程较长，占地面积大，基 建投资高；为获得较高的污泥浓度和脱氮效率，需进行污泥回流和硝化液回流，增加了动力 费用；加碱中和硝化过程中产生酸度，反硝化过程外加碳源，增加了运行成本；活性污泥抗 冲击负荷能力弱；可能造成二次污染等。因此，寻求低能耗、高效率的新型脱氮技术势在必行。在新型的生物脱氮工艺中， 厌氧氨氧化工艺优势显著而备受关注。与传统工艺相比，它能够节省62. 5%的曝气量和 50%的耗碱量，并且无需投加有机碳源，大大节省了动力费用和减小了运行成本；另外，由 于厌氧氨氧化的细胞产率远远低于反硝化菌，厌氧氨氧化工艺的污泥产量只有传统脱氮过 程的15%，大量减轻剩余污泥的处理和处置，减少了污染。厌氧氨氧化工艺面临的最大问题是厌氧氨氧化细菌生长缓慢，世代时间长，倍增 时间达11天，细胞产率低，为0. llgVSS/gNH4+-N，导致厌氧氨氧化反应器的富集时间很长， 一般在1 1. 5年，厌氧氨氧化细菌的富集效率低。对于生长缓慢的菌种，保持其在反应器 中的浓度对于顺利富集至关重要，也就是说，反应器截留污泥的能力往往决定能否成功富 集厌氧氨氧化过程。利用膜生物反应器能使泥水完全分离，使水力停留时间(HRT)与污泥 龄的彻底分离的特点，把膜生物反应器和厌氧氨氧化工艺相结合，开发出外置式厌氧膜生 物反应器来实现厌氧氨氧化的脱氮过程。
发明内容
为了解决现有厌氧氨氧化工艺所面临的厌氧氨氧化反应器富集时间长，厌氧氨氧 化细菌富集效率低的问题而提供了利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法。本发明利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法，该方法利用膜生物反 应器作为富集反应器培养厌氧氨氧化细菌按以下步骤实现一、向膜生物反应器进水箱中 加入模拟污水培养基，取城市污水厂A/0工艺缺氧生化池污泥，取污泥时缺氧生化池温度 为16 20°C，污泥在室温环境下厌氧保存3 5天，然后将污泥接种于膜生物反应器厌氧 罐中，污泥的接种条件为总悬浮固体浓度9920 9940mg/L，挥发性悬浮固体浓度为4300 4340mg/L，接种量为2 4L ；二、接种后在膜生物反应器中进行富集培养，富集培养条件如 下控制厌氧罐内温度为34 36°C，进水时pH值为7. 5 8. 5，进水时溶解氧为0. 06 0. 09mg/L，厌氧罐内pH值为7. 0 8. 0，厌氧罐内的溶解氧为0 0. 01mg/L，水力停留时间 为2天，污泥在膜组件中平均停留时间为1. 4 1. 6min，进水时总有机碳为0 0. 01mg/L, 厌氧罐内总有机碳为18 20mg/L ；富集培养模式为采取排泥之后静沉-排上清液的培养 模式或未采取排泥之后静沉-排上清液的培养模式，培养至模拟污水培养基中氨氮和亚硝酸盐氮被同时完全去除时，即完成利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌；其中步骤 一中模拟污水培养基是将(NH4) 2S04、NaN02、NaN03、KHC03、KH2P04、MgSO4 · 7H20、CaCl2 · 2H20、 Fe2 (SO4) 3、EDTA, ZnSO4 · 7Η20、CuSO4 · 5Η20、MnCl2 · 4Η20、NiCl · 6Η20、CoCl2 · 6Η20、H3BO4, NaCeO4 · IOH2O 和 NaMoO4 · 2Η20 溶解于水中配制培养基，其中(NH4)2SO4 132 1980g/L, NaNO2 69 2070g/L, NaNO3 O 2550g/L, KHCO3 1000g/L, KH2P0410g/L, MgSO4 · 7H20 60g/ L, CaCl2 · 2H20 5g/L, Fe2(SCM)3 6. 25g/L, EDTA 6. 25g/L, ZnSO4 · 7H20 430g/L、CuSO4 · 5H20 250g/L、MnCl2 · 4H20 990g/L、NiCl · 6H20 190g/L、CoCl2 · 6H20 240g/L、H3BO4 14g/L、 NaCeO4 · IOH2O 210g/L 禾口 NaMoO4 · 2H20 220g/L，煮沸除氧。膜生物反应器能够使泥水完全分离，从而达到水力停留时间(HRT)与污泥龄彻底 分离。本发明把膜生物反应器和厌氧氨氧化工艺相结合，开发出外置式厌氧膜生物反应器 以实现厌氧氨氧化菌的快速富集，并且外置式膜生物反应器能够稳定、可靠的运行。膜生物反应器的膜组件为可拆卸式，并储备多个膜丝，当现有膜丝的性能下降且 无法通过反复冲洗减轻污染时，则需要及时更换新的膜丝，并对旧的膜丝进行化学清洗以 循环利用。本发明所使用的外置式膜生物反应器无法像内置式一样曝气冲刷膜丝，因此在 污泥总悬浮固体浓度大于3000mg/L时易发生膜污染情况，通过跨膜压力传感器检测跨膜 压力大于50MPa时表明膜污染严重，必须更换新的膜组件。本发明更换膜组件的周期为 30 40天。本发明利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌过程完成的标志为模拟污水 培养基中氨氮和亚硝酸盐氮被同时完全去除或利用荧光原位杂交技术检测到厌氧氨氧化 细菌的细胞大量存在。本发明利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法实现了厌氧氨氧化细 菌的快速富集培养，富集时间为5 7个月，明显缩短于现有厌氧氨氧化工艺1 1. 5年的 富集时间，并且该方法较传统富集方法可使厌氧氨氧化细菌的富集效率提高80% 95%。
图1是具体实施方式
四利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌采取排泥和 静沉-排上清液的培养模式的荧光原位杂交技术照片；图2是具体实施方式
五利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌未采取排泥 和静沉_排上清液的培养模式的荧光原位杂交技术照片。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的 任意组合。
具体实施方式
一本实施方式利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方 法，其特征在于利用膜生物反应器作为富集反应器培养厌氧氨氧化细菌的方法按以下步 骤实现一、向膜生物反应器进水箱中加入模拟污水培养基，取城市污水厂A/0工艺缺氧 生化池污泥，取污泥时缺氧生化池温度为16 20°C，污泥在室温环境下厌氧保存3 5 天，然后将污泥接种于膜生物反应器厌氧罐中，污泥的接种条件为总悬浮固体浓度9920 9940mg/L,挥发性悬浮固体浓度为4300 4340mg/L，接种量为2 4L ；二、接种后在膜生物反应器中进行富集培养，富集培养条件如下控制厌氧罐内温度为34 36°C，进水时pH值 为7. 5 8. 5，进水时溶解氧为0. 06 0. 09mg/L,厌氧罐内pH值为7. 0 8. 0，厌氧罐内 的溶解氧为0 0. 01mg/L，水力停留时间为2天，污泥在膜组件中平均停留时间为1. 4 1. 6min,进水时总有机碳为O 0. Olmg/L,厌氧罐内总有机碳为18 20mg/L ；富集培养 模式为采取排泥之后静沉-排上清液的培养模式或未采取排泥之后静沉-排上清液的培 养模式，培养至模拟污水培养基中氨氮和亚硝酸盐氮被同时完全去除时，即完成利用膜生 物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌；其中步骤一中模拟污水培养基是将(NH4)2S04、NaNO2, NaNO3> KHCO3> KH2PO4^MgSO4 · 7H20、CaCl2 · 2H20、Fe2 (S04) 3、EDTA, ZnSO4 · 7H20、CuSO4 · 5H20、 MnCl2 · 4H20、NiCl · 6H20、CoCl2 · 6H20、H3BO4, NaCeO4 · IOH2O 和 NaMoO4 · 2H20 溶解于水中配 制培养基，其中(NH4)2SO4 132 1980g/L，NaNO2 69 2070g/L，NaNO3 O 2550g/L，KHCO3 1000g/L, KH2PO4 10g/L, MgSO4 · 7H20 60g/L, CaCl2 · 2H20 5g/L, Fe2 (S04) 3 6. 25g/L, EDTA 6. 25g/L, ZnSO4 · 7H20 430g/L、CuSO4 · 5H20 250g/L、MnCl2 · 4H20 990g/L、NiCl · 6H20190g/ L、CoCl2 · 6H20 240g/L、H3BO4 14g/L、NaCeO4 · IOH2O 210g/L 禾口 NaMoO4 · 2H20 220g/L，煮沸 除氧。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中取污泥时缺氧 生化池温度为17 19°C，污泥在室温环境下厌氧保存4天，接种量为3L。其他步骤和参数 与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤二中排泥是指 在富集培养1 20天时，每天排出50mL泥水混合物；静沉-排上清液是指在富集培养1 20天时，每天停止膜生物反应器运行30min，膜生物反应器内的污泥静沉30min，而后通过 虹吸法排除膜生物反应器内上清液体积分数75%的液体，随后补充与排除液体相同体积的 模拟污水培养基至膜生物反应器内。其他步骤和参数与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法 按以下步骤实现一、向膜生物反应器进水箱中加入模拟污水培养基，取城市污水厂Α/0Ι 艺缺氧生化池污泥，取污泥时缺氧生化池温度为18. 9°C，污泥在室温环境下厌氧保存4天， 然后将污泥接种于膜生物反应器厌氧罐中，污泥的接种条件为总悬浮固体浓度9937mg/L， 挥发性悬浮固体浓度4322mg/L，接种量为3L ；二、接种后在膜生物反应器中进行富集培养， 富集培养条件如下控制厌氧罐内温度为34 36°C，进水时pH值为7. 5 8. 5，进水时溶 解氧为0. 06 0. 09mg/L，厌氧罐内pH值为7. 0 8. 0，厌氧罐内的溶解氧为0 0. Olmg/ L，水力停留时间为2天，污泥在膜组件中平均停留时间为1. 5min，进水时总有机碳为Omg/ L，厌氧罐内总有机碳为18 20mg/L ；富集培养模式为采取排泥之后静沉_排上清液的培 养模式，培养至模拟污水培养基中氨氮和亚硝酸盐氮被同时完全去除时，即完成利用膜生 物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌。本实施方式步骤一中模拟污水培养基成分如下表1和表2所示表 1CN 102061281 A说明书4/4页成分含量(mg/L)元索浓度(NH4)2SO4132-1980(2-30 mM-N)NaNO269-2070(1-30 mM-N)NaNO30-2550(0-30 mM-N)KHCO31000(10 mM-C)KH2PO410(0.074 mM-P)MgS04-7H2060(0.24 mM-Mg)CaCl2-2H205(0.034 mM-C.a)Fe2(S04)36.25(0.040 mM-Fe)EDTA6.25(0 067 mM-C)
表2
\成分含量(mg/L) 成分含量(mg/L)ZnS04.7H20430CoC12-6H20240CuS04-5H20250H3BO414MnCl2.4H20990NaCeO4-IOH2O210NiC1-6H20190NaMo04-2H20220本实施方式采用荧光原位杂交技术检测厌氧氨氧化细菌富集效率。本实施方式中荧光原位杂交技术检测可选择编号S-*-AmX-0368-a-A-18 (CCTTTCG GG-CATTGCGAA)和编号 S-*-Amx-0820-a-A_22 (AAAACCCCTCTACTTAGTGCCC)的探针进行试验。本实施方式利用膜生物反应器采取排泥之后静沉_排上清液的培养模式富集培 养厌氧氨氧化细菌的荧光原位杂交技术照片如图1所示，本实施方式比利用膜生物反应器 而未采取排泥和静沉_排上清液的培养模式富集厌氧氨氧化细菌的效率提高了 30%。
具体实施方式
五本实施方式利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法 按以下步骤实现一、向膜生物反应器进水箱中加入模拟污水培养基，取城市污水厂Α/ΟΙ 艺缺氧生化池污泥，取污泥时缺氧生化池温度为18. 9°C，污泥在室温环境下厌氧保存4天， 然后将污泥接种于膜生物反应器厌氧罐中，污泥的接种条件为总悬浮固体浓度9937mg/L， 挥发性悬浮固体浓度4322mg/L，接种量为3L ；二、接种后在膜生物反应器中进行富集培养， 富集培养条件如下控制厌氧罐内温度为34 36°C，进水时pH值为7. 5 8. 5，进水时溶 解氧为0. 06 0. 09mg/L，厌氧罐内pH值为7. 0 8. 0，厌氧罐内的溶解氧为0 0. Olmg/ L，水力停留时间为2天，污泥在膜组件中平均停留时间为1. 5min，进水时总有机碳为Omg/ L，厌氧罐内总有机碳为18 20mg/L ；富集培养模式为未采取排泥之后静沉-排上清液的 培养模式，培养至模拟污水培养基中氨氮和亚硝酸盐氮被同时完全去除时，即完成利用膜 生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌。本实施方式利用膜生物反应器未采取排泥和静沉_排上清液的培养模式富集培 养厌氧氨氧化细菌的荧光原位杂交技术照片如图2所示，本实施方式比未利用膜生物反应 器的传统培养方法富集厌氧氨氧化细菌的效率提高了 80%。
权利要求
1.利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法，其特征在于利用膜生物反应 器作为富集反应器培养厌氧氨氧化细菌的方法按以下步骤实现一、向膜生物反应器进水 箱中加入模拟污水培养基，取城市污水厂Α/ο工艺缺氧生化池污泥，取污泥时缺氧生化池 温度为16 20°C，污泥在室温环境下厌氧保存3 5天，然后将污泥接种于膜生物反应 器厌氧罐中，污泥的接种条件为总悬浮固体浓度9920 9940mg/L，挥发性悬浮固体浓度 为4300 4340mg/L，接种量为2 4L ；二、接种后在膜生物反应器中进行富集培养，富集 培养条件如下控制厌氧罐内温度为；34 36°C，进水时pH值为7. 5 8. 5，进水时溶解氧 为0. 06 0. 09mg/L,厌氧罐内pH值为7. 0 8. 0，厌氧罐内的溶解氧为0 0. 01mg/L， 水力停留时间为2天，污泥在膜组件中平均停留时间为1. 4 1. 6min，进水时总有机碳为 0 0. 01mg/L，厌氧罐内总有机碳为18 20mg/L ；富集培养模式为采取排泥之后静沉-排 上清液的培养模式或未采取排泥之后静沉-排上清液的培养模式，培养至模拟污水培养基 中氨氮和亚硝酸盐氮被同时完全去除时，即完成利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细 菌；其中步骤一中模拟污水培养基是将(NH4)2S04、NaN02、NaN03、KHC03、KH2P04、MgSO4 · 7H20、 CaCl2 ·2Η20,Ρθ2 (804)3>EDTA^ZnSO4 WH2CKCuSO4 ·5Η20,MnCl2 .4H20、NiCl ·6Η20,CoCl2 ·6Η20、 H3BO4、NaCeO4 · IOH2O 和 NaMoO4 ·2Η20 溶解于水中配制培养基，其中(NH4) 2S04132 1980g/L， NaNO2 69 2070g/L, NaNO3 O 2550g/L, KHCO3 1000g/L, KH2PO4 10g/L, MgSO4 · 7H20 60g/ L, CaCl2 · 2H20 5g/L, Fe2 (S04) 3 6. 25g/L, EDTA 6. 25g/L, ZnSO4 · 7H20430g/L、CuSO4 · 5H20 250g/L、MnCl2 · 4H20 990g/L、NiCl · 6H20 190g/L、CoCl2 · 6H20 240g/L、H3BO4 14g/L、 NaCeO4 · IOH2O 210g/L 禾口 NaMoO4 · 2H20 220g/L，煮沸除氧。
2.根据权利要求1所述的利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法，其特征 在于步骤一中取污泥时缺氧生化池温度为17 19°C，污泥在室温环境下厌氧保存4天，接 种量为3L。
3.根据权利要求1或2所述的利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法，其 特征在于步骤二中排泥是指在富集培养1 20天时，每天排出50mL泥水混合物；静沉-排 上清液是指在富集培养1 20天时，每天停止膜生物反应器运行30min，膜生物反应器内的 污泥静沉30min，而后通过虹吸法排除膜生物反应器内上清液体积分数75%的液体，随后 补充与排除液体相同体积的模拟污水培养基至膜生物反应器内。
全文摘要
利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法，它涉及一种富集培养厌氧氨氧化细菌的方法。它要解决现有厌氧氨氧化工艺所面临的厌氧氨氧化细菌富集时间长、富集效率低的问题。利用膜生物反应器作为富集反应器培养厌氧氨氧化细菌的方法是一、在膜生物反应器中接种污水厂活性污泥；二、接种后富集培养。利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法较传统富集方法实现了厌氧氨氧化细菌的快速富集，使厌氧氨氧化细菌的富集效率提高80％～95％，可广泛应用于生物脱氮技术领域中。
文档编号C02F3/30GK102061281SQ20101056539
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者于英翠, 任南琪, 侯国凤, 陶彧, 高大文 申请人:哈尔滨工业大学