專利名稱：脫硝菌群及使用該脫硝菌群之生物脫硝方法
技術領域：
本發(fā)明系有關于一種脫硝菌群，其可供應用于含高濃度硝酸鹽(nitrate，NO3O廢水之生物脫硝方法。本發(fā)明亦有關于一使用該脫硝菌群之生物脫硝方法。
背景技術：
氮循環(huán)(nitrogen cycle)過程中包括硝化作用以及脫硝作用，產(chǎn)業(yè)界對于含氨氮 (ammonium-nitrogen, NH4+-N)廢水的處理，目前主流的技術為維持好氧條件下，利用馴化培養(yǎng)之亞硝酸鹽氧化菌及硝酸鹽氧化菌進行硝化作用(nitrification)；另維持缺氧條件下，利用馴化培養(yǎng)之脫硝菌進行脫硝作用(denitrification)，將廢水中的有機氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨忉尦?，完成脫氮處理?，F(xiàn)有技術中，常見的硝酸菌屬菌(NitrcAacter sp.)，例如歐洲亞硝酸單胞菌 (Nitrosomonas europaea)以及溫諾雷其Jf基硝酸菌(Nitrobacter winogradskyi)。常見的月兌石肖微生物(denitrifying microorganism)主要為單胞菌屬菌(Pseudomonas sp.)、產(chǎn)堿菌屬菌(Alcaligenes sp.)以及其它可以消耗特定有機物質(zhì)作為電子給予體(electron donor)的異營性細菌，例如銅綠假單胞菌(I^seudomonas aeruginosa)、脫氮微球菌 (Micrococcus denitrificans)以及地衣芽抱桿菌(Bacillus licheniformis)。然而，現(xiàn)有技術系使用含有混合菌叢的生物活性污泥，培養(yǎng)條件較不易控制，且至今仍然無法有效處理含高濃度硝酸鹽之溶液。目前處理硝酸鹽的效率僅約為0. 1 0. 5Kg/ m3. D，因此可知，本技術領域中對于具高硝酸鹽耐受性之脫硝菌，以及高濃度硝酸鹽溶液處理方法，仍存在有迫切的需求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術仍然缺乏可以有效處理含高濃度硝酸鹽廢水的處理方法以及具高硝酸鹽耐受性而可消化高濃度硝酸鹽之脫硝菌，本發(fā)明之目的在于提供一種微生物，其具有可以處理含高濃度硝酸鹽溶液的特性，藉以將各種產(chǎn)業(yè)中含硝酸鹽之待處理液的硝酸鹽分解還原為氮氣，其處理硝酸鹽的效率高達4Kg/m3. D以上，能夠有效改善現(xiàn)有技術處理硝酸鹽的效率過低的缺點。為達成上述目的，本發(fā)明所采取之技術手段系利用保藏于中國典型培養(yǎng)物保藏中心(中國，武漢，武漢大學)的脫硝菌群SME-I (保藏日為2010年12月9日、保藏編號為 CCTCC M 2010338)、SME-5(保藏日為 2010 年 12 月 9 日、保藏編號為 CCTCC M 2010339)及 SME-6(保藏日為2010年12月9日、保藏編號為CCTCC M 2010340)中選出二或三菌群混合而成之混合菌群，其可被用以將硝酸鹽分解還原為氮氣。本發(fā)明另提供一種經(jīng)過培養(yǎng)且可測得芽孢桿菌之含有脫硝菌群的污泥，其亦可被用以將硝酸鹽分解還原為氮氣。本發(fā)明在另一方面提供一種生物脫硝方法，其包含下列步驟提供一脫硝反應槽，將一含硝酸鹽的待處理液與如前所述的脫硝菌群或污泥混合，形成一反應混合液；以及令該反應混合液維持于缺氧條件下，藉以將硝酸鹽轉(zhuǎn)換成氮氣。所述的適當?shù)奶荚纯梢詾?，但不限于糖類以及低碳醇。?yōu)選地，該碳源可為甲醇。優(yōu)選地，該缺氧條件系令反應混合液之溶氧量(dissolved oxygen, DO)小于 0. 8mg/L (毫克/公升)。優(yōu)選地，令脫硝反應槽維持于一介于10°C至45°C之間的溫度下；而更優(yōu)選的是， 令該脫硝反應槽的溫度維持于30°C至35°C。優(yōu)選地，令脫硝反應槽維持于一 pH值介于6至9之間。依據(jù)本發(fā)明，反應混合液的碳氮比可視所需的情況予以調(diào)整，通常碳氮比為大于等于0.72。優(yōu)選地，碳氮比系介于0.9至1.5之間。優(yōu)選地，令脫硝反應槽的混合液揮發(fā)性懸浮固體物(mixed liquor volatile suspended solid, MLVSS)維持于 3000mg/L 與 8000mg/L 之間；更優(yōu)選的是，4000mg/L 至 6000mg/L。依據(jù)本發(fā)明，所述的生物脫硝方法可應用于各種產(chǎn)業(yè)制程，亦即所述的待處理液為任何含硝酸鹽的溶液、膠體溶液等。例如，但不限于肉品加工、乳制品加工、煉油、肥料、 人造纖維、乳膠以及炸藥制造、畜牧業(yè)、垃圾處理等產(chǎn)業(yè)所生成的廢液?；谏鲜隹梢?，本發(fā)明之脫硝菌群或污泥系具有可將硝酸鹽還原為氮氣之特性， 其能夠處理含高濃度硝酸鹽的任何待處理液，因此可應用于各種產(chǎn)業(yè)廢水，而解決長久以來難以處理高濃度硝酸鹽之技術問題。所述的生物脫硝方法系應用依據(jù)本發(fā)明的脫硝菌群或污泥，以達到高效率處理高濃度硝酸鹽之目的。其中較佳的可以甲醇為碳源，因甲醇的氧化分解產(chǎn)物為二氧化碳與水， 故不會產(chǎn)生任何難分解的中間產(chǎn)物，相對操作成本較低，因此具有兼具環(huán)保與降低成本的優(yōu)點。故本發(fā)明之生物脫硝方法，不僅可以有效處理含高濃度硝酸鹽廢水的功效，且兼具環(huán)保與低成本之優(yōu)點。再者，本發(fā)明的生物脫硝方法可處理硝酸鹽濃度大于4，500ppm的廢水，且處理后之廢水中的硝酸鹽濃度可低于環(huán)保署所訂定之放流水水質(zhì)標準220mg/L，甚至低于IOOmg/ L0


圖1是脫硝菌群的顯微照片。實施方式本發(fā)明將由下列的實施例做為進一步說明，這些實施例并不限制本發(fā)明前面所揭示的內(nèi)容。本領域人員，即使可以做些許之改良與修飾，但仍不脫離本發(fā)明之范疇。實施例1本實施例系關于取得脫硝菌群之培養(yǎng)方法。該訓養(yǎng)方法包括有以下步驟(1)齊備一生物活性污泥，其含有諸如圖1所示之脫硝菌等微生物，更優(yōu)選的是， 其含有高濃度的諸如脫硝菌等微生物；(2)將硝酸鹽溶液與該生物活性污泥混合以獲取一污泥在混合液，優(yōu)選地，該硝酸鹽溶液是含有硝酸鹽之廢水；
(3)將該污泥混合液于溶氧量大于3. Omg/L之環(huán)境下進行曝氣以獲取一經(jīng)曝氣混合液；(4)將該經(jīng)曝氣混合液進行沉淀以取得一沉淀物；(5)令前述沉淀物再與硝酸鹽溶液混合，以獲取一污泥混合液而重復前述混合硝酸鹽溶液之步驟、曝氣之步驟和之沉淀步驟，使之連續(xù)反應3至6個月，且硝酸鹽濃度維持在250ppm、溫度維持在300C、pH值維持在6. 0至9. 0之間;(6)取得一含有脫硝菌群之污泥。優(yōu)選地，于重復混合硝酸鹽溶液之步驟、曝氣之步驟和之沉淀步驟，使之連續(xù)反應 3至6個月，同時提供甲醇為碳源維持其碳氮比為1. 2，并提供添加量為甲醇量0. 5% (w/w) 之磷酸作為其它營養(yǎng)源。具體而言，在本實施例中系將一含有硝酸鹽之廢水導入一脫硝生物系統(tǒng)的脫硝反應槽內(nèi)與生物活性污泥混合，以下列所述脫硝處理系統(tǒng)及方法步驟進行脫硝菌群之培養(yǎng)。 發(fā)明人已針對臺灣地區(qū)以及大陸地區(qū)取得之污泥進行試驗且獲致相同類似之效果，以下僅陳以由臺灣地區(qū)所取得之污泥之試驗結(jié)果作為例示說明。前述的脫硝處理系統(tǒng)系包括脫硝反應槽、曝氣槽及沉淀槽，將硝酸鹽氮廢水導入該脫硝反應槽，而經(jīng)處理的出流水經(jīng)曝氣槽后再經(jīng)沉淀槽分離，上層液排放，而下層之污泥則回流至脫硝反應槽。置入由臺灣地區(qū)臺北內(nèi)湖及高雄大樹兩地生活污水處理廠所取得的污泥，脫硝處理系統(tǒng)中硝酸鹽濃度維在持250ppm，連續(xù)反應3至6個月，藉以培養(yǎng)污泥，而取得包含有優(yōu)勢菌種之脫硝菌群，其中前述系統(tǒng)內(nèi)控制參數(shù)如下所述(1)脫硝反應槽、曝氣槽及沉淀槽容積比為2 :1:1;(2)曝氣槽溶氧量維持大于3. Omg/L ；(3)溫度(temperature，Τ)維持在 30°C ；(4) pH值維持在6. 0至9. 0之間;(5)碳氮比設定為1. 2，碳源為甲醇(methanol, MeOH)；(6)其它營養(yǎng)源磷酸(H3PO4)添加量為甲醇量之0. 5% (w/w)。實施例2本實施例系對于經(jīng)由前述實施例1培養(yǎng)而得之污泥中的菌群進行篩選與鑒定。1、在本實施例中，自前述經(jīng)培養(yǎng)之污泥經(jīng)篩選得到現(xiàn)保藏于中國典型培養(yǎng)物保藏中心之 SME-I (保藏編號 CCTCC M 2010338)、SME-5(保藏編號 CCTCC M 2010339)、SME_6 (保藏編號CCTCC M 2010340)等三種菌群。2、以 PCR (聚合胸鏈鎖反應，polymerase chain reaction)方法鑒定前述 SME-1、 SME-5、SME-6 等菌群。在本實施例中所采用之PCR方法系以諸如Pesqui. Odontol. Bras. 17 (2) 142-146(2003)等先前文獻所揭示之方法針對前述SME-1、SME-5、SME-6等菌群設計檢測 16S rRNA之引物(primer)。前述SME-1、SME-5、SME-6等菌群之DNA樣本系藉由常規(guī)方式抽取以備實施PCR方法。(1)前述PCR方法采用如下表1所示引物對(primer set)表 1
權(quán)利要求
1.一種保藏于中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏編號為CCTCC M2010338之脫硝菌群。
2.一種保藏于中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏編號為CCTCC M2010339之脫硝菌群。
3.一種保藏于中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏編號為CCTCC M2010340之脫硝菌群。
4.一種混合菌群，其由選自如下一組中的兩種或三種菌群混合而成，所述的組由保藏于中國典型培養(yǎng)物保藏中心的保藏編號為CCTCC M2010338之脫硝菌群、保藏編號為CCTCC M 2010339之脫硝菌群及保藏編號為CCTCC M 2010340之脫硝菌群組成。
5.一種含有脫硝菌群之污泥，其由如下培養(yǎng)方法進行培養(yǎng)，且其中可測得芽孢桿菌；所述培養(yǎng)方法包括(1)齊備一生物活性污泥；(2)將該生物活性污泥與硝酸鹽溶液混合以獲取一污泥混合液；(3)將該污泥混合液于溶氧量大于3.Omg/L之環(huán)境下進行曝氣以獲取一經(jīng)曝氣混合液；(4)將該經(jīng)曝氣混合液進行沉淀以取得一沉淀物；(5)令前述沉淀物再與硝酸鹽溶液混合，以獲取一污泥混合液而重復前述混合硝酸鹽溶液之步驟、曝氣之步驟和之沉淀步驟，使之連續(xù)反應3至6個月，且硝酸鹽濃度維持在 250ppm、溫度維持在300C、pH值維持在6. 0至9. 0之間;(6)取得一含有脫硝菌群之污泥。
6.權(quán)利要求5的污泥，前述培養(yǎng)方法進一步于重復混合硝酸鹽溶液之步驟、曝氣之步驟和之沉淀步驟，使之連續(xù)反應3至6個月時，維持其碳氮比為1. 2并提供甲醇作為碳源， 且提供添加量為甲醇量之0.5% (w/w)之磷酸作為其它營養(yǎng)源。
7.—種生物脫硝方法，其包含下列步驟提供一脫硝反應槽，將一含硝酸鹽的待處理液與權(quán)利要求1至4中任一項所述的脫硝菌群混合，或與權(quán)利要求5或6的污泥混合，形成一反應混合液；以及令該反應混合液維持于缺氧條件下，藉以進行脫硝作用，以將硝酸鹽轉(zhuǎn)換成氮氣。
8.權(quán)利要求7的生物脫硝方法，其中令該反應混合液維持于缺氧條件下的步驟包括 令反應混合液之溶氧量小于0. 8毫克/公升。
9.權(quán)利要求8的生物脫硝方法，其處理硝酸根離子的效率不小于4Kg/m3.D0
10.權(quán)利要求7至9中任一項的生物脫硝方法，其中令反應混合液維持于缺氧條件下， 藉以進行脫硝作用之步驟進一步包括令脫硝反應槽維持于介于10°c至45°C之間的溫度下。
11.權(quán)利要求7至9中任一項的生物脫硝方法，其中該反應混合液的碳氮比介于0.9至 1. 5之間。
12.權(quán)利要求10的生物脫硝方法，其中令反應混合液維持于缺氧條件下，藉以進行脫硝作用之步驟進一步包括使該反應混合液的PH值維持于介于6至9之間。
13.權(quán)利要求10的生物脫硝方法，其中該反應混合液的混合液揮發(fā)性懸浮固體物介于 3000mg/L 與 8000mg/L 之間。
14.權(quán)利要求10的生物脫硝方法，其中含硝酸鹽的待處理液的硝酸鹽含量在4，500ppm 至20，OOOppm時，且其硝酸鹽去除率約為95 %至99 %。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適用于生物脫硝方法的脫硝菌群，其具有可將硝酸鹽還原為氮氣之特性。本發(fā)明亦提供一種生物脫硝方法，其包含下列步驟提供一脫硝反應槽，將一含硝酸鹽的待處理液與如前所述的脫硝菌群混合，形成一反應混合液；以及令該反應混合液維持于缺氧條件下促成該脫硝菌群進行脫硝反應，同時進行脫硝作用。所述方法，可應用于各種產(chǎn)業(yè)含高濃度硝酸鹽的廢水處理。
文檔編號C12N1/20GK102399707SQ201010621658
公開日2012年4月4日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者翁梓斌 申請人:水美工程企業(yè)股份有限公司