專利名稱：：活性污泥中高效硝化細菌的富集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種以活性污泥為原料的高效硝化細菌的富集方法，屬于生物
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：近年來，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水體的富營養(yǎng)化問題曰益突出，氨氮廢水對環(huán)境的影響已經(jīng)在全球范圍內(nèi)引起環(huán)保領(lǐng)域的高度重視。隨著世界各國對外排廢水達標(biāo)排放要求的日趨強化以及環(huán)保執(zhí)法力度的不斷加強，使氨氮含量高的廢水處理難度增大。各國的污水處理廠都在試圖尋求技術(shù)適用、經(jīng)濟可行的氨氮廢水的處理方法，特別是某些催化劑廢水，因為其中有機物含量很少而氨氮濃度高，超出了污水排放標(biāo)準。廢水中的氨氮雖然可采用氣提吹脫、離子交換、化學(xué)氧化等物理化學(xué)方法進行處理，但這些方法存在副產(chǎn)物二次污染和效率低等問題。相比之下，生物法是控制水體氨氮污染的較好方法。生物法中，無論是傳統(tǒng)的硝化-反硝化，還是新型的短程硝化-反硝化及短程硝化-厭氧氨氧化工藝都需經(jīng)過硝化細菌的硝化作用脫除氨氮。而硝化細菌是化能自養(yǎng)菌，它具有自養(yǎng)性、好氧性、依附性和產(chǎn)酸性等特點，由于硝化細菌通過氧化無機碳作為唯一的能量來源，所以它的代時長、繁殖速度慢，普通活性污泥中的硝化細菌已經(jīng)無法解決高濃度以及難去除的氨氮脫除問題。因此，只有對普通活性污泥中的硝化細菌進行富集強化，才能使硝化細菌在工業(yè)上的應(yīng)用成為可能。CN1354786A公開了一種活性污泥中高濃度硝化細菌的培養(yǎng)方法，是以下水污泥和屎尿污泥作為接種污泥，以污泥脫水濾液或硝化脫離液為培養(yǎng)液，其中的氨氮濃度為100300mg/L，氨氮濃度高于300mg/L會對菌體的生長產(chǎn)生抑制作用，所富集的硝化細菌不能耐受高濃度的氨氮。該方法所得的硝化細菌對于氨氮濃度高于300mg/L以上的水處理廠產(chǎn)生的污水，必須用海水或淡水等稀釋到30Qmg/L以下再處理?！锻瑵髮W(xué)學(xué)報》1999年第27巻第3期中，屈計寧等人發(fā)表的"高效硝化細菌的富集技術(shù)研究"一文，是富集用于處理氨氮濃度低于300mg/L、富含有機物的廢水的硝化細菌，由于所用培養(yǎng)液中化學(xué)需氧量(COD)(以葡萄糖方式加入)為5001000mg/L，這雖然有利于硝化細菌的生長，但因為所得菌群中除了含有自養(yǎng)菌之外，還含有其它的碳化菌等異養(yǎng)菌，從而影響硝化細菌進一步對高濃度氨氮的脫除。該方法所得的硝化細菌能處理氨氮容積負荷小于350gNH3-N/m^d廢水，氨氮去除率能達到95%，若繼續(xù)增大容積負荷則氨氮去除率會逐漸下降。該方法所得的硝化細菌不適合處理氨氮濃度高于300mg/L且有機物含量少、甚至不含有機物的廢水。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種對高濃度氨氮的耐受能力強、氨氮去除率高的硝化細菌的富集方法。該方法所得到的硝化細菌能夠處理氨氮含量高、有機物含量低的污水，使污水能夠安全排放。本發(fā)明硝化細菌的富集方法，采用間歇式活性污泥法，通過逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法來進行富集，所用富集培養(yǎng)液主要組分為無機鹽，包括微量元素Fe、Mg、Na和K及緩沖液，其中NH/—N初始濃度為10teig/L200mg/L，最終濃度為500mg/L1200mg/L，優(yōu)選為600mg/L1000mg/L;COD^200mg/L。所述的富集培養(yǎng)液中，微量元素Fe、Mg、Na和K可采用常規(guī)的用量和常用物質(zhì)引入，優(yōu)選如下Fe是以FeS04'7H20的形式加入的，F(xiàn)e^的濃度為2mg/L14mg/L，最好為3llmg/L;Mg是以MgS04'71120的形式加入的，Mg"濃度為1020mg/L;Na是以NaCl2、Na2C03^l^NaHC03的形式加入，Na+濃度為2001000mg/L;K是以KH2P04S^K2HP04的形式加入，K+濃度為2070mg/L;所述的緩沖液為KH2P04、K2HP04和NaHC03中的一種或多種，其濃度為50300mg/L。所述的富集培養(yǎng)液中還包括元素Ca，Ca"濃度為42tog/L;Ca"是采用CaCl2的形式加入的。所述的富集培養(yǎng)液中的COD可通過加入葡萄糖或甲醇，具體的加入量可根據(jù)所處理廢水中的COD來確定。所述的活性污泥可以選取本領(lǐng)域常用的含硝化細菌的活性污泥，優(yōu)選取自煉油污水處理廠的活性污泥和催化劑污水處理廠的活性污泥。所述硝化細菌富集培養(yǎng)的條件為溫度為2030°C;pH為6.09.0，優(yōu)選6.5-8.0;SV(污泥沉降比)為15%25%;DO(溶解氧)為大于2mg.IT1，優(yōu)選為210mg丄—1。本發(fā)明為了維持溶液pH值在硝化細菌生長所需要的范圍內(nèi)，所用的pH調(diào)節(jié)劑為Na2C03和NaHC03中的一種或兩種。所述逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法，具體如下每次加入培養(yǎng)液后，當(dāng)氨氮濃度降至IOmg/L以下，最好是用GB7479蒸餾滴定法檢測不出水中氨氮濃度，即低于0.2mg/L時，提高預(yù)加入培養(yǎng)液中氨氮的濃度，其提高幅度為50~200mg/L。所述的富集培養(yǎng)液中，加入適量的Ca2、一方面為硝化細菌生長提供微量元素，另一方面由于硝化細菌具有附著于固體顆粒表面生長的特性以及硝化細菌的比重輕易浮于水面的特點，所以生成一定量的CaCCV沉淀會增大硝化細菌的附著表面，也減少了硝化細菌在換水過程中的流失。此外，以02+的形式加入，還可以在調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH值過程中起到緩沖作用。但C^+的加入量不能過高，否則生成大量的CaC03破壞硝化細菌的生長環(huán)境。本發(fā)明針對氨氮含量高(NH3-N含量^1200mg/L)、有機物含量少(COD含量低于200mg/L)的廢水的特點，通過逐漸提高基質(zhì)氨氮質(zhì)量濃度的方法，并采用適宜的以無機鹽為主要組分的培養(yǎng)液，在不加入其它碳源或只加入少量有機物的情況下，使污泥中的原生動物、后生動物、真菌以及碳化菌等雜菌的生長明顯受到抑制，有利于硝化細菌成為優(yōu)勢菌群，并耐受越來越高的氨氮濃度，最終達到處理濃度高達1200mg/L、容積負荷高達卯OgNH3-N/n^d的氨氮廢水，使污水中高濃度氨氮能夠降到lOmg/L以下。該方法所富集的硝化細菌不但能處理低濃度難以去除的氨氮，而且對于高濃度的氨氮去除效果也非常理想，具有良好的應(yīng)用前景。圖1為實施例1富集過程中不同氨氮濃度的脫氮效果圖。圖2為用實施例1所富集的硝化細菌對模擬催化劑廢水的氨氮去除效果圖。具體實施方案本發(fā)明方法的具體操作步驟如下取活性污泥，以2040v^的接種量按間歇式活性污泥法進行富集強化培養(yǎng)。按照本發(fā)明所述的組分和配比配制培養(yǎng)液。按間歇式進水、曝氣、沉降、排水工序周期性進行，每天進行12個周期，每個周期中曝氣時間占75%96%。在反應(yīng)器運行過程中用pH值調(diào)節(jié)劑維持pH值在6.09.0范圍內(nèi)，以確保硝化細菌生長所需要的pH值環(huán)境。在富集培養(yǎng)過程中逐漸提高進水氨氮濃度，每次加入培養(yǎng)液后，當(dāng)氨氮濃度降至10mg/L以下，就可以提高預(yù)加入培養(yǎng)液中氨氮的濃度，其提高幅度為5(K150mg/L。本發(fā)明中用GB7479蒸餾滴定法檢測出水中氨氮濃度，低于0.2mg/L時檢測不出。提高培養(yǎng)液的氨氮濃度最好是在用上述方法檢測不出時，再提高預(yù)加入培養(yǎng)液的氨氮濃度50200mg/L。硝化細菌富集培養(yǎng)的參數(shù)指標(biāo)為溫度2030°C;pH=6.09.0;SV:15%25%;DO為210mgL'。為了更好的理解本發(fā)明，通過下列實施實例予以進--歩說明。實施例l采用間歇式活性污泥法富集硝化細菌，活性污泥取自煉油廠廢水處理車間的二沉池出水口污泥，以30v^的接種量接種于的富集反應(yīng)器內(nèi)，總體積為3L，然后加入富集培養(yǎng)液，其中所用的富集培養(yǎng)液組成為(NH^S04、FeS04.7H20、MgS04'7H20、NaCl、CaCl2和KH2P04，濃度如下NlV-NlO^W為150mg/L，最終濃度為1000mg/L;Fe2+濃度為12mg/L;Mg2+濃度為18mg/L;Na+濃度為800mg/L;Ca^濃度為16mg/L;101204濃度為260mg/L。在富集過程中，用NaHC03控制pH值。培養(yǎng)條件為溫度24°C;pH=6.07.5;SV:15°/。20%;DO為10mg七—、每日1個周期，進水時間為20分鐘，曝氣23小時，自然沉降30分鐘，排出上清液2L，時間為10分鐘。然后加入2L富集培養(yǎng)液，按此過程循環(huán)操作，其過程用GB7479的蒸餾滴定法檢測出水中氨氮濃度，檢測不出氨氮后，提高預(yù)加入培養(yǎng)液的氨氮濃度，其提高幅度為100mg/L。從圖l氨氮去除率與氨氮容積負荷的關(guān)系可以看到氨氮的容積負荷由107g/m^d提高到806g/m^d時，隨著氨氮容積負荷的增大，氨氮去除率基本不受影響。從試驗結(jié)果分析，氨氮容積負荷為800g/n^d—'時，氨氮的利用率高，對硝化細菌的富集較為有利。通過富集培養(yǎng)污泥中硝化細菌已經(jīng)能夠耐受1000mg/L的氨氮，完全能夠脫除高達1000mg/L的氨氮的煉油廢水。實施例2采用間歇式活性污泥法富集硝化細菌，活性污泥取自煉油廠廢水處理車間的二沉池出水口污泥，以22vX的接種量接種于的富集反應(yīng)器內(nèi)，總體積為3L，然后加入富集培養(yǎng)液，其中所用的富集培養(yǎng)液組成同實施例l，但濃度不同，具體如下NH+-N|^^100mg/L,最終濃度為550mg/L;Fe2+濃度為6mg/L;Mg2+濃度為10111^;Na+濃度為300mg/L;Ca2+濃度為8mg/L;101204濃度為100mg/L。在富集過程中，用NaHC03控制pH值。培養(yǎng)條件為溫度25°C;pH=6.07.5;SV:15%25%;DO為5mg丄—'。每日2個周期，進水時間為10分鐘，曝氣11小時，自然沉降40分鐘，排出上清液2L,時間為10分鐘。然后加入2L富集培養(yǎng)液，按此過程循環(huán)操作，其過程用GB7479蒸餾滴定法檢測出水中氨氮濃度，當(dāng)氨氮濃度低于6mg/L，提高預(yù)加入培養(yǎng)液氨氮濃度，其提高幅度為50mg/L。該富集過程中，氨氮的容積負荷由75g/mM提高到413g/n^d時，隨著氨氮容積負荷的增大，氨氮去除率穩(wěn)定在98%以上。實施例3釆用間歇式活性污泥法富集硝化細菌，活性污泥取自催化劑廢水處理車間的出水口污泥，以28vX的接種量接種于的富集反應(yīng)器內(nèi)，總體積為3L，然后加入富集培養(yǎng)液，其中所用的富集培養(yǎng)液組成同實施例l,但濃度不同，具體如下NH4+-NM^^180mg/L，最終濃度為800mg/L;Fe2+濃度為10mg/L;Mg2+濃度為12mg/L;Na+濃度為500mg/L;Ca^濃度為1Qmg/L;101204濃度為200mg/L。在富集過程中，用NaHC03控制pH值。培養(yǎng)條件為溫度28。C;pH=6.08.5;SV:15%20%;DO為8mg丄—、每日1個周期，進水時間為30分鐘，曝氣22.5小時，自然沉降40分鐘，排出上清液2L，時間為20分鐘。然后加入2L富集培養(yǎng)液，按此過程循環(huán)操作，其過程用GB7479蒸餓滴定法檢測出水中氨氮濃度，當(dāng)氨氮濃度低于10mg/L，提高預(yù)加入培養(yǎng)液的氨氮濃度，其提高幅度為150mg/L。該富集過程中，氮氮的容積負荷由B5g/in、d提高到60(^/n^d時，隨著氨氮容積負荷的增大，氨氮去除率均穩(wěn)定在99%以上。實施例4富集的硝化細菌對模擬催化劑廢水的氨氮去除效果分別取100ml實施例1、實施例2和實施例3所富集的含硝化細菌的泥水混合物，按照10v^接種量分別接種于氨氮濃度為974mg/L、510mg/L和800mg/L的模擬催化劑廢水中，氨氮的容積負荷分別為731g/m、(J、383g/in3*d、600g/m3d。然后在25X:條件下?lián)u床培養(yǎng)進行去除氨氮試驗，用NaHCO3溶液控制pH值在69。經(jīng)過22h反應(yīng)后，氨氮去除率均可達到99%以上，達到理想處理效果。用實施例1所富集的硝化細菌處理催化劑廢水的具體結(jié)果如圖2所示。實施例5富集的硝化細菌對實際煉油廢水的氨氮去除效果由煉油污水處理廠的廢水，經(jīng)過空氣氧化脫硫以及傳統(tǒng)生物法等預(yù)處理后，出水水質(zhì)情況見表l。其中的氨氮質(zhì)量濃度仍然高于達標(biāo)排放標(biāo)準，因此用普通的活性污泥很難去除其中的氨氮。表l煉油廢水水質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>采用間歇式活性污泥法，取實施例2富集硝化細菌的活性污泥，按照10v%的接種量接入反應(yīng)器，進水為上述煉油廢水。每日按1個周期操作，進水時間為20分鐘，曝氣23小時，自然沉降30分鐘，排出上清液2L，時間為10分鐘。控制反應(yīng)溫度為25t:，溶解氧為5mg/L，pH值用NaHC03溶液控制7.58.5。在進水氨氮濃度在327mg/L左右，氨氮容積負荷為245g/節(jié)、d的條件下，出水氨氮值小于10mg/L，氨氮去除率基本穩(wěn)定在97%以上，處理后的廢水符合《污水排放標(biāo)準》(GB8978—1996)所規(guī)定的一級達標(biāo)排放標(biāo)準。權(quán)利要求1.一種硝化細菌的富集方法，采用間歇式活性污泥法，通過逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法來進行富集，所用富集培養(yǎng)液主要組分為無機鹽，包括微量元素Fe、Mg、Na、K及緩沖液，其中NH4+-N初始濃度為100mg/L～200mg/L，最終濃度為500mg/L～1200mg/L；COD≤200mg/L。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細菌的富集方法，其特征在于所述富集培養(yǎng)液中，NH4+—N最終濃度為600mg/L1000mg/L。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細菌的富集方法，其特征在于所述的富集培養(yǎng)液中包括元素Ca，Ca2+濃度為0.010.05g/L.4、根據(jù)權(quán)利要求3所述硝化細菌的富集方法，其特征在于所述的C^+是采用CaCl2的形式加入的。5、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細菌的富集方法，其特征在于所述的富集培養(yǎng)液中，微量元素Fe、Mg、Na和K的用量和引入方式如下Fe是以FeS04'71120的形式加入的，F(xiàn)e"的濃度為2mg/L14mg/L;Mg是以MgS04-71120的形式加入的，Mg2+濃度為1020mg/L;Na是以NaCl2、Na2C03禾喊NaHC03的形式加入，Na+濃度為2001000mg/L;K是以KH2PO4禾0/或K2HPO4的形式加入，K+濃度為2070mg/L;所述的緩沖液為KH2P04、K2HP04和NaHC03中的一種或多種，其濃度為50300mg/L。6、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細菌的富集方法，其特征在于所述的富集培養(yǎng)液中的COD通過加入葡萄糖或甲醇實現(xiàn)的。7、根據(jù)權(quán)利要求2所述硝化細菌的富集方法，其特征在于所述硝化細菌富集培養(yǎng)的條件為溫度為203(TC;pH為6.09.0;污泥沉降比為15%25%;溶解氧為大于2mg丄—、8、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細菌的富集方法，其特征在于所述硝化細菌富集培養(yǎng)的條件為溫度為2030。C;pH為6.58.0;污泥沉釋比為15%20%;溶解氧為210mg丄—、9、根據(jù)權(quán)利要求7或8所述硝化細菌的富集方法，其特征在于所用的pH調(diào)節(jié)劑為Na2C03和NaHC03中的一種或兩種。10、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細菌的富集方法，其特征在于所述逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法，具體如下每次加入培養(yǎng)液后，當(dāng)氨氮濃度降至10mg/L以下，提高預(yù)加入培養(yǎng)液中氨氮的濃度，其提高幅度為5(K200mg/L。11、根據(jù)權(quán)利要求10所述硝化細菌的富集方法，其特征在于所述逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法，當(dāng)檢測出水中氨氮濃度時，提高預(yù)加入培養(yǎng)液中氨氮的濃度。12、根據(jù)權(quán)利要求l所述硝化細菌的富集方法，其特征在于所述的間歇式活性污泥法，按間歇式進水、曝氣、沉降、排水工序周期性進行，每天進行12個周期，每個周期中曝氣時間占75%96%。是按間歇式進水、曝氣、沉降、排水工序周期性進行，每天進行12個周期，每個周期中曝氣時間占75%96%;所述的活性污泥以2040v^的接種量與富集培養(yǎng)液混合。全文摘要本發(fā)明公開了一種硝化細菌的富集方法。該方法是采用間歇式活性污泥法，通過逐漸提高培養(yǎng)液氨氮濃度的方法來進行富集，所用富集培養(yǎng)液主要組分為無機鹽，包括微量元素Fe、Mg、Na、K及緩沖液，其中NH₄⁺-N初始濃度為100mg/L～200mg/L，最終濃度為500mg/L～1200mg/L；COD≤200mg/L。本發(fā)明方法可使污泥中的碳化菌等雜菌的生長明顯受到抑制，有利于硝化細菌成為優(yōu)勢菌群，并耐受越來越高的氨氮濃度，最終達到處理濃度高達1200mg/L的氨氮廢水，使污水中高濃度氨氮能夠降到10mg/L以下。文檔編號C02F3/12GK101240253SQ20071001038公開日2008年8月13日申請日期2007年2月9日優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日發(fā)明者佟明友,全張,謙許,高會杰,黎元生申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院