申请日2007.11.15
公开(公告)日2009.05.20
IPC分类号C12N1/20; C02F3/34; C02F101/38; C02F101/16; C12R1/01
摘要
本发明公开了一种亚硝酸菌群的培养方法及含氨氮废水处理方法。通过在富集过程中增加基质的氨氮浓度和pH值，维持基质中较高浓度的游离NH3，从而逐步达到淘汰硝酸菌，富集亚硝酸菌的目的，得到一种亚硝酸菌群。然后以得到的亚硝酸菌群为种子，利用自配氨氮废水或高氨氮废水为培养液进行扩大培养，扩大培养的亚硝酸菌群接种于生化处理池用于提高生化处理脱氨氮效率，或直接用于氨氮废水的脱氨氮作用，最优选用于短程硝化与反硝化过程的好氧硝化阶段积累亚硝酸盐氮，直接作为反硝化的电子受体。本发明方法过程简单，处理含氨氮废水效果突出。
权利要求书
1、一种亚硝酸菌群的培养方法，包括如下内容：
(1)选取富集硝化菌;
(2)步骤(1)中所述的富集硝化菌在高氨氮浓度和高pH值下进行培养， 逐步达到淘汰硝酸菌，富集亚硝酸菌，得到亚硝酸菌群。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中硝化菌来源于土 壤、淤泥或含氮工业废水处理厂的活性污泥。
3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的富集硝化菌 在高氨氮浓度和高pH值下进行培养，使用高氨氮浓度和高pH值的培养液， 培养过程培养液氨氮初始浓度为400-1200mg/L，最终氨氮浓度为 1200～3000mg/L。
4、按照权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的培养液氨氮 最终浓度为1300～2000mg/L。
5、按照权利要求1或3所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的培养液 COD值低于400mg/L，培养过程pH值控制为7.5≤pH≤9.5，培养至上清液中 形成稳定的亚硝酸盐浓度时为止。
6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于以步骤(2)得到的亚硝酸菌 群为种子，进行扩大培养，扩大培养废水中氨氮浓度、COD和pH值参照步骤 (2)中富集培养时条件，扩大培养方式为间批次培养法或恒浊培养法。
7、一种含氨氮废水的处理方法，使用权利要求1至6任一权利要求所述 方法培养的亚硝化菌群。
8、按照权利要求7所述的方法，其特征在于将权利要求1至6任一权利 要求所述方法培养的含亚硝化菌群直接加入到现有的生化处理体系中，增加生 化处理体系的脱氨氮效率。
9、按照权利要求7所述的方法，其特征在于所述的将权利要求1至6任 一权利要求所述方法培养的含亚硝化菌群直接接种到生化反应池中处理氨氮 废水。
10、按照权利要求7所述的方法，其特征在于采用权利要求1至6任一权 利要求所述方法培养的亚硝化菌群，使用短程硝化与反硝化结合的废水脱氮过 程，处理含氨氮废水。
说明书
一种亚硝酸菌群的培养方法及含氨氮废水处理方法
技术领域
本发明涉及一种亚硝酸菌群的培养方法，培养的硝化菌群添加到污水处理 厂曝气池直接用于生活污水或工业污水中氨氮的去除，或直接用于短程硝化与 反硝化的工艺过程。
背景技术
废水生物脱氮目前主要采用活性污泥法。但由于硝化菌生长缓慢，为避免 其流失，取得较好的脱氮效果，往往要求污泥在反应器中停留很长时间，即需 要很大的曝气池，从而限制了活性污泥系统的处理能力。虽然硝化菌几乎存在 于所有生物处理系统中，但是硝化菌的自身生物特性与传统生化处理工艺存在 矛盾：一是硝化菌增长速率缓慢，传统生化处理工艺泥龄相对较短;二是硝化 菌是自养菌，废水BOD5/TKN的值越高，硝化菌所占比例越低;三是NH+ 4-N 和NO- 2-N本身对硝化菌的毒性作用。因此，普通好氧硝化过程，微生物能承 受的氨氮浓度和有机物浓度是非常低的。要用于处理污水，须筛选出生长速率 高、硝化作用强的硝化细菌。
硝化细菌研究中的种种困难起始于将其从纯培养中分离出来。就是采用严 格无机培养的平板法，也并不适于从自然环境中直接将其分离出来，因为即使 自接种物中引入的有机物质也能使异养的污染微生物生长。自养硝化菌最成功 的分离是预先采用了一系列广泛而仔细的增富步骤(Belser，L. W.，and E.L. Schmidt.1978.Diversity in the ammonia-oxidizing nitrifier population of a soil. Appl.Environ.Microbiol.36：584-588)。硝化细菌一经分离，其生长就缓慢，且 产量也低。污水中硝化细菌的浓度与硝化速率成正比，故提高硝化细菌的浓度 对生物脱氮具有十分重要的意义。中国专利200710010383.0中即提供了一种通 过逐步提高基质中氨氮浓度的方法富集活性污泥中的硝化菌的方法，得到了富 含硝化细菌且价格低廉的活性污泥样品。金志刚等人认为当温度为30℃、pH 值=6.5-8.0、DO>2mg/L时，经过12-13周的富集培养，污泥中硝化菌浓度可达 2.0×108(MPN)/g(MLSS)，是未经富集污泥中硝化菌浓度的12.5-20倍(金志刚， 何群彪，何群彪.硝化细菌富集技术分析及方法研究.1998，上海环境科学，17 (8)：10-19)，但并没有区分硝化菌和亚硝化菌。
目前普遍采用的生物脱氮技术是借助硝化菌和反硝化菌的生理功能，将污 水中各种形态的氮元素最终转化为气态氮。典型的传统生物脱氮工艺是A/O 法、A/A/O法。尽管这些工艺在污水脱氮方面起到了重要作用，但仍然存 在着以下问题：①系统总水力停留时间较长，有机负荷较低，增加了基建投 资费用;②氨氮完全硝化要消耗大量溶解氧，增加了曝气充氧的动力费用; ③反硝化过程中作为电子供体的有机碳源不足时需补充投加，增加了药剂投 加费用。
从硝化过程来看，氨氮(NH3-N)被氧化成亚硝酸盐氮(NO2-N)和硝酸 盐氮(NO3-N)是由两类独立的细菌完成的两个不同反应，应该可以分开。这 两类细菌的生理特征也有明显的差异。对于反硝化过程，无论是NO2-N还是 NO3-N均可以作为最终电子受体。因而整个生物脱氮过程可以通过NH3-N转 化为NO2-N再转化为N2的途径完成。短程硝化反硝化生物脱氮技术，又称亚 硝酸型生物脱氮技术，就是将硝化过程控制在NO2-N阶段而终止，随后进行 反硝化。与传统生物脱氮技术相比，短程硝化-反硝化生物脱氮技术具有以下 优点：①缩短水力停留反应时间;②降低硝化过程耗氧量;③减少反硝化 过程所需有机碳源;④减少剩余污泥产量。因此，短程硝化-反硝化生物脱氮 技术已成为污水生物脱氮领域的一个新的研究热点。
将硝化过程控制在NO2-N阶段是实现短程硝化-反硝化生物脱氮技术的关 键。虽然很多因素都会导致硝化过程中NO2-N的积累，但目前对此现象的理 论的解释还不充分。各种控制因素之间都是相互关联的，如温度、pH值、溶 解氧浓度、游离NH3浓度等的变化都会引起亚硝酸菌和硝酸菌增长速度的变 化，进而引起其最小停留时间的改变。因此，根据各种废水的水质特点寻找其 主要控制因素，或者如何综合考虑各种控制因素，综合控制硝化过程，使NO2-N 积累能长久稳定地维持还需要进一步的研究与探索。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种亚硝酸菌群的培养方法，以及该亚 硝酸菌群的应用方法。
本发明亚硝酸菌群的培养方法包括如下内容：
(1)选取富集硝化菌;
(2)步骤(1)中所述的富集硝化菌在高氨氮浓度和高pH值下进行培养， 培养液中维持较高浓度的游离NH3，从而逐步达到淘汰硝酸菌，富集亚硝酸菌 的目的，得到亚硝酸菌群。
本发明中步骤(1)中硝化菌来源于大自然的土壤、淤泥或含氮工业废水 处理厂的活性污泥，以及其它一切富含硝化菌的基质。含硝化菌的基质富集处 理可以为本领域现有任何方法，如CN200710010383.0所述的方法，或背景技 术中金志刚等人公开的方法。
本发明步骤(2)所述的富集硝化菌在高氨氮浓度和高pH值下进行培养， 使用高氨氮浓度和高pH值的培养液，培养过程培养液氨氮初始浓度为 400-1200mg/L，最终氨氮浓度为1200～3000mg/L，优选1300～2000mg/L，培 养液COD值低于400mg/L，优选低于200mg/L，pH值控制为7.5≤pH≤9.5。 培养至上清液中形成稳定的亚硝酸盐浓度时为止，这时表明已经分离出了一种 亚硝酸菌群。
为了进行工业应用，以步骤(2)得到的亚硝酸菌群为种子，利用自配氨 氮废水或高氨氮废水为培养液进行扩大培养。扩大培养废水中氨氮浓度可以参 照步骤(2)中富集培养时的氨氮浓度，培养液的COD及pH值等可以参照步 骤(2)中的条件，扩大培养方式可以为间批次培养法或恒浊培养法。
含氨氮废水的处理方法，即上述培养的亚硝化菌群在含氨氮废水处理中的 应用，将培养的亚硝化菌群直接加入到现有的生化处理体系中，可以增加生化 处理体系的脱氨氮效率。亚硝化菌剂的加入量可以是现有生化处理体系中活性 污泥量的10%-50%，氨氮脱除速率可以提高50%-100%，使出水能够达到污水 综合排放标准(GB 8978-1996)，并降低水停留时间，增加生化处理体系的处 理能力。亚硝化菌群也可以用作活性污泥直接接种到生化反应池中处理氨氮废 水，接种量为反应池有效体积的10%-30%。上述培养的亚硝化菌群优选应用于 短程硝化与反硝化过程结合的废水脱氮过程，即使用上述培养的亚硝化菌，采 用短程硝化与反硝化工艺，对含氨氮废水进行脱氮处理。
本发明通过在富集过程中增加基质的氨氮浓度和pH值，维持基质中较高 浓度的游离NH3，从而逐步达到淘汰硝酸菌，富集亚硝酸菌的目的，得到一种 亚硝酸菌群。然后以得到的亚硝酸菌群为种子，利用低/无COD的自配氨氮废 水或高氨氮废水为培养液进行扩大培养，扩大培养的硝化菌群接种于生化处理 池用于提高生化处理脱氨氮效率，或直接用于氨氮废水的脱氨氮作用，最优化 的用途是用于短程硝化与反硝化过程的好氧硝化阶段积累亚硝酸盐氮，直接作 为反硝化的电子受体。本发明方法具有过程简单，处理氨氮废水效果突出。