一种耐低温厌氧氨氧化菌的驯化方法与流程

1.本发明涉及环境微生物技术领域，尤其是涉及一种耐低温厌氧氨氧化菌的驯化方法。


背景技术：

2.厌氧氨氧化工艺是一种近年来研究较多的新型生物脱氮工艺，由于能同时去除氨和亚硝酸盐，无须外加有机碳源，且能够改善硝化反应产酸、反硝化反应产碱均需中和的情况，其运行费用可比传统生物脱氮工艺节省近40％。厌氧氨氧化工艺目前尚未应用于城市主流污水脱氮，低温下工艺性能下降是其主要瓶颈之一。目前普遍认为，厌氧氨氧化菌的最佳温度为30℃-37℃，当运行温度由35℃降低到20℃时将导致其生物活性大幅降低，严重影响反应器脱氮效率。因此，研究低温厌氧氨氧化菌的驯化方法，对于从根本上解决低温废水处理效率低的问题，推动厌氧氨氧化菌的研究、扩大厌氧氨氧化工艺的应用具有重要的现实意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种耐低温厌氧氨氧化菌的驯化方法，以解决现有技术中存在的低温废水处理效率低的技术问题。
4.本发明提供的一种耐低温厌氧氨氧化菌的驯化方法，通过梯度降温驯化中温厌氧氨氧化菌成为耐低温厌氧氨氧化菌，包括：利用含有氨和亚硝酸盐的模拟废水为厌氧氨氧化反应器进水，进水ph值为7-8，水力停留时间为0.23-0.45天，培养温度由35℃梯度降低至10℃，在每个温度梯度值下，通过下列方法之一逐级调整运行参数，提升所述反应器的总氮负荷：(1)增加进水中的nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度，在维持nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度比值为1:1-1:1.32的前提下，将进水中的nh
4+-n的浓度从140mg/l逐级提高至280mg/l-420mg/l，nh
4+-n浓度的每级调整幅度为14mg/l-28mg/l；(2)减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的15％-35％，且所述反应器的总氮负荷调整幅度不超过20％；当所述反应器的出水no
2-‑
n测定浓度大于第一指标值时，停止进一步负荷提升，采取抑制后应急恢复措施：将进水中的nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度和水力停留时间重置为上一级的运行参数；若所述反应器出水no
2-‑
n测定浓度至少连续三天测定结果未降低时，重复操作所述抑制后应急恢复措施，直到所述反应器出水no
2-‑
n测定浓度降低至小于所述第二指标值以下，其中，所述第二指标值小于所述第一指标值，经驯化后，所述反应器在10℃下的总氮去除率为第三指标值。
5.进一步的，所述厌氧氨氧化菌处于抑制状态的判定标准为所述反应器的出水no
2-‑
n测定浓度达到所述第一指标值，设定为60mg/l。
6.进一步的，所述厌氧氨氧化菌处于正常状态的判定标准为所述反应器的出水no
2-‑
n测定浓度低于所述第二指标值，设定为10mg/l。
7.进一步的，所述第三指标值为2.66kg-n/m3/d-2.94kg-n/m3/d，所述反应器在35℃下的总氮去除率为2.80kg-n/m3/d。
8.进一步的，所述反应器的培养温度梯度降低的调整幅度为5℃。
9.进一步的，所述模拟废水中各矿物元素的含量为：mgso4·
7h2o 300mg/l，nahco
3 1250mg/l，kh2po410mg/l，cacl2·
2h2o 5.6mg/l，以及微量元素i和ii各1.25ml/l，其中，微量元素i组成为：edta 5g/l，feso45g/l；微量元素ii组成为edta 15g/l，h3bo40.014g/l，mncl2·
4h2o 0.99g/l，cuso4·
5h2o 0.25g/l，znso4·
7h2o 0.43g/l，cocl2·
6h2o 0.24g/l，nicl2·
6h2o 0.19g/l，namoo4·
2h2o 0.22g/l，naseo4·
10h2o 0.21g/l。
10.本发明提供的一种耐低温厌氧氨氧化菌的驯化方法，通过梯度降温驯化中温厌氧氨氧化菌成为耐低温厌氧氨氧化菌，并采取抑制后应急恢复措施，确保厌氧氨氧化菌的活性，最终可得到耐低温的厌氧氨氧化菌，并可用于低温含氮废水的处理，解决了低温废水处理效率低的技术问题，对于推动厌氧氨氧化菌的研究、扩大厌氧氨氧化工艺的应用具有重要的现实意义。
具体实施方式
11.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
12.本实施例提供的一种耐低温厌氧氨氧化菌的驯化方法，包括利用含有氨和亚硝酸盐的模拟废水为厌氧氨氧化反应器进水，反应器的培养温度梯度降低，由35℃梯度降低至10℃，调整幅度为5℃，通过梯度降温驯化中温厌氧氨氧化菌成为耐低温厌氧氨氧化菌。在每个温度梯度值下，进水ph值为7-8，水力停留时间为0.23-0.45天，并维持nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度比值为1:1-1:1.32，优选的，维持nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度比值为1:1.3，用于保证厌氧氨氧化菌的正常活性。设定厌氧氨氧化菌处于抑制状态的判定标准为反应器的出水no
2-‑
n测定浓度达到60mg/l。设定厌氧氨氧化菌处于正常状态的判定标准为反应器的出水no
2-‑
n测定浓度低于10mg/l。在每个温度梯度值下，通过下列方法之一调整运行参数提升所述反应器的总氮负荷：(1)增加进水中的nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度，在维持nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度比值为1:1-1:1.32的前提下，将进水中的nh
4+-n的浓度从140mg/l逐级提高至280mg/l-420mg/l，nh
4+-n浓度的每级调整幅度为14mg/l-28mg/l；(2)减小反应器的水力停留时间，调整幅度为原水力停留时间的15％-35％，且反应器总氮负荷的调整幅度不超过20％。
13.当反应器的出水no
2-‑
n测定浓度大于60mg/l时，停止进一步负荷提升，采取抑制后应急恢复措施：将水力停留时间和进水中的nh
4+-n和no
2-‑
n浓度重置为上一级的运行参数，若运行三天后仍未见反应器出水no
2-‑
n测定浓度降低，则将水力停留时间和进水中的nh
4+-n和no
2-‑
n浓度继续向前重置，直到反应器出水no
2-‑
n测定浓度降低至小于10mg/l以下。
14.其中，模拟废水中各矿物元素的含量为：mgso4·
7h2o 300mg/l，nahco31250mg/l，kh2po410mg/l，cacl2·
2h2o 5.6mg/l，以及微量元素i和ii各1.25ml/l，其中，微量元素i组成为：edta 5g/l，feso45g/l；微量元素ii组成为edta 15g/l，h3bo40.014g/l，mncl2·
4h2o 0.99g/l，cuso4·
5h2o 0.25g/l，znso4·
7h2o 0.43g/l，cocl2·
6h2o 0.24g/l，nicl2·
6h2o 0.19g/l，namoo4·
2h2o 0.22g/l，naseo4·
10h2o 0.21g/l。
15.前序实验已在35℃下获得总氮去除速率为2.80kg-n/m3/d的高效中温厌氧氨氧化
污泥。本实施例将上述厌氧氨氧化污泥继续进行梯度低温驯化，运行温度以5℃为差值梯度降低至10℃，考察其在各个温度下的脱氮性能，如表1所示。本实施例首先降低反应器水浴温度至30℃，为避免反应器中厌氧氨氧化菌的活性抑制，采用提高反应器进水中的nh
4+-n和no
2-‑
n浓度的策略提高反应器总氮去除速率，在第1-10天，水力停留时间保持在0.3天不变，维持进水中nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度比值为1:1-1:1.32的前提下，将进水中nh
4+-n浓度均匀、逐次的由140.00mg/l提高至400.57mg/l，每次提升浓度14-28mg/l，总氮去除速率在本阶段末期可达到2.84kg-n/m3/d。进一步的，降低反应器水浴温度至25℃，为避免反应器中厌氧氨氧化菌的活性抑制，采用提高反应器进水中的nh
4+-n和no
2-‑
n浓度的策略提高反应器总氮去除速率，在第11-24天，水力停留时间保持在0.3天不变，维持反应器进水中nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度比值为1:1-1:1.32的前提下，将进水中nh
4+-n浓度均匀、逐次的由140.00mg/l提高至410.23mg/l，每次提升浓度14-28mg/l，总氮去除速率在本阶段末期可达到2.78kg-n/m3/d。进一步的，降低反应器水浴温度至20℃。根据研究发现，运行温度降低到20℃时将导致厌氧氨氧化菌的生物活性大幅降低。为避免反应器中厌氧氨氧化菌的活性抑制，采用提高反应器进水中的nh
4+-n和no
2-‑
n浓度和缩短水力停留时间的策略提高反应器总氮去除速率，在第25-45天，水力停留时间维持在0.45-0.3天，维持反应器进水中nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度比值为1:1-1:1.32的前提下，将进水中nh
4+-n浓度均匀、逐次的由140.00mg/l提高至397.48mg/l，每次提升浓度14-28mg/l，总氮去除速率在本阶段末期可达到2.75kg-n/m3/d。进一步的，降低反应器水浴温度至15℃，为避免反应器中厌氧氨氧化菌的活性抑制，采用提高反应器进水中的nh
4+-n和no
2-‑
n浓度和缩短水力停留时间的策略提高反应器总氮去除速率，在第46-74天，水力停留时间维持在0.45-0.23天，维持反应器进水中nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度比值为1:1-1:1.32的前提下，将反应器进水中nh
4+-n浓度均匀、逐次的由140.00mg/l提高至312.45mg/l，每次提升浓度14-28mg/l，总氮去除速率在本阶段末期可达到2.77kg-n/m3/d。进一步的，降低反应器水浴温度至10℃，为避免反应器中厌氧氨氧化菌的活性抑制，采用提高反应器进水中的nh
4+-n和no
2-‑
n浓度和缩短水力停留时间的策略提高反应器总氮去除速率，在第75-100天，水力停留时间维持在0.45-0.23天，维持进水中nh
4+-n和no
2-‑
n的浓度比值为1:1-1:1.32的前提下，将反应器进水中nh
4+-n浓度均匀、逐次的由140.00mg/l提高至321.31mg/l，每次提升浓度14-28mg/l，总氮去除速率在本阶段末期可达到2.83kg-n/m3/d，该值接近在35℃下的总氮去除速率2.80kg-n/m3/d。可见，通过驯化可使中温厌氧氨氧化污泥在低温10℃条件下具有较高的脱氮效能。
16.表1梯度降温驯化过程中运行数据
[0017][0018]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。