一种耐受含镍高氨氮含盐废水的厌氧氨氧化菌的培养方法与流程

本发明涉及厌氧氨氧化菌培育技术领域，尤其涉及一种耐受含镍高氨氮含盐废水的厌氧氨氧化菌的培养方法。

背景技术：

尽管微量的重金属普遍存在于生物体内，且常常是生物酶的必需成分，但是过量的重金属对微生物的活性和生长具有抑制甚至毒害作用。厌氧氨氧化作为一种新型生物脱氮工艺，其中担任主要使命的厌氧氨氧化菌也不例外，受废水中的重金属影响可能导致工艺的出水水质急剧恶化，脱氮效率下降，甚至菌体解体死亡，工艺运行失败。

工业废水和市政污泥中常含有重金属ni(ii)，镍对于废水微生物而言，除了是生存的微量元素外，过量后存在毒害作用；会阻碍厌氧氨氧化菌的酶代谢等代谢过程，明显制约微生物胞外聚合物的分泌。

目前，关于培养耐受型厌氧氨氧化菌的研究已有报道，例如：

(1)申请公开号为cn101205526a的发明专利申请公开了上流式厌氧污泥床反应器快速培养厌氧氨氧化菌的方法，该方法包括在uasb反应器内挂膜，保留所富集的微生物；选取垃圾填埋场处理渗滤液sbr工艺中的活性污泥为接种污泥，接种的污泥量为反应器有效容积45～65％；采用恒温循环水浴控制反应区温度保持在32±1℃；采用人工合成废水，废水组分包括nh4cl、nano2、mgso4、kh2po4、cacl2、nahco3以及微量元素i和微量元素ii，配水中nh4⁺-n和no2^--n的质量比控制为1:1.0～1:1.6；调节进水的ph为7.4～7.8。

(2)申请公布号为cn105753150a的发明专利申请公开了一种耐铬厌氧氨氧化颗粒污泥的培养方法，该方法采用上流式厌氧污泥床反应器，以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种源，以含氨氮和亚硝氮的模拟废水为进水，在厌氧、避光、温度为35±1℃、进水ph为8.10±0.14、水力停留时间为1.0～1.5h的条件下培养至反应器脱氮效率稳定在80％以上，然后向反应器进水中加入k2cro4进行耐铬培养，完成耐铬厌氧氨氧化颗粒污泥的培养。

但是，对于耐受含镍高氨氮含盐废水的厌氧氨氧化菌的培养方法还未见报道。

技术实现要素：

本发明提供了一种耐受含镍高氨氮含盐废水的厌氧氨氧化菌的培养方法，该方法获得的厌氧氨氧化菌对含镍高氨氮含盐废水具有较强的耐受能力。

具体技术方案如下：

一种耐受含镍高氨氮含盐废水的厌氧氨氧化菌的培养方法，包括：

(1)以厌氧氨氧化颗粒污泥为接种污泥，接种于厌氧氨氧化反应器中；

(2)以含ni(ii)和无机盐的模拟废水为进水，以nh4⁺-n和no2^--n为进水基质，控制反应器中氮容积负荷以及无机盐和ni(ii)的浓度，采用分阶段运行方式进行厌氧氨氧化菌的培养，步骤如下：

(a)第一阶段：保持进水基质中nh4⁺-n的浓度始终为70～280mgl^-1，no2^--n的浓度始终为70～280mgl^-1，且nh4⁺-n和no2^--n摩尔质量的比值为1:1；以维持出水中nh4⁺-n和no2^--n的含量均在10mgl^-1以下为目标，控制初始氮容积负荷和水力停留时间，调整ni(ii)的浓度为0.1～0.3mgl^-1至反应器运行稳定；

(b)第二阶段：保持ni(ii)的浓度为0.1～0.3mgl^-1，加入2～3g/l无机盐，反应器运行稳定后，以维持出水中nh4⁺-n和no2^--n的含量均在10mgl^-1以下为目标，控制氮容积负荷，延长水力停留时间，并不断提升无机盐的浓度至18～20mgl^-1；

(c)第三阶段：第二阶段运行至nh4⁺-n和no2^--n的浓度均高于200mgl^-1以上后，进入第三阶段，保持ni(ii)的浓度为0.1～0.3mgl^-1，将无机盐的浓度降至0mgl^-1，使反应器进入恢复期；恢复期间，调整进水基质中nh4⁺-n和no2^--n的浓度均由70mgl^-1逐渐提升至280mgl^-1，控制氮容积负荷和水力停留时间，维持出水中nh4⁺-n和no2^--n的含量均在10mgl^-1以下，至反应器运行稳定。

厌氧氨氧化菌是指在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气的过程中，由一类独特的、被称为“厌氧氨氧化菌”的专性厌氧微生物催化完成，其是细菌域浮霉菌门的成员。

在厌氧氨氧化系统的运行过程中，ni(ii)主要作用是刺激微生物产生大量血红素，增加生物吸附，降低毒性，以抵御后期运行中蓄积的ni(ii)向胞内的渗透和长期毒害，保证细胞维持一定的活性；与此同时，厌氧氨氧化菌对盐度的生理适应也有可能是菌群演变，即耐盐菌逐渐成为优势菌，再配合不同阶段氮容积负荷的控制，使厌氧氨氧化污泥适应处理含ni(ii)含盐高氨氮废水的同时，维持较高的反应器运行稳定性。

由于厌氧氨氧化菌对ni(ii)和盐非常敏感，进水含0.2mgl^-1ni(ii)和2.5mgl^-1盐时，就已经能够使反应器内厌氧氨氧化菌出现抑制效应。

作为优选，步骤(1)中，厌氧氨氧化颗粒污泥的初始浓度为12～30gl^-1；步骤(2)中，所述进水的ph为7.5～8.3。

作为优选，所述ni(ii)的添加形式为nicl2·6h2o、nis或nio；更优选，ni(ii)的添加形式为nicl2·6h2o。

作为优选，所述的无机盐为氯化钠。

作为优选，步骤(a)中，氮容积负荷为6.5～7.5kgnm^-3d^-1，水力停留时间为1～2h。

作为优选，步骤(b)中，氮容积负荷为6.5～7.5kgnm^-3d^-1，水力停留时间为7～9h；每次调整无机盐的浓度后，反应器的运行周期均为14～25天。

步骤(c)中，氮容积负荷为1.0～2.0kgnm^-3d^-1，水力停留时间为7～9h；每次调整无机盐的浓度后，反应器的运行周期均为14～25天。

上述方法可有效实现出水中nh4⁺-n和no2^--n的含量均在10mgl^-1以下的目标。

作为优选，所述进水中还添加有无机盐缓冲溶液；无机盐缓冲溶液的各组分终浓度组成为：kh2po48～10mgl^-1，cacl2·2h2o5～6mgl^-1，mgso4·2h2o290～310mgl^-1，khco31240～1260mgl^-1，溶剂为水。

作为优选，所述进水中还添加有1.00～1.25mll^-1的微量元素ⅰ配制液和1.00～1.25mll^-1的微量元素ⅱ配制液；

所述的微量元素ⅰ配制液的组成为：edta5.0～6.0gl^-1，feso49.1～9.2gl^-1；

所述的微量元素ⅱ配制液的组成为：edta15.0～16.0gl^-1，znso4·7h2o0.40～0.45gl^-1，cocl2·6h2o0.20～0.25gl^-1，mncl2·4h2o0.95～1.00gl^-1，cuso4·5h2o0.20～0.25gl^-1，namoo4·2h2o0.20～0.25gl^-1，nicl2·6h2o0.20～0.25gl^-1，h3bo40.010～0.015gl^-1。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过控制进水基质中nh4⁺-n和no2^--n浓度以及反应器中氮容积负荷、ni(ii)的浓度、无机盐的浓度和水力停留时间，实现了耐受含镍高氨氮含盐废水的厌氧氨氧化菌的培养，提供了一种耐受ni(ii)和无机盐的污泥驯化方法以及处理含ni(ii)和无机盐废水的反应器性能提升策略，提升了反应器抵抗含镍含盐废水不利影响的能力。

附图说明

图1为实施例1中不同运行时间下比厌氧氨氧化活性(saa)的变化情况。

图2为实施例1中不同运行时间下进、出水中三氮的浓度变化情况。

图3为实施例1中不同运行时间下总氮去除速率nre(％)和总氮去除负荷nrr(kgnm^-3d^-1)的变化情况。

图4为实施例1中不同运行时间下进出水ph变化和化学计量比的变化情况。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅限于此。

实施例1

一种耐受含镍高氨氮含盐废水的厌氧氨氧化菌的培养方法，具体步骤如下：

取平均氮去除率为6.5～7.5kgnm^-3d^-1的某高效厌氧氨氧化反应器中的颗粒污泥，将900ml该污泥接种于有效体积1.5l的升流式厌氧污泥床反应器中。该反应器初始污泥浓度为2.45gl^-1，进水ph为8.14±0.14，反应器置于35±1℃且厌氧避光的恒温室中稳定运行14天后，氮容积负荷稳定在6.70±0.15kgnm^-3d^-1左右，污泥活性为587.12±17.9mgng^-1vssd^-1。

以模拟废水为进水基质，加入维持微生物生长的无机盐缓冲液和微量元素，通过控制反应器中的氮容积负荷和向进水中加入的ni(ii)(本实施例加入nicl2·6h2o)的量分阶段运行。

其中，(nh4)2so4与nano2按1:1物质的量之比按各阶段所需量进行添加。进水中无机盐缓冲液各组份的终浓度为：kh2po410mgl^-1，cacl2·2h2o5.6mgl^-1，mgso4·2h2o300mgl^-1，khco31250mgl^-1。

所述的进水添加微量元素ⅰ配制液1.25mll^-1和微量元素ⅱ配制液1.25mll^-1，微量元素ⅰ配制液及和微量元素ⅱ配制液具体成分为：

微量元素ⅰ配制液(gl^-1):edta5.00，feso49.14。

微量元素ⅱ配制液(gl^-1):edta15.0，znso4·7h2o0.430，cocl2·6h2o0.240，mncl2·4h2o0.990，cuso45h2o0.250，namoo4·2h2o0.220，nicl2·6h2o0.210，h3bo40.014。

所述的运行方法与ni(ii)和nacl浓度设置如下：

(1)第一阶段：试验进水基质浓度为nh4⁺-n280mgl^-1，no2^--n280mgl^-1，nh4⁺-n和no2^--n之比为1:1，氮容积负荷为6.7kgnm^-3d^-1，反应器初始nicl2·6h2o投加浓度设置为0.2mgl^-1并持续运行14天，反应器内氮去除负荷仅降低至99.55％，反应器内厌氧氨氧化菌的活性从587.12±17.9mgng^-1vssd^-1增加到698.46±10.93mgng^-1vssd^-1，增加了120.06％，说明在0.2mgl^-1ni(ii)的添加下，有助于提升厌氧氨氧化的活性。

(2)第二阶段：ni(ii)投加浓度设置为0.2mgl^-1不变，投加2.5gl^-1nacl,氮去除负荷轻微下降至6.67±0.32kgnm^-3d^-1，说明反应器内厌氧氨氧化菌已经受到轻微的抑制，而以往单独2.5gl^-1nacl或是单独投加ni(ii)浓度0.2mgl^-1，对于菌群都是促进的作用，联合却是抑制作用；运行14天后，hrt从1.8h增加至8h，继续提升nacl浓度至5gl^-1，此时反应器运行稳定，出水基质含量均小于10mgl^-1，氮去除负荷为1.54±0.08kgnm^-3d^-1，然而菌群活性降低至19.36％。

(3)第三阶段：继续保持ni(ii)浓度0.2mgl^-1不变，提升nacl浓度至10gl^-1，15gl^-1，均运行两周后运行性能稳定，氮去除负荷约为1.58kgnm^-3d^-1，而菌群活性降低至6.84％，此期间出水亚硝氮含量维持在10mgl^-1以下。

(4)第四阶段：依然保持ni(ii)浓度0.2mgl^-1不变，提升nacl浓度至20gl^-1，氮去除负荷为0.91±0.34kgnm^-3d^-1运行过程中，反应器性能急剧恶化，出水nh4⁺-n和no2^--n持续攀升，运行16天，nh4⁺-n和no2^--n的浓度均高于200mgl^-1。

(5)第五阶段：第四阶段运行16天后，使nacl浓度至0gl^-1，基质浓度维持在280mgl^-1继续运行6天，反应器性能仍未好转。

(6)第六阶段：以nh4⁺-n和no2^--n以70，140，210，280mgl^-1，每个浓度运行14-25天，出水亚硝氮含量维持在10mgl^-1以下，更换下一个浓度，使厌氧氨氧化菌的恢复至280mgl^-1，出水nh4⁺-n和no2^--n维持在10mgl^-1以下稳定运行。

说明按照所述运行方法，在ni(ii)浓度0.2mgl^-1不变时，分阶段性投加提升nacl浓度小于20gl^-1(如15gl^-1)反应器内的厌氧氨氧化菌对含ni(ii)含盐废水的处理性能稳定，而在0.2mgl^-1和20gl^-1nacl共同毒性作用下，反应器失稳，但是这种毒性对于厌氧氨氧化颗粒污泥具有可逆性，并可通过逐渐提升基质的浓度(如70，140，210，280)，使其活性逐渐得到恢复。