一种氨氮流加‑间歇式运行的氨氧化细菌菌群筛选和富集培养方法技术

一种氨氮流加‑间歇式运行的氨氧化细菌菌群筛选和富集培养方法，属于水处理技术领域。以含有氨氧化细菌的活性污泥为接种污泥，利用细菌发酵罐，通过氨氮流加‑间歇式运行方法实现氨氧化细菌菌群的筛选和富集培养。利用游离氨和游离亚硝酸抑制亚硝酸盐氧化细菌，采用高溶解氧有助于提高氨氮氧化速率。采用此方法可以在短期内实现氨氧化细菌菌群的筛选和富集培养。本发明专利技术所获得的氨氧化细菌菌群在总细菌中占有数量优势，可以实现高氨氮氧化速率和高亚硝酸盐积累率。

【技术实现步骤摘要】
一种氨氮流加-间歇式运行的氨氧化细菌菌群筛选和富集培养方法
本专利技术属于水处理领域，特别涉及一种氨氮流加-间歇式运行的氨氧化细菌菌群筛选和富集培养方法。
技术介绍
在生物脱氮过程中尽可能节省曝气能耗和有机碳源是污水生物处理实现可持续发展的有效途径。传统的生物脱氮过程为自养硝化和异养反硝化。(1)由氨氧化细菌(Ammonia-oxidizingbacteria，AOB)将NH4+氧化为NO2-；(2)由亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite-oxidizingbacteria，NOB)将NO2-氧化为NO3-；(3)反硝化细菌将NO3-还原为N2。前两步被称为全程硝化，第一步被称为短程硝化。污水脱氮工艺过程中，相对于传统全程硝化，短程硝化可节约25％的曝气量，之后进行反硝化可节约40％的有机碳源。实际中活性污泥系统在一般条件下将氨氮氧化控制为短程硝化比较困难，亚硝化反应生成的NO2-很快被NOB氧化为NO3-。短程硝化的核心细菌是氨氧化细菌(AOB)。迄今为止，研究者们通常都是通过控制运行条件来抑制NOB的生化活性以实现短程硝化，如控制适宜的溶解氧(DO)、温度、pH、游离氨(Freeammonia，FA)、游离亚硝酸(Freenitrousacid，FNA)浓度，以及控制曝气时间等。相关研究证实，AOB相对于NOB对溶解氧具有更强的亲和力，所以在低溶解氧(0.5mg/L左右)环境中，AOB的竞争力强于NOB。DO浓度低于1.0mg/L时，AOB的生长速率比NOB约快2.6倍。但另有研究表明高DO有利于提高氨氮氧化速率。相关研究表明，AOB比NOB承受FA的抑制能力更强，其抑制作用的阈值一般在10～150mg/L和0.1～1.0mg/L。另有研究显示，FA浓度大于6mg/L对NOB产生明显抑制，16mg/L时仍未对AOB产生抑制影响，而达到25mg/L时AOB的活性下降40％。FNA对NOB的抑制作用比对AOB更加明显，FNA浓度高于0.02mg/L时，抑制NOB的代谢作用，高于0.10mg/L时开始抑制AOB的生长，当达到0.40mg/L时，对AOB的活性抑制严重。实际中因运行条件所限，短程硝化难以维持，污水处理厂目前普遍采用A2/O工艺进行全程硝化。随着国内外对水体氮污染问题的日益关注和高度重视，污水处理厂的出水标准越发严格。我国污水处理厂普遍要求严格执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。然而现有工艺的硝化反应速率较慢、冬季低温硝化细菌活性降低导致硝化速率明显减慢，且污水处理厂进水C/N较低，反硝化阶段需外加碳源，因此对现有技术进行升级具有极其重要的经济价值。一些研究人员采用添加载体填料、细胞固定化生物活性填料或生物添加等方式增加反应器内硝化细菌浓度，以提高硝化反应速率。此外与纯种细菌相比，复合菌群因具有生物多样性而更易适应实际污水复杂的水质情况。针对上述问题，开发出一种氨氮流加-间歇式运行的氨氧化细菌菌群筛选和富集培养方法，可以在短期内获得在总细菌中占有数量优势同时实现高氨氮氧化速率和高亚硝酸盐积累率的氨氧化细菌菌群，为进行工业化氨氧化细菌菌群培养提供理论指导，在水处理生物硝化领域具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于开发出一种氨氮流加-间歇式运行的氨氧化细菌菌群筛选和富集培养方法，利用该方法筛选和富集培养的氨氧化细菌菌群，应用于水处理生物硝化领域，可以实现高氨氮氧化速率、高亚硝酸盐积累率、氨氧化细菌菌群在总细菌中占有数量优势、硝化阶段节省曝气能耗、反硝化阶段节省碳源等实际应用价值。为了实现上述状态，本专利技术采用了以下技术方案。一种氨氮流加-间歇式运行的氨氧化细菌菌群筛选和富集培养方法，其特征在于：培养后氨氧化细菌菌群在总细菌中占有数量优势并且可以实现高氨氮氧化速率和高亚硝酸盐积累率。一种氨氮流加-间歇式运行的氨氧化细菌菌群筛选和富集培养方法的具体实施步骤如下：(1)以含有氨氧化细菌的活性污泥为接种污泥(本专利技术优选污水处理厂A2/O工艺回流污泥)，一次性投加氨氮(本研究采用NH4Cl提供氨氮)作为反应底物间歇运行，体系中初始NH4+-N浓度[NH4+-N]开始，反应时间t1，反应结束NH4+-N浓度[NH4+-N]结束，使得[NH4+-N]结束为[NH4+-N]开始的0.3～0.8倍，计算此反应段的接种污泥的氨氮氧化速率AOR；之后进行污泥沉淀、排水、补静置24h以上去除余氯的自来水搅拌后，再重复进行污泥沉淀、排水过程，该过程称为“污泥清洗”，减小反应产物造成背景值的影响；(2)然后采用氨氮流加-间歇式运行方法，进行进水、反应、污泥沉淀、排水的间歇式运行模式；采用氨氮流加-间歇式运行方法是每个周期氨氮投加分为两种方式，即进水时先通过投加氨氮作为反应初始底物间歇方式运行，运行开始时再通过流加方式向反应器中连续补充氨氮；具体实施步骤如下：1)每周期开始向反应器内加入水和基础培养液提供反应底物溶液即为进水，进水后反应液的初始NH4+-N浓度记为[NH4+-N]0(本专利技术优选浓度50～150mg/L)；开启温度控制(本专利技术优选温度20～35℃)、pH(本专利技术优选pH7.5～8.5)、搅拌和曝气装置(本专利技术优选DO0.5～1.5mg/L)进行本周期反应、污泥沉淀、排水；2)氨氮流加即配制氨氮流加液于一储备器中、在每个间歇式运行周期连续不断地滴加供应于反应器内，即随着氨氮氧化的进行连续不断地补充氨氮，以此种方式尽量减小氨氮流加对反应液整体体积变化的影响；其中优选不同周期加入氨氮流加液的体积速率相同(所有周期的体积速率相同)，可通过改变储备器中氨氮流加液的浓度(每个周期内的浓度相同)，从而改变氨氮流加速率[NH4+-N]add；3)第n个周期的氨氮氧化速率记为AORn，第n个周期反应体系中的氨氮流加速率[NH4+-N]add按照[NH4+-N]add＝(0.8～1.4)*AORn-1进行计算，以实现氨氮流加速率基本等于氨氮氧化速率，即实现每小时氨氮反应量近似于每小时流加补充氨氮量；4)采用氨氮流加-间歇式运行方法，通过控制氨氮流加速率和氨氮氧化速率的关系，控制整个反应周期内反应液的NH4+-N浓度，使得控制FA水平以抑制NOB，而未对AOB产生抑制；每周期反应产物亚硝酸盐积累在反应器内，随着反应进行亚硝酸盐生成量逐步提高，利于提高FNA浓度从而抑制NOB；5)每个周期后补静置24h以上去除余氯的自来水搅拌后，再重复进行污泥沉淀、排水过程，进行“污泥清洗”，根据本周期亚硝酸盐和硝酸盐积累情况确定该过程次数，通过“污泥清洗”，去掉本周期90％以上的反应产物为宜；6)每个周期硝化反应消耗碱度，pH下降，反应期间设置加碱装置，根据设定pH值自动调节pH、补充碱度和无机碳源，加碱装置中添加的物质为碳酸钠、碳酸氢钠溶液，即可实现调节pH、补充碱度，同时也能实现无机碳源的补加；7)通过运行周期数确定最终需要的活性污泥氨氮氧化速率，结束氨氧化细菌菌群的筛选和富集培养；(3)计算公式如下：1)步骤(1)中间歇运行的氨氮氧化速率计算如下：式中AOR：氨氮氧化速率，mg/(L·h)；[NH4+-N]开始：初始NH4+-N浓度，mg/L；[NH4+-N]结束：反应结束NH4+-N浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨氮流加‑间歇式运行的氨氧化细菌菌群筛选和富集培养方法，其特征在于，具体实施步骤如下：(1)以含有氨氧化细菌的活性污泥为接种污泥，一次性投加氨氮作为反应底物间歇运行，体系中初始NH

【技术特征摘要】
1.一种氨氮流加-间歇式运行的氨氧化细菌菌群筛选和富集培养方法，其特征在于，具体实施步骤如下：(1)以含有氨氧化细菌的活性污泥为接种污泥，一次性投加氨氮作为反应底物间歇运行，体系中初始NH4+-N浓度[NH4+-N]开始，反应时间t1，反应结束NH4+-N浓度[NH4+-N]结束，使得[NH4+-N]结束为[NH4+-N]开始的0.3～0.8倍，计算此反应段的接种污泥的氨氮氧化速率AOR；(2)然后采用氨氮流加-间歇式运行方法，进行进水、反应、污泥沉淀、排水的间歇式运行模式，具体实施步骤如下：1)采用氨氮流加-间歇式运行方法是每个周期氨氮投加分为两种方式，即进水时先通过投加氨氮作为反应初始底物，反应开始时再通过流加方式向反应器中连续补充氨氮；进水后反应体系内初始NH4+-N浓度记为[NH4+-N]0；2)开启温度控制、pH、搅拌和曝气装置进行本周期反应、污泥沉淀、排水；3)氨氮流加即配制氨氮流加液于一储备器中、在每个间歇式运行周期连续不断地滴加供应于反应器内，即随着氨氮氧化的进行连续不断地补充氨氮；4)第n个周期的氨氮氧化速率记为AORn，第n个周期反应体系中的氨氮流加速率[NH4+-N]add按照[NH4+-N]add＝(0.8～1.4)*AORn-1进行计算；步骤(1)间歇运行的氨氮氧化速率计算如下：式中AOR：氨氮氧化速率，mg/(L·h)；[NH4+-N]开始：初始NH4+-N浓度，mg/L；[NH4+-N]结束：反应结束NH4+-N浓度，mg/L；t1：反应时间，h；步骤(2)氨氮流加-间歇式运行的氨氮氧化速率计算如下：式中AORn：每个周期氨氮氧化速率，mg/(L·h)；[NH4+-N]0：每个周期初始NH4+-N浓度，mg/L；[NH4+-N]add：每个周期氨氮流加速率至反应液，mg/(L·h)；[NH4+-N]end：每个周期反应结束NH4+-N浓度，mg/L；t2：每个周期氨氮流加时间也即反应时间，h；步骤(2)氨氮流加-...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宏，姚仁达，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11