一种同步培养硝化菌与好氧反硝化菌的方法技术

本发明专利技术提供了一种同步培养硝化菌与好氧反硝化菌的方法，包括如下内容：（1）培养硝化菌种子液和好氧反硝化菌种子液；（2）将上述种子液分别接入具有内置膜分离组件的生物反应器内进行半混合培养，好氧反硝化菌在膜分离组件内部进行反硝化反应，硝化菌在膜分离组件区域进行硝化反应，膜分离组件内外的培养基组成则是共混与互通的。本发明专利技术利用膜分离组件将硝化菌与好氧反硝化菌隔离开进行半混合培养，菌体在各自单独的生长空间，培养基则是共混与互通的，实现了两种菌的共同培养和分别收获，减少了设备投资，提高了菌体的培养效率。

【技术实现步骤摘要】
一种同步培养硝化菌与好氧反硝化菌的方法
本专利技术属于环境微生物领域，具体地说涉及一种同步培养硝化菌与好氧反硝化菌的方法。
技术介绍
生物强化技术是指通过向传统的生物处理系统中引入具有特定功能的微生物，提高有效微生物的浓度，增强其对难降解有机物的降解能力，提高降解速率，并改善原有生物处理体系对难降解有机物的去除效能。近年来，生物强化技术在环境治理中的应用受到越来越多的关注。生物强化技术应用最为普遍的方式之一是直接投加特定功能的微生物，特定功能的微生物是指从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种，主要用于以去除某一种或某一类有害物质。另一种方式是引入生物强化菌剂，将从自然界中筛选出来的、有特定功能的细菌制成菌液制剂或将其附着在麦麸上制成干粉制剂被称为生物强化菌剂。但是，无论采取何种方式，都需要对筛选获得的特定功能的微生物菌体进行扩大培养，以期大量获得具有工业应用价值的微生物。生物脱氮是解决氮素污染较为经济有效的方法之一，一般包括硝化过程和反硝化过程。硝化过程是由硝化菌，将氨氮转化为NO2－和NO3－的反应过程。反硝化过程是在无氧或低氧条件下，NO3－和NO2－被微生物还原转化为气体的过程，反应过程中需要以有机碳作为碳源和能源。不管是传统脱氮工艺还是新型脱氮工艺，负责脱氮的微生物主要是硝化菌和反硝化菌。在实际应用中，由于两种菌体的生长环境的差异，一般是将硝化过程和反硝化过程分离开，如传统的A/O，A2/O工艺，存在工艺冗长，污水处理构筑物占地面积大，投资和运行费用高等诸多弊端。同步硝化反硝化脱氮是指硝化反应和反硝化反应在同一反应器内同时进行的新型工艺，不仅克服了传统工艺硝化和反硝化过程在两个不同的反应器内进行或者在同一反应器内顺次进行的不足，而且在降低能耗和物耗等方面具有突出的优势。例如，可以减少反硝化反应设备、节省基建费用；反硝化过程产生的碱可部分中和硝化过程产生的酸，减少碱液的消耗，能有效地保持反应器中pH稳定。因此，同步硝化反硝化脱氮过程，已经成为水处理领域的研究热点。耿金菊等利用好氧反硝化菌群和自养硝化菌群组合脱氮（应用与环境生物学报,2002,8(1):78-82），虽然具有较好的氨氮脱除能力，但抗冲击能力较弱，高于300mg/L的高浓度氨氮能抑制菌体的生长，并且氨氮浓度高于200mg/L时，脱氮后氨氮残余量较多，同步不耐受高浓度有机碳，500mg/L的有机碳浓度抑制菌体生长并降低脱氮效果；这种组合菌群中的各类细菌培养与生长条件不一致，一种发挥功能时另一种却被处于抑制状态，导致彼此不协调，生物脱氮时间延长，成本增大，脱氮效率受到影响。生物强化菌剂通常是多种菌株按照一定比例复配而成的，不同菌株的生长环境一般是不同的。如果采取单独放大培养菌体，然后将收集的菌体按比例混和为菌剂，则需要多个反应器，投资和运行费用大；如果单独培养种子液，然后将各种菌的种子液按比例混合后进行放大培养并收集得到菌剂，则不能保证不同菌体在各自适宜的条件下生长，培养的效率不高，培养后的比例也不能够保证。因此，如果将硝化菌和反硝化菌直接混合培养，除非筛选获得生长环境相同的菌体，否则不能保证两种菌体在各自适宜的环境生长，就不能保证同步硝化反硝化的高效进行，影响硝化菌和反硝化菌的活性和收获量。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种同步培养硝化菌与好氧反硝化菌的方法。本专利技术利用膜分离组件将硝化菌与好氧反硝化菌隔离开进行半混合培养，菌体在各自单独的生长空间，培养基则是共混与互通的，实现了两种菌的共同培养和分别收获，减少了设备投资，提高了菌体的培养效率。本专利技术同步培养硝化菌与好氧反硝化菌的方法，包括如下内容：（1）培养硝化菌种子液和好氧反硝化菌种子液；（2）将上述种子液分别接入具有内置膜分离组件的生物反应器内进行半混合培养，好氧反硝化菌在膜分离组件内部进行反硝化反应，硝化菌在膜分离组件外部的反应器内进行硝化反应，膜分离组件内外的培养基组成则是共混与互通的。本专利技术中，膜分离组件的材质可以采用各种具有分离特性的膜，优选采用陶瓷分离膜，膜孔直径为0.05～0.5μm。根据实际情况，设计膜分离组件与生物反应器的体积比为1:2～1:6。膜分离组件内部设搅拌器，搅拌转速为50～200rpm，实现内部的高效返混。本专利技术中，硝化菌为具有硝化功能的亚硝酸菌和/或硝酸菌，可以是纯化的单一菌或者混合菌，在培养过程中可将氨氮转化成亚硝氮和/或硝氮，优选采用具有亚硝酸功能的亚硝酸菌。好氧反硝化菌为具有反硝化功能的好氧反硝化菌，可以是纯化的单一菌或者混合菌，在培养过程中可将硝氮和/或亚硝氮变成气体物质。硝化菌和好氧反硝化菌经过活化后，接入液体培养基制备种子液。本专利技术中，所述的硝化菌种子液与好氧反硝化菌种子液是将活化好的菌体按10%的体积比接入液体培养基中，在100rpm、30℃条件下培养至对数生长期与稳定期的交界点，可以保证菌体的最高活性和稳定性。硝化菌种子液与好氧反硝化菌种子液的接种量为生物反应器体积的10%～30%，其中硝化菌种子液和反硝化菌种子液的接入体积比为2:1～6:1。本专利技术中，生物反应器可以是普通生物反应器，底部设曝气装置；也可以直接采用气升式生物反应器，底部直接通入气体形成返混状态。生物反应器的其它操作条件按常规的硝化菌和反硝化菌的培养条件控制。可以设置培养体系溶解氧量的测定装置，根据需要调整通气量，以获得良好的效果。同时提供pH电极检测，以便通过外源加入酸、碱来实现系统pH的控制。温度控制为内部盘管加热方式或者在反应器外部设置控温夹套来维持所需要的培养温度。本专利技术中，半混合培养的培养液中的氨氮浓度为100～1000mg/L，Fe2+浓度为0.01～0.06g/L，K+浓度为0.05～0.5g/L，Ca2+浓度为0.01～0.1g/L，Mg2+浓度为0.05～0.5g/L，pH值为6.5～7.5。本专利技术中，培养过程中补充反硝化菌生长代谢所需的有机碳源，按照碳氮质量比为3:1～10:1补加有机碳源，有机碳源可以是丁二酸钠、乙酸钠、甲醇、葡萄糖或纤维素水解液等。以批次或连续方式补充有机碳源，最好根据有机碳源的消耗速度进行流加，以减少有机碳源对硝化污泥的影响。本专利技术中，膜分离组件外部区域的处理条件采用与硝化污泥条件相似的条件，如温度一般为20℃～40℃，pH值一般为6～9，溶解氧浓度一般为1～5mg/L等。为了实现膜分离组件外部区域的有效返混，维持曝气量不变。当硝化区域溶解氧浓度出现波动时，通过调节曝气中的氧浓度，以保证膜分离组件外部区域溶解氧浓度在1～5mg/L。菌体培养至对数生长期，获得高活性大批量硝化菌体和好氧反硝化菌体。与现有技术相比，本专利技术具有如下突出特点：1、利用膜分离组件将硝化菌和好氧反硝化菌隔离开进行半混合培养，在一个反应器中实现菌体各自单独的生长空间，培养基组成则是共混与互通的，实现了两种菌体的共同培养和分别收获，减少了设备投资，提高了培养效率，解决了单独培养需要不同反应器和混合培养不能获得单一菌种的不足。2、硝化菌利用培养基中的氨氮进行硝化反应，产生的硝氮和亚硝氮可以进入膜分离组件内部作为好氧反硝化菌的营养物质。随着好氧反硝化的进行，硝氮和亚硝氮会进入膜分离组件内部满足好氧反硝化的需要；同时由于产物抑制作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步培养硝化菌与好氧反硝化菌的方法，包括如下内容：（1）培养硝化菌种子液和好氧反硝化菌种子液；（2）将上述种子液分别接入具有内置膜分离组件的生物反应器内进行半混合培养，好氧反硝化菌在膜分离组件内部进行反硝化反应，硝化菌在膜分离组件外部的反应器内进行硝化反应，膜分离组件内外的培养基组成则是共混与互通的。

【技术特征摘要】
1.一种同步培养硝化菌与好氧反硝化菌的方法，包括如下内容：（1）培养硝化菌种子液和好氧反硝化菌种子液；（2）将上述种子液分别接入具有内置膜分离组件的生物反应器内进行半混合培养，膜分离组件采用陶瓷分离膜，好氧反硝化菌在膜分离组件内部进行反硝化反应，硝化菌在膜分离组件外部的反应器内进行硝化反应，膜分离组件内外的培养基组成则是共混与互通的；生物反应器底部设曝气系统，膜分离组件内部设搅拌器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：膜分离组件的膜孔直径为0.05μm～0.5μm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：膜分离组件与生物反应器的有效体积比为1:2～1:6。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：搅拌器的搅拌转速为50～200rpm。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：硝化菌为具有硝化功能的亚硝酸菌和/或硝酸菌，是纯化的单一菌或者混合菌；好氧反硝化菌为具有反硝化功能的好氧反硝化菌，是纯化的单一菌或者混合菌。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：硝化菌种子液与好氧反硝化菌...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丹凤，高会杰，郭志华，李宝忠，郭宏山，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11