一种间歇式、氨氮流加‑间歇式运行交替的硝化细菌菌群筛选和富集培养方法，属于水处理技术领域。以含有硝化细菌的活性污泥为接种污泥，利用细菌发酵罐，通过间歇式、氨氮流加‑间歇式运行交替方法实现硝化细菌菌群的筛选和富集培养。利用间歇式运行逐渐提高初始氨氮负荷以提高氨氮氧化速率，氨氮流加‑间歇式运行以维持氨氮氧化速率和实现低亚硝酸盐积累率。采用此方法可以在短期内实现硝化细菌菌群的筛选和富集培养。本发明专利技术所获得的硝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氧化速率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水处理领域，特别涉及一种间歇式、氨氮流加-间歇式运行交替的硝化细菌菌群筛选和富集培养方法。
技术介绍
氨氮废水的大量排放可引发水体富营养化问题，其主要来源为生活污水、工业废水和农业用水。随着国内外水体富营养化趋势的日益严重以及相关部门对此问题的高度重视，消减外源成为控制水体富营养化的首要措施，为此兴建了大量的污水处理厂通过具体工艺对污水进行有效处理从而减少污染物质输入，且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。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。硝化细菌包括AOB和NOB，是实现生物硝化的核心细菌。相关研究表明，溶解氧(DO)、游离氨(Freeammonia，FA)和游离亚硝酸(Freenitrousacid，FNA)是影响AOB和NOB活性和生长的重要参数。AOB相对于NOB对溶解氧具有更强的亲和力，所以在低溶解氧环境中(0.5mg/L左右)，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。而较高DO水平有利于NOB的生长和提高氨氮氧化速率。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。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。污水处理厂目前普遍采用A2/O工艺进行生物脱氮，实际中因运行条件所限，短程硝化难以维持，普遍为全程硝化。现有工艺的硝化反应速率较慢，冬季因水温降低反应速率下降明显，因此对技术进行升级具有极其重要的经济价值。因污水中硝化细菌浓度和硝化反应速率成正比，且反应速率直接影响污水处理工艺的处理效果，为此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。此外常采用投加硝化细菌菌剂用于水产养殖业去除氨氮和亚硝酸盐。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，开发出一种间歇式、氨氮流加-间歇式运行交替的硝化细菌菌群筛选和富集培养方法，可以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氧化速率的硝化细菌菌群，为进行工业化硝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间歇式、氨氮流加-间歇式运行交替的硝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硝化细菌菌群，应用于水处理生物硝化领域，可以实现高氨氮氧化速率、高亚硝酸盐氧化速率、硝化细菌菌群在总细菌中占有数量优势等实际应用价值。为了实现上述状态，本专利技术采用了以下技术方案。一种间歇式、氨氮流加-间歇式运行交替的硝化细菌菌群筛选和富集培养方法，其特征在于：培养后硝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氧化速率。一种间歇式、氨氮流加-间歇式运行交替的硝化细菌菌群筛选和富集培养方法的具体实施步骤如下：(1)以含有硝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)，白天采用间歇式、晚上采用氨氮流加-间歇式的交替运行方法，白天和晚上各一周期，分别记为A和B；A周期具体实施步骤如下：1)采用每周期为N个批次的一次性投加基础培养液并反应的间歇式运行模式；在整个周期TA时间内，当天首批次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，之后各批次只加基础培养液中的氨氮化合物的溶液，每个批次进水后反应液的初始NH4+-N浓度记为[NH4+-N]A0；开启温度控制(本专利技术优选温度20～30℃)、pH(本专利技术优选pH7.0～7.5)、搅拌和曝气装置(本专利技术优选反应初始DO1.0～1.5mg/L)进行本批次反应；反应t时刻NH4+-N浓度为[NH4+-N]At，使得[NH4+-N]At为[NH4+-N]A0的0.2～0.5倍，计算此反应段的接种污泥的氨氮氧化速率AORA；2)每批次一次性投加的氨氮底物提供的进水氨氮负荷使得至反应体系内的初始NH4+-N浓度为[NH4+-N]A0(本专利技术优选[NH4+-N]A0为接种污泥氨氮氧化速率的3～4倍，即投加的氨氮负荷可在3～4h基本反应完全)；当氨氮及过程生成的亚硝酸盐最后基本反应完全，即剩余氨氮浓度、亚硝酸盐浓度分别均为[NH4+-N]A0的10％以下，继续以负荷[NH4+-N]A0*(1±10％)投加氨氮下一批次并进行反应；每白天A周期内氨氮投加批次数N视每批反应历时tA确定，即N≈TA/tA；3)每天选取一个批次取样以考察当天A周期的氨氮氧化速率AORA和亚硝酸盐积累率NARA；该批次刚投加氨氮后以及反应t时刻分别取样测定NH4+-N、NO2--N、NO3--N的浓度，记为[NH4+-N]A0、[NO2--N]A0、[NO3--N]A0、[NH4+-N]At、[NO2--N]At、[NO3--N]At；计算A周期的氨氮氧化速率AORA和亚硝酸盐积累率NARA；4)随着氨氮氧化速率AORA提高，每隔几天(在每批次该氨氮负荷可以在一定时间(本专利技术优选时间2～3h)基本反应完全或连续2～3天氨氮氧化速率趋于稳定)，提高每天A周期内各批次的氨氮负荷，使得提高后的首批次氨氮负荷为前一个氨氮负荷的1.2～2倍，以通过提高初始氨氮负荷提高氨氮氧化速率；5)每个A周期结束，进行污泥沉淀、排水至低于当天的初始液位，以避免因各批次加基础培养液导致反应液体积增加对B周期试验的影响；(2)B周期采用氨氮流加-间歇式运行，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)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；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]B0(本专利技术优选浓度20～40mg/L)；进行本周期反应、污泥沉淀、排水，每一夜为一周期；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)为维持当天A周期的氨氮氧化速率AORA，另根据A周期的亚硝酸盐积累率NARA，B周期的氨氮流加速率[NH4+-N]add按照[NH4+-N]add＝(0.9～1.3)*AORA*(1-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种间歇式、氨氮流加‑间歇式运行交替的硝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)以含有硝化细菌的活性污泥为接种污泥，白天采用间歇式、晚上采用氨氮流加‑间歇式的交替运行方法，白天和晚上各一周期，分别记为A和B；A周期具体实施步骤如下：1)采用每周期为N个批次的一次性投加基础培养液并反应的间歇式运行模式；在整个周期TA时间内，当天首批次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，之后各批次只加基础培养液中的氨氮化合物的溶液，每个批次进水后反应液的初始NH4+‑N浓度记为[NH4+‑N]A0；开启温度控制、pH、搅拌和曝气装置进行本批次反应；反应t时刻NH4+‑N浓度为[NH4+‑N]At，使得[NH4+‑N]At为[NH4+‑N]A0的0.2～0.5倍，计算此反应段的接种污泥的氨氮氧化速率AORA；2)每批次一次性投加的氨氮底物提供的进水氨氮负荷使得至反应体系内的初始NH4+‑N浓度为[NH4+‑N]A0；当氨氮及过程生成的亚硝酸盐最后基本反应完全，即剩余氨氮浓度、亚硝酸盐浓度分别均为[NH4+‑N]A0的10％以下，继续以负荷[NH4+‑N]A0*(1±10％)投加氨氮下一批次并进行反应；每白天A周期内氨氮投加批次数N视每批反应历时tA确定，即N≈TA/tA；3)每天选取一个批次取样以考察当天A周期的氨氮氧化速率AORA和亚硝酸盐积累率NARA；该批次刚投加氨氮后以及反应t时刻分别取样测定NH4+‑N、NO2‑‑N、NO3‑‑N的浓度，记为[NH4+‑N]A0、[NO2‑‑N]A0、[NO3‑‑N]A0、[NH4+‑N]At、[NO2‑‑N]At、[NO3‑‑N]At；计算A周期的氨氮氧化速率AORA和亚硝酸盐积累率NARA；4)随着氨氮氧化速率AORA提高，每隔几天提高每天A周期内各批次的氨氮负荷，使得提高后的首批次氨氮负荷为前一个氨氮负荷的1.2～2倍，以通过提高初始氨氮负荷提高氨氮氧化速率；5)每个A周期结束，进行污泥沉淀、排水至低于当天的初始液位，以避免因各批次加基础培养液导致反应液体积增加对B周期试验的影响；(2)B周期采用氨氮流加‑间歇式运行，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)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；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]B0；进行本周期反应、污泥沉淀、排水，每一夜为一周期；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；步骤(1)间歇运行A周期某一批次t时间反应段的氨氮氧化速率，视为A周期的氨氮氧化速率，计算如下：AORA(mg/(L·h))=[NH4+-N]Ao-[NH4+-N]Att---(1)]]>式中AORA：某一批次氨氮氧化速率，mg/(L·h)；[NH4+‑N]A0：某一批次初始NH4+‑N浓度，mg/L；[NH4+‑N]At：某一批次反应t时刻NH4+‑N浓度，mg/L；t：反应时间，h；步骤(2)B周期氨氮流加‑间歇式运行氨氮氧化速率计算如下：AORB(mg/(L·h))=[NH4+-N]B0+[NH4+-N]add×t′-[NH4+-N]Bendt′---(2)]]>式中AORB：每个周期氨氮氧化速率，mg/(L·h)；[NH4+‑N]B0：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]Bend：每个周期反应结束NH4+‑N浓度，mg/L；t'：每个周期氨氮流加时间也即反应时间，h；间歇运行A周期某一批次t时间反应段的亚硝酸盐积累率，视为A周期的亚硝酸盐积累率，计算如下：NARA=[NO2--N]At-[NO2--N]A0([NO2--N]At-[NO2--N]A0)+([NO3--N]At-[NO3--N]A0)×100%---(3)]]>式中NARA：某一批次亚硝酸盐积累率；[NO2‑‑N]A0：某一批次初始NO2‑‑N浓度，mg/L；[NO2‑‑N]At：某一批次反应t时刻NO2‑‑N浓度，mg/L；[NO3‑‑N]A0：某一批次初始NO3‑‑N浓度，mg/L；[NO3‑‑...
【技术特征摘要】
1.一种间歇式、氨氮流加-间歇式运行交替的硝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)以含有硝化细菌的活性污泥为接种污泥，白天采用间歇式、晚上采用氨氮流加-间歇式的交替运行方法，白天和晚上各一周期，分别记为A和B；A周期具体实施步骤如下：1)采用每周期为N个批次的一次性投加基础培养液并反应的间歇式运行模式；在整个周期TA时间内，当天首批次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，之后各批次只加基础培养液中的氨氮化合物的溶液，每个批次进水后反应液的初始NH4+-N浓度记为[NH4+-N]A0；开启温度控制、pH、搅拌和曝气装置进行本批次反应；反应t时刻NH4+-N浓度为[NH4+-N]At，使得[NH4+-N]At为[NH4+-N]A0的0.2～0.5倍，计算此反应段的接种污泥的氨氮氧化速率AORA；2)每批次一次性投加的氨氮底物提供的进水氨氮负荷使得至反应体系内的初始NH4+-N浓度为[NH4+-N]A0；当氨氮及过程生成的亚硝酸盐最后基本反应完全，即剩余氨氮浓度、亚硝酸盐浓度分别均为[NH4+-N]A0的10％以下，继续以负荷[NH4+-N]A0*(1±10％)投加氨氮下一批次并进行反应；每白天A周期内氨氮投加批次数N视每批反应历时tA确定，即N≈TA/tA；3)每天选取一个批次取样以考察当天A周期的氨氮氧化速率AORA和亚硝酸盐积累率NARA；该批次刚投加氨氮后以及反应t时刻分别取样测定NH4+-N、NO2--N、NO3--N的浓度，记为[NH4+-N]A0、[NO2--N]A0、[NO3--N]A0、[NH4+-N]At、[NO2--N]At、[NO3--N]At；计算A周期的氨氮氧化速率AORA和亚硝酸盐积累率NARA；4)随着氨氮氧化速率AORA提高，每隔几天提高每天A周期内各批次的氨氮负荷，使得提高后的首批次氨氮负荷为前一个氨氮负荷的1.2～2倍，以通过提高初始氨氮负荷提高氨氮氧化速率；5)每个A周期结束，进行污泥沉淀、排水至低于当天的初始液位，以避免因各批次加基础培养液导致反应液体积增加对B周期试验的影响；(2)B周期采用氨氮流加-间歇式运行，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)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；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]B0；进行本周期反应、污泥沉淀、排水，每一夜为一周期；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；步骤(1)间歇运行A周期某一批次t时间反应段的氨氮氧化速率，视为A周期的氨氮氧化速率，计算如下：AORA(mg/(L·h))=[NH4+-N]Ao-[NH4+-N]Att---(1)]]>式中AORA：某一批次氨氮氧化速率，mg/(L·h)；[NH4+-N]A0：某一批次初始NH4+-N浓度，mg/L；[NH4+-N]At：某一批次反应t时刻NH4+-N浓度，mg/L；t：反应时间，h；步骤(2)B周期氨氮流加-间歇式运行氨氮氧化速率计算如下：AORB(mg/(L·h))=[NH4+-N]B0+[NH4+-N]add×t′-[NH4+-N]Bendt′---(2)]]>式中AORB：每个周期氨氮氧化速率，mg/(L·h)；[NH4+-N]B0：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]Bend：每个周期反应结束NH4+-N浓度，mg/L；t'：每个周期氨氮流加时间也即反应时间，h；间歇运行A周期某一批次t时间反应段的亚硝酸盐积累率，视为A周期的亚硝酸盐积累率，计算如下：NARA=[NO2--...
【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
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