一种利用碳源富集培养硝酸盐异化还原为铵菌获取铵盐的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用碳源富集培养硝酸盐异化还原为铵菌获取铵盐的方法，本发明专利技术通过两路进水向膜生物反应器内通入不同废水进行富集培养硝酸盐异化还原为铵菌；一路进水通氮源废水，一路进水通碳源废水，运行过程中，通过不断提高碳源废水中碳源的浓度，运行至0‑50天使反应器COD/N为6.5，运行至50‑137天使反应器COD/N为7.7，运行至137‑161天使反应器COD/N为10.0。本发明专利技术的方法成功实现了在MBR反应器中DNRA过程的稳定运行，DNRA过程将硝酸盐转化为铵盐，提高了废水中氮素的回收率，解决了现有技术主要靠反硝化转化硝酸盐，导致大量氮素损失等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种利用碳源富集培养硝酸盐异化还原为铵菌获取铵盐的方法
本专利技术涉及一种利用碳源富集培养硝酸盐异化还原为铵菌获取铵盐的方法，属于生物

技术介绍
随着世界人口的快速增长，仅依靠自然固氮农作物生长来获取铵，已远远不能满足人类需求。与硝酸盐相比，铵盐是更容易被生物利用的无机氮形式。作为工业生产氮肥的原料，铵盐主要通过Haber-Bosch技术合成。但是该技术耗费大量能源，且生产过程向外排放大量温室气体二氧化碳。为了满足对铵盐的需求，从废水中回收铵盐已逐渐成为研究热点。目前，针对污水中的硝酸盐，几乎所有污水处理厂都依靠反硝化技术使之还原为气态氮，这造成了大量的氮损失。硝酸盐异化还原为铵(DNRA)过程是将硝态氮逐步还原为氨氮，反应过程为NO3-→NO2-→NH4+。与反硝化作用生成N2，达到N的永久去除不同，硝酸盐通过DNRA过程将硝酸盐转化为氨氮，以铵态氮的形式存在。因此，利用DNRA可以达到回收废水中所有无机氮的目的。已有的两个公认的DNRA途径，其中一个涉及发酵，另一个与硫细菌氧化有关。发酵DNRA过程利用有机物发酵反应产生的电子流达到硝酸盐去除的目的。另一种方式是通过无机化能自养硫细菌氧化达到硝酸盐去除的目的，氧化降解的硫形态包括自有形态硫(H2S、S2-)以及单质S。研究表明，硝酸盐异化还原为铵菌对环境要素敏感，比如C/N比、pH、亚硝酸盐/硝酸盐浓度等因素都会影响DNRA在生态系统中的过程。关于DNRA的报道多是集中于DNRA菌在各种自然生境中的研究，然而，为了将DNRA应用于废水中的氮回收，对DNRA生物反应器的培养至关重要。该类研究目前仍处于起步阶段，更是缺乏对于混合菌群的研究。因此，现有缺少通过富集培养硝酸盐异化还原为铵菌来获取铵盐的方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种利用碳源富集培养硝酸盐异化还原为铵菌获取铵盐的方法。本专利技术是利用碳源培养硝酸盐异化还原为铵菌，利用DNRA过程将硝酸盐转化为铵盐，进而达到从废水中回收无机氮的目的，解决了现有技术主要靠反硝化过程去除硝酸盐，导致大量氮素损失等问题。本专利技术的富集培养环境为无纺布膜生物反应器(MBR)，分别选用了丁二酸钠、葡萄糖或乙醇三种不同碳源对DNRA细菌进行富集培养。反应器运行期间，进水为硝酸盐废水，保持温度、pH稳定，不断提高COD/N，最终达到稳定的氨氮出水。本专利技术的方法成功实现了在MBR反应器中DNRA过程的稳定运行，DNRA过程将硝酸盐转化为铵盐，提高了污水中氮素的回收率。术语说明：硝酸盐异化还原为铵(DNRA)：即DNRA菌以有机物为电子供体，NO3-为电子受体，将其经过NO2-最终转化为NH4+，反应式为NO3-→NO2-→NH4+。膜生物反应器(MBR)：是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种利用碳源富集培养硝酸盐异化还原为铵菌获取铵盐的方法，包括如下步骤：(1)将厌氧颗粒污泥用清水清洗后，转移至无纺布厌氧膜生物反应器中，转移厌氧颗粒污泥的体积为反应器有效体积的1/3～1/5；(2)通过两路进水向膜生物反应器内通入不同废水进行富集培养硝酸盐异化还原为铵菌；一路进水通氮源废水，一路进水通碳源废水，氮源废水与碳源废水分开通入膜生物反应器内；氮源废水与碳源废水进水流速相同，控制进水流速，反应器连续进水，使废水在膜生物反应器内水力停留时间为12～48小时，反应器内pH保持在7.1±0.1，控制反应器温度为22-24℃；(3)运行过程中，通过不断提高碳源废水中碳源的浓度，运行至0-50天使反应器COD/N为6-7，运行至50-137天使反应器COD/N为7-8，运行至137-161天使反应器COD/N为9.5-10.5。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述的厌氧膜生物反应器为浸没式厌氧膜生物反应器，顶部设置有两个进水口，膜为无纺布膜，膜通量为80-150L/m2/h；膜支架为聚甲基丙烯酸甲酯支架，反应器主体采用有机玻璃材料，为立式双层圆柱形，反应器内设置有搅拌器。根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述厌氧颗粒污泥为污水处理厂厌氧消化阶段的厌氧颗粒污泥，厌氧颗粒污泥混合液悬浮固体浓度(MLSS)为9500±100mg/L。根据本专利技术优选的，步骤(2)中，氮源废水中硫酸镁(MgSO4·7H2O)含量0.197g/L，硝酸钠(NaNO3)含量1.254g/L，磷酸二氢钾(KH2PO4)含量1.999g/L，氯化钙(CaCl2·2H2O)含量0.022g/L，氢氧化钠(NaOH)含量0.04g/L，氯化锰(MnCl2·4H2O)含量0.021g/L，硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)含量0.02g/L，酵母(yeastextract)含量0.01g/L，微量元素溶液含量4mL/L。进一步优选的，微量元素溶液成分如下：乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)含量20.0g/L，硫酸锌(ZnSO4·7H2O)含量2.2g/L，氯化钴(CoCl2·6H2O)含量5.54g/L，硫酸铜(CuSO4·5H2O)含量1.75g/L，钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)含量1.10g/L。根据本专利技术优选的，步骤(2)中，碳源废水为碳源与水混合得到的混合液，所述的碳源为丁二酸钠、葡萄糖或乙醇。最为优选的，所述的碳源为乙醇。根据本专利技术优选的，步骤(3)中，反应运行时，通过不断提高碳源废水中碳源的浓度，运行至0-50天使反应器COD/N为6.5，运行至50-137天使反应器COD/N为7.7，运行至137-161天使反应器COD/N为10.0。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术利用无纺布膜生物反应器采用丁二酸钠、葡萄糖或乙醇三种不同碳源对DNRA细菌进行富集培养DNRA菌，成功将废水中的硝酸盐转化为铵盐，实现了从硝酸盐废水中回收铵盐的目的。2、本专利技术利用浸没式厌氧膜生物反应器进行固定富集DNRA菌，可以在膜内迅速生物量浓度，维持较高的DNRA细菌活性；并且由于膜的高效分离作用，使得污泥与出水完全分离，保证了系统长时间的稳定运行。3、本专利技术采用丁二酸钠、葡萄糖或乙醇三种不同碳源对DNRA细菌进行富集培养DNRA菌，将厌氧颗粒污泥接种到浸没式厌氧膜生物反应器中，以实现污泥的连续产铵。在无纺布膜生物反应器内固定的DNRA细菌具有微生物量浓度高、抗性强等优点，可以使DNRA菌在系统内维持较高的细菌浓度和生物活性。附图说明图1是本专利技术不同碳源富集培养过程中的铵盐转化效果图，图中a、以丁二酸钠为碳源；b、以葡萄糖为碳源；c、以乙醇为碳源。具体实施方式：下面将结合实施例对本专利技术做进一步具体的描述，但本专利技术大的实施方式不限于此。实施例中采用的浸没式厌氧膜生物反应器；通过进水泵向反应器内进水，为了使反应器进水布水均匀，能够与颗粒污泥充分接触，在无纺布膜生物反应器顶部设置机械搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用碳源富集培养硝酸盐异化还原为铵菌获取铵盐的方法，包括如下步骤：/n(1)将厌氧颗粒污泥用清水清洗后，转移至无纺布厌氧膜生物反应器中，转移厌氧颗粒污泥的体积为反应器有效体积的1/3～1/5；/n(2)通过两路进水向膜生物反应器内通入不同废水进行富集培养硝酸盐异化还原为铵菌；一路进水通氮源废水，一路进水通碳源废水，氮源废水与碳源废水分开通入膜生物反应器内；氮源废水与碳源废水进水流速相同，控制进水流速，反应器连续进水，使废水在膜生物反应器内水力停留时间为12～48小时，反应器内pH保持在7.1±0.1，控制反应器温度为22-24℃；/n(3)运行过程中，通过不断提高碳源废水中碳源的浓度，运行至0-50天使反应器COD/N为6-7，运行至50-137天使反应器COD/N为7-8，运行至137-161天使反应器COD/N为9.5-10.5。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用碳源富集培养硝酸盐异化还原为铵菌获取铵盐的方法，包括如下步骤：
(1)将厌氧颗粒污泥用清水清洗后，转移至无纺布厌氧膜生物反应器中，转移厌氧颗粒污泥的体积为反应器有效体积的1/3～1/5；
(2)通过两路进水向膜生物反应器内通入不同废水进行富集培养硝酸盐异化还原为铵菌；一路进水通氮源废水，一路进水通碳源废水，氮源废水与碳源废水分开通入膜生物反应器内；氮源废水与碳源废水进水流速相同，控制进水流速，反应器连续进水，使废水在膜生物反应器内水力停留时间为12～48小时，反应器内pH保持在7.1±0.1，控制反应器温度为22-24℃；
(3)运行过程中，通过不断提高碳源废水中碳源的浓度，运行至0-50天使反应器COD/N为6-7，运行至50-137天使反应器COD/N为7-8，运行至137-161天使反应器COD/N为9.5-10.5。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的厌氧膜生物反应器为浸没式厌氧膜生物反应器，顶部设置有两个进水口，膜为无纺布膜，膜通量为80-150L/m2/h；膜支架为聚甲基丙烯酸甲酯支架，反应器主体采用有机玻璃材料，为立式双层圆柱形，反应器内设置有搅拌器。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述厌氧颗粒污泥为污水处理厂厌氧消化阶段的厌氧颗粒污泥，厌氧颗粒污泥混合液悬浮固体浓度(MLSS)为9500±100mg/L。


4.根据权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪寿清，赵逸昳，李倩霞，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37