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利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法

2023-06-03 14:13:26 4

專利名稱:利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法
技術領域:
本發明涉及一種富集培養厭氧氨氧化細菌的方法。
背景技術:
生物脫氮技術在近20年來得到了飛速發展,已廣泛應用於生產實踐中。應用最多 的依然是傳統的消化反硝化工藝,但傳統工藝存在諸多問題,如流程較長,佔地面積大,基 建投資高;為獲得較高的汙泥濃度和脫氮效率,需進行汙泥回流和硝化液回流,增加了動力 費用;加鹼中和硝化過程中產生酸度,反硝化過程外加碳源,增加了運行成本;活性汙泥抗 衝擊負荷能力弱;可能造成二次汙染等。因此,尋求低能耗、高效率的新型脫氮技術勢在必行。在新型的生物脫氮工藝中, 厭氧氨氧化工藝優勢顯著而備受關注。與傳統工藝相比,它能夠節省62. 5%的曝氣量和 50%的耗鹼量,並且無需投加有機碳源,大大節省了動力費用和減小了運行成本;另外,由 於厭氧氨氧化的細胞產率遠遠低於反硝化菌,厭氧氨氧化工藝的汙泥產量只有傳統脫氮過 程的15%,大量減輕剩餘汙泥的處理和處置,減少了汙染。厭氧氨氧化工藝面臨的最大問題是厭氧氨氧化細菌生長緩慢,世代時間長,倍增 時間達11天,細胞產率低,為0. llgVSS/gNH4+-N,導致厭氧氨氧化反應器的富集時間很長, 一般在1 1. 5年,厭氧氨氧化細菌的富集效率低。對於生長緩慢的菌種,保持其在反應器 中的濃度對於順利富集至關重要,也就是說,反應器截留汙泥的能力往往決定能否成功富 集厭氧氨氧化過程。利用膜生物反應器能使泥水完全分離,使水力停留時間(HRT)與汙泥 齡的徹底分離的特點,把膜生物反應器和厭氧氨氧化工藝相結合,開發出外置式厭氧膜生 物反應器來實現厭氧氨氧化的脫氮過程。

發明內容
為了解決現有厭氧氨氧化工藝所面臨的厭氧氨氧化反應器富集時間長,厭氧氨氧 化細菌富集效率低的問題而提供了利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法。本發明利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法,該方法利用膜生物反 應器作為富集反應器培養厭氧氨氧化細菌按以下步驟實現一、向膜生物反應器進水箱中 加入模擬汙水培養基,取城市汙水廠A/0工藝缺氧生化池汙泥,取汙泥時缺氧生化池溫度 為16 20°C,汙泥在室溫環境下厭氧保存3 5天,然後將汙泥接種於膜生物反應器厭氧 罐中,汙泥的接種條件為總懸浮固體濃度9920 9940mg/L,揮發性懸浮固體濃度為4300 4340mg/L,接種量為2 4L ;二、接種後在膜生物反應器中進行富集培養,富集培養條件如 下控制厭氧罐內溫度為34 36°C,進水時pH值為7. 5 8. 5,進水時溶解氧為0. 06 0. 09mg/L,厭氧罐內pH值為7. 0 8. 0,厭氧罐內的溶解氧為0 0. 01mg/L,水力停留時間 為2天,汙泥在膜組件中平均停留時間為1. 4 1. 6min,進水時總有機碳為0 0. 01mg/L, 厭氧罐內總有機碳為18 20mg/L ;富集培養模式為採取排泥之後靜沉-排上清液的培養 模式或未採取排泥之後靜沉-排上清液的培養模式,培養至模擬汙水培養基中氨氮和亞硝酸鹽氮被同時完全去除時,即完成利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌;其中步驟 一中模擬汙水培養基是將(NH4) 2S04、NaN02、NaN03、KHC03、KH2P04、MgSO4 · 7H20、CaCl2 · 2H20、 Fe2 (SO4) 3、EDTA, ZnSO4 · 7Η20、CuSO4 · 5Η20、MnCl2 · 4Η20、NiCl · 6Η20、CoCl2 · 6Η20、H3BO4, NaCeO4 · IOH2O 和 NaMoO4 · 2Η20 溶解於水中配製培養基,其中(NH4)2SO4 132 1980g/L, NaNO2 69 2070g/L, NaNO3 O 2550g/L, KHCO3 1000g/L, KH2P0410g/L, MgSO4 · 7H20 60g/ L, CaCl2 · 2H20 5g/L, Fe2(SCM)3 6. 25g/L, EDTA 6. 25g/L, ZnSO4 · 7H20 430g/L、CuSO4 · 5H20 250g/L、MnCl2 · 4H20 990g/L、NiCl · 6H20 190g/L、CoCl2 · 6H20 240g/L、H3BO4 14g/L、 NaCeO4 · IOH2O 210g/L 禾口 NaMoO4 · 2H20 220g/L,煮沸除氧。膜生物反應器能夠使泥水完全分離,從而達到水力停留時間(HRT)與汙泥齡徹底 分離。本發明把膜生物反應器和厭氧氨氧化工藝相結合,開發出外置式厭氧膜生物反應器 以實現厭氧氨氧化菌的快速富集,並且外置式膜生物反應器能夠穩定、可靠的運行。膜生物反應器的膜組件為可拆卸式,並儲備多個膜絲,當現有膜絲的性能下降且 無法通過反覆衝洗減輕汙染時,則需要及時更換新的膜絲,並對舊的膜絲進行化學清洗以 循環利用。本發明所使用的外置式膜生物反應器無法像內置式一樣曝氣衝刷膜絲,因此在 汙泥總懸浮固體濃度大於3000mg/L時易發生膜汙染情況,通過跨膜壓力傳感器檢測跨膜 壓力大於50MPa時表明膜汙染嚴重,必須更換新的膜組件。本發明更換膜組件的周期為 30 40天。本發明利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌過程完成的標誌為模擬汙水 培養基中氨氮和亞硝酸鹽氮被同時完全去除或利用螢光原位雜交技術檢測到厭氧氨氧化 細菌的細胞大量存在。本發明利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法實現了厭氧氨氧化細 菌的快速富集培養,富集時間為5 7個月,明顯縮短於現有厭氧氨氧化工藝1 1. 5年的 富集時間,並且該方法較傳統富集方法可使厭氧氨氧化細菌的富集效率提高80% 95%。


圖1是具體實施方式
四利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌採取排泥和 靜沉-排上清液的培養模式的螢光原位雜交技術照片;圖2是具體實施方式
五利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌未採取排泥 和靜沉_排上清液的培養模式的螢光原位雜交技術照片。
具體實施例方式本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式
,還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一本實施方式利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方 法,其特徵在於利用膜生物反應器作為富集反應器培養厭氧氨氧化細菌的方法按以下步 驟實現一、向膜生物反應器進水箱中加入模擬汙水培養基,取城市汙水廠A/0工藝缺氧 生化池汙泥,取汙泥時缺氧生化池溫度為16 20°C,汙泥在室溫環境下厭氧保存3 5 天,然後將汙泥接種於膜生物反應器厭氧罐中,汙泥的接種條件為總懸浮固體濃度9920 9940mg/L,揮發性懸浮固體濃度為4300 4340mg/L,接種量為2 4L ;二、接種後在膜生物反應器中進行富集培養,富集培養條件如下控制厭氧罐內溫度為34 36°C,進水時pH值 為7. 5 8. 5,進水時溶解氧為0. 06 0. 09mg/L,厭氧罐內pH值為7. 0 8. 0,厭氧罐內 的溶解氧為0 0. 01mg/L,水力停留時間為2天,汙泥在膜組件中平均停留時間為1. 4 1. 6min,進水時總有機碳為O 0. Olmg/L,厭氧罐內總有機碳為18 20mg/L ;富集培養 模式為採取排泥之後靜沉-排上清液的培養模式或未採取排泥之後靜沉-排上清液的培 養模式,培養至模擬汙水培養基中氨氮和亞硝酸鹽氮被同時完全去除時,即完成利用膜生 物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌;其中步驟一中模擬汙水培養基是將(NH4)2S04、NaNO2, NaNO3> KHCO3> KH2PO4^MgSO4 · 7H20、CaCl2 · 2H20、Fe2 (S04) 3、EDTA, ZnSO4 · 7H20、CuSO4 · 5H20、 MnCl2 · 4H20、NiCl · 6H20、CoCl2 · 6H20、H3BO4, NaCeO4 · IOH2O 和 NaMoO4 · 2H20 溶解於水中配 制培養基,其中(NH4)2SO4 132 1980g/L,NaNO2 69 2070g/L,NaNO3 O 2550g/L,KHCO3 1000g/L, KH2PO4 10g/L, MgSO4 · 7H20 60g/L, CaCl2 · 2H20 5g/L, Fe2 (S04) 3 6. 25g/L, EDTA 6. 25g/L, ZnSO4 · 7H20 430g/L、CuSO4 · 5H20 250g/L、MnCl2 · 4H20 990g/L、NiCl · 6H20190g/ L、CoCl2 · 6H20 240g/L、H3BO4 14g/L、NaCeO4 · IOH2O 210g/L 禾口 NaMoO4 · 2H20 220g/L,煮沸 除氧。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中取汙泥時缺氧 生化池溫度為17 19°C,汙泥在室溫環境下厭氧保存4天,接種量為3L。其他步驟和參數 與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟二中排泥是指 在富集培養1 20天時,每天排出50mL泥水混合物;靜沉-排上清液是指在富集培養1 20天時,每天停止膜生物反應器運行30min,膜生物反應器內的汙泥靜沉30min,而後通過 虹吸法排除膜生物反應器內上清液體積分數75%的液體,隨後補充與排除液體相同體積的 模擬汙水培養基至膜生物反應器內。其他步驟和參數與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法 按以下步驟實現一、向膜生物反應器進水箱中加入模擬汙水培養基,取城市汙水廠Α/0Ι 藝缺氧生化池汙泥,取汙泥時缺氧生化池溫度為18. 9°C,汙泥在室溫環境下厭氧保存4天, 然後將汙泥接種於膜生物反應器厭氧罐中,汙泥的接種條件為總懸浮固體濃度9937mg/L, 揮發性懸浮固體濃度4322mg/L,接種量為3L ;二、接種後在膜生物反應器中進行富集培養, 富集培養條件如下控制厭氧罐內溫度為34 36°C,進水時pH值為7. 5 8. 5,進水時溶 解氧為0. 06 0. 09mg/L,厭氧罐內pH值為7. 0 8. 0,厭氧罐內的溶解氧為0 0. Olmg/ L,水力停留時間為2天,汙泥在膜組件中平均停留時間為1. 5min,進水時總有機碳為Omg/ L,厭氧罐內總有機碳為18 20mg/L ;富集培養模式為採取排泥之後靜沉_排上清液的培 養模式,培養至模擬汙水培養基中氨氮和亞硝酸鹽氮被同時完全去除時,即完成利用膜生 物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌。本實施方式步驟一中模擬汙水培養基成分如下表1和表2所示表 1CN 102061281 A說明書4/4頁成分含量(mg/L)元索濃度(NH4)2SO4132-1980(2-30 mM-N)NaNO269-2070(1-30 mM-N)NaNO30-2550(0-30 mM-N)KHCO31000(10 mM-C)KH2PO410(0.074 mM-P)MgS04-7H2060(0.24 mM-Mg)CaCl2-2H205(0.034 mM-C.a)Fe2(S04)36.25(0.040 mM-Fe)EDTA6.25(0 067 mM-C)
表2
\成分含量(mg/L) 成分含量(mg/L)ZnS04.7H20430CoC12-6H20240CuS04-5H20250H3BO414MnCl2.4H20990NaCeO4-IOH2O210NiC1-6H20190NaMo04-2H20220本實施方式採用螢光原位雜交技術檢測厭氧氨氧化細菌富集效率。本實施方式中螢光原位雜交技術檢測可選擇編號S-*-AmX-0368-a-A-18 (CCTTTCG GG-CATTGCGAA)和編號 S-*-Amx-0820-a-A_22 (AAAACCCCTCTACTTAGTGCCC)的探針進行試驗。本實施方式利用膜生物反應器採取排泥之後靜沉_排上清液的培養模式富集培 養厭氧氨氧化細菌的螢光原位雜交技術照片如圖1所示,本實施方式比利用膜生物反應器 而未採取排泥和靜沉_排上清液的培養模式富集厭氧氨氧化細菌的效率提高了 30%。
具體實施方式
五本實施方式利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法 按以下步驟實現一、向膜生物反應器進水箱中加入模擬汙水培養基,取城市汙水廠Α/ΟΙ 藝缺氧生化池汙泥,取汙泥時缺氧生化池溫度為18. 9°C,汙泥在室溫環境下厭氧保存4天, 然後將汙泥接種於膜生物反應器厭氧罐中,汙泥的接種條件為總懸浮固體濃度9937mg/L, 揮發性懸浮固體濃度4322mg/L,接種量為3L ;二、接種後在膜生物反應器中進行富集培養, 富集培養條件如下控制厭氧罐內溫度為34 36°C,進水時pH值為7. 5 8. 5,進水時溶 解氧為0. 06 0. 09mg/L,厭氧罐內pH值為7. 0 8. 0,厭氧罐內的溶解氧為0 0. Olmg/ L,水力停留時間為2天,汙泥在膜組件中平均停留時間為1. 5min,進水時總有機碳為Omg/ L,厭氧罐內總有機碳為18 20mg/L ;富集培養模式為未採取排泥之後靜沉-排上清液的 培養模式,培養至模擬汙水培養基中氨氮和亞硝酸鹽氮被同時完全去除時,即完成利用膜 生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌。本實施方式利用膜生物反應器未採取排泥和靜沉_排上清液的培養模式富集培 養厭氧氨氧化細菌的螢光原位雜交技術照片如圖2所示,本實施方式比未利用膜生物反應 器的傳統培養方法富集厭氧氨氧化細菌的效率提高了 80%。
權利要求
1.利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法,其特徵在於利用膜生物反應 器作為富集反應器培養厭氧氨氧化細菌的方法按以下步驟實現一、向膜生物反應器進水 箱中加入模擬汙水培養基,取城市汙水廠Α/ο工藝缺氧生化池汙泥,取汙泥時缺氧生化池 溫度為16 20°C,汙泥在室溫環境下厭氧保存3 5天,然後將汙泥接種於膜生物反應 器厭氧罐中,汙泥的接種條件為總懸浮固體濃度9920 9940mg/L,揮發性懸浮固體濃度 為4300 4340mg/L,接種量為2 4L ;二、接種後在膜生物反應器中進行富集培養,富集 培養條件如下控制厭氧罐內溫度為;34 36°C,進水時pH值為7. 5 8. 5,進水時溶解氧 為0. 06 0. 09mg/L,厭氧罐內pH值為7. 0 8. 0,厭氧罐內的溶解氧為0 0. 01mg/L, 水力停留時間為2天,汙泥在膜組件中平均停留時間為1. 4 1. 6min,進水時總有機碳為 0 0. 01mg/L,厭氧罐內總有機碳為18 20mg/L ;富集培養模式為採取排泥之後靜沉-排 上清液的培養模式或未採取排泥之後靜沉-排上清液的培養模式,培養至模擬汙水培養基 中氨氮和亞硝酸鹽氮被同時完全去除時,即完成利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細 菌;其中步驟一中模擬汙水培養基是將(NH4)2S04、NaN02、NaN03、KHC03、KH2P04、MgSO4 · 7H20、 CaCl2 ·2Η20,Ρθ2 (804)3>EDTA^ZnSO4 WH2CKCuSO4 ·5Η20,MnCl2 .4H20、NiCl ·6Η20,CoCl2 ·6Η20、 H3BO4、NaCeO4 · IOH2O 和 NaMoO4 ·2Η20 溶解於水中配製培養基,其中(NH4) 2S04132 1980g/L, NaNO2 69 2070g/L, NaNO3 O 2550g/L, KHCO3 1000g/L, KH2PO4 10g/L, MgSO4 · 7H20 60g/ L, CaCl2 · 2H20 5g/L, Fe2 (S04) 3 6. 25g/L, EDTA 6. 25g/L, ZnSO4 · 7H20430g/L、CuSO4 · 5H20 250g/L、MnCl2 · 4H20 990g/L、NiCl · 6H20 190g/L、CoCl2 · 6H20 240g/L、H3BO4 14g/L、 NaCeO4 · IOH2O 210g/L 禾口 NaMoO4 · 2H20 220g/L,煮沸除氧。
2.根據權利要求1所述的利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法,其特徵 在於步驟一中取汙泥時缺氧生化池溫度為17 19°C,汙泥在室溫環境下厭氧保存4天,接 種量為3L。
3.根據權利要求1或2所述的利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法,其 特徵在於步驟二中排泥是指在富集培養1 20天時,每天排出50mL泥水混合物;靜沉-排 上清液是指在富集培養1 20天時,每天停止膜生物反應器運行30min,膜生物反應器內的 汙泥靜沉30min,而後通過虹吸法排除膜生物反應器內上清液體積分數75%的液體,隨後 補充與排除液體相同體積的模擬汙水培養基至膜生物反應器內。
全文摘要
利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法,它涉及一種富集培養厭氧氨氧化細菌的方法。它要解決現有厭氧氨氧化工藝所面臨的厭氧氨氧化細菌富集時間長、富集效率低的問題。利用膜生物反應器作為富集反應器培養厭氧氨氧化細菌的方法是一、在膜生物反應器中接種汙水廠活性汙泥;二、接種後富集培養。利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌的方法較傳統富集方法實現了厭氧氨氧化細菌的快速富集,使厭氧氨氧化細菌的富集效率提高80%~95%,可廣泛應用於生物脫氮技術領域中。
文檔編號C02F3/30GK102061281SQ20101056539
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者於英翠, 任南琪, 侯國鳳, 陶彧, 高大文 申請人:哈爾濱工業大學

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