基于中度嗜盐菌群的耐盐好氧颗粒污泥形成方法及其应用

1.本发明涉及环境工程废水生物处理技术领域，尤其涉及一种基于中度嗜盐菌群的耐盐好氧颗粒污泥形成方法及其在降解菲中的应用。


背景技术：

2.石油开采、印染、制革、制药、化工、食品加工等工业排放出大量高盐有机废水，并含有多种难降解或有毒的有机物。近年来高盐有机废水的排放量呈急剧增长的趋势，我国目前排放的工业污水中有一半属高盐废水，年排放量已超过100亿吨，相当于一个太湖的储水量。多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,pahs)正是一类广泛存在于工业废水的难降解有机物，一种具有两个或多个稠合芳香环的有机化合物。低分子量多环芳烃(lmw)相对于高分子量的多环芳烃(hmw)更易挥发，更易溶于水，因此作为检测多环芳烃污染的标志化合物。菲是兼具湾区和k区最小的多环芳烃，因此，它们常被用作研究致癌多环芳烃代谢的模型基质。
3.由于pahs废水排放到环境中对生态系统和人体健康造成了极大危害，因此探索行之有效的高盐含pahs废水降解技术已成为工业水处理中亟待解决的问题。生物处理法相比物化方法因其经济、高效、无害成为首选的处理方法。但目前普遍认为常规的生化法难以适应高盐环境，且大量pahs及其浓度波动带来的冲击会对微生物产生抑制和毒害作用，因此普通的微生物处理系统难以在高盐条件下有效降解菲等有机污染物。
4.培育耐盐好氧颗粒污泥是生物处理高盐含pahs废水的重要研究领域，外源投加耐盐强化菌群可以增强活性污泥耐盐性和有机物降解能力。但是由于原生动物捕食、土著微生物的竞争作用，或是出水、反冲洗的操作，耐盐强化菌群的浓度不断下降，导致强化效果逐渐恶化。此外，好氧颗粒污泥的培育条件苛刻，操作复杂，培育时间长。本发明先通过驯化中度嗜盐污泥菌落，再投加到sbr中与活性污泥相耦合，不仅能够快速形成好氧颗粒污泥，而且强化了活性污泥的耐盐和降解pahs能力。该技术不仅运行成本低廉，而且培养周期大大缩短、操作简单，极大推动了耐盐好氧颗粒污泥技术在工业污水处理领域的应用。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于中度嗜盐菌群的耐盐好氧颗粒污泥形成方法及其在降解菲中的应用。
6.本发明具体采用的技术方案如下：
7.第一方面，本发明提供了一种基于中度嗜盐菌群的耐盐好氧颗粒污泥形成方法，其包括以下步骤：
8.s1、将潮间带污泥置于含有菲的无机盐培养基中驯化培养，温度控制在28～35℃，do控制在2～7mg/l，培养时间为3～4周，得到中度嗜盐污泥；
9.s2、将所述中度嗜盐污泥与空曝后的活性污泥混合接种于sbr反应器中，其中所述中度嗜盐污泥在混合污泥中的体积占比为0.1％～1％，然后按照序批式运行sbr反应器，且
反应器的进水基质中含有20～60g
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l-1
氯化钠和5～25g
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硫酸钾，反应器内do控制在2～7mg/l，培养温度控制在28～35℃，ph控制在6～8，混合污泥在sbr反应器中连续培育7～14天后，获得形状规则稳定的耐盐好氧颗粒污泥，用于对高盐含菲有机废水进行好氧降解。
10.作为上述第一方面的优选，所述潮间带污泥需要预先通过清洗去掉其中的无机沙粒。
11.作为上述第一方面的优选，所述无机盐培养基的配方为：菲100mg/l、氯化铵1g/l、磷酸氢二钾0.5g/l、硫酸镁0.5g/l、七水合硫酸亚铁0.02g/l、氯化钙0.01g/l、氯化钠50g/l、硼酸50mg
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、氯化铜30mg
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、四水氯化锰100mg
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、七钼酸铵50mg
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、氯化锌50mg
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、氯化钴50mg
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、氯化铝50mg
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和氯化镍50mg
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。
12.作为上述第一方面的优选，所述活性污泥为城市生活污水处理厂的剩余污泥或者生化池回流污泥，所述活性污泥的空曝时间为24～48h。
13.作为上述第一方面的优选，用于接种至sbr反应器的混合污泥的浓度为2～6gvss/l。
14.作为上述第一方面的优选，所述sbr反应器按照序批式运行过程中，每个序批式批次包括进料阶段、好氧曝气培育阶段、静置分层阶段、上清液清除及闲置阶段，5个阶段的运行总时间控制在4～6h，其中静置分层阶段的时间为5～10min，每个批次进料阶段的进水基质均采用配制的模拟基质。
15.作为上述第一方面的优选，所述进水基质含有营养试剂组分a和筛选试剂组分b，其中营养试剂组分a为葡萄糖1g
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l-1
、氯化铵0.2g
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l-1
、磷酸二氢钾0.045g
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l-1
、七水硫酸镁0.037g
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l-1
、无水氯化钙0.04～0.05g
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、七水硫酸亚铁0.037g
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和微量元素液1ml
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；筛选试剂组分b为氯化钠20～60g
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和硫酸钾5～25g
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16.作为上述第一方面的优选，所述高盐含菲有机废水的菲浓度为30～100mg/l，氯化钠浓度为20～60g
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17.第二方面，本发明提供了一种如上述第一方面中任一所述方法得到的耐盐好氧颗粒污泥在高盐含菲有机废水处理中的应用，其具体做法为：将所述形状规则稳定的耐盐好氧颗粒污泥按3％～10％的体积比接种至高盐含菲有机废水中，在28～35℃的反应温度和2～7mg/l的do下混合反应，从而对高盐含菲有机废水进行好氧降解。
18.作为上述第二方面的优选，所述高盐含菲有机废水所含组分为：菲30mg/l、氯化铵1g/l、磷酸氢二钾0.5g/l、硫酸镁0.5g/l、七水合硫酸亚铁0.02g/l、氯化钙0.01g/l和氯化钠50g/l。
19.本发明与现有技术相比，有以下优点：1)本发明通过在活性污泥中耦合添加在含菲无机盐培养基中驯化培养得到的中度嗜盐污泥，能够大大促进好氧颗粒污泥的快速形成，最快仅需一周左右即可得到形状规则稳定的好氧颗粒污泥。2)本发明耦合中度嗜盐污泥和活性污泥在高盐基质中培育得到的好氧颗粒污泥具有很好的耐盐性能，能够在高盐废水中对以菲为代表的pahs进行高效降解。3)本发明中仅需外源添加量少量的中度嗜盐污泥即可将活性污泥转变为对菲具有降解能力的耐盐好氧颗粒污泥，其经济性较高，有一定的推广应用前景。
附图说明
20.图1为sbr内形成的耐盐好氧颗粒污泥光镜图，其中实施例1和实施例2的结果分别件a)和b)。
21.图2为耐盐好氧颗粒污泥和活性污泥降解菲的对比，其中实施例1和实施例2的结果分别件a)和b)。
具体实施方式
22.下面本发明将通过附图和具体实施方式对本发明的具体实现进行进一步描述。
23.本发明中提供了一种基于中度嗜盐菌群的耐盐好氧颗粒污泥形成方法，其包括以下步骤：
24.s1、将潮间带污泥置于含有菲的无机盐培养基中驯化培养，温度控制在28～35℃，do(溶解氧)控制在2～7mg/l，培养时间为3～4周，得到中度嗜盐污泥。
25.需要说明的是，潮间带污泥是指采集自平均最高潮位和最低潮位之间的海岸区域的污泥。由于潮间带长期受到海水的浸泡，因此该区域的污泥中含有大量能够耐受高盐度、高温差以及剧烈含氧量变化的微生物。对这种潮间带污泥在含有菲的无机盐培养基中进行驯化培养，可以得到能够耐受高盐、粘性大以及能够降解菲等多种特性的微生物即中度嗜盐菌群，对应的污泥在本发明中称之为中度嗜盐污泥。一般而言，中度嗜盐污泥中的微生物主要属于bacillus菌属。中度嗜盐污泥可用于后续对活性污泥进行添加，可以加快其颗粒化进程，改变活性污泥中的微生物群落结构，提高微生物群落中耐盐、能够降解菲的微生物占比。
26.需要注意的是，原始采集的潮间带污泥中含有大量沙粒等杂志，因此需要在驯化培养之前预先通过清洗去掉其中的无机沙粒。
27.需要注意的是，本发明中的含有菲的无机盐培养基中，需要保证一定的菲浓度和盐浓度，从而创造出能够筛选中度嗜盐污泥的环境。但具体的菲含量和盐浓度可以根据最终应用场景中目标处理废水中的菲含量和盐浓度进行调整，以最终处理效果最佳为准。作为本发明的一种较佳实现方式，前述含有菲的无机盐培养基可采用如下配方：菲100mg/l、氯化铵1g/l、磷酸氢二钾0.5g/l、硫酸镁0.5g/l、七水合硫酸亚铁0.02g/l、氯化钙0.01g/l、氯化钠50g/l和微量元素，其中微量元素的组成为：硼酸50mg
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、氯化铜30mg
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、四水氯化锰100mg
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、七钼酸铵50mg
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、氯化锌50mg
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、氯化钴50mg
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、氯化铝50mg
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和氯化镍50mg
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28.s2、将前述培养得到的中度嗜盐污泥与空曝后的活性污泥混合，作为混合污泥接种于sbr反应器(序批式反应器)中，其中所述中度嗜盐污泥在混合污泥中的体积占比为0.1％～1％；然后按照序批式运行sbr反应器，且反应器的进水基质中含有20～60g
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氯化钠和5～25g
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硫酸钾，反应器内do控制在2～7mg/l，培养温度控制在28～35℃，ph控制在6～8，混合污泥在sbr反应器中连续培育7～14天后，获得形状规则稳定的耐盐好氧颗粒污泥，即可用于对高盐含菲有机废水进行好氧降解。
29.需要说明的是，用于接种的活性污泥可以是采集自城市生活污水处理厂的剩余污泥或者生化池回流污泥，将采集的活性污泥空曝24～48h后，即可与作为接种活性污泥与中度嗜盐污泥进行混合。中度嗜盐污泥与空曝后的活性污泥形成的混合污泥是一种泥水混合
物，其自身浓度为2～6gvss/l。混合污泥在sbr反应器中的具体接种量可以根据实际需要调整，需满足最终污水处理所需的污泥量。
30.sbr反应器sbr反应器按照序批式运行过程中，每个序批式批次包括进料阶段、好氧曝气培育阶段、静置分层阶段、上清液清除及闲置阶段，5个阶段的运行总时间控制在4～6h，其中静置分层阶段的时间始终为5～10min。
31.为了保证每个批次进料阶段的进水基质的稳定性，可采用配制的模拟基质来作为进水基质。在配制进水基质时，需要考虑污泥颗粒化过程中所需的营养物质以及筛分条件。作为本发明的一种较佳实现方式，进水基质含有营养试剂组分a和筛选试剂组分b，其中营养试剂组分a为葡萄糖1g
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l-1
、氯化铵0.2g
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l-1
、磷酸二氢钾0.045g
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l-1
、七水硫酸镁0.037g
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l-1
、无水氯化钙0.04～0.05g
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l-1
、七水硫酸亚铁0.037g
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l-1
和微量元素液1ml
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l-1
；筛选试剂组分b为氯化钠20～60g
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l-1
和硫酸钾5～25g
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。
32.经过上述s1和s2步骤，即可得到形状规则稳定的耐盐好氧颗粒污泥，这种耐盐好氧颗粒污泥可以作为接种污泥接种至高盐含菲有机废水中，在好氧体系下对高盐含菲有机废水进行好氧降解。具体处理的高盐含菲有机废水的水质需要根据实际情况进行确定。作为本发明的一种较佳实现方式，本发明可处理的高盐含菲有机废水的菲浓度为30～100mg/l，氯化钠浓度为20～60g
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33.另一方面，利用上述耐盐好氧颗粒污泥对高盐含菲有机废水进行处理时，其具体做法为：将上述s1和s2步骤得到的形状规则稳定的耐盐好氧颗粒污泥按3％～10％的体积比接种至高盐含菲有机废水中，然后在28～35℃的反应温度和2～7mg/l的do下混合反应，从而对高盐含菲有机废水进行好氧降解。
34.需要注意的是，前述s1和s2步骤得到的形状规则稳定的耐盐好氧颗粒污泥本身是一种浓度为3～5gvss/l的泥水混合液，因此上述接种时的体积比3％～10％是按照湿基而非干基计算的，即每升高盐含菲有机废水中0.03～0.1升浓度为3～5gvss/l的耐盐好氧颗粒污泥。
35.同样的，具体的高盐含菲有机废水水质需要根据实际应用时的废水水质而定，但其中允许存在较高含量的菲和盐份。在本发明的后续实施例中，具体处理的高盐含菲有机废水是一种模拟废水，其所含组分为：菲30mg/l、氯化铵1g/l、磷酸氢二钾0.5g/l、硫酸镁0.5g/l、七水合硫酸亚铁0.02g/l、氯化钙0.01g/l和氯化钠50g/l。当然，除了这种模拟废水之外，本发明也可以用于处理其他的实际高盐含菲有机废水。
36.下面将上述方法结合至实施例中，从而对本发明中技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下述所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.实施例1
38.本实施例中，基于中度嗜盐菌群的耐盐好氧颗粒污泥形成方法具体如下：
39.(1)配制无机盐培养基：
40.无机盐培养基配方如下：菲100mg/l、氯化铵1g/l、磷酸氢二钾0.5g/l、硫酸镁0.5g/l、七水合硫酸亚铁0.02g/l、氯化钙0.01g/l、氯化钠50g/l以及微量元素。其中培养基中的微量元素成分为：硼酸50mg
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l-1、氯化铜30mg
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l-1、四水氯化锰100mg
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l-1、七钼酸
铵50mg
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l-1、氯化锌50mg
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l-1、氯化钴50mg
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l-1、氯化铝50mg
·
l-1和氯化镍50mg
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l-1。
41.(2)配制高盐含菲有机废水：
42.高盐含菲有机废水的配方如下：菲30mg/l、氯化铵1g/l、磷酸氢二钾0.5g/l、硫酸镁0.5g/l、七水合硫酸亚铁0.02g/l、氯化钙0.01g/l和氯化钠50g/l。
43.(3)驯化培养中度嗜盐污泥：
44.先将潮间带污泥清洗去掉大部分无机沙粒，然后将潮间带污泥接种于无机盐培养基中驯化培养，驯化培养过程中温度控制在30℃，do控制在5mg/l，培养时间4周后污泥稳定，从而得到中度嗜盐污泥作为接种污泥。
45.(4)耐盐好氧颗粒污泥培育：
46.取城市生活污水处理厂的剩余污泥，空曝24h后将与(3)中得到的中度嗜盐污泥混合形成污泥浓度为3g vss/l的混合污泥，其中中度嗜盐污泥的添加量需要控制为0.4％，即混合污泥中的中度嗜盐污泥的体积占比为0.4％。然后将混合污泥作为接种污泥接种至sbr反应器中，按照序批式运行sbr反应器使中度嗜盐污泥在串联批次反应中培育，培养温度控制在30℃。sbr运行过程中，每个序批式批次包括进料阶段、好氧曝气培育阶段、静置分层阶段、上清液清除及闲置阶段，5个阶段的运行总时间控制在5h，其中进料阶段20分钟，好氧曝气培育阶段4个小时，静置分层阶段5分钟，上清液清除和闲置一共35分钟。每个批次进料阶段的基质始终采用配制的模拟基质，即(1)中配制的无机盐培养基。培育过程中维持sbr反应器内泥水混合液的ph控制为7，温度控制为30℃，do控制在3mg/l，混合污泥在sbr中连续培育14天后，即可获得形状规则稳定的耐盐好氧颗粒污泥，污泥浓度为3g vss/l。sbr内形成的耐盐好氧颗粒污泥光镜图如图1中a)所示。
47.(5)耐盐好氧颗粒污泥降解菲：
48.取(4)中在sbr反应器内培育的3g vss/l耐盐好氧颗粒污泥作为接种污泥，在锥形瓶中将其接种至(2)中配制的高盐含菲有机废水中，其中以湿基计，耐盐好氧颗粒污泥的接种量控制为高盐含菲有机废水体积的5％，将该组接种后的泥水混合液作为耐盐好氧颗粒污泥组。
49.同时，为了对比中度嗜盐污泥投加的作用，本实施例中还设置无中度嗜盐污泥投加的活性污泥作为对照。在该对照组中，直接在锥形瓶中将(4)中空曝24h后的剩余污泥接种至(2)中配制的高盐含菲有机废水中，其中以湿基计，剩余污泥的接种量控制为高盐含菲有机废水体积的5％，将该组接种后的泥水混合液作为活性污泥组。
50.为了保持污泥处于好氧环境，耐盐好氧颗粒污泥组和活性污泥组均将盛放有接种后的泥水混合液的锥形瓶敞口置于摇床中，设置转速为180rpm进行振荡，从而保证整个反应体系为好氧体系，摇床内温度设置为30℃，泥水混合液中的do控制在3mg/l，从而对高盐含菲有机废水进行好氧降解。每隔一段时间对瓶内的泥水混合液进行取样，用高效液相色谱法测定剩余的菲浓度。
51.该实施例的结果如图2中a)所示，该结果表明：活性污泥组对菲几乎没有降解能力，而加入中度嗜盐污泥后形成的耐盐好氧颗粒污泥能够去除53％的菲，虽然没有彻底降解，但是相对于活性污泥组而言，耐盐好氧颗粒污泥组的菲降解性能得到了很大的提升。
52.实施例2
53.本实施例中，基于中度嗜盐菌群的耐盐好氧颗粒污泥形成方法具体如下：
54.(1)配制无机盐培养基：
55.无机盐培养基配方如下：菲100mg/l、氯化铵1g/l、磷酸氢二钾0.5g/l、硫酸镁0.5g/l、七水合硫酸亚铁0.02g/l、氯化钙0.01g/l、氯化钠50g/l以及微量元素。其中培养基中的微量元素成分为：硼酸50mg
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l-1、氯化铜30mg
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l-1、四水氯化锰100mg
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l-1、七钼酸铵50mg
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l-1、氯化锌50mg
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l-1、氯化钴50mg
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l-1、氯化铝50mg
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l-1和氯化镍50mg
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l-1。
56.(2)配制高盐含菲有机废水：
57.高盐含菲有机废水的配方如下：菲30mg/l、氯化铵1g/l、磷酸氢二钾0.5g/l、硫酸镁0.5g/l、七水合硫酸亚铁0.02g/l、氯化钙0.01g/l和氯化钠50g/l。
58.(3)驯化培养中度嗜盐污泥：
59.先将潮间带污泥清洗去掉大部分无机沙粒，然后将潮间带污泥接种于无机盐培养基中驯化培养，驯化培养过程中温度控制在30℃，do控制在5mg/l，培养时间4周后污泥稳定，从而得到中度嗜盐污泥作为接种污泥。
60.(4)耐盐好氧颗粒污泥培育：
61.取城市生活污水处理厂的剩余污泥，空曝24h后将与(3)中得到的中度嗜盐污泥混合形成污泥浓度为3g vss/l的混合污泥，其中中度嗜盐污泥的添加量需要控制为1％，即混合污泥中的中度嗜盐污泥的体积占比为1％。然后将混合污泥作为接种污泥接种至sbr反应器中，按照序批式运行sbr反应器使中度嗜盐污泥在串联批次反应中培育，培养温度控制在30℃。sbr运行过程中，每个序批式批次包括进料阶段、好氧曝气培育阶段、静置分层阶段、上清液清除及闲置阶段，5个阶段的运行总时间控制在5h，其中进料阶段20分钟，好氧曝气培育阶段4个小时，静置分层阶段5分钟，上清液清除和闲置一共35分钟。每个批次进料阶段的基质始终采用配制的模拟基质，即(1)中配制的无机盐培养基。培育过程中维持sbr反应器内泥水混合液的ph控制为7，温度控制为30℃，do控制在3mg/l，混合污泥在sbr中连续培育8天后，即可获得形状规则稳定的耐盐好氧颗粒污泥，污泥浓度为3g vss/l。sbr内形成的耐盐好氧颗粒污泥光镜图如图1中b)所示。
62.(5)耐盐好氧颗粒污泥降解菲：
63.取(4)中在sbr反应器内培育的3g vss/l耐盐好氧颗粒污泥作为接种污泥，在锥形瓶中将其接种至(2)中配制的高盐含菲有机废水中，其中以湿基计，耐盐好氧颗粒污泥的接种量控制为高盐含菲有机废水体积的5％，将该组接种后的泥水混合液作为耐盐好氧颗粒污泥组。
64.同时，为了对比中度嗜盐污泥投加的作用，本实施例中还设置无中度嗜盐污泥投加的活性污泥作为对照。在该对照组中，直接在锥形瓶中将(4)中空曝24h后的剩余污泥接种至(2)中配制的高盐含菲有机废水中，其中以湿基计，剩余污泥的接种量控制为高盐含菲有机废水体积的5％，将该组接种后的泥水混合液作为活性污泥组。
65.为了保持污泥处于好氧环境，耐盐好氧颗粒污泥组和活性污泥组均将盛放有接种后的泥水混合液的锥形瓶敞口置于摇床中，设置转速为180rpm进行振荡，从而保证整个反应体系为好氧体系，摇床内温度设置为30℃，泥水混合液中的do控制在3mg/l，从而对高盐含菲有机废水进行好氧降解。每隔一段时间对瓶内的泥水混合液进行取样，用高效液相色谱法测定剩余的菲浓度。
66.该实施例的结果如图2中b)所示，该结果表明：活性污泥组对菲几乎没有降解能
力，而加入中度嗜盐污泥后形成的耐盐好氧颗粒污泥能够去除60％的菲，虽然没有彻底降解，但是相对于活性污泥组而言，耐盐好氧颗粒污泥组的菲降解性能得到了很大的提升。由此与实施例对比可见，活性污泥中中度嗜盐污泥接种量越大，耐盐好氧颗粒污泥菲降解能力越强。
67.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。