一种高耐盐性的反硝化细菌菌群筛选培养方法

1.本发明属于污、废水处理领域，特别涉及筛选培养出一种高耐盐性的反硝化细菌菌群，该技术旨在筛选培养出一种对高盐度环境具有良好耐受性的反硝化细菌菌群(第一优势功能菌属为盐单胞菌halomonas)，该菌群的培养对包埋生物活性填料制作及高盐度工业废水脱氮性能的提高具有广泛的应用前景。


背景技术：

2.在各类污、废水的脱氮处理过程中，异养生物反硝化反应均发挥着至关重要的作用，该反应是在缺氧的环境条件下，能够对有机物进行氧化，将硝态氮作为电子受体还原成对人体与环境均没有危害的气态氮。
3.随着我国工业化进程的高速发展，工业综合废水的排放量也在日益增加，受其自身水质影响，工业综合废水具有污染物成分复杂、高污染强度、高含盐量等特点，这无疑给相应的脱氮处理带来了巨大的挑战。而目前活性污泥法脱氮工艺仍然被大多数污水处理厂所采用，其中的活性污泥属于单泥系统且组成复杂，各功能菌群存在着明显的生理差异，导致运行条件无法满足每一类菌群的生长要求，污泥的脱氮能力受到了严重的限制。此外，工业废水的高盐度环境十分不利于常规反硝化细菌的生长，对于生物反硝化作用有着较为明显的不利影响。伴随着国家相关部门对污水厂总氮排放标准提出了新的要求，所以如何实现高盐度工业废水的高效脱氮处理，以降低工业区终端污水厂的处理难度是一个亟待解决的问题。
4.针对上述问题，本发明提出定向筛选培养出一种高耐盐性的反硝化细菌菌群，其中的第一优势功能菌属为盐单胞菌halomonas，它是一种同时具有高耐盐性与高效脱氮能力的反硝化菌属。以筛选出高占比的盐单胞菌halomonas为目标导向，将污水处理厂二沉池的回流污泥作为种泥，根据其适宜生长的盐度范围，利用高浓度底物流加和间歇式运行实现对盐度值4％培养环境的快速建立与稳定维持，同时设置适宜其生长的温度与ph等环境参数。经高通量测序技术得出，通过上述等手段能够使盐单胞菌halomonas成为培养菌群中的第一优势功能菌属，并辅以存在其他种类的反硝化菌属，由此能够保证该类菌群在高盐度工业废水处理中的脱氮能力。基于以上前提，筛选培养出的具有高耐盐性的反硝化细菌菌群可以用作包埋生物活性填料的制备，也可以直接投加到反应池当中对高含盐量的工业废水进行脱氮处理。区别于传统的反硝化菌群，本技术以培养菌群兼具高效脱氮与高耐盐性为优势，实现对高盐度环境下工业废水脱氮性能的提高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于开发出一种基于高耐盐性反硝化细菌菌群的筛选培养方法，提高反硝化细菌对于高盐度环境的耐受性与适应性，进而实现在水质处理中高效稳定的脱氮表现。
6.一种高耐盐性的反硝化细菌菌群筛选培养方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.(1)物质准备：以污水处理厂二沉池的回流污泥作为接种污泥，分别以硝酸钾(kno3)，乙酸钠(ch3coona)和磷酸二氢钾(kh2po4)来提供反硝化细菌所需要的氮源、碳源和磷元素，碳氮比(c/n)控制在3.0-3.5之间，而磷元素的投加则以氮磷比(n/p)为100:1的比例进行投加。此外，也向污泥培养体系中投加微量元素溶液，每1l原水药液相应加入1ml的微量元素溶液，其中微量元素溶液的组成与浓度为：znso4·
7h2o为0.12mg/l，na2moo4·
2h2o为0.12mg/l，cocl2·
6h2o为0.15mg/l，fecl3·
6h2o为1.50mg/l，cuso4·
5h2o为0.03mg/l，nicl2·
6h2o为0.12mg/l，mn2so4·
h2o为0.12mg/l。对于污泥培养过程中ph的升高，则使用0.23mol/l的稀释硫酸溶液来进行调节。
8.(2)培养方式：利用高浓度底物流加和间歇式运行实现对盐度值4％培养环境的快速建立与稳定维持，可根据该盐度值确定底物配制浓度与排水比例。间歇式运行的一个周期可分为反应阶段、沉淀阶段、排水阶段以及进水阶段，具体如下，反应阶段：通过调节加药计量泵的流量，对高浓度的硝酸盐、乙酸钠等底物进行定量流加，同时控制反应温度为26℃，ph则控制在8.00
±
0.50的范围内，搅拌转速控制为16r/s；沉淀阶段：监测水位变化，当达到预定的水位时，关闭搅拌静置2h；排水阶段：根据上述确定的排水比例，通过反应装置的排水口进行定量排水；进水阶段：向反应装置进行补水，待温度升高到26℃后又开始进入反应阶段，依次进行循环。在培养过程中对出水的硝态氮，亚态氮以及cod进行及时的检测：根据cod的剩余来调整碳氮比(c/n)，避免反应器中较高的cod导致其他异养菌的生长；根据硝态氮与亚态氮的积累情况，去选择合适的进水负荷，避免高浓度亚态氮积累带来的高游离亚硝酸(fna)对反硝化细菌的抑制作用，保证出水中硝态氮与亚态氮的浓度之和在一定的安全范围内。
9.(3)工况调整：在培养初期会出现7-10d的适应阶段，在该阶段中需要对污泥所处环境的溶解氧与氧化还原电位进行严格控制，其中溶解氧控制在0.5mg/l以下，氧化还原电位则控制在-200至-400mv之间，以保证反硝化细菌所需要的缺氧条件，并实现对接种污泥中好氧细菌的有效淘汰，此外调整碳氮比(c/n)为3.5以保证提供充足的碳源，进水负荷保持在一个相对稳定的水平；在经过适应阶段之后，反硝化细菌会进入到快速增长阶段，由于在该阶段中脱氮速率会得到快速的提高，所以应及时对出水进行检测，从而能够及时调整进水负荷以避免污泥较长时间处于低负荷培养状态，此外该阶段的碳氮比(c/n)应控制在3.0-3.2之间，以避免较多的cod剩余。随着培养的进行，污泥浓度不断的增长，反硝化细菌菌群在高盐环境下得到了成功的筛选培养，而当污泥浓度增长到13000mg/l以上时，应进行及时的取泥以保持污泥良好的增长效果，提高细菌筛选培养的性价比。
10.本发明有益的效果主要体现在：
11.1.使用活性污泥驯化方法，以污水厂二沉池的回流污泥作为筛选培养的接种污泥，充分发挥其菌群多样性的特点，通过不断强化的驯化条件实现对反硝化功能菌群的筛选培养，即筛选出的反硝化细菌在脱氮能力得到强化的同时，也保持着较为丰富的菌群结构，具备对于不同水质良好的适应性。
12.2.利用高浓度底物流加和间歇式运行实现对盐度值4％培养环境的建立与维持，随着培养的进行，反硝化细菌菌群也在逐步完成高盐度下的筛选过程，由此筛选出的细菌菌群同时具备高效的脱氮能力与良好的耐盐性，能够很好的应用于高盐度工业废水脱氮处理当中。
13.3.通过高通量测序技术得出，在高盐度与高浓度底物的双重作用下，筛选出的反硝化细菌菌群中第一优势菌属为高耐盐性的盐单胞菌halomonas，在短时间内，其的占比能够实现快速的提高，并且在经历多次取泥后优势菌群结构仍然保持较好的稳定性。
14.4.在筛选反硝化细菌的同时，也实现了污泥量稳步的增长，即保证高耐盐性反硝化菌属高占比的同时，功能细菌的生物量也得到了不断的提升，使得高耐盐性反硝化细菌菌群的大规模应用具有可行性。
15.5.第一优势菌属盐单胞菌halomonas，不仅对高盐度环境具有良好的耐受性，同时也具有高效的亚态氮还原能力，即在应对高污染强度工业废水的脱氮处理中，不容易出现高浓度亚态氮的积累，能够有效避免高游离亚硝酸(fna)对细菌活性的抑制作用，进而能够更好地实现高效稳定的脱氮表现。
附图说明
16.图1为高耐盐性反硝化细菌菌群筛选培养装置图。
17.1、工业级生物反应器(发酵罐)；2、搅拌器；3、加药管路；4、加酸管路；5、ph探头；6、温度探头；7、plc自控柜；8、稀释酸溶液筒；9、配药水箱；10、加酸计量泵；11、加药计量泵。
具体实施方式
18.下面结合实施案例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式并不限于此。
19.实施例1
20.本实施案例进行的为工业级的筛选培养，装置见图1，效果显著，具体内容如下：
21.(1)物质准备：实验设备为容积3000l的工业级生物发酵罐，实际运行过程中控制有效容积为2500l。以污水处理厂二沉池的回流污泥作为接种污泥，其污泥浓度mlss＝3339mg/l。配制硝态氮、cod以及磷的浓度分别为13000mg/l、39000-45500mg/l以及130mg/l。此外，补充的微量元素溶液成分具体为：znso4·
7h2o为0.12mg/l，na2moo4·
2h2o为0.12mg/l，cocl2·
6h2o为0.15mg/l，fecl3·
6h2o为1.50mg/l，cuso4·
5h2o为0.03mg/l，nicl2·
6h2o为0.12mg/l，mn2so4·
h2o为0.12mg/l，每1l原水药液就相应加入1ml的微量元素溶液。使用0.23mol/l的稀释硫酸溶液来调节ph。
22.(2)培养方式：利用高浓度底物流加和间歇式运行实现对盐度值4％培养环境的建立与维持，又结合上述底物配制浓度，确定排水比例为80％。间歇式运行的一个周期可分为反应阶段，沉淀阶段，排水阶段以及进水阶段，具体如下，反应阶段：通过调节加药计量泵的流量，对高浓度的硝酸盐，乙酸钠等底物进行定量流加，通过plc自控柜自动控制加热开关、酸泵开关使温度和ph分别保持在26℃和8.00
±
0.50，搅拌转速控制为16r/s；沉淀阶段：进药进酸使内部混合液的容积达到2500l时，关闭搅拌，静置沉淀2h；排水阶段：根据排水比例，充分静置后，利用发酵罐排水口排出上清液直至液体容积为500l；进水阶段：向其中加水至液体容积为1500l，使温度探头和ph探头都能浸没在水中，待温度升高到26℃后又开始进入反应阶段，依次进行循环。在培养过程中，对各项指标(硝态氮，亚态氮，cod和污泥浓度)进行及时的检测：控制出水cod的浓度小于100mg/l；保证出水中硝态氮与亚态氮的浓度之和低于800mg/l；当出水总氮小于10mg/l时，即认为可以提高运行负荷至下一个梯度；当污泥浓度增长到13000mg/l以上时，应进行及时的取泥。
23.(3)通过调节加药计量泵的流量，来提升运行负荷，设置的运行负荷具体如下：50,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550mg/l。每天设置运行时间为8h。反硝化细菌的脱氮速率能够实现稳步的增长，所达到的最大脱氮速率为534.7mg/(l
·
h)，比反硝化速率最大为41.7mg n/(g mlss
·
h)，并且在7515.3mg/l的污泥浓度下能达到最快的污泥增长效果即696.5mg/(l
·
d)。通过高通量分析结果得出，经过30d的培养，反硝化细菌能够实现有效的筛选与生产，功能菌总占比由原来的17.97％上升至83.38％，其中盐单胞菌halomonas菌属的比例从最开始的未检出增加至57.79％，并始终为第一优势功能菌属。经过多次取泥后污泥中的菌群结构仍然保持着较高的稳定性。在工业级生物反应器中，一种高耐盐性的反硝化细菌菌群(第一优势菌属为盐单胞菌halomonas)实现了成功的筛选培养，其能够被很好的应用到高盐度工业废水脱氮处理当中。