專利名稱：一種快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及污水處理和生物技術結合的交叉技術領域，尤其涉及一種快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法和裝置。
背景技術：
亞硝酸鹽的污染來源廣泛，主要存在于化工、化肥、醫藥、食品、橡膠工業、染料工業、油漆顏料、紡織工業和電鍍行業的生產廢水中。亞硝酸鹽是一種致癌物質，亞硝酸鹽進入人體后在特定條件下可轉化成致癌物質一亞硝胺，同時人體吸入O. 2-0. 5g的亞硝酸鹽能夠引起高鐵血紅蛋白癥，導致組織缺氧，使血管擴張和血壓降低，出現中毒癥狀。近年來我國水體大面積亞硝酸鹽污染引發的中毒事件頻發，直接或間接造成了我國經濟的巨大損失。因此對含亞硝酸鹽廢水的處理已經引起廣泛關注。目前國內外常用的處理高亞硝酸鹽廢水的方法包括還原法、化學氧化、電滲析法、 離子交換法等物化法以及生物法。一般來說，物化方法存在反應條件苛刻、催化劑二次污染和費用較高等問題。相比之下，生物法是一種處理亞硝酸鹽廢水的經濟高效方法。同時，國內市場上大多數硝化菌產品為低效混合微生物的替代產品，如光合細菌、芽孢桿菌和釀酒酵母等其它種類微生物。因此研究和開發亞硝酸鹽細菌富集純化方法和過程控制裝置至關重要。一般來說，市政廢水或生活污水中的亞硝酸鹽主要通過傳統的硝化反硝化工藝進行處理，該過程中硝化階段主要通過亞硝酸鹽氧化菌(NOB)將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽，然后在反硝化階段反硝化異養菌以有機碳源為電子供體將亞硝酸鹽還原為氮氣，最終實現亞硝酸鹽氮的有效去除。然而作為兩類硝化功能菌之一的亞硝酸鹽氧化菌(NOB)是化能自養菌，亞硝酸鹽還原菌的世代時間長、繁殖速度慢，從而污水處理廠中的普通活性污泥所含的亞硝酸鹽氧化菌含量特別低(〈5%)甚至沒有硝化菌。普通活性污泥的亞硝酸鹽氧化菌難以用于處理高濃度的亞硝酸鹽工業廢水。因此，當下需要迫切解決的一個技術問題就是如何能夠提出一種有效的措施，以解決現有技術中存在的不足。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法和裝置，培養可直接用于處理高亞硝酸鹽濃度的工業廢水的亞硝酸鹽氧化菌，用于處理亞硝酸鹽含量高、有機物含量低的工業污水，使工業污水能夠安全排放。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養裝置，包括
微生物培養反應器(4)連接進水管(3)、中間出水管(12)、回流管(13)、曝氣管(7);進水管(3)上設置進水泵(2);中間出水管(12)上設置中間出水閥(11);回流管(13)上設置回流泵(14);曝氣管(7)上設置進氣閥門(6)，曝氣管(7)進口處與空氣壓縮機(5)相連;培養液儲水箱(I)通過進水管(3)連接微生物培養反應器(4);中間水箱(15)通過回流管
(13)連接微生物培養反應器(4);中間水箱(15)上設置出水管(17)，出水管(17)上設置出水閥(16);在微生物培養反應器(4)內設置攪拌器(10)、曝氣管(7)、曝氣頭(8)、溶解氧濃度DO傳感器(19)、pH傳感器(20)、溫度傳感器(21)、加熱器(18)，上述傳感器經導線分別與DO測定儀(23)、pH測定儀(24)和溫度測定儀(25)連接后與可編程過程控制器(22)數據信號接口(33)、(34)、(35)連接，可編程過程控制器(22)內置的攪拌器繼電器(26)、加熱繼電器(27)、進水繼電器(28)、曝氣繼電器(29)、中間出水繼電器(30)、回流繼電器(31)、 出水繼電器(32)經接口分別與攪拌器(10)、加熱器(18)、進水泵(2)、曝氣管進氣閥門(6)、 中間出水閥門(11 )、回流泵(14 )和出水閥門(16 )相連接。本發明還提供一種快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法，包括
通過可編程過程控制器控制進水泵，啟動進水泵將培養液從培養液水箱引入微生物培養反應器，啟動進水泵的同時開啟攪拌器和空氣壓縮機，當達到預先設定的進水時間后，關閉進水泵；
空氣壓縮機啟動，曝氣管進氣閥門開啟，將溶解氧濃度控制在2. O 8. Omg/L范圍內， 曝氣階段攪拌器一直開啟，鼓風機啟動的同時可編程過程控制器開始曝氣階段計時，當曝氣時間等于180分鐘時，空氣壓縮機和攪拌器繼續開啟；
啟動進水泵將培養液從培養液水箱引入微生物培養反應器，當達到預先設定的進水時間后，關閉進水泵；可編程過程控制器在第二次進水開始時重新計時，當曝氣時間等于140 分鐘時，可編程過程控制器利用曝氣繼電器和攪拌器繼電器關閉曝氣管進氣閥門和攪拌器；系統自動計算此時的周期數，并自動讀取此培養液濃度下回流工序開始的周期數，若與預先設定的自動回流的周期數不相符，則直接進入沉淀階段；若與預先設定的自動回流的周期數相符，則可編程過程控制器控制出水繼電器打開出水閥門，達到預先設定的出水時間后自動關閉出水閥門；
此后可編程過程控制器控制回流繼電器打開回流泵，將中間水箱剩余的出水回流到微生物培養反應器，達到預先設定的出水時間后自動關閉回流泵；
曝氣或回流結束之后系統開始沉淀；根據污泥體積指數確定沉淀所需時間，由可編程過程控制器進行計時；
當達到預先設定的沉淀時間后，確定排水的時間，可編程過程控制器通過中間出水繼電器打開中間出水閥門，將處理后的水經中間出水管排到中間水箱里繼續沉淀，關閉中間出水閥門；
排水結束后到下一個周期開始定義為閑置期，當達到預先設定的閑置時間后，此時該周期結束，系統讀取此培養液濃度下預先設定的反應周期數，若未達到預先設定的周期數， 則系統由可編程過程控制器自動循環；當達到預先設定的整個反應的循環次數后，如果溶解氧曲線變化點在曝氣時間為21(Γ260分鐘范圍出現且檢測到曝氣260分鐘時反應器內混合液中亞硝酸鹽濃度小于預先設定的濃度，提高培養液中亞硝酸鹽濃度，如果溶解氧曲線變化點在曝氣時間為26Γ320分鐘范圍內出現，則系統自動循環，直到溶解氧曲線變化點在曝氣時間為21(Γ260分鐘范圍出現且曝氣260分鐘時反應器內混合液中亞硝酸鹽濃度小于預先設定的濃度為止，此時提高培養液中亞硝酸鹽濃度，系統開始進入下一個營養液濃度培養階段，同時系統自動記錄的周期數歸零并重新開始記數，依次類推，直到系統進入到營養液為1000mg/L NO2--N階段且運行預先設定的反應周期數之后，亞硝酸鹽氧化菌富集過程結束。進一步地，所述可編程過程控制器控制進水泵具體包括以下步驟
根據進水量和進水泵的流量計算具體進水時間；
可編程過程控制器設定具體進水時間控制進水泵。進一步地，所用富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液主要組分為無機鹽，包括微量元素培養液、緩沖液和亞硝酸鈉，其中Ν02_-Ν初始濃度為100mg/L，最終濃度為1000mg/L，C0D濃度為 10-20mg/L。進一步地，所述富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液中，緩沖液包括磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀和碳酸氫鈉三種成分，磷酸二氫鉀以KH2PO4形式加入，KH2PO4濃度為1000mg/L，磷酸氫二鉀以K2HPO4. 3H20形式加入，K2HPO4濃度為1000mg/L，碳酸氫鈉以NaHCO3形式加入，NaHCO3 濃度為400mg/L。進一步地，在于所述富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液中緩沖液微量元素培養液按體積比500:1的比例配制。進一步地,所培養的亞硝酸鹽氧化菌優勢菌種為硝化桿菌(Nitrobacter),其含量占活性污泥微生物全菌總數量的85-90%。進一步地，所述富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液中，微量元素培養液包括EDTA、Zn、 Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Fe、Mg 九種物質和元素，其中 EDTA、Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Fe 和 Mg 的用量和引入方式如下EDTA是以CH2N (CH2COOH)J2的形式加入，EDTA濃度為1250mg/L;Zn 是以ZnSO4. 7H20形式加入的，Zn2+濃度為125mg/L;Co是以CoCl2. 6H20形式加入的，Co2+濃度為99 mg/L ；Mn是以MnCl2. 4H20形式加入的，Mn2+濃度為354mg/L ；Cu是以CuSO4. 5H20形式加入的，Cu2+濃度為102mg/L; Mo是以Na2MoO4. 2H20形式加入的，Mo6+濃度為20mg/L;Ca 是以CaCl2. 2H20形式加入的，Ca2+濃度為374mg/L;Fe是以FeCl3. 6H20形式加入的，Fe3+濃度為 259mg/L;Mg 是以 MgSO4. 7H20 形式加入的，Mg2+ 濃度為 4260mg/L ；Na 是以 Na2MoO4. 2H20 形式加入的，Na+濃度為9. 5mg/Lo進一步地，所述培養條件通過過程控制裝置實現溫度為22_25°C ；pH為7. 2-7. 9 ； 溶解氧為大于5mg/L。進一步地，所用的pH調節劑為NaOH和HC1，NaOH和HCl濃度均為lmol/L。綜上，本發明提供的快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法和裝置，針對亞硝酸鹽含量高(N02_-N〈1000mg/L)、有機物含量少(C0D含量低于20mg/L)的特殊類型的工業廢水， 通過逐漸提高微生物亞硝酸鹽氮負荷的方法，并采用以無機鹽為主要成分的培養液，且培養液中不投加其它外加碳源的情況下，使污泥中的原生動物、后生動物、真菌、異養菌和氨氧化菌的生長受到明顯抑制，有利于亞硝酸鹽氧化菌成為活性污泥種群中的優勢菌群，并耐受越來越高的亞硝酸鹽濃度，最終達到處理濃度高達1000mg/L的亞硝酸鹽污水，使污水中亞硝酸鹽濃度降到O. 2mg/L以下，甚至檢測不到。同時，本發明所培養的亞硝酸鹽氧化菌優勢菌種為硝化桿菌(Nitrobacter),原位熒光雜交技術(FISH)分析結果顯示亞硝酸鹽氧化菌占活性污泥微生物全菌總數量的 85-90%。此外，本發明所富集的亞硝酸鹽氧化菌不僅能用于處理低濃度的亞硝酸鹽廢水，
7而且能夠高效快速處理高濃度亞硝酸鹽廢水，具有廣闊的市場應用前景。


圖I是本發明的一種快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養裝置的結構示意圖2是本發明的富集過程中進水亞硝酸鹽濃度為1000mg/L時微生物培養反應器某一周期內亞硝酸鹽和硝酸鹽及過程控制參數DO、pH和溫度的變化曲線示意圖3本發明的所富集的含量為85-90%的亞硝酸鹽氧化菌示意圖；左圖為富集的活性污泥全菌FISH圖(探針EUBmix，染料為FITC);右圖為富集的亞硝酸鹽氧化菌FISH圖(探針為NIT3，染料為cy3)。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。參照圖I所示為一種快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養裝置的結構示意圖，包括: 微生物培養反應器4連接進水管3、中間出水管12、回流管13、曝氣管7 ;進水管3上設置進水泵2 ;中間出水管12上設置中間出水閥11 ;回流管13上設置回流泵14 ;曝氣管7上設置進氣閥門6，曝氣管7進口處與空氣壓縮機5相連；培養液儲水箱I通過進水管3連接微生物培養反應器4 ;中間水箱15通過回流管13連接微生物培養反應器4 ;中間水箱15上設置出水管17，出水管17上設置出水閥16 ;在微生物培養反應器4內設置攪拌器10、曝氣管7、曝氣頭8、溶解氧濃度DO傳感器19、pH傳感器20、溫度傳感器21、加熱器18，上述傳感器經導線分別與DO測定儀23、pH測定儀24和溫度測定儀25連接后與可編程過程控制器22數據信號接口 33、34、35連接，可編程過程控制器22內置的攪拌器繼電器26、加熱繼電器27、進水繼電器28、曝氣繼電器29、中間出水繼電器30、回流繼電器31、出水繼電器32 經接口分別與攪拌器10、加熱器18、進水泵2、曝氣管進氣閥門6、中間出水閥門11、回流泵 14和出水閥門16相連接。本發明所述快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法包括以下步驟
I.第一次進水根據進水量和進水泵的流量計算具體進水時間，并通過可編程過程控制器(PLC)設定進水泵具體的進水時間，啟動進水泵將培養液從培養液水箱引入微生物培養反應器，啟動進水泵的同時開啟攪拌器和空氣壓縮機，當達到預先設定的進水時間后，關閉進水泵，進入下一步工序；
II.曝氣空氣壓縮機啟動，曝氣管進氣閥門開啟，溶解氧濃度控制在2.O 8. Omg/L 范圍內。曝氣階段攪拌器一直開啟以保證污水和活性污泥的充分接觸。鼓風機啟動的同時可編程過程控制器開始曝氣階段計時，當曝氣時間等于180分鐘時，空氣壓縮機和攪拌器繼續開啟，系統進入下一步工序；
III.第二次進水根據進水量和進水泵的流量計算具體進水時間，并通過可編程實時控制器(PLC)設定進水泵具體的進水時間，啟動進水泵將培養液從培養液水箱引入微生物培養反應器，當達到預先設定的進水時間后，關閉進水泵，進入下一步工序；
IV.曝氣可編程過程控制器在第二次進水開始時重新計時，當曝氣時間等于140 分鐘時，可編程過程控制器利用曝氣繼電器和攪拌器繼電器關閉曝氣管進氣閥門和攪拌器，進入下一步工序；
V.回流曝氣結束后該周期反應階段基本結束，系統自動計算此時的周期數，并自動讀取此培養液濃度下回流工序開始的周期數，若與預先設定的自動回流的周期數不相符，則直接進入沉淀階段；若與預先設定的自動回流的周期數相符，則可編程過程控制器控制出水繼電器打開出水閥門，達到預先設定的出水時間后自動關閉出水閥門；此后可編程過程控制器控制回流繼電器打開回流泵，將中間水箱剩余的出水回流到微生物培養反應器， 達到預先設定的出水時間后自動關閉回流泵，進入下一步工序；
VI.沉淀曝氣或回流結束之后系統開始沉淀。根據污泥體積指數確定沉淀所需時間， 由可編程過程控制器進行計時，當達到預先設定的沉淀時間后，進入下一個工序；
VII.排水確定排水的時間，可編程過程控制器通過中間出水繼電器打開中間出水閥門，將處理后的水經中間出水管排到中間水箱里繼續沉淀，關閉中間出水閥門；
VIII.閑置排水結束后到下一個周期開始定義為閑置期；根據經驗設定閑置時間；當達到預先設定的閑置時間后，此時該周期結束，系統讀取此培養液濃度下預先設定的反應周期數，若未達到預先設定的周期數，則系統由可編程過程控制器從工序I到工序VII自動循環；當達到預先設定的整個反應的循環次數后，如果溶解氧曲線變化點在曝氣時間為 210^260分鐘范圍出現且檢測到曝氣260分鐘時反應器內混合液中亞硝酸鹽濃度小于預先設定的濃度，提高培養液中亞硝酸鹽濃度，如果溶解氧曲線變化點在曝氣時間為26廣320 分鐘范圍內出現，則系統從工序I到工序VII自動循環，直到溶解氧曲線變化點在曝氣時間為21(Γ260分鐘范圍出現且曝氣260分鐘時反應器內混合液中亞硝酸鹽濃度小于預先設定的濃度為止，此時提高培養液中亞硝酸鹽濃度，系統開始進入下一個營養液濃度培養階段，同時系統自動記錄的周期數歸零并重新開始記數，依次類推，直到系統進入到營養液為 1000mg/L NO2--N階段且運行預先設定的反應周期數之后，亞硝酸鹽氧化菌富集過程結束。本發明所述的方案，采用序批式活性污泥法接種污水處理廠具有硝化活性的活性污泥，通過逐漸提高微生物亞硝酸鹽濃度和溶解氧過程控制的方法來進行富集，根據權利要求書I所述的快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法，其特征在于所述富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液中，Ν02_-Ν最終濃度為1000mg/L。所述富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液中，緩沖液包括磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀和碳酸氫鈉三種成分，磷酸二氫鉀以KH2PO4形式加入，KH2PO4濃度為1000mg/L，磷酸氫二鉀以 K2HPO4. 3H20形式加入，K2HPO4濃度為1000mg/L，碳酸氫鈉以NaHCO3形式加入，NaHCO3濃度為 400mg/L。所述富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液中，微量元素培養液包括EDTA、Zn、Co、Mn、Cu、 Mo,Ca,Fe,Mg九種物質和元素，其中EDTA、Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Fe和Mg的用量和引入方式如下EDTA 是以CH2N (CH2COOH)2I2 的形式加入，EDTA 濃度為 1250mg/L;Zn 是以 ZnSO4. 7H20 形式加入的，Zn2+濃度為125mg/L;Co是以CoCl2. 6H20形式加入的，Co2+濃度為99 mg/L ；Mn 是以MnCl2. 4H20形式加入的，Mn2+濃度為354mg/L ；Cu是以CuSO4. 5H20形式加入的，Cu2+濃度為 102mg/L; Mo 是以 Na2MoO4. 2H20 形式加入的，Mo6+ 濃度為 20mg/L;Ca 是以 CaCl2. 2H20 形式加入的，Ca2+濃度為374mg/L;Fe是以FeCl3. 6H20形式加入的，Fe3+濃度為259mg/L;Mg 是以MgSO4. 7H20形式加入的，Mg2+濃度為4260mg/L ；Na是以Na2MoO4. 2H20形式加入的，Na+ 濃度為9. 5mg/Lo所述富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液中緩沖液微量元素培養液按體積比500:1的比例配制。所述硝化細菌富集培養條件通過過程控制裝置實現溫度為22_25°C ;pH為7. 2-7. 9 ;溶解氧為大于5mg/L。所用的pH調節劑為NaOH和HC1，NaOH和HCl濃度均為lmol/L。所述溶解氧過程控制的方法是利用溶解氧曲線上出現變化點指示亞硝酸鹽降解終點。所述逐漸提高微生物亞硝酸鹽負荷的方法是培養液中亞硝酸鹽濃度按照100、 200、400、600、800和IOOOmg N02__N /L順序依次增加，每個亞硝酸鹽濃度條件下培養15天， 持續時間共90天。所述逐漸提高培養液亞硝酸鹽濃度的方法，具體如下每個亞硝酸鹽濃度培養液投加之后測定各周期內反應過程中亞硝酸鹽濃度的變化，當周期數等于60時，如溶解氧曲線上變化點在曝氣時間為21(Γ260分鐘范圍內出現，且曝氣時間為260分鐘時反應器內混合液的亞硝酸鹽濃度小于O. 2mg/L,則提高預加入培養液中亞硝酸鹽濃度，其提高幅度為 100-200mg/L ;如溶解氧曲線上變化點在曝氣時間為26廣320分鐘范圍內出現，則反應器繼續按周期運行直到溶解氧曲線上變化點在曝氣時間為21(Γ260分鐘范圍內出現，且曝氣時間為260分鐘時反應器內混合液的亞硝酸鹽濃度小于O. 2mg/L，此時提高預加入培養液中的亞硝酸鹽濃度，其提高幅度為100-200mg/L。每次提高培養液中的亞硝酸鹽濃度后，周期數歸零并重新開始計數。所述逐漸提高培養液亞硝酸鹽濃度的方法是，當曝氣260分鐘時用GB7493-87 N-(I-萘基)_乙二胺光度法檢測不到反應器內混合液中的亞硝酸鹽濃度，即低于O. 2mg/L 時，且連續運行15天之后，提高所加的培養液中亞硝酸鹽濃度。所述序批式活性污泥法，按進水、曝氣、進水、曝氣、沉淀、排水工序周期性運行，每天運行4個周期，每天第1-3個周期按如下步驟運行每周期6小時，第一次進水，進水時間為5分鐘，進水同時開始曝氣，當曝氣時間為3小時開始第二次進水，進水時間為5分鐘， 當曝氣時間為5小時20分鐘時關閉曝氣和攪拌，之后開始沉淀，沉淀時間為30分鐘，最后排水，排水10分鐘；每天第4個周期按如下步驟運行每周期6小時，第一次進水、曝氣、 第二次進水、曝氣與前面三個周期完全相同，曝氣結束的同時排出中間水箱上清液，排水結束后，剩余的混合液回流到微生物培養反應器，回流和沉淀同時進行，回流結束之后繼續沉淀，沉淀時間達到30分鐘時開始排水，排水時間為10分鐘；
所培養的亞硝酸鹽氧化菌優勢菌種為硝化桿菌(NitiObacter)，其含量占活性污泥微生物全菌總數量的85-90%。更為具體的，在一個總體積為10L，工作體積為8L的微生物培養反應器內富集培養亞硝酸鹽氧化菌，培養過程中采用間歇式活性污泥法富集亞硝酸鹽氧化菌，接種的活性污泥為城市污水處理廠二沉池的剩余污泥，該剩余污泥具有良好的全程硝化性能，接種后反應器內污泥濃度(vs S)為4000mg/L。污泥接種后加入富集營養液，其中富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液組成包括=NaNO2, KH2PO4, K2HPO4, NaHCO3和微量元素培養液，濃度如下 NO2--N初始濃度為100mg/L，最終濃度為1000mg/L; KH2 PO4濃度為1000mg/L; K2HPO4濃度為1000mg/L; NaHCO3濃度為400mg/L;每升營養液中添加2毫升微量元素培養液。微量元素培養液的組分如下每升微量元素培養液含有I. 25gEDTA, 0. 55gZnS04. 7H20, 0. 4gCo Cl2. 6H20，I. 275g MnCl2. 4H20, 0. 4gCuS04. 5H20, 0. 05g Na2Mo O4. 2H20, I. 375gCaCl2. 2H20, I. 25gFeCl3. 6H20, 44. 4g MgSO4. 7H20。
10
在第一次加入富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液之后用pH調節劑為lmol/L NaOH和 lmol/L HCl調節微生物培養反應器中pH值，將pH調節到7. 2-7. 3范圍內。培養條件為 溫度為22°C;pH為7. 2-7. 3 ;溶解氧為5mg/L ;SV為30%。每天4個周期，第1_3個周期按以下步驟運行第一次進水，進水時間為5分鐘，進水量為1L，進水同時開始曝氣和攪拌，同時 PLC模塊從曝氣開始時計時，當曝氣時間達到3小時時開始第二次進水，進水時間為5分鐘， 進水量為1L，第二次進水階段期間曝氣和攪拌繼續進行，PLC繼續計時，當曝氣時間達到5 小時20分鐘時關閉曝氣和攪拌，反應器開始沉淀，沉淀時間為30分鐘，沉淀完成之后，開啟排水閥，排水2L，排水10分鐘，出水排到中間水箱，排水結束后關閉排水閥開始進入下一個周期，依次循環，直到運行到第4個周期；第4個周期按以下步驟運行第一次進水，進水時間為5分鐘，進水量為1L，進水同時開始曝氣和攪拌，同時PLC模塊從曝氣開始時計時， 當曝氣時間達到3小時時開始第二次進水，進水時間為5分鐘，進水量為1L，第二次進水階段期間曝氣和攪拌繼續進行，PLC繼續計時，當曝氣時間達到5小時20分鐘時關閉曝氣和攪拌，反應器開始沉淀，沉淀時間為30分鐘，沉淀開始的同時中間水箱的排水閥開啟，將中間水箱中5L上清液排入下水道，排水時間為3分鐘，排水結束后，中間水箱排水閥關閉，回流泵開啟將中間水箱里剩余的IL出水混合液回流到SBR反應器，回流時間為2分鐘，回流和沉淀同時進行，沉淀完成之后，開啟排水閥，排水2L，排水10分鐘。之后每天按此步驟依次循環運行，此過程中用GB7493-87N-(1-萘基)-乙二胺光度法每隔I個小時檢測反應過程中亞硝酸鹽濃度的變化。當系統在培養液中亞硝酸鹽濃度為100mg/L條件下運行15 天(第60個周期)時，如果第60個周期內DO曲線變化點在曝氣時間為18(T 260min范圍內出現，且亞硝酸鹽濃度低于I. Omg/L，則提高預加入培養液的亞硝酸鹽濃度，其提高幅度為100mg/L ;如果第60個周期內反應過程DO曲線變化點在曝氣時間為18廣320min范圍內出現，則反應器繼續按周期工序循環運行，直到DO變化點在曝氣時間為18(T 260min 范圍內出現，此時提高預加入培養液的亞硝酸鹽濃度，其提高幅度為100mg/L。當富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液中亞硝酸鹽濃度提高到200 mg/L后，培養液中亞硝酸鹽濃度的提高幅度為200mg/L。富集過程中活性污泥不斷從反應其中淘洗出去，最終系統的污泥濃度從 4000mgVSS/L下降到504mgVSS/L，并穩定維持在500mgVSS/L水平。SRT控制在20天，HRT 為24小時。從圖2微生物培養反應器某一周期內亞硝酸鹽和硝酸鹽及過程控制參數D0、pH和溫度的變化曲線可以看到當培養液中亞硝酸鹽濃度提高到1000mg/L時，亞硝酸鹽被亞硝酸鹽氧化菌快速氧化成硝酸鹽，亞硝酸鹽的比降解速率為201. ImgNO2^-N. gVSS' h—1，亞硝酸鹽的去除率為99. 5%以上。該反應周期內pH和溫度分別維持在7. 2和22°C，DO維持在 5mg/L以上。在反應過程中，每次進水之后DO曲線上都會出現指示亞硝酸鹽降解結束的變化點。如圖2所示富集培養污泥中的亞硝酸鹽氧化菌能夠耐受1000mg/L的亞硝酸鹽濃度， 完全去除濃度高達1000mgN02_-N/L亞硝酸鹽廢水。最后本發明方法成功富集出亞硝酸鹽氧化菌占總細菌數85-90%的微生物混合物，主要菌屬類型為硝化桿菌(Nitrobacter)，如圖3 所示，實際實驗中，左圖為富集的活性污泥全菌FISH圖(探針EUBmix，染料為FITC，顯微鏡下呈綠色)；右圖為富集的亞硝酸鹽氧化菌FISH圖(探針為NIT3，染料為cy3，顯微鏡下呈紅色)。以上對本發明所提供的一種快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養裝置，包括微生物培養反應器(4)連接進水管(3)、中間出水管(12)、回流管(13)、曝氣管(7);進水管(3)上設置進水泵(2);中間出水管(12)上設置中間出水閥(11);回流管(13)上設置回流泵(14);曝氣管(7)上設置進氣閥門(6)，曝氣管(7)進口處與空氣壓縮機(5)相連； 培養液儲水箱(I)通過進水管(3)連接微生物培養反應器(4);中間水箱(15)通過回流管 (13)連接微生物培養反應器(4);中間水箱(15)上設置出水管(17)，出水管(17)上設置出水閥(16);在微生物培養反應器(4)內設置攪拌器(10)、曝氣管(7)、曝氣頭(8)、溶解氧濃度DO傳感器(19)、pH傳感器(20)、溫度傳感器(21)、加熱器(18)，上述傳感器經導線分別與DO測定儀(23 )、pH測定儀(24 )和溫度測定儀(25 )連接后與可編程過程控制器(22 )數據信號接口(33)、(34)、(35)連接，可編程過程控制器(22)內置的攪拌器繼電器(26)、加熱繼電器(27)、進水繼電器(28)、曝氣繼電器(29)、中間出水繼電器(30)、回流繼電器(31)、 出水繼電器(32)經接口分別與攪拌器(10)、加熱器(18)、進水泵(2)、曝氣管進氣閥門(6)、 中間出水閥門(11 )、回流泵(14 )和出水閥門(16 )相連接。
2.一種快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法，其特征在于，包括通過可編程過程控制器控制進水泵，啟動進水泵將培養液從培養液水箱引入微生物培養反應器，啟動進水泵的同時開啟攪拌器和空氣壓縮機，當達到預先設定的進水時間后，關閉進水泵；空氣壓縮機啟動，曝氣管進氣閥門開啟，將溶解氧濃度控制在2. O 8. Omg/L范圍內， 曝氣階段攪拌器一直開啟，鼓風機啟動的同時可編程過程控制器開始曝氣階段計時，當曝氣時間等于180分鐘時，空氣壓縮機和攪拌器繼續開啟；啟動進水泵將培養液從培養液水箱引入微生物培養反應器，當達到預先設定的進水時間后，關閉進水泵；可編程過程控制器在第二次進水開始時重新計時，當曝氣時間等于140 分鐘時，可編程過程控制器利用曝氣繼電器和攪拌器繼電器關閉曝氣管進氣閥門和攪拌器；系統自動計算此時的周期數，并自動讀取此培養液濃度下回流工序開始的周期數，若與預先設定的自動回流的周期數不相符，則直接進入沉淀階段；若與預先設定的自動回流的周期數相符，則可編程過程控制器控制出水繼電器打開出水閥門，達到預先設定的出水時間后自動關閉出水閥門；此后可編程過程控制器控制回流繼電器打開回流泵，將中間水箱剩余的出水回流到微生物培養反應器，達到預先設定的出水時間后自動關閉回流泵；曝氣或回流結束之后系統開始沉淀；根據污泥體積指數確定沉淀所需時間，由可編程過程控制器進行計時；當達到預先設定的沉淀時間后，確定排水的時間，可編程過程控制器通過中間出水繼電器打開中間出水閥門，將處理后的水經中間出水管排到中間水箱里繼續沉淀，關閉中間出水閥門；排水結束后到下一個周期開始定義為閑置期，當達到預先設定的閑置時間后，此時該周期結束，系統讀取此培養液濃度下預先設定的反應周期數，若未達到預先設定的周期數， 則系統由可編程過程控制器自動循環；當達到預先設定的整個反應的循環次數后，如果溶解氧曲線變化點在曝氣時間為21(Γ260分鐘范圍出現且檢測到曝氣260分鐘時反應器內混合液中亞硝酸鹽濃度小于預先設定的濃度，提高培養液中亞硝酸鹽濃度，如果溶解氧曲線變化點在曝氣時間為26Γ320分鐘范圍內出現，則系統自動循環，直到溶解氧曲線變化點在曝氣時間為21(Γ260分鐘范圍出現且曝氣260分鐘時反應器內混合液中亞硝酸鹽濃度小于預先設定的濃度為止，此時提高培養液中亞硝酸鹽濃度，系統開始進入下一個營養液濃度培養階段，同時系統自動記錄的周期數歸零并重新開始記數，依次類推，直到系統進入到營養液為1000mg/L NO2--N階段且運行預先設定的反應周期數之后，亞硝酸鹽氧化菌富集過程結束。
3.根據權利要求2所述的快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法，其特征在于，所述可編程過程控制器控制進水泵具體包括以下步驟根據進水量和進水泵的流量計算具體進水時間；可編程過程控制器設定具體進水時間控制進水泵。
4.根據權利要求2所述的快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法，其特征在于所用富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液主要組分為無機鹽，包括微量元素培養液、緩沖液和亞硝酸鈉，其中NO2--N初始濃度為100mg/L，最終濃度為1000mg/L，COD濃度為10_20mg/ L0
5.根據權利要求2所述的快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法，其特征在于所述富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液中，緩沖液包括磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀和碳酸氫鈉三種成分，磷酸二氫鉀以KH2PO4形式加入，KH2PO4濃度為1000mg/L，磷酸氫二鉀以 K2HPO4. 3H20形式加入，K2HPO4濃度為1000mg/L，碳酸氫鈉以NaHCO3形式加入，NaHCO3濃度為 400mg/L。
6.根據權利要求2所述的快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法，其特征在于在于所述富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液中緩沖液微量元素培養液按體積比500:1的比例配制。
7.根據權利要求2所述的快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法，其特征在于所培養的亞硝酸鹽氧化菌優勢菌種為硝化桿菌(NitiObacter)，其含量占活性污泥微生物全菌總數量的85-90%。
8.根據權利要求2所述的快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法，其特征在于所述富集亞硝酸鹽氧化菌的培養液中，微量元素培養液包括EDTA、Zn、Co、Mn、Cu、Mo、 Ca,Fe,Mg九種物質和元素，其中EDTA、Zn、Co、Mn、Cu、Mo、Ca、Fe和Mg的用量和引入方式如下:EDTA 是以CH2N (CH2COOH)J2 的形式加入，EDTA 濃度為 1250mg/L; Zn 是以 ZnSO4. 7H20 形式加入的，Zn2+濃度為125mg/L;Co是以CoCl2. 6H20形式加入的，Co2+濃度為99 mg/L ；Mn 是以MnCl2. 4H20形式加入的，Mn2+濃度為354mg/L ；Cu是以CuSO4. 5H20形式加入的，Cu2+濃度為 102mg/L; Mo 是以 Na2MoO4. 2H20 形式加入的，Mo6+ 濃度為 20mg/L;Ca 是以 CaCl2. 2H20 形式加入的，Ca2+濃度為374mg/L;Fe是以FeCl3. 6H20形式加入的，Fe3+濃度為259mg/L;Mg 是以MgSO4. 7H20形式加入的，Mg2+濃度為4260mg/L ；Na是以Na2MoO4. 2H20形式加入的，Na+ 濃度為9. 5mg/Lo
9.根據權利要求2所述的快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法，其特征在于所述培養條件通過過程控制裝置實現溫度為22-25°C ；pH為7. 2-7. 9 ;溶解氧為大于 5mg/L。
10.根據權利要求9所述的快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法，其特征在于所用的PH調節劑為NaOH和HC1，NaOH和HCl濃度均為lmol/L。
全文摘要
本發明提供了一種快速富集亞硝酸鹽氧化菌的培養方法和裝置，主要采用序批式活性污泥法，通過逐漸提高培養液中亞硝酸鹽濃度及溶解氧過程控制的方法進行富集，所采用的富集培養液主要成分為無機鹽，包括微量元素培養液、緩沖液和亞硝酸鈉。通過裝置維持培養過程中溶解氧濃度為5mg/L以上，pH為7.2-7.9，溫度為22-25℃。本發明方法可使污泥中的異養菌和氨氧化菌的生長受到明顯抑制，最終促使富集的亞硝酸鹽氧化菌在活性污泥中占微生物細菌總數量的85-90%，并耐受越來越高的亞硝酸鹽濃度，最終達到處理濃度高達1000mg/L的亞硝酸鹽廢水，使廢水中高濃度亞硝酸鹽降到0.2mg/L以下。
文檔編號C02F3/34GK102583705SQ20121000884
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者張宇坤, 彭永臻, 楊慶, 王淑瑩, 顧升波 申請人:北京工業大學