一种硝化细菌富集培养方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物技术领域，具体涉及一种硝化细菌富集培养方法。
【背景技术】
[0002] 生物脱氮方法中，无论是传统的硝化-反硝化，还是新型的短程硝化-反硝化及短 程硝化-厌氧氨氧化都需经过硝化细菌的硝化作用脱除氨氮。硝化细菌属于化能营养型微 生物。生物细胞只能利用以ATP等形态保存的能量，不能直接利用化学反应所释放的自由 能。在好氧代谢中，ATP主要通过呼吸链的氧化磷酸化作用合成。氨氧化磷酸化效率很低， 所能产生的ATP非常有限，这些能量主要用于电子跃迁到较高能级，这使得硝化细菌生长 很缓慢，世代期为8~36h。硝化细菌的细胞壁中肽聚糖含量低，蛋白质和脂肪含量高，因此对 环境变化比较敏感，自然界中天然的硝化细菌适应性和耐受性比较差，在很多条件下无法 与异养型微生物在生长竞争中取得优势。污水处理系统中，当活性污泥中硝化细菌含量较 低时，依靠调节溶解氧和pH等环境条件无法在较短时间内快速生长繁殖，最终导致现有运 行的污水处理系统脱除氨氮能力有限，在工业上通常可以采用向污水处理系统中直接投放 培养好的高浓度硝化细菌来解决这一问题。无论是直接在污水处理系统中培养硝化细菌还 是在污水处理系统外培养硝化细菌，都需要添加促进生长的物质，才能加快硝化细菌的生 长速率。
[0003] 从生化水平上看，硝化反应是涉及氨单加氧酶、羟胺氧还酶和亚硝酸盐氧化酶共 同催化的代谢途径，并伴随着复杂的物质和能量转化。采用生物促进剂来提高硝化细菌中 这些酶的活性，则是解决硝化细菌生长慢的有效途径之一，同时可以加快硝化反应进程。目 前关于生物促进剂的研究很多，CN200510111874. 5、CN200510111876. 4、CN200510111877. 9 和CN200510111875. X分别提出了利用不同的金属盐组合而成的硝化菌生长促进剂，主要 成分包括糖蜜、金属盐(亚铁盐、锰盐、钙盐和镁盐）和吸附剂。使用该促进剂后氨氮去除率 可以提高20%以上。但由于吸附剂主要是沸石粉、硅藻土、粉末活性炭或粉煤灰等物质，这 些吸附剂的投加势必会增大污泥产量。CN201110315549. 6公开了一种短程硝化反硝化颗粒 污泥的培养方法，其特征是定期投加5~15mg/L羟胺；CN201010168453. 7公开了一种快速启 动缺氧氨氧化生物滤池的方法，其特征是步骤（2)中投加羟胺，诱导接种污泥向缺氧氨氧化 生物膜转变，以上发明主要是利用羟胺对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用，促进短程硝化作用。 CN201410141638. 7公开了一种亚硝化细菌的培养液及制备和培养方法，其培养液配方比较 复杂，除了涉及铁、钙、钾、镁等提供细胞生长的元素，还涉及钴、钥、锰、锌等促进酶合成的 元素。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种硝化细菌富集培养方法。本发明采用投 加生长促进剂的方式来加速硝化细菌的生长，所用促进剂配方简单，制备容易，投加后能使 硝化细菌在短时间内快速生长繁殖，所培养的硝化细菌活性高、耐受冲击能力强。
[0005] 本发明硝化细菌富集培养方法，包括如下内容：首先选择富含硝化细菌的活性污 泥并采取逐级提高基质氨氮浓度的方法进行培养，初始氨氮浓度小于l〇〇mg/L，当氨氮浓度 提高到300mg/L时开始补加生长促进剂；所述生长促进剂包括金属盐和多胺类物质，其中 金属盐为40~100重量份，优选为50~80重量份，多胺类物质为5~30重量份，优选为ΚΓ20重 量份；所述的金属盐为钙盐、亚铁盐和铜盐，Ca 2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为（5~15) : (1~8): (0. 5~5)，优选为（8~12): (2~6): (1~4);当基质氨氮浓度提高到500mg/L并且24h内氨氮 去除率达95%时结束富集培养过程。
[0006] 本发明硝化细菌富集培养的温度为18~40°C，优选为25~35°C，溶解氧浓度为 0· 1~3 mg/L，优选为 0· 5~2mg/L，pH 值为 7. (T9. 0,优选为 7. 5~8· 5。
[0007] 本发明所述生长促进剂中钙盐为CaS04或者CaCl2，优选CaS0 4 ;亚铁盐为FeS04或 者FeCl2，优选FeS04 ;铜盐为CuS04或者CuCl2，优选CuS04。
[0008] 本发明所述生长促进剂中多胺类物质为精胺、亚精胺或者两者的混合物。
[0009] 本发明所述生长促进剂还包括羟胺类物质，含量为0. 5~15重量份，优选为2~10重 量份。所述羟胺类物质为羟胺、盐酸羟胺、硫酸羟胺或者磷酸羟胺中的一种或几种，优选为 硫酸羟胺。
[0010] 本发明所述的硝化细菌生长促进剂按照培养体系中促进剂浓度l(T50mg/L进行 投加，优选2(T30mg/L进行投加。
[0011] 本发明所述硝化细菌富集培养方法中，生长促进剂可以每天或者每隔几天补加一 次，也可以在每次更换硝化细菌培养基时补加，直到硝化细菌的数量(平板计数法）达到1〇 6 个/mL，优选达到107个/mL后停止补加。
[0012] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 1、本发明在硝化细菌富集培养过程中补加特殊组成和配比的生长促进剂，使得硝化细 菌在金属盐、多胺类物质及羟胺类物质的共同作用下，实现快速增殖。本发明解决了硝化细 菌生长慢的问题，使用促进剂后硝化细菌的生长速率可以增加 ΚΓ100倍。
[0013] 2、本发明使用的生长促进剂中含有的金属盐所提供的金属离子作为硝化细菌生 长所需要的元素，同时作为酶的组份提高酶的活性，可以快速降解底物，加速酶促反应进 程。多胺类物质可以促进细胞增殖，并且与金属离子共同作用，可以加快细胞增殖，并能够 提高所收获菌体的沉降性和稳定性，延长菌体使用寿命。
[0014] 3、本发明使用的生长促进剂中含有羟胺类物质时，可以作为羟胺氧还酶的基质直 接参与硝化细菌的代谢过程、缩短酶促反应进程，同时作为细胞的激活剂可以加速细胞生 长。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合具体实施例对本发明方案进行详细说明。
[0016] 实施例1生长促进剂的制备 本发明所述硝化细菌生长促进剂的制备方法为：（1)按照以下组成及重量份制备金属 盐溶液：金属盐为40~100重量份，优选为50~80重量份，所述的金属盐为钙盐、亚铁盐和 铜盐，金属盐中Ca2+、Fe 2+和Cu2+的摩尔比为（5~15) : (1~8) : (0. 5~5)，优选为（8~12): (2~6) : (1~4) ; (2)使用前将5~30重量份，优选为ΚΓ20重量份的多胺类物质加入到金属 盐溶液中。进一步地，使用前还可以加入含量为0. 5~15重量份，优选为2~10重量份的无机 酸羟胺。
[0017] 采用上述方法按照表1促进剂的比例和配方配制四种型号的硝化细菌生长促进 剂，所述促进剂浓度均为0. 5g/L。
[0018] 表1促进剂的配方及比例 买施例2硝化细菌的冨集培养
首先向五个平行的硝化细菌培养反应器中（反应器分别命名为1号、2号、3号、4号和5 号）接种某污水处理厂富含硝化细菌的活性污泥，接种后MLSS为3000mg/L，采取逐级提高 基质氨氮浓度的方法进行培养，初始氨氮浓度为50mg/L，每次提高50mg/L，当氨氮浓度提 高到300mg/L时开始向1~4号反应器中补加实施例1制备的生长促进剂，5号不加促进剂作 为对照，硝化细菌培养条件见表2。当基质氨氮浓度提高到500mg/L并且24h内基质氨氮去 除率达95%时结束富集培养过程。
[0019] 每天按照培养体系中促进剂浓度25mg/L补加一次，培养15天后取泥水混合物用 磁力搅拌器打散活性污泥中的菌落，取上清液稀释一定倍数后用平板进行菌落计数，当硝 化细菌的数量大于1X 1〇7个/mL后停止补加，继续培养一周后所获得的硝化细菌数量见表 2。培养结束后，氨氮去除率见表2。
[0020] 表2硝化细菌的培养条件及结果
从表2数据来看，Γ4号反应器内硝化细菌数量均大于8. 8X 107个/mL，氨氮去除率 大于85%，不加促进剂的5号反应器内硝化细菌的数量8. 8X 105个/mL，氨氮去除率只有 71. 1%。由此可见，采用本发明的富集培养方法，并使用生长促进剂能明显提高硝化细菌的 数量并提高氨氮的去除率。
【主权项】
1. 一种硝化细菌富集培养方法，其特征在于包括如下内容：首先选择富含硝化细菌的 活性污泥并采取逐级提高基质氨氮浓度的方法进行培养，初始氨氮浓度小于l〇〇mg/L，当 氨氮浓度提高到300mg/L时开始补加生长促进剂；所述生长促进剂包括金属盐和多胺类物 质，其中金属盐为40~100重量份，多胺类物质为5~30重量份，所述的金属盐为钙盐、亚铁 盐和铜盐，Ca 2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为（5~15) : (1~8) : (0. 5~5);当基质氨氮浓度提高到 500mg/L并且24h内氨氮去除率达95%时结束富集培养过程。2. 按照权利要求1所述的培养方法，其特征在于：所述生长促进剂中金属盐为50~80 重量份，多胺类物质为1〇~20重量份，Ca 2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为（8~12): (2~6): (1~4)。3. 按照权利要求1或2所述的培养方法，其特征在于：所述生长促进剂中钙盐为CaS04 或者CaCl2，亚铁盐为FeS04或者FeCl2,铜盐为CuS0 4或者CuCl2。4. 按照权利要求1或2所述的培养方法，其特征在于：所述生长促进剂中钙盐为CaS04， 亚铁盐为FeS0 4，铜盐为CuS04。5. 按照权利要求1或2所述的培养方法，其特征在于：生长促进剂中多胺类物质为精 胺、亚精胺或者两者的混合物。6. 按照权利要求1或2所述的培养方法，其特征在于：所述生长促进剂中还包括羟胺 类物质，含量为〇.5~15重量份。7. 按照权利要求6所述的培养方法，其特征在于：所述羟胺类物质为羟胺、盐酸羟胺、 硫酸羟胺或者磷酸羟胺中的一种或几种，羟胺类物质含量为2~10重量份。8. 按照权利要求1所述的培养方法，其特征在于：所述生长促进剂按照培养体系中促 进剂浓度l(T50mg/L进行投加，优选2(T30mg/L进行投加。9. 按照权利要求8所述的方法，其特征在于：所述生长促进剂每天或者每隔几天补加 一次，或者在每次更换硝化细菌培养基时补加，直到硝化细菌的数量达到1〇 6个/mL后停止 补加。10. 按照权利要求1所述的培养方法，其特征在于：硝化细菌富集培养的温度为 18~40°C，优选为 25~35°C，溶解氧浓度为 0· 1~3 mg/L，优选为 0· 5~2mg/L，pH值为 7. (T9. 0， 优选为7. 5~8. 5。
【专利摘要】本发明公开了一种硝化细菌富集培养方法，首先选择富含硝化细菌的活性污泥并采取逐级提高基质氨氮浓度的方法进行培养，初始氨氮浓度小于100mg/L，当氨氮浓度提高到300mg/L时开始补加生长促进剂；所述生长促进剂包括金属盐和多胺类物质，其中金属盐为40-100重量份，优选为50-80重量份，多胺类物质为5-30重量份，优选为10-20重量份；所述的金属盐为钙盐、亚铁盐和铜盐，Ca2+、Fe2+和Cu2+的摩尔比为（5-15）:（1-8）:（0.5-5），优选为（8-12）:（2-6）:（1-4）；当基质氨氮浓度提高到500mg/L并且24h内氨氮去除率达95%时结束培养。本发明采用投加生长促进剂的方式加速硝化细菌的生长，所用促进剂配方简单，制备容易，投加后能使硝化细菌快速生长繁殖，所培养的硝化细菌活性高、耐受冲击能力强。
【IPC分类】C12N1/20
【公开号】CN105624053
【申请号】CN201410585640
【发明人】高会杰, 孙丹凤, 郭志华, 赵胜楠
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年10月28日