一種快速培養亞硝酸細菌的組合物及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于生物技術領域，具體涉及一種快速培養亞硝酸細菌的組合物及其應 用。
【背景技術】
[0002] 生物脫氮主要是通過硝化細菌和反硝化細菌來完成。硝化細菌屬于化能營養型微 生物。生物細胞只能利用以ATP等形態保存的能量，不能直接利用化學反應所釋放的自由 能。在好氧代謝中，ATP主要通過呼吸鏈的氧化磷酸化作用合成。氨氧化磷酸化效率很低， 所能產生的ATP非常有限，這些能量主要用于電子躍遷到較高能級，這使得硝化細菌生長 很緩慢，世代期為8~36h。硝化細菌的細胞壁中肽聚糖含量低，蛋白質和脂肪含量高，因此對 環境變化比較敏感，自然界中天然的硝化細菌適應性和耐受性比較差，在很多條件下無法 與異養型微生物在生長競爭中取得優勢。污水處理系統中，當活性污泥中硝化細菌含量較 低時，依靠調節溶解氧和pH等環境條件無法在較短時間內快速生長繁殖，最終導致現有運 行的污水處理系統脫除氨氮能力有限。
[0003] 硝化細菌又分為氨氧化細菌(亞硝酸細菌）和亞硝酸鹽氧化細菌(硝酸細菌)，近年 來發展的新型生物脫氮技術如短程硝化-反硝化及短程硝化-厭氧氨氧化都需要將硝化反 應進行到亞硝酸階段而終止，希望氨氮被氨氧化細菌轉化為亞硝酸鹽氮后不再繼續被氧化 而直接進行反硝化脫氮。因此氨氧化細菌的富集培養非常關鍵。從生化水平上看，硝化反 應是涉及氨單加氧酶、羥胺氧還酶和亞硝酸鹽氧化酶共同催化的代謝途徑，并伴隨著復雜 的物質和能量轉化。采用生物促進劑來提高硝化細菌中氨單加氧酶、羥胺氧還酶的活性、抑 制亞硝酸鹽氧化酶的活性，可以控制硝化反應進程，是解決硝化反應進行到亞硝酸階段而 終止的有效途徑之一。
[0004] 目前關于生物促進劑的研究很多，CN200510111874.5、CN200510111876.4、 CN200510111877. 9和CN200510111875. X分別提出了利用不同的金屬鹽組合而成的硝化菌 生長促進劑，主要成分包括糖蜜、金屬鹽(鐵鹽、錳鹽、鈣鹽和鎂鹽)和吸附劑。使用該促進劑 后氨氮去除率可以提高20%以上。但由于吸附劑主要是沸石粉、硅藻土、粉末活性炭或粉煤 灰等物質，這些吸附劑的投加勢必會增大污泥產量。CN201110315549. 6公開了一種短程硝 化反硝化顆粒污泥的培養方法，其特征是定期投加5~15mg/L羥胺；CN201010168453. 7公開 了一種快速啟動缺氧氨氧化生物濾池的方法，其特征是步驟（2)中投加羥胺，誘導接種污泥 向缺氧氨氧化生物膜轉變，以上發明主要是利用羥胺對亞硝酸鹽氧化菌的抑制作用，促進 短程硝化作用，但是對生長緩慢的亞硝酸細菌自身生長沒有促進作用。CN201410141638. 7 公開了一種亞硝化細菌的培養液及制備和培養方法，其培養液配方比較復雜，除了涉及鐵、 鈣、鉀、鎂等提供細胞生長的元素，還涉及鈷、鑰、錳、鋅等促進酶合成的元素。

【發明內容】

[0005] 針對現有技術的不足，本發明提供了一種快速培養亞硝酸細菌的組合物及其應 用。該組合物配方簡單，制備容易，所培養的亞硝酸細菌活性高、耐受沖擊能力強；可以用于 亞硝酸細菌的培養過程中，也可以直接投加到污水處理系統中，使亞硝酸細菌能在短時間 內快速生長繁殖，加速短程硝化-反硝化及短程硝化-厭氧氨氧化工藝的啟動并可實現穩 定運行。
[0006] 本發明快速培養亞硝酸細菌的組合物，包括金屬鹽、多胺類物質、有機酸羥胺和 Na2S03，以重量份計，金屬鹽為40~100重量份，優選為50~80重量份；多胺類物質為5~30重 量份，優選為ΚΓ20重量份；有機酸羥胺為0. 05~1. 5重量份，優選為0. 1~1. 0重量份；Na2S03 為10-40重量份，優選為20~30重量份；所述的金屬鹽為鈣鹽、鎂鹽和銅鹽，Ca2+、Mg2+和Cu 2+ 的摩爾比為（5~15): (5~25): (0.5~5)，優選為（8~12): (10-20):(1~4)。
[0007] 本發明所述的鈣鹽為CaS04或者CaCl2，優選CaCl 2 ;鎂鹽為MgS04或者MgCl2，優選 MgCl2 ;銅鹽為 CuS04 或者 CuCl2，優選 CuCl2。
[0008] 本發明所述的多胺類物質為精胺、亞精胺或者兩者的混合物。
[0009] 本發明所述有機酸羥胺為甲酸羥胺、乙酸羥胺或者兩者的混合物。
[0010] 本發明所述的快速培養硝化細菌組合物的制備方法，包括如下內容：（1)按照以 下組成及重量份制備金屬鹽溶液：金屬鹽為40~100重量份，優選為50~80重量份，所述的金 屬鹽為鈣鹽、鎂鹽和銅鹽，金屬鹽中Ca 2+、Mg2+和Cu2+的摩爾比為（5~15): (5~25): (0. 5~5)， 優選為（8~12): (ΚΓ20): (1~4);(2)將ΚΓ40重量份，優選為20~30重量份NaS03加入到 金屬鹽溶液中；（3)使用前將5~30重量份，優選為ΚΓ20重量份的多胺類物質和0. 05~1. 5 重量份，優選為〇. 1~1. 〇重量份的有機酸羥胺加入到金屬鹽溶液中。
[0011] 本發明步驟（1)所述的鈣鹽為CaS04或者CaCl2，優選CaCl 2 ;鎂鹽為MgS04或者 MgCl2，優選 MgCl2 ;銅鹽為 CuS04 或者 CuCl2，優選 CuCl2。
[0012] 本發明步驟（3)所述的多胺類物質為精胺、亞精胺或者兩者的混合物。
[0013] 本發明步驟（3)所述羥胺類物質為甲酸羥胺、乙酸羥胺或者兩者的混合物。
[0014] 本發明所述的快速培養亞硝酸細菌的組合物的應用，可以用于亞硝酸細菌的培養 過程，可以用于提高污水處理系統的氨氮去除效果，還可以用于短程硝化反硝化及短程硝 化-厭氧氨氧化系統的快速啟動及受沖擊系統的快速恢復。具體需要根據污水性質、處理 量和處理效果確定投加量。在使用過程中，首先將組合物溶解，然后按照污水中組合物濃度 0· 5~50mg/L進行投加。
[0015] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果： 1、利用金屬鹽所提供的金屬離子作為硝化細菌生長所需要的元素，同時作為酶的組份 提高酶的活性，可以快速降解底物，加速酶促反應進程。多胺類物質與金屬離子共同作用， 可以加快細胞增殖，并能夠提高所收獲菌體的沉降性和穩定性，延長菌體使用壽命。
[0016] 2、有機酸羥胺的加入可以使羥胺作為底物直接參與氨氧化細菌的代謝過程、縮短 酶促反應進程，而且可以作為羥胺氧還酶的激活劑加速細胞生長。此外，有機酸羥胺可以釋 放出有機酸，有利于增強羥胺在低氧環境下的還原性，提高亞硝化率。
[0017] 3、有機酸羥胺和Na2S03的配合加入，有助于控制體系的溶解氧，由于在厭氧或缺 氧條件下羥胺可以抑制亞硝酸鹽氧化酶的活性，因此二者的配合加入有助于抑制亞硝酸鹽 氮進一步轉化成硝酸鹽氮。
[0018] 4、本發明通過選擇亞硝酸細菌生長促進劑的組成物質和配比，在金屬鹽、多胺類 物質、有機酸羥胺及Na2S03的共同作用下，實現快速培養亞硝酸細菌的目的。本發明解決了 亞硝酸細菌生長慢的問題，同時還可以控制硝化反應進程，提高廢水的處理效果。使用組合 物后亞硝酸細菌的生長速率可以增加 ΚΓ100倍，硝化反應過程中亞硝化率可達70%以上。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合具體實施例對本發明方案進行詳細說明。
[0020] 實施例1飛和比較例1-7所需快速培養亞硝酸細菌的組合物配方見表1。
[0021] 表1組合物的配方及比例
以某污水處理廠的活性污泥作為接種物啟動短程硝化工藝，啟動過程中按照表1的配 方配置一定濃度的溶液后分別向實施例1飛和比較例1~7投加，每次投加后使得富集培養 液中組合物濃度為15mg/L，啟動20天后，采樣鏡檢活性污泥中亞硝酸細菌的數量(細菌計 數板計數)，并取水樣分析亞硝化率，具體結果見表2。
[0022] 表2采用不同配方組合物的處理效果
從表2的數據來看，投加本發明的組合物后亞硝酸細菌的數量提高了 ΚΓ30倍；亞硝化 率大于70%。當組合物含有的配方不全時，與不加組合物相比，亞硝酸細菌的數量增加較小， 亞硝化率也沒有明顯提高。由此可見，投加本發明組合物后明顯促進亞硝酸細菌的生長，亞 硝化率可達70%以上。
【主權項】
1. 一種快速培養亞硝酸細菌的組合物，其特征在于包括金屬鹽、多胺類物質、有機酸羥 胺和Na 2S03，以重量份計，金屬鹽為40~100重量份，多胺類物質為5~30重量份，有機酸羥胺 為0. 05~1. 5重量份，Na2S03為ΚΓ40重量份；所述的金屬鹽為鈣鹽、鎂鹽和銅鹽，Ca2+、Mg 2+ 和 Cu2+的摩爾比為（5~15): (5~25): (0. 5~5)。2. 按照權利要求1所述的組合物，其特征在于：金屬鹽為50~80重量份，多胺類物質為 10~20重量份，有機酸羥胺為0. 1~1. 0重量份，Na2S03為20~30重量份；所述Ca2+、Mg 2+和Cu2+ 的摩爾比為（8~12): (10-20): (1~4)。3. 按照權利要求1或2所述的組合物，其特征在于：鈣鹽為CaS04或者CaCl2，鎂鹽為 MgS04 或者 MgCl2，銅鹽為 CuS04 或者 CuCl2。4. 按照權利要求1或2所述的組合物，其特征在于：鈣鹽為CaCl2，鎂鹽為MgCl2，銅鹽 為 CuCl2〇5. 按照權利要求1或2所述的組合物，其特征在于：多胺類物質為精胺、亞精胺或者兩 者的混合物。6. 按照權利要求1或2所述的組合物，其特征在于：有機酸羥胺為甲酸羥胺、乙酸羥胺 或者兩者的混合物。7. -種快速培養亞硝酸細菌組合物的制備方法，其特征在于包括如下內容：（1)按照 以下組成及重量份制備金屬鹽溶液：金屬鹽為40~100重量份，優選為50~80重量份，所述 的金屬鹽為鈣鹽、鎂鹽和銅鹽，金屬鹽中Ca 2+、Mg2+和Cu2+的摩爾比為（5~15) : (5~25): (0. 5~5)，優選為（8~12): (ΚΓ20): (1~4);(2)將 ΚΓ40 重量份，優選為 20~30 重量份 Na2S03W入到金屬鹽溶液中；（3)使用前將5~30重量份，優選為ΚΓ20重量份的多胺類物 質和0. 05~1. 5重量份，優選為0. 1~1. 0重量份的有機酸羥胺加入到金屬鹽溶液中。8. 按照權利要求7所述的方法，其特征在于：所述的鈣鹽為CaS04或者CaCl2，優選 CaCl2 ;鐵鹽為FeS04或者FeCl2，優選FeCl2 ;銅鹽為CuS04或者CuCl2，優選CuCl2。9. 按照權利要求7所述的方法，其特征在于：所述多胺類物質為精胺、亞精胺或者兩者 的混合物；有機酸羥胺為甲酸羥胺、乙酸羥胺或者兩者的混合物。10. 權利要求1至9任一所述的亞硝酸細菌組合物的應用，其特征在于：在使用過程 中，首先將組合物溶解，然后按照污水中組合物濃度〇. 5~50mg/L進行投加。
【專利摘要】本發明公開了一種快速培養亞硝酸細菌的組合物，包括金屬鹽、多胺類物質、有機酸羥胺和Na2SO3，以重量份計，金屬鹽為40~100重量份，優選為50~80重量份；多胺類物質為5~30重量份，優選為10~20重量份；有機酸羥胺為0.05~1.5重量份，優選為0.1~1.0重量份；Na2SO3為10~40重量份，優選為20~30重量份；所述的金屬鹽為鈣鹽、鎂鹽和銅鹽，Ca2+、Mg2+和Cu2+的摩爾比為（5~15）:（5~25）:（0.5~5），優選為（8~12）:（10~20）:（1~4）。該組合物配方簡單，制備容易，可以用于亞硝酸細菌的培養過程中，也可以直接投加到污水處理系統中，加速短程硝化-反硝化及短程硝化-厭氧氨氧化工藝的啟動并可實現穩定運行。
【IPC分類】C12N1/38, C02F3/30, C02F3/34
【公開號】CN105624092
【申請號】CN201410585481
【發明人】高會杰, 郭志華, 孫丹鳳, 趙勝楠
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年10月28日