[发明专利]一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境生物技术，具体是一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置和方法。

背景技术

1995年人们才首次发现了厌氧氨氧化细菌的存在。与之前人们所认识的硝化-反硝化生物完全不同，这种新发现的古老型细菌是一种化能自养型细菌，以一种新型的代谢途径完成脱氮作用，即在厌氧条件下，以氨氮以氨氮为电子供体，亚硝态氮作为电子受体，最终生成氮气，在此过程中所释放的化学能被这种细菌作为能源，用来进行无机碳的固定，及完成其他生命活动过程。在使用厌氧氨氧化脱氮工艺的条件下，只需要将废水中大约一半的氨氮氧化成亚硝态氮，然后与剩余一半的氨氮发生反应生成氮气逸入大气，因而相较于传统的硝化-反硝化生物脱氮工艺，厌氧氨氧化脱氮工艺可以大量减少氧气的供给即可完成生物脱氮过程。此外，由于厌氧氨氧化细菌属于化学自养型细菌，并且氨氮被亚硝态氮氧化，共同形成氮气的反应的能量密度很低，细菌生长分裂极慢，因而使得厌氧氨氧化脱氮不仅不需要额外投加有机碳源，且剩余污泥量相较于传统工艺大幅减少，甚至在很多情况下维持充足的污泥量是维持厌氧氨氧化反应的一项常规任务，有时为获取剩余污泥不得不采用特殊的措施和技术以加快厌氧氨氧化细菌的快速增殖。

厌氧氨氧化生物脱氮工艺作为一种运行费用低、效率高的工艺越来越受到世界各国的重视，并开展了大量研究。虽然基于厌氧氨氧化工艺的第一个实际工程花费了大约3年时间终于运行成功，之后在德国、日本、澳大利亚等地相继也有实际工程投入运行，但是起始的启动污泥大多来源于荷兰的第一个运行该工艺成功的Rotterdam污水处理厂，但围绕该工艺应用中的许多实际问题仍困扰着世界各国的研究开发人员。其中从自然界极为分散的种源中富集厌氧氨氧化细菌并进行快速增殖和纯化，为生产实践提供数量大、纯度高反应器接种污泥是人们首先遇到的第一个难题。

厌氧氨氧化微生物不同于以前的好氧及厌氧发酵工艺的微生物，微生物的富集本身将花费大量时间，且该细菌增殖速度非常缓慢，反应器的启动往往需要耗费大量时间。特别是在遇到对该细菌产生毒害作用的物质时，生物反应速率迅速降低，甚至停止，在这种情况下，如果不能及时发现，将造成亚硝态氮的大量积累，从而对细菌产生毒害作用，最终导致反应器运行的失败，甚至不得不重新接种新鲜的污泥进行重新启动。因此快速富集，并能大量增殖和纯化厌氧氨氧化活性污泥，是该工艺应用和研究需首先解决的问题。

人们为达到研究和生产应用厌氧氨氧化细菌脱除水中过多氮素的目的，首先是要从自然界中富集、纯化、增殖足够数量的厌氧氨氧化活性污泥，以使其能够快速大量的去出高含氮水多余的氮素，以保护受纳水体免受水体富营养化污染的威胁。但许多研究都采用直接用好氧污水处理厂活性污泥、厌氧污水处理颗粒污泥或池塘底泥启动反应器的方法启动实验性厌氧氨氧化脱氮反应器，但此时反应器中虽然也能进行厌氧氨氧化脱氮过程，但反应器污泥中厌氧氨氧化细菌的含量都比较低，而且总的污泥数量也比较少，因而不能满足大型反应器对厌氧氧化脱氮活性污泥的需要，无法应用于生产。

中国专利申请书CN102145940A公开了“一种快速增殖厌氧氨氧化菌的装置及方法”（1），CN102061281A公开了“利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌的方法”(2)， CN101735947A公开了“一种模拟自然环境的土壤厌氧氨氧化菌富集系统”(3)，这些方法要么着眼于厌氧氨氧化菌的快速增殖，即其接种的是少量已富集纯化好的厌氧氨氧化细菌（1）；要么是用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌，使分散的厌氧氨氧化细菌富集在膜上，较大地提高了富集效率，对于膜生物反应器的结构并无特定要求，所获得的厌氧氨氧化细菌的数量和纯度有多大并不保证（2）；或者是用土柱富集厌氧氨氧化细菌而使厌氧氨氧化细菌富集在土柱内，但在富集完成后存在难以把富集的细菌分离出来的问题，都不能直接、方便地获取数量较大、纯度较高的厌氧氨氧化活性污泥，因而在实际应用中存在一定的限制。

发明内容

本发明的目的是要提供一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置和方法。该装置和方法能实现厌氧氨氧化细菌的附着截留、富集和增殖。

实现本发明目的的技术方案是：

一种快速富集增殖和纯化培养厌氧氨氧化菌的装置，由进水预加热系统、槽式生物反应池和过滤池三部分顺序连接组成。

所述进水预加热系统由预热池体、进水管、加热机构、测温机构、温度控制机构和蠕动泵组成，加热机构和测温机构设置在预热池体中，蠕动泵分别与加热机构的螺旋加热管和槽式生物反应池以管道连通。