[发明专利]一种高活性高耐毒性的厌氧氨氧化絮状污泥的培养方法

说明书

本发明公开了一种高活性高耐毒性的厌氧氨氧化絮状污泥的培养方法，包括步骤：在反应器内接种厌氧氨氧化絮状污泥，泵入进水，进水中NH₄⁺‑N和NO₂^‑‑N质量浓度比为1:1，在厌氧、避光、30～36℃条件下运行至稳定；向进水中加入磁性纳米材料，并分阶段提高磁性纳米材料的浓度，每一阶段均运行至稳定后再进入下一阶段，诱导厌氧氨氧化菌的肼合酶结构基因的表达和胞外聚合物的分泌，直至进水中磁性纳米材料的浓度不低于200mg L^‑1，完成高活性高耐毒性的厌氧氨氧化絮状污泥的培养。本发明培养方法得到的厌氧氨氧化絮状污泥活性高，胞外聚合物含量高，对毒物耐受力强，有利于厌氧氨氧化工艺的实际应用。

技术领域

本发明涉及污泥培养技术领域，具体涉及一种高活性高耐毒性的厌氧氨氧化絮状污泥的培养方法。

背景技术

自二十世纪末开始，纳米技术的迅速发展使许多工业领域发生了革命性的变革。磁赤铁矿(γ-Fe₂O₃)，赤铁矿(α-Fe₂O₃)和磁铁矿(Fe₃O₄)等磁性纳米材料在修复和水处理方面被广泛应用。作为一种纳米吸附剂，磁赤铁矿纳米颗粒和磁铁矿纳米颗粒是最有前景的重金属去除材料，如去除Cr(VI)和As(V)，因为它们方便磁选。由于光催化效应的增强，磁性纳米材料还被认为能够降解有机污染物或降低其毒性。

此外，由于磁性纳米材料的生物相容性、化学稳定性和磁性，它们被广泛应用于生物细胞，如真菌和微藻的固定化。而磁性纳米材料释放的Fe(III)离子是一种必需的微量营养素和许多蛋白质的组分，有利于微生物保持较高的活性。

厌氧氨氧化工艺因其无需外加有机碳源、脱氮负荷高、运行费用低、占地空间小等优点，已被公认为是目前最经济的生物脱氮工艺之一。厌氧氨氧化是一个多阶段的反应过程。第一阶段，亚硝酸盐(NO₂^-)被亚硝酸盐氧化还原酶(Nir)还原成一氧化氮(NO)；第二阶段，第一阶段生成的NO与氨(NH₄⁺)反应生成肼(N₂H₄)后，被肼合酶(HZS)催化；第三阶段，肼通过肼脱氢酶(HDH)最终被氧化成N₂。厌氧氨氧化细菌含有特有的肼合酶结构基因(hzsA)，可调控厌氧氨氧化反应的关键酶肼合酶(HZS)，肼合酶结构基因(hzsA)与厌氧氨氧化活性呈明显正相关。

厌氧氨氧化污泥在新陈代谢过程中会分泌一种复杂的高分子混合物——胞外聚合物(EPS)，覆盖在微生物表面，它们是影响微生物表面特性的关键物质，在水体环境和废水处理系统中对污染物的迁移转化和去除起着至关重要的作用。并且EPS能够利用其丰富的官能团吸附水体中的重金属和有机污染物，还可以通过氢键与氮、磷等营养元素发生相互作用。另外EPS具有一定的氧化还原特性，可以通过氧化还原反应改变污染物的存在形式。因此EPS在废水生物处理过程中具有重要的作用，可以影响重金属和有机污染物在废水生物处理过程中的去除和转化。但厌氧氨氧化细菌具有生长缓慢，细胞产率低，对环境条件的分泌敏感等缺点。而且，絮状污泥由于其絮体结构，更难适应实际环境中的恶劣条件，极大地限制了厌氧氨氧化工艺在实际水处理工程中的大规模应用。

因此，研发如何提高厌氧氨氧化絮状污泥的活性的方法对于推广厌氧氨氧化工艺的应用具有重要意义。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种高活性高耐毒性的厌氧氨氧化絮状污泥的培养方法，通过分阶段提高进水中磁性纳米材料负荷，发现可逐步诱导厌氧氨氧化菌的肼合酶结构基因(hzsA)的表达和胞外聚合物的分泌，从而提高厌氧氨氧化絮状污泥的活性和耐毒性。

一种高活性高耐毒性的厌氧氨氧化絮状污泥的培养方法，包括步骤：