一种淡水全程氨氧化菌的富集装置及方法

技术领域

本发明涉及一种全程氨氧化菌的富集装置及方法，尤其涉及一种淡水全程氨氧化菌的富集装置及方法。

背景技术

氮循环是元素物质循环的重要组成部分，包括固氮、氨化、硝化、反硝化、厌氧氨氧化和硝酸盐异化还原等过程，每个过程由不同的微生物驱动。硝化过程是氨/铵

然而，由于全程氨氧化菌的生长较为缓慢，也会与氨氧化细菌、氨氧化古菌以及厌氧氨氧化菌竞争生长，因此较难获得高纯度的富集培养物，这也限制了该反应的机理研究和应用研究。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的为提供一种可以选择性促进全程氨氧化菌生长的全程氨氧化菌的富集装置，本发明的第二目的为提供一种全程氨氧化菌的富集方法。

技术方案：本发明的全程氨氧化菌的富集装置，包括反应器和水浴锅，反应器与水浴锅相连，反应器由内向外包括反应层和圆柱形罐体保温层反应层下部设置内循环进水口，反应层上部设置内循环出水口。

进一步地，反应器为UASB反应器，UASB反应器采用连续流方式。

反应器内腔为倒锥形，底部设有进水口，内循环口和取泥口。

优选的，培养富集装置，包括反应器、进水桶、废液桶、水浴锅、进水口蠕动泵、进水管、排水管、水浴锅泵头；其中反应器主体为圆柱形罐体，包括培养基进水口、出水口、连接水浴锅的进水口、出水口，上部采样口、内循环进水口、内循环出水口；反应器主体为圆柱形罐体，罐体分为两层，内层为全程氨氧化菌提供生长空间，培养基从底部进水口不断穿过沉积物，为全程氨氧化菌生长提供源源不断的养料，直到从顶部溢到排水区，经由出水管到废液桶；外层作为保温层，水浴锅中的水通过水泵从反应器外层由下到上充满反应器，直到从顶端的出水管返回水浴锅，构成水浴循环回路；反应物出水口高于污泥表面，污泥在反应器中与培养基充分接触。

反应器中，圆柱形罐体内径为100mm，外径为170mm，高度为1070mm。反应器中，圆柱形罐体顶部设有封盖。采样口位于出水口附近。

本发明的全程氨氧化菌的富集方法，利用全程氨氧化菌培养富集装置，步骤如下：

将全程氨氧化菌接种至反应器内，形成配制培养基，并对培养基进行氮吹，保持全程氨氧化菌生活的厌氧环境，将培养基加入反应器，使培养基充满整个反应器。

优选的，反应器的控温层进水口位于反应器底部，使全程氨氧化菌的生活环境保持在在35±2℃。对培养基进行氮吹，培养基的DO控制在0.3～0.5mg/L。培养基进水和出水同时进行，且一直持续。反应器顶部设有封盖，连续流动的培养基和反应产生的气体均从上部排出。

每升培养基包括如下成分组成：0.2±0.01mM NH

每升TES包括如下成分组成：34.4±3mg MnSO

每升SWS包括如下成分组成：0.5±0.05g NaOH，3±0.3mg Na

培养基中以氨氮为氮源和能源，每升培养基添加万古霉素50±5mg。

在培养初期，将沉积物全部接种至反应器，将进水桶中的培养基在蠕动泵的作用下，通过进水管进入反应器，并使培养基充满整个反应器，至培养基从顶部出水口由出水管排到出水桶；通过提供适合全程氨氧化菌生长的寡营养环境，对全程氨氧化菌富集培养。本发明采用连续流的方式，每次出水从出水口排出上清液，避免了由于出水导致的生物量流失，有利于全程氨氧化菌的富集。反应器由水浴锅流在外层的水维持内层反应器的温度，使反应器能够保持在35±2℃，同时氮吹培养基，保持反应器内部的厌氧状态，为全程氨氧化菌的富集培养提供适宜的环境条件。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

(1)本发明反应器首次采用UASB工艺对全程氨氧化菌进行富集，大大提升了全程氨氧化菌的富集时间和生物量；

(2)构造简单。沉淀区在反应器底部，废水从反应器底部进入，由反应器顶端排出，不需要使用机械搅拌装置，不装填料，构造较为简单，运行管理方便。

(3)反应器通过连续流的方式培养沉积物，沉积物在反应器运行过程中，通过逐步固定化过程形成颗粒，使UASB反应器稳定高效、运行。

(4)反应器在达到稳定后，氨氮去除效率在80％～100％。

附图说明

图1为本发明的湖泊沉积物全程氨氧化菌富集培养装置示意图；

图2为本发明的富集效果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

通过研究表明全程氨氧化菌在寡营养的环境中更具有竞争优势，反应器模仿河水流动，对全程氨氧化菌进行富集培养。

如图1所示，一种全程氨氧化菌的培养富集装置，其中包括反应器1、进水桶2、废液桶3、水浴锅4、进水口蠕动泵5、进水管6、排水管7、水浴锅泵头15，其中反应器1包括反应层8、反应器进水口9、反应器出水口10、水浴锅进水口11、水浴锅出水口12、取样口13、圆柱形罐体保温层14，水浴锅进水管16、水浴锅出水管17、排水区18、内循环进水口19、内循环出水口20、内循环泵21、取泥口22。

进水桶2预先存储培养基(培养基需要氮吹)，然后把根据实际情况把培养基泵入反应器。在培养过程中，要定期从反应器取样口13取样测反应器的溶解氧，保持反应器内部厌氧环境。在整个培养过程中，要定期对进水口9和出水口10取样，通过测样品中铵盐的去除效率来判断氨氧化菌的生长情况。根据实际情况添加万古霉素，对杂菌进行一定程度的去除。该培养装置具有中低氨水平对全程氨氧化菌的富集和培养，能够定向选择全程氨氧化菌。

圆柱形罐体的内径为100mm，外径为170mm，高度为1070mm，有效容积为3.6L。

在培养初期，将污泥全部接种至反应器，将进水桶2中的培养基在蠕动泵5的作用下，通过进水管6进入反应器，使培养基由下到上充满整个反应器，至培养基溢到排水区18，从顶部出水口10由排水管7排到废液桶3；打开水浴锅，反应器运行过程中反应器内部温度控制在35±2℃；水力停留时间为24h；定期测量排水口DO，根据实际情况对反应器氮吹，使DO控制在0.3～0.5mg/L；每周从取样口取样测排水的氨氮含量，计算反应器内氨态氮的去除效率，以此来判断反应器内微生物的生长情况，根据实际情况调整培养基中铵盐浓度。

进水桶2存储的培养基成分如下(每升)：

0.2±0.01mM NH

所述TES中每升含有成分如下：34.4±3mg MnSO

所述SWS中每升含有成分如下：0.5±0.05g NaOH，3±0.3mg Na

如图2所示，通过富集培养，实现了对全程氨氧化菌的富集，硝化螺菌属的数量占全部氨氧化微生物数量的50％以上。