协同降解高浓度氨氮和磷酸盐的菌藻组合物及其应用和方法

技术领域

本发明涉及利用微生物处理废水领域，具体涉及协同降解高浓度氨氮和磷酸盐的菌藻组合物，还涉及菌藻组合物在处理废水中的应用和处理方法。

背景技术

近年来，高浓度废水(氨氮浓度＞200mg/L)的排放量日益增多。高氨氮废水处理不当直接排入水体，会导致水体富营养化等现象日趋严重，造成水体质量恶化。为了控制水体氨氮污染，我国颁布了严格的污染物控制新标准，其中氨氮的一级标准为5.0mg/L。新标准对氨氮的有效控制，尤其是高氨氮废水氨氮的有效控制提出新的要求。公开号为CN109082387A的中国专利公开了可低温去除高氨氮的异养硝化-好氧反硝化复合菌剂，具有耐受高氨氮、耐低温、脱氮效率高等优势，但是在处理高浓度废水(如养殖废水，高氨氮、高磷酸盐)实际应用中存在以下问题：(1)该复合菌剂对氧的需求量比较高，对于高浓度的废水，氧的需求量更大，导致曝气产生的能耗较高；(2)该复合菌剂只有脱氮能力，对磷酸盐没有去除能力，需要采用其他的方式来实现废水中磷酸盐的去除；(3)该复合菌对氨氮和总氮的去除效率仍然有待进一步的提升。

因此，亟待对现有的异养硝化-好氧反硝化复合菌剂进行改进，降低氧的需求量，磷酸盐去除能力，进一步提高对氨氮和总氮的去除效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种协同降解高浓度氨氮和磷酸盐的菌藻组合物；本发明的目的之二在于提供所述协同降解高浓度氨氮和磷酸盐的菌藻组合物在废水中去除有机化合物、氨氮、总氮和磷酸盐中的应用；本发明的目的之三在于提供利用所述协同降解高浓度氨氮和磷酸盐的菌藻组合物去除废水中去除有机化合物、氨氮、总氮和磷酸盐的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、协同降解高浓度氨氮和磷酸盐的菌藻组合物，所述组合物由异养硝化-好氧反硝化复合菌剂和小绿藻组成；所述复合菌剂由贪铜菌SWA1(Cupriavidus sp.SWA1)CCTCCNO:M 2015045、粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)CICC22642、不动杆菌(Acinetobacter)CICC10695和苍白杆菌TAC-2(Ochrobacterum sp.TAC-2)CCTCCNO:M201802复合而成。

利用小球藻和具有异养硝化-好氧反硝化复合菌剂构建菌藻共生系统，实现在较低的复合菌剂接种量(10％)条件下，对废水中高浓度氨氮和磷酸盐的有效去除，降低了菌剂和小球藻的用量，节约了运行成本。

本发明优选的，所述异养硝化-好氧反硝化复合菌剂和小绿藻的体积比为1：3。

本发明更优选的，所述贪铜菌SWA1(Cupriavidus sp.SWA1)、粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)、不动杆菌(Acinetobacter)和苍白杆菌TAC-2(Ochrobacterumsp.TAC-2)的菌体数量比例为10～20％：5～20％：10～30％：20～50％。

本发明更优选的，所述小球藻为FACH-16蛋白核小球藻。

2、所述协同降解高浓度氨氮和磷酸盐的菌藻组合物在废水中去除有机化合物、氨氮、总氮和磷酸盐中的应用。

3、利用所述协同降解高浓度氨氮和磷酸盐的菌藻组合物去除废水中去除有机化合物、氨氮、总氮和磷酸盐的方法，将菌藻组合物按复合菌剂接种量为10％接种于废水中，在光照强度为2000Lux，温度为28-30℃，进气量为0.15-0.20L/min，磁力搅拌转速为100-150rpm条件下处理。

该方法实现了在较低(进气量0.15-0.20L/min)的溶解氧条件下,对废水中高浓度氨氮(500mg/L)和高浓度磷酸盐(50mg/L)的高效去除，降低了曝气所需的能耗，仅投加复合菌剂的处理系统，氨氮和总氮的平均去除率分别为62.5％和47.5％，磷酸盐不仅没有去除，反而浓度有一定程度的上升；而菌藻共生处理系统，氨氮和总氮的平均去除率分别为87.6％和73.4％，磷酸盐的去除率为45.2％,可见，菌藻共生体系对氨氮和总氮的去除提升非常显著，有效解决了复合菌剂不能除磷的问题，并解决了小球菌的二氧化碳供应问题和氨氮耐受问题。

本发明的有益效果在于：本发明公开了协同降解高浓度氨氮和磷酸盐的菌藻组合物，通过在复合菌剂中引入小球菌，形成菌藻共生系统，小球藻通过光合作用产生氧气，为复合菌剂脱氮提供溶解氧，降低复合菌剂体系的曝气能耗，复合菌剂通过生物作用将废水中的有机物转化为二氧化碳供小球藻生长所需，小球藻本身也具有脱氮功能，可以提高复合菌剂对氨氮和总氮的去除，同时小球藻也具有磷酸盐去除能力，可以解决复合菌剂不能除磷的问题，此外，复合菌剂具有很好的耐受特性，复合菌剂的加入提高了小球藻的氨氮耐受浓度。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为不同菌藻比对氨氮的去除效率(图中B为复合菌剂，A为小球藻)；

图2为不同菌藻比对总氮的去除效率(图中B为复合菌剂，A为小球藻)；

图3为不同菌藻比对氨氮的平均去除率；

图4为不同菌藻比对总氮的平均去除率。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明使用的复合菌剂由贪铜菌SWA1(Cupriavidus sp.SWA1)、粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)、不动杆菌(Acinetobacter)和苍白杆菌TAC-2(Ochrobacterumsp.TAC-2)复合而成，参见公开号为CN109082387A的中国专利。贪铜菌SWAl(Cupriavidussp.SWAl)，保藏号为CCTCCNO:M 2015045；不动杆菌(Acinetobacter)，保藏号为CICC10695；粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)，保藏号为CICC22642；苍臼杆菌TAC-2(Ochrobacterum sp.TAC-2)，保藏号为CCTCCNO:M 201802；贪铜菌SWA1、粪产碱杆菌、不动杆菌、苍白杆菌TAC-2的菌体数量复合比例为10～20％：5～20％：10～30％：20～50％。

本发明中小球藻为FACH-16蛋白核小球藻，采购自中国科学院水生物研究所。

实施例1、协同降解高浓度氨氮和磷酸盐的菌藻组合物

将复合菌剂与小球藻按体积比为1：3进行复合(其中复合菌剂OD值为0.85，小球藻的初始OD值为1.20)，按复合菌剂10％的接种量，在光照强度为2000Lux，温度为28-30℃，进气量0.15-0.20L/min，磁力搅拌转速100-150rpm条件下处理氨氮浓度为500mg/L，COD浓度为4000mg/L，磷酸盐浓度为50mg/L的废水。

同时以相同量的小球藻、复合菌剂处理废水，然后检测处理后的有机化合物(COD)浓度、氨氮浓度、总氮(TN)浓度和磷酸盐浓度，并计算COD去除率，氨氮去除率，TN去除率和磷酸盐去除率。结果如表1所示。

结果显示，使用菌藻体积比例(1:3)的条件下，在较低(进气量0.15-0.20L/min)的溶解氧条件下，对废水中高浓度COD、氨氮(500mg/L)、总氮(TN)和磷酸盐的高效去除，其中氨氮和总氮的平均去除率分别为87.6％和73.4％，磷酸盐的去除率为45.2％，说明菌藻共生体系降低了曝气所需的能耗，显著提升对氨氮和总氮的去除，有效解决了复合菌剂不能除磷的问题，还解决小球菌的二氧化碳供应问题和氨氮耐受问题。

分别以菌藻体积比例为1:1，1：3，1：5，1：7处理废水，然后检测对废水中高浓度COD、氨氮(500mg/L)、总氮(TN)和磷酸盐的高效去除效果，结果如图1～4所示。

图1为不同菌藻比对氨氮的去除效率；图2为不同菌藻比对总氮的去除效率。

由图1和图2可知，小球藻的加入对HN-AD菌的脱氮作用具有明显的促进作用，氨氮和总氮的去除率均提升了20％左右。纯藻的去除率在第一、二周期内对废水中氨氮和总氮具有较高的去除率，氨氮去除率高达90％，总氮去除率高达76％，但长效性较差，从第三个周期开始，氨氮去除率下降至21％；在一定反应时间内，菌藻比为1:3的共生体系对污水的总氮氨氮去除效果最佳，氨氮去除率维持在85％左右，总氮去除保持在75％左右，且体系具有长效性。

图3为不同菌藻比对氨氮的平均去除率；图4不同菌藻比对总氮的平均去除率。

由图3和图4可知，氨氮和总氮的去除率随着体系中藻比例的降低呈现先上升后下降的趋势；当菌藻比为1:3时，共生体系对污水的总氮氨氮平均去除率达到最佳，此时氨氮的平均去除率为85％，总氮平均去除率为80％。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。