[发明专利]一株耐盐脱氮除磷高地芽孢杆菌其在废水处理中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一株高地芽孢杆菌（Bacillus altitudinis）及其在高盐废水处理中的应用。该菌株具有异养硝化-好氧反硝化的功能，可以在高盐条件下实现同步硝化反硝化脱氮的过程，同时完成污水中含磷污染物的去除。

背景技术

我国目前各类水体富营养化污染日益严重，蓝藻赤潮问题频发，对水体安全和人体健康造成了巨大的损害。氮、磷等营养物质过剩是引发水体富营养化的根本原因，当水体中N浓度>0.2mg/l，P浓度>0.02mg/l时就存在发生富营养化的可能性。生活污水是氮、磷等营养物质的最大排放源，因此生活污水脱氮除磷新工艺的开发一直受到关注。

生物脱氮技术是目前应用最广的污水脱氮技术。生物脱氮的基本原理是在微生物的作用下将污水中的有机氮和氨态氮转化为N₂的过程，包括硝化和反硝化两个反应过程。硝化反应是由一群自养好氧微生物完成，具体分两个阶段分别由亚硝酸菌和硝酸菌两种菌完成。第一步是由亚硝酸菌将NH₄⁺氧化为NO₂^-，第二步是由硝酸菌将NO₂^-进一步氧化为NO₃^-。反硝化反应是由一群异养型兼性厌氧微生物完成的，是指在无氧或低氧条件下，反硝化细菌将NO₂^-和NO₃^-还原为氮气的过程。可以看出，生物脱氮过程本身就存在着矛盾：硝化反应需要较长的污泥龄和好氧条件，大量有机物存在时会造成硝化细菌的流失；而反硝化细菌则需要较短的污泥龄和缺氧条件，高度依赖有机物为其脱氮过程提供电子供体。因硝化细菌和反硝化细菌生理机制的差异导致了基于该理论的污水脱氮技术工艺冗长、能耗大、占地面积大，且对环境变化非常敏感，脱氮效率不佳。

污水除磷的方法有化学除磷、生物除磷以及生化除磷等。化学除磷的基本原理是通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉淀物，最终通过固液分离的方法将磷从污水中去除，有石灰沉淀法及金属盐沉淀法。化学除磷操作简单、除磷效果好、抗冲击负荷能力强；但是需要投加大量的化学药剂，处理费用较高，并且会产生二次污染。生物除磷工艺是目前较为经济的除磷方法，其基本原理是聚磷菌（Poly-phosphate-Accumulatuing Organisms，PAOs）的吸/释磷过程：在厌氧条件下，PAOs分解细胞聚磷酸盐的同时产生ATP，并利用ATP将环境中的挥发性脂肪酸等小分子有机物摄入胞内，将其以PHB（聚-β羟基丁酸盐）及糖原等有机颗粒的形式存在于细胞内，同时将聚磷酸盐水解生成的正磷酸盐（PO₄^3-）排出细胞外；在好氧条件下，PAOs以氧气为电子受体，利用PHB代谢释放的能量，从污水中吸收超过其生长所需要的磷并以聚磷酸盐的形式贮存在细胞体内。通过排泥的方式将被细菌过量摄取的磷随剩余污泥排出系统即可实现除磷的目的。

生物脱氮除磷发生机制的差异导致了这两个过程本身就是一个矛盾统一体，产生矛盾的根本原因是不同功能的微生物所需要的最佳生长条件不同。硝化需要长泥龄的硝化细菌和好氧条件，反硝化需要短泥龄的反硝化菌和缺氧条件，释磷需要短泥龄的聚磷菌和厌氧条件，而吸磷则需要好氧条件。此外，反硝化菌和聚磷菌之间还存在着因生活污水中碳源不足而产生的竞争关系。生物脱氮除磷工艺的发展也主要是围绕着在同一污水处理系统中实现脱氮与除磷的矛盾展开的。因这些固有矛盾的存在，造成了我国多数污水处理厂运行费用高、脱氮除磷效果不稳定、达标率较低，开发节能高效的城镇污水处理工艺已迫在眉睫。