[发明专利]一种异养硝化好氧反硝化细菌及其培养和应用

说明书

技术领域

本发明涉及环境微生物领域，具体涉及一种高效脱氮的异养硝化好氧反硝化细菌，及其培养和应用。 

技术背景

传统的生物脱氮是将硝化反应与反硝化反应进行了有机地结合。其中硝化反应是指好氧条件下NH₄⁺经NO₂^-氧化为NO₃^-的过程，该过程于1890年被Winogradsky首次发现。传统的硝化反应由2种微生物共同完成，即氨氧化细菌(AOB)(又称为亚硝化细菌)和亚硝酸氧化细菌(NOB)(又称为硝化细菌)。 

氨氧化菌与亚硝酸氧化菌这两类细菌都是好氧菌，不需要有机碳源，属于化能自养菌，一般要求BOD浓度应在20mg/L以下。如果有机物浓度较高，异养型细菌会迅速增殖，使化能自养型的硝化细菌不能优势生长，硝化反应就无法进行。此外，自养的硝化细菌时代时间较长，约为31h左右。氨氧化细菌在氧化氨的过程中获得其生长所需的能量，是整个自养硝化作用的限速步骤。反硝化是把NO₃^-或NO₂^-转化为N₂O或N₂的还原过程，主要是由兼性厌氧的反硝化菌在缺氧环境条件下来完成的。这类微生物大都是厌氧菌，而且需要有机物作为能源。由于硝化和反硝化这两类微生物的营养需求和生存条件差异比较大，因此传统的硝化和反硝化只能在两个独立的、反应条件截然不同的反应器中进行，或者在同一个反应器中造成交替的好氧和缺氧环境。 

传统的生物脱氮工艺对有机物和氮的去除效果均比较好，但是却存在许多难以克服的技术难点： 

首先氨氧化细菌和亚硝酸氧化细菌均为化能自养菌，由于时代时间较长，致使反应器启动缓慢，从而增加了污水处理成本； 

第二，由于硝化菌和反硝化菌的营养需求和生存条件不同，整个脱氮过程必须在好氧和缺氧两个独立的反应池中进行，这就增加了反应器的体积。或者同一个反应器中在时间上造成交替的好氧和缺氧环境，但是系统的控制也很繁琐； 

第三，反硝化菌为异养菌，所以反硝化过程需要较高的有机物浓度，污水中BOD:TN大于2.86时反硝化正常，而低于这个值，反硝化就不能正常进行。而有机物在硝化过程发生之前就已经被好氧降解，所以运行中反硝化段往往又需要补加碳源。反硝化完成后，这部分有机物还有余量，为保证出水有机物达标，需再一次好氧降解，这就延长了脱氮工艺的处理流程。有些工艺利用硝化液回流来解决反硝化过程中的碳源不足问题，但硝化液回流量大、能耗高； 

第四，硝化过程中硝化细菌会产酸，酸性条件对硝化反应有抑制作用，所以在硝化过程中需不断加碱，从而提高了处理成本； 

第五，抗冲击能力弱，高浓度氨氮和亚硝酸盐等会抑制硝化作用。 

近年来，人们对生物脱氮过程中出现的一些现象进行了大量理论和试验研究，提出了一些突破传统理论的新观点和新技术。这些理论从根本上打破了传统理论认为的硝化反应只能在好氧条件下由自养菌完成、反硝化只能在缺氧或厌氧条件下由异养菌完成的观点，其中就包括异养硝化和好氧反硝化。 

异养硝化是指在好氧条件下异养微生物将还原态N(包括有机态N)氧化为NO₂^-和NO₃^-的过程。也有学者把异养硝化定义为在好氧条件下异养微生物将氨/铵态氮或负三价态的有机态氮氧化为羟胺、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程。 

异养硝化菌不仅种类繁多，而且他们可以利用的基质范围广泛，既可以是无机态氮也可以是有机态氮，如铵、胺、酰胺、肟、N-烷基羟胺、氧肟酸及芳香硝基化合物等。异养硝化菌甚至可以将有机氮直接氧化为硝酸盐氮，而跨过氨化作用和氨氧化作用两步。相对于自养硝化菌而言，虽然异养菌分解效率较低，但是他们生长速率快、细胞产量高，对溶解氧要求低，环境的适应能力也强，在环境中的数量往往远大于自养菌，因此在某些环境中异养硝化作用与自养硝化作用相当，甚至超过自养硝化。此外，目前发现的异养硝化菌大多同时具有好氧反硝化能力。 

异养硝化微生物的发现解决了传统生物脱氮处理启动时间长、硝化环节条件要求苛刻、硝化和反硝化不能同步进行等缺点，具有较好的发展前景。 

发明内容

本发明的目的是提供一株能够高效脱氮的异养硝化-好氧反硝化细菌。该细菌不仅可快速将氨氮去除，而且可在亚硝酸盐或硝酸盐为唯一氮源条件下生长，并将亚硝 酸盐氮或硝酸盐中的氮有效去除；