CN101983938A - 一种甘蔗渣基生物膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固定化微生物处理污染水体技术，通过一些固定化技术手段，将微生物固定在载体上，利用经过处理的甘蔗渣作为载体，将一批优良的硝化反硝化菌株同时富集于载体之上，通过大量高效微生物对受污染水体经的综合降解作用，可达到有去除水中氮元素的效果。微生物负载量达到10g/l，载体对微生物的高效富集作用提高了微生物对污染水体的处理速度和处理效果。本发明的技术优点是处理各种污染水体投资少，处理效果好，运行成本低，见效快，具有显著地经济效益和社会效益。本发明的主要工艺参数为，1.自然挂膜，细菌密度为：106级个/克填料；纯种挂膜，细菌密度为：107级个/克填料。2.自然挂膜，成膜时间为30天；纯种挂膜，成膜时间为20天。3.无外界污染源情况下，将不大于100000m2的景观水劣V1类水治理成IV类所需时间为30天。本发明主要应用于污染水体的治理，尤其对一些使用传统工程方法无法治理的受保护的景观水体的治理有着显著优势。

Description

一种甘蔗渣基生物膜的制备方法 
技术领域
本发明涉及水处理处理技术，更具体的说是甘蔗渣基生物膜在污染水体治理中的应用。 
背景技术
随着工业发展和人民生活水平的提高各种含氮废水大量排放造成了严重的水体富营养化的问题。此外，由于汽车的大量使用，空气中氮氧化物的浓度日益增加导致了雨水氮含量的增加，加速了水体富营养化的进程。尤其对于城市人工景观水体而言，因近年来国内各大城市水资源短缺问题越来越严重，各大公园及景观河道均使用中水作为景观水提补充用水。国家中水水质标准制定其氮排放量为20mg/l(总氮)，这个数值对于景观水体水质标准(五类水标准2mg/l)相比相差数倍。因此，有效、安全、环保、经济、实用、系统的除氮方法对于景观水体中氮或控制水体中氮的含量具有重大的社会和经济意义。 
目前，传统的景观水富营养化处理的方法可分为物理法、化学法和生物-生态修复技术等多种，因传统的物理法能源消耗过大，并且安装大型设备噪音大，影响景观，而传统的化学法、虽然有短期效果但在长远看来，各种化学药剂对水生态环境有着永久的破坏作用。所以，生物-生态法脱除水中过剩的氮元素是现今行业一致推崇的有效方法。 
脱氮最根本的技术都离不开微生物的降解作用。而经筛选过的高效硝化菌和反硝化菌是景观水生物脱氮技术中的核心菌种。生物脱氮技术首先将通过硝化菌的硝化作用将铵态氮转化成硝态氮，再通过反硝化作用将后者转变成氮气排入大气中，最终实现氮元素的循环和氨氮的无害化。 
而传统的生物脱氮技术中存在着如下问题：①因水体深度的不同溶解氧的浓度不均、而硝化(硝化过程为耗氧过程)细菌自身无法大量富集于水体表层，因而影响其生物活性②因部分营养盐及碳源的短缺导致有效微生物在水体中无法存活或存活时间过短③大量微生物因其自身重力所致，沉淀至水体底泥中，丧失其降解水体中溶解态氮元素的作用④一些高分子微生物载体因自身无法降解、导致水体产生二次污染。 
目前，人们越来越多的将在传统上只应用于高浓度有机废水的生物膜法应用于低浓度水的水体污染处理，特别是对景观水体富营养化治理是新的应用尝试。 
生物膜(Biofilm)是通过附着而固定于特定载体上的结构复杂的微生物共生体。其特点是单位体积生物膜中所含的微生物数量高、比表面积大。填料是生物膜的主体，填料的性质直接影响生物滤器的处理性能。而目前市场上的填料种类很多，但其材质都是非降解质的高分子材料。随着生物膜在水治理技术成为主导，具备优良特性的新型生物载体将大量产生，所以生物膜的再生技术和可降解生物膜填料技术将飞速发展。 
甘蔗渣具有较高的比表面积，高保湿能力，表面性质益于微生物附着生长，高机械强度，较低的堆积密度，高孔隙率高缓冲能力，和易于获得低成本等适合生物膜填料的物理特性。另外，甘蔗渣含有缓释的糖分对于生物膜的附着是有利的，更重要的是甘蔗渣为天然可降解的纤维素质材料，不会形成二次污染。本发明利用反硝化菌膜和硝化菌膜在同一载体上的特点，反硝化菌膜被硝化菌膜包被，使得微生物絮体内 产生溶解氧梯度：硝化菌膜在表面，溶解氧高，耗氧实现硝化反应；反硝化菌膜在内部，由于氧传递受阻及外部硝化菌的大量耗氧，造成厌氧区，实现厌氧反硝化反应。 
本发明将提供一种获得纯种的不同的甘蔗渣基生物膜的方法，在同一工作区间可以用来进行好氧的碳氧化、碳氧化与硝化组合、分段硝化、反硝化和厌氧处理。自然挂膜，细菌密度达到106级个/克填料；纯种挂膜，细菌密度达到107级个/克填料。自然挂膜，成膜时间为30天；纯种挂膜，成膜时间为20天。无外界污染源情况下，将不大于100000M2的景观水劣Ⅴ1类水治理成Ⅳ类所需时间为30天。 
发明内容
本发明目的是提供一种用于污染水体脱氮的技术，在同一生物膜上实现同步的硝化反硝化脱氮功能。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：硝化、反硝化生物膜制作过程 
1，材料： 
A，填料：球形框架中填充甘蔗渣基载体 
B，菌种：反硝化菌(编号：DNF409)，硝化菌(编号：NL009) 
C，培养基：LBM培养基(蛋白胨1％，酵母提取物0.1％，NaCl 0.2％，MgSO40.1％) 
2，制作过程： 
A，将1m3甘蔗渣基填料浸入1/10浓度的100升LBM培养基中，并用气泵通气(通气量：30-50l/h)，每天接种反硝化菌2×1011cfu，直至培养结束，在30℃温室中培养10天即可成膜。 
B，将培养好的反硝化菌生物膜移至新鲜的1/10浓度的100升LBM培养基中，加大通气量(通气量：80-100l/h)，每天接种硝化菌2×1011cfu，直至培养结束，在30℃温室中培养10天。C，移至应用场地水中，自然培养(15～25℃)10天即可。 
所述的甘蔗渣基填料比表面积为10m2/g-50m2/g，孔隙率在40％-70％之间，孔径在100um-1000um.。所述的球形框架中甘蔗渣基填料自上而下串联组成一体。每平米水域(水深1米)固定一串(8-10个球形框)。根据处理水质环境的不同来调整运行参数，通常溶解氧浓度：0.2-3.0mg/L，pH：6.5-8.5，C：N为6：1，以上温度为15～30℃。 
附图说明
图1，图2为本发明可实现同步硝化反硝化脱氮功能的生物膜及载体示意图。结合实施方式对本发明进一步说明。 
具体实施方式：
实施方法一 
1、输气管道，2、微生物载体，3、气泡，4、循环泵，5、生物膜(球体内)，6、气体分布器 
实施例1 
纯种挂膜：将1m3甘蔗渣基填料如图1浸入1/10浓度的100升LBM培养基中，并用气泵通气(通气量：30-50l/h)，每天接种反硝化菌2×1011cfu，直至培养结束，在30℃温室中培养10天即可成膜。然后将将培养好的反硝化菌生物膜移至新鲜的1/10浓度的100升LBM培养基中，加大通气量(通气量：80-100l/h)，每天接种硝化菌2×1011cfu，直至培养结束，在30℃温室中培养10天。这时生物膜的细菌指标达到细菌密度达到107级个/克填料，转至工作环境中(如图2)，对于无外源污染的景观水可脱氮至2.0mg/l以下，对于污水处理反应池的脱总氮可达70％(总氮降至20mg/L以下时)。 
实施方法二 
1、浮体，2、生物膜载体(球体内甘蔗渣)，3、生物膜(球体内)4、水体 
实施例2 
自然挂膜： 
将1m3甘蔗渣基填料如图2直接浸入工作水体，并用气泵通气(通气量：30-50l/h)，每天接种反硝化菌2000cfu/ml直至培养结束，在20℃以上水温中培养30天即可成膜。然后每天接种硝化菌200cfu/ml直至培养结束，在20℃水温中培养30天。这时生物膜的细菌指标达到细菌密度达到106级个/克填料，对于无外源污染的景观水可脱氮依旧可至2.0mg/l以下。 

Claims (4)

1.一种经处理的甘蔗渣，其特征在于：通过震荡筛分或风选手段去除甘蔗渣中短小碎屑，以弱酸碱处理甘蔗渣去除残糖和有害成份，获取通透性强、对多种挂膜微生物适宜的生物膜填料。
2.一种甘蔗渣基的生物膜生产工艺，其特征在于：
2.1，材料：
a，填料：球形框架中填充甘蔗渣基载体
b，菌种：反硝化菌(编号：DNF409)，硝化菌(编号：NL009)
c，培养基：LBM培养基(蛋白胨1％，酵母提取物0.1％，NaCl 0.2％，MgSO40.1％)
2.2，制作过程：
a，将1m3甘蔗渣基填料浸入1/10浓度的100升LB培养基中，并用气泵通气(通气量：30-50l/h)，每天接种反硝化菌2×1011cfu，直至培养结束，在30℃温室中培养10天即可成膜。
b，将培养好的反硝化菌生物膜移至新鲜的1/10浓度的100升LB培养基中，加大通气量(通气量：80-100l/h)，每天接种硝化菌2×1011cfu，直至培养结束，在30℃温室中培养7天。
c，移至应用场地水中，自然培养(15～25℃)10天即可。
所述的甘蔗渣基填料比表面积为10m2/g-50m2/g，孔隙率在40％-70％之间，孔径在100um-1000um.。所述的球形框架中甘蔗渣基填料自上而下串联组成一体。每平米水域(水深1米)固定一串(8-10个球形框)。根据处理水质环境的不同来调整运行参数，通常溶解氧浓度：0.2-3.0mg/L，pH：6.5-8.5，C∶N为6∶1以上温度为15～30℃。
3.根据权利要求2中2.1a步骤所述的填料，为甘蔗渣。
4.根据权利要求2中2.1c步骤所述的制作培养基，其特征在于：C，培养基：LBM培养基(蛋白胨1％，酵母提取物0.1％，NaCl 0.2％，MgSO40.1％)灭菌条件均为：121℃，30min。
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