CN105087451A - 一种脱氮微生物菌剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脱氮微生物菌剂的制备方法，属于生物与水处理技术领域。具体方法为：将好氧脱氮微生物制剂活化后接种于双层填料形成的膜区内，双层填料能够允许培养液和该微生物产生的代谢产物通过，该微生物则不能通过，培养液在一定的压力下以一定的速度从一侧填料流入膜区内，供给该微生物生长用，并将该微生物产生的代谢产物从另一侧填料排出，进行微生物的高浓度培养；将培养得到的菌液离心分离，制备成高浓缩菌悬液，加入保护剂，均匀干燥喷雾到经过灭菌的载体上，密封储藏。本发明制备的脱氮微生物菌剂长时间存放后，其氨氮降解性能和菌体繁殖活化性能均较好，菌体具有较好的生长潜力，菌体对氨氮去除率较高。
Description
技术领域
本发明涉及生物及水处理技术领域，具体是涉及一种脱氮微生物菌剂的制备方法。
背景技术
水体中的氮过度积累会造成了水体富营养化现象，严重危害生态系统安全。含氮废水的处理是目前环境污染治理中的重大问题。水体脱氮的方法主要有物理法、化学法和生物法。相较于物理化学方法，生物法具有处理成本低、无二次污染等优点，所以生物脱氮是目前被公认的废水脱氮中最经济、最有效的方法之一。
一方面，生物脱氮需要大量的微生物菌剂，也就需要对筛选获得的特定功能的脱氮微生物菌体进行扩大培养，以期大量获得具有工业应用价值的脱氮微生物，直接用于养殖水体、湖泊等自然水体的脱氮。
另一方面，传统理论认为生物脱氮必须通过硝化和反硝化2个独立过程来实现，硝化和反硝化不能同时发生，硝化反应在有氧的条件下进行，而反硝化反应需要在缺氧条件下进行，传统的两段式生物脱氮工艺普遍存在基建投资和运行费用高，能耗大，操作控制条件复杂等不足。好氧反硝化菌和异养硝化菌的发现打破了传统的生物脱氮理论，使得同步硝化和反硝化成为可能，不仅可以可使硝化和反硝化在同一反应器中完成，加快整个反应过程，缩短水力停留时间，减小反应器容积，降低运行成本，还可以扩大进行脱氮处理的水质范围。
因此，考虑到硝化菌群之间具有较强的互利依赖性，纯培养可能会导致死亡，这是由于亚硝化细菌生长过程中利用氨氮产生的亚硝酸对其自身有强烈的毒害和抑制作用，可以考虑将硝化菌与好氧反硝化菌进行高密度混合培养，让彼此为对方提供了生长所需的条件，或为对方消除生长的障碍，通过为对方提供生长因子，提供能利用的氮源，再制备成脱氮微生物菌剂，直接投放使用。
但是，目前对于混合微生物的高密度培养依然存在一定的技术问题，例如，微生物在培养过程中产生的代谢产物不能及时排出，对微生物的大量繁殖有一定的阻碍，所以，如何使硝化菌群和反硝化菌群均处于最佳的生长状态，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是，提供一种脱氮微生物菌剂的制备方法，能够使硝化菌群和反硝化菌群均处于最佳的生长状态，实现硝化菌与好氧反硝化菌进行高浓度混合培养，并在扩大培养后制备成微生物菌剂。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种脱氮微生物菌剂的制备方法，好氧脱氮微生物制剂活化后接种于双层填料形成的膜区内，该填料可以是中空纤维膜或毛细管膜，其结构形状可以是管状或平面状，该填料厚度为0.1～1.0毫米，双层填料能够允许培养液和该微生物产生的代谢产物通过，该微生物则不能通过，培养液在一定的压力下以一定的速度从一侧填料流入膜区内，供给该微生物生长用，并将该微生物产生的代谢产物从另一侧填料排出，进行微生物的高浓度培养；将培养得到的菌液离心分离，制备成高浓缩菌悬液，加入保护剂，均匀干燥喷雾到经过灭菌的载体上，密封储藏；所述的培养液按重量组分计包括以下成分：CH3COONa20～26份、Na2CO322～25份、NH4Cl12～15份、FeSO40.05～1.0份、MgSO4·7H2O3～5份、磷酸盐缓冲液380～500份，所述磷酸盐缓冲液是由K2HPO3和KH2PO4按照3∶1的比例配制而成。
进一步地，所述好氧脱氮微生物为异养硝化菌与好氧反硝化菌的混合菌群。
进一步地，所述的给培养液施加的压力为0.01～0.05MPa，所述培养液的流速相当于单位时间内流入膜区的培养液是膜区内培养液总体积的0.002～0.003倍。
进一步地，所述活化是将10份脱氮微生物制剂接种至装有150mL无菌水的800mL锥形瓶中，220r/min振荡活化2.5～3h，弃去原载体。
进一步地，所述培养过程的温度是在29～32℃。
进一步地，所述培养液的pH范围是7.0～8.0，pH值过高或过低对菌体生长均不利。
进一步地，所述培养液的溶解氧为0.6～0.8mg/L，溶氧量低于0.6mg/L会导致硝化菌生长变慢，过高则会剩余。
进一步地，所述离心分离是在2000～2300r/min的转速下离心15min。
进一步地，所述保护剂为为质量分数为0.8％的甘氨酸与质量分数为2.0％的甘油按质量比为1∶2～3的混合物，保护剂的添加量为菌悬液的2.2～3.6倍。
进一步地，所述载体为海藻酸钙或硅藻土或米糠，载体的含水量在12～15％范围内。
本发明的有益效果是：将硝化菌与好氧反硝化菌置于双层填料形成的膜区内进行混合培养，培养液在一定的压力下以一定的速度从一侧填料流入膜区内，供给该微生物生长用，并将该微生物产生的代谢产物从另一侧填料排出，同时，异养硝化菌为好氧反硝化菌提供了生长所需的硝酸态氮，好氧反硝化菌为异养硝化菌消除生长的障碍，使硝化菌群和反硝化菌群均处于最佳的生长状态，实现微生物的高浓度培养，并在扩大培养后制备成易于保存的微生物菌剂，该菌剂长时间存放后，其氨氮降解性能和菌体繁殖活化性能均较好，菌体具有较好的生长潜力，菌体对氨氮去除率较高。
附图说明
图1是本发明脱氮微生物菌剂的氨氮去除效果图。
具体实施方式
实施例1：
一种脱氮微生物菌剂的制备方法，硝化菌与好氧反硝化菌的混合菌群10份接种至装有150mL无菌水的800mL锥形瓶中，220r/min振荡活化2.5h，弃去原载体，接种于双层填料形成的膜区内，该填料是中空纤维膜，其结构形状是平面状，填料度为0.1毫米，双层填料能够允许培养液和该微生物产生的代谢产物通过，该微生物则不能通过，培养液在0.01MPa的压力下以一定的速度从一侧填料流入膜区内，所述流速相当于单位时间内流入膜区的培养液是膜区内培养液总体积的0.002倍，供给该微生物生长用，并将该微生物产生的代谢产物从另一侧填料排出，进行微生物的高浓度培养，培养过程的温度是在29℃，培养液的pH范围是7.0，pH值过高或过低对菌体生长均不利，所述培养液的溶解氧为0.6mg/L，溶氧量低于0.6mg/L会导致硝化菌生长变慢，过高则会剩余；将培养得到的菌液在2000r/min的转速下离心15min，分离制备成高浓缩菌悬液，加入由质量分数为0.8％的甘氨酸与质量分数为2.0％的甘油按质量比为1∶2的混合物制成的保护剂，保护剂的添加量为菌悬液的2.2倍，均匀干燥喷雾到经过灭菌的藻酸钙载体上，载体的含水量在12％范围内，密封储藏；所述的培养液按重量组分计包括以下成分：CH3COONa20份、Na2CO322份、NH4Cl12份、FeSO40.05份、MgSO4·7H2O3份、磷酸盐缓冲液380份，所述磷酸盐缓冲液是由K2HPO3和KH2PO4按照3∶1的比例配制而成。
实施例2：
一种脱氮微生物菌剂的制备方法，硝化菌与好氧反硝化菌的混合菌群10份接种至装有150mL无菌水的800mL锥形瓶中，220r/min振荡活化2.75h，弃去原载体，接种于双层填料形成的膜区内，该填料是中空纤维膜，其结构形状是管状，填料厚度为0.55毫米，双层填料能够允许培养液和该微生物产生的代谢产物通过，该微生物则不能通过，培养液在0.03MPa的压力下以一定的速度从一侧填料流入膜区内，所述流速相当于单位时间内流入膜区的培养液是膜区内培养液总体积的0.0025倍，供给该微生物生长用，并将该微生物产生的代谢产物从另一侧填料排出，进行微生物的高浓度培养，培养过程的温度是在30.5℃，培养液的pH范围是7.5，pH值过高或过低对菌体生长均不利，所述培养液的溶解氧为0.7mg/L，溶氧量低于0.6mg/L会导致硝化菌生长变慢，过高则会剩余；将培养得到的菌液在2150r/min的转速下离心15min，分离制备成高浓缩菌悬液，加入由质量分数为0.8％的甘氨酸与质量分数为2.0％的甘油按质量比为1∶2.5的混合物制成的保护剂，保护剂的添加量为菌悬液的2.9倍，均匀干燥喷雾到经过灭菌的硅藻土载体上，载体的含水量在13.5％范围内，密封储藏；所述的培养液按重量组分计包括以下成分：CH3COONa23份、Na2CO323.5份、NH4Cl13.5份、FeSO40.525份、MgSO4·7H2O4份、磷酸盐缓冲液420份，所述磷酸盐缓冲液是由K2HPO3和KH2PO4按照3∶1的比例配制而成。
实施例3：
一种脱氮微生物菌剂的制备方法，硝化菌与好氧反硝化菌的混合菌群10份接种至装有150mL无菌水的800mL锥形瓶中，220r/min振荡活化3h，弃去原载体，接种于双层填料形成的膜区内，该填料是毛细管膜，其结构形状是管状，填料厚度为1.0mm，双层填料能够允许培养液和该微生物产生的代谢产物通过，该微生物则不能通过，培养液在0.05MPa的压力下以一定的速度从一侧填料流入膜区内，所述流速相当于单位时间内流入膜区的培养液是膜区内培养液总体积的0.003倍，供给该微生物生长用，并将该微生物产生的代谢产物从另一侧填料排出，进行微生物的高浓度培养，培养过程的温度是在32℃，培养液的pH范围是8.0，pH值过高或过低对菌体生长均不利，所述培养液的溶解氧为0.8mg/L，溶氧量低于0.6mg/L会导致硝化菌生长变慢，过高则会剩余；将培养得到的菌液在2300r/min的转速下离心15min，分离制备成高浓缩菌悬液，加入由质量分数为0.8％的甘氨酸与质量分数为2.0％的甘油按质量比为1∶3的混合物制成的保护剂，保护剂的添加量为菌悬液的3.6倍，均匀干燥喷雾到经过灭菌的米糠载体上，载体的含水量在15％范围内，密封储藏；所述的培养液按重量组分计包括以下成分：CH3COONa26份、Na2CO325份、NH4Cl15份、FeSO41.0份、MgSO4·7H2O5份、磷酸盐缓冲液500份，所述磷酸盐缓冲液是由K2HPO3和KH2PO4按照3∶1的比例配制而成。
本发明将硝化菌与好氧反硝化菌置于双层填料形成的膜区内进行混合培养，培养液在一定的压力下以一定的速度从一侧填料流入膜区内，供给该微生物生长用，并将该微生物产生的代谢产物从另一侧填料排出，同时，异养硝化菌为好氧反硝化菌提供了生长所需的硝酸态氮，好氧反硝化菌为异养硝化菌消除生长的障碍，使硝化菌群和反硝化菌群均处于最佳的生长状态，实现微生物的高浓度培养，并在扩大培养后制备成易于保存的微生物菌剂，该菌剂长时间存放后，其氨氮降解性能和菌体繁殖活化性能均较好，菌体具有较好的生长潜力，菌体对氨氮去除率较高。
实验验证：
将本发明实施例1至3制备的脱氮微生物菌剂，存放1年后，取出，分别加入三组相同的待处理的水样中，经检测，待处理的水样中氨氮浓度为0.24g氮/mL，然后进行氨氮的去除效果验证，并记录数据，绘制图表，如图1所示，结果表明本发明制备的脱氮微生物菌剂在处理水样时取得了较好的效果，18h对氨氮的去除率达100％。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种脱氮微生物菌剂的制备方法，其特征在于：好氧脱氮微生物制剂活化后接种于双层填料形成的膜区内，该双层填料能够允许培养液和该微生物产生的代谢产物通过，该微生物则不能通过，培养液在一定的压力下以一定的速度从一侧填料流入膜区内，供给该微生物生长用，并将该微生物产生的代谢产物从另一侧填料排出，进行微生物的高浓度培养；将培养得到的菌液离心分离，制备成高浓缩菌悬液，加入保护剂，均匀干燥喷雾到经过灭菌处理的载体上，密封储藏；所述的培养液按重量组分计包括以下成分：CH3COONa20～26份、Na2CO322～25份、NH4Cl12～15份、FeSO40.05～1.0份、MgSO4·7H2O3～5份、磷酸盐缓冲液380～500份。
2.如权利要求1所述的一种脱氮微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述好氧脱氮微生物为硝化菌与好氧反硝化菌的混合菌群。
3.如权利要求1所述的一种脱氮微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述的给培养液施加的压力为0.01～0.05MPa，所述培养液的流速相当于单位时间内流入膜区的培养液是膜区内培养液总体积的0.002～0.003倍。
4.如权利要求1所述的一种脱氮微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述活化是将10份脱氮微生物制剂接种至装有150mL无菌水的800mL锥形瓶中，220r/min振荡活化2.5～3h，弃去原载体。
5.如权利要求1所述的一种脱氮微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述培养过程的温度是在26～29℃。
6.如权利要求1所述的一种脱氮微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述培养液的pH范围是7.0～8.0。
7.如权利要求1所述的一种脱氮微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述培养液的溶解氧为0.6～0.8mg/l。
8.如权利要求1所述的一种脱氮微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述离心分离是在2000～2300r/min的转速下离心15min。
9.如权利要求1所述的一种脱氮微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述保护剂为甘氨酸与甘油按质量比为1∶2～3的混合物，保护剂的添加量为菌悬液的2.2～3.6倍。
10.如权利要求1所述的一种脱氮微生物菌剂的制备方法，其特征在于：所述载体为海藻酸钙或硅藻土或米糠。
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