CN106115938B - 磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法及污水处理方法 - Google Patents

磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法及污水处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106115938B
CN106115938B CN201610607272.7A CN201610607272A CN106115938B CN 106115938 B CN106115938 B CN 106115938B CN 201610607272 A CN201610607272 A CN 201610607272A CN 106115938 B CN106115938 B CN 106115938B
Authority
CN
China
Prior art keywords
photosynthetic bacteria
magnetic
magnetic bio
bio charcoal
nano
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610607272.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106115938A (zh
Inventor
何世颖
俞映倞
冯彦房
段婧婧
薛利红
杨林章
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Academy of Agricultural Sciences
Original Assignee
Jiangsu Academy of Agricultural Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Academy of Agricultural Sciences filed Critical Jiangsu Academy of Agricultural Sciences
Priority to CN201610607272.7A priority Critical patent/CN106115938B/zh
Publication of CN106115938A publication Critical patent/CN106115938A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106115938B publication Critical patent/CN106115938B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法及污水处理方法，其步骤如下：通过化学共沉淀法制备磁性纳米氧化铁材料，进行光合细菌的活化和扩大培养，通过自组装的方法将纳米氧化铁粒子负载于生物炭材料表面形成磁性生物炭，通过共孵育的方法使磁性生物炭表面负载光合细菌得到磁性生物炭负载光合细菌材料。将磁性生物炭负载光合细菌材料与污水共孵育一段时间，实现对水中COD、氨态氮和磷酸根的降解。本发明通过纳米磁性氧化铁的高比表面以及和表面带有电荷的细菌之间通过静电力结合来实现菌株的固定化，同时磁性氧化铁材料对菌株的酶活有活化作用，从而增强了微生物对COD、氨态氮和磷酸根的降解能力。

Description

磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法及污水处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体说是涉及一种耦合纳米材料与微生物的技术，其应用于污水处理，能够快速有效的降解COD、氨态氮与磷酸根。
背景技术
随着工农业的快速发展和生活污水的排放量日益增加，全球性水体污染日趋严重，威胁着社会经济乃至人类自身的可持续发展。因此开发稳定性强、效率高、操作简单的污水深度处理技术十分必要。有机物、氮和磷是水体主要污染源，目前主要的处理方法有吸附法、光催化氧化法、化学沉淀法和生物法等。这些方法各具优缺点，单一的处理方法不能高效的实现污染物的去除，需要多种方法耦合联用，各自发挥优势，才能更经济有效的达到水体的净化。因此本发明利用纳米氧化铁的高吸附性和光催化性以及光合细菌的强代谢活性，开发了一种绿色高效的污水处理技术。
光合细菌能够以光作为能源，利用有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用，从而使废水得以净化。其在自然界中广泛分布，应用于实际生产, 就有着非常重要的现实意义。光合细菌法能有效处理的废水种类很多，迄今已成功实现了对粪尿、食品、淀粉、豆制品等污水的处理，其对COD去除率高，同时有脱氮除磷的效果。用游离态的光合细菌处理废水，在大规模废水处理过程中，存在诸多问题。如菌体细胞容易被流水冲走，即使在静水条件下也可能被其他生物所吞噬，菌体不易回收重复利用。采用固定化微生物不仅能够提高微生物的数量，提高处理负荷，能选择地使光合细菌成为优势菌群, 提高微生物活性、水质净化效率和延长细菌使用时间。目前常用的微生物固定方法大多采用包埋及物理吸附类固定化方法。载体的特性与微生物的吸附量、结合紧密度、微生物活性和耐冲击能力密切相关。研究较多的固定化材料则主要是琼脂、角叉莱胶、海藻酸钙等天然高分子凝胶载体，以及聚丙烯酰胺 (PAM)、聚乙烯醇 (PVA)、聚丙烯酸等有机合成高分子凝胶载体。这些载体材料水溶性大、稳定性差、机械强度不佳，使得固定化微生物处理污水的实际应用受到限制。其它用作载体的多孔材料如活性炭、沸石、陶瓷球、石英砂等虽各有特点，但存在孔隙率低、比表面积小、比重大等缺点。因此选择适宜的载体，既有利于所固定微生物的代谢增殖，又呈现优良的传质性能，还能提高所得固定化微生物的稳定性能是光合细菌应用于污水处理的一个重要方面。
发明内容
为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种利用磁性生物炭负载光合细菌材料的污水处理方法，该方法耦合纳米材料与微生物发酵技术，具有高效的降解COD、氨态氮和磷酸根能力。本发明的另一目的在于提供一种磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法，将大量微生物有效的固定在纳米载体材料上。本发明的另一目的在于提供一种上述磁性氧化铁纳米材料负载光合细菌用于污水处理后，采用磁吸附回收再利用的方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明所述光合细菌选择紫色非硫光合细菌属的沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris, R. palustris )，为本实验室保藏。所述纳米材料为磁性氧化铁纳米颗粒（Fe3O4），为本实验室自制。二者耦合用于污水中COD、氨态氮和磷酸根去除。
磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过化学共沉淀法制备磁性纳米氧化铁材料，进行光合细菌的活化和扩大培养，通过自组装的方法将纳米氧化铁粒子负载于生物炭材料表面形成磁性生物炭，通过共孵育的方法使磁性生物炭表面负载光合细菌得到磁性生物炭负载光合细菌材料。
磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1） 磁性氧化铁纳米材料和生物炭的制备：按照Fe3+和Fe2+摩尔比2:1条件投料到2M的盐酸溶液；通氮气搅拌条件下，将12.5%的 (CH3) 4NOH水溶液快速加入至铁盐溶液中，室温反应后制得黑色的磁性Fe3O4纳米颗粒，进行磁分离洗涤去除未反应的物质；将制得的Fe3O4纳米颗粒分散于去离子水中，Fe3O4浓度为1-2 mg/mL；
将作物秸秆破碎成长度0.1-0.5 cm的碎块，洗涤，将洗涤后的秸秆烘干，将干燥的秸秆置于容器中并放入马弗炉中于300-600℃缺氧热解20-100 min，热解升温速率设定为10-20℃/分钟，马弗炉输出功率百分比为80%；冷却至室温后取出，然后用蒸馏水浸泡并离心，离心转速3000-5000 rpm，时间为5-8 min，重复浸泡和离心过程至浸出液pH<8；对蒸馏水清洗后的材料进行烘干，过筛，获得生物炭材料；
（2）磁性氧化铁纳米材料与生物炭结合：
按3：1-5：1（生物炭：Fe3O4纳米颗粒）的质量比例，室温下将生物炭与Fe3O4纳米颗粒混合并搅拌2-5个小时，使Fe3O4纳米颗粒充分吸附于生物炭表面；采用磁分离清洗获得表面负载了纳米氧化铁的磁性生物炭。
（3）磁性生物炭材料固定光合细菌R. palustris：
活化沼泽红假单胞菌R. palustris并扩大培养；
按5：1-7：1的质量比（指磁性生物炭与R. palustris菌悬液的质量比）将磁性生物炭与扩大培养得到的R. palustris菌悬液（4-6×108 CFU/mL）混合，在 30 ℃条件下震荡处理，使光合细菌均匀地在磁性生物炭的纳米颗粒表面吸附和固定，最后采用磁性分离去除未游离的菌体，获得磁性生物炭负载光合细菌材料。
在步骤（3）中，活化沼泽红假单胞菌R. palustris并扩大培养的具体步骤为：配制R. palustris固体培养基（g/L）: NH4Cl 1.2, Na2 HPO40.5, MgCl2 0.2, NaCl 2, 牛肉膏2, 有机酸2, 琼脂粉12；灭菌前pH调节到7.2；将保存在甘油中的R. palustris划线于R. palustris固体培养基上，30℃下2400 lux 的白炽灯下光照培养3-5天;
挑取平板上大的菌落作为活化种子，将菌种接种于100 mL的R. palustris液体培养基（g/L）: NH4Cl 1.2, Na2 HPO40.5, MgCl2 0.2, NaCl 2, 牛肉膏2, 有机酸2, 灭菌前pH调节到7.2。同样进行光照培养3-5天至OD600=0.6-1.0，获得光合细菌的种子培养液；将种子培养液和液体培养基以1：3-1：5的接种量接种，30℃下2400 lux 的白炽灯下光照培养3-5天至对数生长期，检测培养液中光合细菌的浓度为OD600=0.6-1.0； 取对数生长期的菌液，5000rpm离心15分钟，取沉淀悬浮在生理盐水中，获得最终菌液浓度为4-6×108 CFU/mL。
利用磁性生物炭负载光合细菌材料进行污水处理的方法，包括以下步骤：通过化学共沉淀法制备磁性纳米氧化铁材料，进行光合细菌的活化和扩大培养，通过自组装的方法将纳米氧化铁粒子负载于生物炭材料表面形成磁性生物炭，通过共孵育的方法使磁性生物炭表面负载光合细菌得到磁性生物炭负载光合细菌材料；取磁性生物炭负载光合细菌材料0.1-0.5 g，加入100 mL人工污水中，所述的人工污水初始COD、NH4 +-N和PO4 -分别为877mg/L, 29.7 mg/L 和3.6 mg/L，混合均匀，30 ℃光照下以200-300 r·min-1在恒温震荡箱中振荡处理。
所述的污水为人工污水；将磁性生物炭负载光合细菌材料应用于人工污水的处理步骤为：取0.1-0.5g负载了光合细菌的磁性生物炭，与100 mL 人工污水混合，光照下轻微振荡，每隔一定时间取水样，过滤后测定其中COD、NH4 +和 PO4 3-浓度，计算3种污染物的去除率。
磁性生物炭负载光合细菌材料重复利用方法为：处理污水后的磁性生物炭负载光合细菌材料用磁铁进行分离。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明提供的一种纳米技术与微生物发酵联用的新技术，纳米氧化铁具有小尺寸效应、比表面效应、量子尺寸效应和超顺磁性等特性，具有超强的吸附能力；与多孔的生物炭结合，形成磁性生物炭材料，能够成为优异的微生物载体，固定化微生物，提高其微生物降解活性；氧化铁具有促进微生物生长和提高其酶活的能力，能够进一步促进其对污染物的降解；同时磁性生物炭材料对污染物具有良好的吸附性和催化降解能力。二者结合显著提高微生物对污水的处理效果，充分发挥磁性生物炭和微生物这一体系对有机物的降解和脱氮除磷的能力。
附图说明
图1. 纳米氧化铁的透射电镜图片；
图2. 空白生物炭的扫描电镜图片；
图3.负载纳米氧化铁的生物炭的扫描电镜图片；
图4.磁性生物炭对光合细菌R. palustris的负载的扫描电镜图片；
图5. 不同处理下污水中COD、NH4 +和PO4 3-的去除能力示意图。
具体实施方式
以下结合具体实例进一步详细描述本发明的技术方案，所述实施实例仅用于说明本发明而不是限制本发明。
随着纳米技术及材料的出现和迅速发展，将其与污水深度处理技术相结合已成为环保领域又一新的研究热点，已有众多纳米材料作为微生物载体应用于污水处理领域。氧化铁磁性纳米材料作为新材料，以其优越的性能、独特的优势，备受青睐。选择它与微生物结合用于污水处理，其优越性体现在：（1）具有较大的比表面积，所以具有很高吸附性能，能够负载大量微生物。（2）经我们开展的研究发现，氧化铁磁性纳米材料是一种生物相容性良好的材料，对微生物没有明显的毒性，而且在一定程度上能够促进微生物生长。（3）磁性氧化铁纳米材料又具有超强磁分离性能，在外磁场的作用下易从废水中分离，可循环使用，有很好的经济效益。（4）氧化铁纳米材料对微生物酶活有促进作用，研究发现氧化铁纳米材料对氢酶、铁氧还蛋白氧化还原酶有提高其活性的功能，使微生物具有高的呼吸量，从而对有机物的代谢起到促进作用。（5）磁性氧化铁纳米材料本身作为具有良好的吸附和降解污染物的能力，已经在COD降解和重金属离子吸附方面有了应用。由于磁性氧化铁材料存在易团聚的问题，影响其应用，通过负载的方法可以提高其分散性。生物炭作为一种价廉绿色的吸附材料成为近年来的研究热点，它具有高的比表面、多孔和多官能团的特点，能够很好与纳米氧化铁结合。
根据以上分析，本发明制备了表面负载氧化铁的磁性生物炭材料，二者结合具有良好的吸附和催化性能，将其与微生物耦合，将产生协同效应，提高污水的处理效率。一方面提高微生物的传质和代谢活性；另外磁性生物炭材料自身具有较强吸附和降解污染物的能力。因此，磁性生物炭与微生物联用在废水处理中具有巨大的优势，在污水生化处理领域展现出了广阔高效的前景。
一.沼泽红假单胞菌R. palustris扩大培养：
（1）配制R. palustris固体培养基(g/L): NH4Cl 1.2, Na2 HPO40.5, MgCl2 0.2,NaCl 2,牛肉膏2, 有机酸2, 琼脂粉12。灭菌前pH调节到7.2。将保存在甘油中的R.palustris划线于R. palustris固体培养基上，30℃下2400 lux 的白炽灯下光照培养3-5天；
（2）挑取平板上大的菌落作为活化种子，将菌种接种于100 mL的R. palustris液体培养基（g/L）: NH4Cl 1.2, Na2 HPO40.5, MgCl2 0.2, NaCl 2, 牛肉膏2, 有机酸2, 灭菌前pH调节到7.2。同样进行光照培养3-5天至OD600=0.6-1.0，获得光合细菌的种子培养液；将种子培养液和液体培养基以1：3-1：5（体积比）的接种量接种，30℃下2400 lux 的白炽灯下光照培养3-5天至对数生长期，检测培养液中光合细菌的浓度为OD600=0.6-1.0。
（3）取对数生长期的菌液，5000rpm离心15分钟，取沉淀悬浮在生理盐水中，获得最终菌液浓度约为4-6×108 CFU/mL。
二．磁性氧化铁纳米材料的制备：
本发明所述磁性氧化铁纳米颗粒由本实验室自制，方法为化学共沉淀法，制得的纳米氧化铁粒径在10 -20 nm左右。具体制备步骤如下：
按照Fe3+和Fe2+摩尔比2:1条件投料，用200ml的2M的盐酸溶液超声搅拌溶解54.05g FeCl3·6H2O，加入3 L单层玻璃反应釜中，通氮气搅拌。再用50 ml 2M的盐酸溶液超声条件下溶解27.80g FeSO4·7H2O，然后加入上述Fe3+溶液中。通氮气搅拌条件下，用蠕动泵将1.25 L 12.5%（溶剂占溶液的质量分数）的(CH3) 4NOH水溶液快速加入至铁盐溶液中，室温反应1h，制得黑色的磁性Fe3O4纳米粒子，全程通氮气保护，然后进行磁分离洗涤去除未反应的物质。将制得的Fe3O4纳米颗粒分散于去离子水中，浓度约为1.2 mg/mL，在超声振荡仪中超声30分钟，使其分散均匀，冷藏保存待用。
三．磁性氧化铁纳米材料与生物炭结合
（1）将自然晾晒风干的小麦秸秆（或其他常见作物秸秆）破碎成长度约0.1-0.5 cm的碎块，用去离子水对其进行反复洗涤，将洗涤后的秸秆置于60-100℃ 烘箱中烘干6-12h，将干燥的秸秆置于坩埚等容器中，盖好盖子，放入马弗炉中于300-600℃缺氧热解20-100min，高温热解采用逐步升温方式，热解升温速率设定为10-20℃/分钟，马弗炉输出功率百分比为80%。冷却至室温后取出，然后用蒸馏水浸泡并离心（转速3000-5000 rpm，时间为5-8min），重复该过程至浸出液pH<8；最后对清洗后的材料进行烘干，过60目筛，获得生物炭材料。
（3）按3：1-5：1的质量比例，将生物炭与Fe3O4纳米颗粒混合，室温下在烧杯中机械搅拌2-5个小时，使纳米氧化铁充分吸附于生物炭表面。采用磁分离清洗获得表面负载了纳米氧化铁的磁性生物炭材料。
四．磁性生物炭材料固定化光合细菌R. palustris，及二者耦合联用进行污水中COD、氨态氮和磷酸根的去除。
（1）按5：1-7：1质量比将上述所得的磁性生物炭材料与R. palustris菌悬液（~4-6×108 CFU/mL）在三角瓶中混合，在 30 ℃震荡下，使细菌均匀地在纳米颗粒表面吸附和固定，分别在0min、5min、10min 、20min 、30min 、45min 、60min时用紫外分光光度法在600nm波长下检测吸附前后菌液的吸光度变化，计算吸附率并通过血球计数法计算出菌株个数。最后采用磁性分离去除未游离的菌体，获得了负载了R. palustris的磁性生物炭复合材料。
（2）人工配制污水：成分为葡萄糖, NH4Cl, KH2PO4, MgSO4·7H2O, NaHCO3,CaCl2·2H2O，使得初始COD、NH4 +-N和PO4 -为877 mg/L, 29.7 mg/L 和3.6 mg/L。
（3）取步骤（1）所获得的负载型的光合细菌（0.1-0.5g），加入100 mL待处理的人工配制污水中，混合均匀，30 ℃光照下以200-300 r·min-1在恒温震荡箱中振荡处理。对测试样品定期取样（2h，6h，12h，18h，24h，48h），评估实际修复效果。并在同样处理条件下，设置了空白、游离光合细菌和磁性生物炭材料处理污水的对照组。
水质指标按相关国家标准测定：COD分析采用重铬酸钾法，氨态氮按纳氏试剂比色法，磷酸根测试方法为钼蓝比色法。
（4）将上述处理污水后的Fe3O4/生物炭/光合细菌用磁铁进行分离，在同样的条件下，多次重复使用进行污水处理，考察其循环使用的能力。
实施例1
1.以化学共沉淀法，制得粒径在10nm左右的纳米氧化铁粒子（图1）。
以厌氧高温热解法，制备生物炭材料，为多孔炭材料（图2）。
通过自组装的方式，将纳米氧化铁粒子负载于生物炭材料表面，获得表面均匀搭载纳米氧化铁、具有磁性的复合生物炭材料（图3）。
通过共孵育是方法，将光合细菌R. palustris负载与磁性生物炭表面，磁性生物炭对微生物的吸附很快，在2小时内负载量为5.45×109 (cfu/g)，负载率90.8%。（图4）
具体过程为：沼泽红假单胞菌R. palustris扩大培养：
（1）配制R. palustris固体培养基(g/L): NH4Cl 1.2, Na2 HPO40.5, MgCl2 0.2,NaCl 2,牛肉膏2, 有机酸2, 琼脂粉12。灭菌前pH调节到7.2。将保存在甘油中的R.palustris划线于R. palustris固体培养基上，30℃下2400 lux 的白炽灯下光照培养3-5天；
（2）挑取平板上大的菌落作为活化种子，将菌种接种于100 mL的R. palustris液体培养基（g/L）: NH4Cl 1.2, Na2 HPO40.5, MgCl2 0.2, NaCl 2, 牛肉膏2, 有机酸2, 灭菌前pH调节到7.2。同样进行光照培养3-5天至OD600=0.6-1.0，获得光合细菌的种子培养液；将种子培养液和液体培养基以1：3（体积比）的接种量接种，30℃下2400 lux 的白炽灯下光照培养3-5天至对数生长期，检测培养液中光合细菌的浓度为OD600=0.6-1.0。
（3）取对数生长期的菌液，5000rpm离心15分钟，取沉淀悬浮在生理盐水中，获得最终菌液浓度为5.8 ×108 CFU/mL。
二．磁性氧化铁纳米材料的制备：
本发明所述磁性氧化铁纳米颗粒由本实验室自制，方法为化学共沉淀法，制得的纳米氧化铁粒径在10 nm左右。具体制备步骤如下：
按照Fe3+和Fe2+摩尔比2:1条件投料，用200ml的2M的盐酸溶液超声搅拌溶解54.05g FeCl3·6H2O，加入3 L单层玻璃反应釜中，通氮气搅拌。再用50 ml 2M的盐酸溶液超声条件下溶解27.80g FeSO4·7H2O，然后加入上述Fe3+溶液中。通氮气搅拌条件下，用蠕动泵将1.25 L 12.5%（溶剂占溶液的质量分数）的(CH3) 4NOH水溶液快速加入至铁盐溶液中，室温反应1h，制得黑色的磁性Fe3O4纳米粒子，全程通氮气保护，然后进行磁分离洗涤去除未反应的物质。将制得的Fe3O4纳米颗粒分散于去离子水中，浓度约为1.2 mg/mL，在超声振荡仪中超声30分钟，使其分散均匀，冷藏保存待用。
三．磁性氧化铁纳米材料与生物炭结合
（1）将自然晾晒风干的小麦秸秆破碎成长度约0.1-0.5 cm的碎块，用去离子水对其进行反复洗涤，将洗涤后的秸秆置于60-100℃ 烘箱中烘干6-12 h，将干燥的秸秆置于坩埚等容器中，盖好盖子，放入马弗炉中于300-600℃缺氧热解20-100 min，高温热解采用逐步升温方式，热解升温速率设定为10-20℃/分钟，马弗炉输出功率百分比为80%。冷却至室温后取出，然后用蒸馏水浸泡并离心（转速3000-5000 rpm，时间为5-8 min），重复该过程至浸出液pH<8；最后对清洗后的材料进行烘干，过60目筛，获得生物炭材料。
（3）按3：1的质量比例，将生物炭与Fe3O4纳米颗粒混合，室温下在烧杯中机械搅拌2个小时，使纳米氧化铁充分吸附于生物炭表面。采用磁分离清洗获得表面负载了纳米氧化铁的磁性生物炭材料。
四．磁性生物炭材料固定化光合细菌R. palustris，及二者耦合联用进行污水中COD、氨态氮和磷酸根的去除。
（1）按5：1质量比将上述所得的磁性生物炭材料与R. palustris菌悬液在三角瓶中混合，在 30 ℃震荡下，使细菌均匀地在纳米颗粒表面吸附和固定，分别在0min、5min、10min 、20min 、30min 、45min 、60min时用紫外分光光度法在600nm 波长下检测吸附前后菌液的吸光度变化，计算吸附率并通过血球计数法计算出菌株个数。最后采用磁性分离去除未游离的菌体，获得了负载了R. palustris的磁性生物炭复合材料。
5. 以人工配制的模拟污水为处理对象，应用磁性生物炭与光合细菌R. palustris对污水中的COD、氨态氮和磷酸根进行去除。取约0.1g负载了光合细菌的磁性生物炭，与100 mL 人工污水混合，光照下轻微振荡，每隔一定时间取水样，过滤后测定其中COD、NH4 +和 PO4 3-浓度，计算3种污染物的去除率。
（1）COD去除效果：光合细菌R. palustris通过光合磷酸化降解有机物，因此对水中COD 的去除率为62.2 %，磁性生物炭通过吸附和催化作用对COD去除率为66.6%，而负载了光合细菌的磁性生物炭对COD去除率明显提高可达83.1%。说明磁性生物炭与光合细菌联用，具有协同作用，促进微生物代谢活性，从而强化了COD 的去除效果，见图5。
（2）NH4 +去除效果：光合细菌R. palustris通过菌体对氨氮同化利用，从而达到降低氨氮浓度的作用，通过同化水体中60.9%的氨氮被光合细菌去除，磁性生物炭通过吸附和催化作用对氨氮有52.1%的去除率，而磁性生物炭与光合细菌联用，对氨氮的去除提高到了85.9%，说明磁性生物炭负载光合细菌后，对氨氮吸附和同化加强，见图5。
（3） PO4 3-去除效果：与氨氮类似，光合细菌R. palustris通过同化作用利用磷酸根，因此，对PO4 3-有62.6%的去除能力，磁性生物炭则体现出对磷酸根超强的吸附能力，并且吸附速度很快，在20分钟内可以达到92.2 %的去除率，这一方面是由于氧化铁与磷酸根较强的静电吸附作用，此外磷酸根能与氧化铁形成配合体，从而能够稳定的吸附于氧化铁的表面和内部，磁性生物炭与光合细菌联用后，也体现了一定的促进效果，对PO4 3-的去除率为94.2%，见图5。
（4）重复利用能力：光合细菌R. palustris负载于磁性生物炭后，其稳定性提高，通过磁性就可以简单的回收再利用。将进行污水处理后的复合体用磁铁分离，在加入100mL人工污水，在同样条件下反应，结果发现重复使用5次，该方法仍具有很强的污水处理能力，见图5。
本发明通过纳米磁性氧化铁的高比表面以及和表面带有电荷的细菌之间通过静电力结合来实现菌株的固定化，同时磁性氧化铁材料对菌株的酶活有活化作用，从而增强了微生物对COD、氨态氮和磷酸根的降解能力，提高了污水处理效率和稳定性，具有重要的实际应用价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过化学共沉淀法制备磁性纳米氧化铁材料，进行光合细菌的活化和扩大培养，通过自组装的方法将纳米氧化铁粒子负载于生物炭材料表面形成磁性生物炭，通过共孵育的方法使磁性生物炭表面负载光合细菌得到磁性生物炭负载光合细菌材料；
具体包括如下步骤：
（1）磁性氧化铁纳米材料和生物炭的制备：按照Fe3+和Fe2+摩尔比2:1条件投料到2M的盐酸溶液；通氮气搅拌条件下，将12.5%的 (CH3) 4NOH水溶液快速加入至铁盐溶液中，室温反应后制得黑色的磁性Fe3O4纳米颗粒，进行磁分离洗涤去除未反应的物质；将制得的Fe3O4纳米颗粒分散于去离子水中，Fe3O4浓度为1-2 mg/mL；
将作物秸秆破碎成长度0.1-0.5 cm的碎块，洗涤，将洗涤后的秸秆烘干，将干燥的秸秆置于容器中并放入马弗炉中于300-600℃缺氧热解20-100 min，热解升温速率设定为10-20℃/分钟，马弗炉输出功率百分比为80%；冷却至室温后取出，然后用蒸馏水浸泡并离心，离心转速3000-5000 rpm，时间为5-8 min，重复浸泡和离心过程至浸出液pH<8；对蒸馏水清洗后的材料进行烘干，过筛，获得生物炭材料；
（2）磁性氧化铁纳米材料与生物炭结合：
按3：1-5：1的质量比例，室温下将生物炭与Fe3O4纳米颗粒混合并搅拌2-5个小时，使Fe3O4纳米颗粒充分吸附于生物炭表面；采用磁分离清洗获得表面负载了纳米氧化铁的磁性生物炭；
（3）磁性生物炭固定光合细菌R. palustris：
活化沼泽红假单胞菌R. palustris并扩大培养；
以5：1-7：1的质量比例将磁性生物炭与扩大培养得到的R. palustris菌悬液混合，菌液浓度为4-6×108 CFU/mL，在 30 ℃条件下震荡处理，使光合细菌均匀地在磁性生物炭的纳米颗粒表面吸附和固定，最后采用磁性分离去除未游离的菌体，获得磁性生物炭负载光合细菌材料。
2.根据权利要求1所述的磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法，其特征在于，在步骤（3）中，活化沼泽红假单胞菌R. palustris并扩大培养的具体步骤为：配制R. palustris固体培养基g/L: NH4Cl 1.2, Na2 HPO40.5, MgCl2 0.2, NaCl 2, 牛肉膏2, 有机酸2, 琼脂粉12；灭菌前pH调节到7.2；将保存在甘油中的R. palustris划线于R. palustris固体培养基上，30℃下2400 lux 的白炽灯下光照培养3-5天，实现菌种活化；挑取固体培养基平板上大的菌落作为活化种子，将菌种接种于100 mL的R. palustris液体培养基g/L: NH4Cl1.2, Na2 HPO40.5, MgCl2 0.2, NaCl 2, 牛肉膏2, 有机酸2, 灭菌前pH调节到7.2；同样进行光照培养3-5天至OD600=0.6-1.0，获得光合细菌的种子培养液；将种子培养液和液体培养基以体积比为1：3-1：5的接种量接种，30℃下2400 lux 的白炽灯下光照培养3-5天至对数生长期，检测培养液中光合细菌的浓度为OD600=0.6-1.0； 取对数生长期的菌液，5000rpm离心15分钟，取沉淀悬浮在生理盐水中，获得最终菌液浓度为4-6×108 CFU/mL。
3.权利要求1所述的磁性生物炭负载光合细菌材料应用于污水中COD、氨态氮和磷酸根的去除，其特征在于，包括以下步骤：通过化学共沉淀法制备磁性纳米氧化铁材料，进行光合细菌的活化和扩大培养，通过自组装的方法将纳米氧化铁粒子负载于生物炭材料表面形成磁性生物炭，通过共孵育的方法使磁性生物炭表面负载光合细菌得到磁性生物炭负载光合细菌材料；
取磁性生物炭负载光合细菌材料0.1-0.5 g，加入100 mL人工污水中，所述的人工污水初始COD、NH4 +-N和PO4 -分别为877 mg/L, 29.7 mg/L 和3.6 mg/L，混合均匀，30 ℃光照下以200-300 r·min-1在恒温震荡箱中振荡处理。
4.根据权利要求3所述磁性生物炭负载光合细菌材料应用于污水中COD、氨态氮和磷酸根的去除，其特征在于，将磁性生物炭负载光合细菌材料应用于人工污水的处理步骤为：取0.1-0.5g负载了光合细菌的磁性生物炭，与100 mL 人工污水混合，光照下轻微振荡，每隔一定时间取水样，过滤后测定其中COD、NH4 +和 PO4 3-浓度，计算3种污染物的去除率。
5.根据权利要求3所述的磁性生物炭负载光合细菌材料应用于污水中COD、氨态氮和磷酸根的去除，其特征在于，磁性生物炭负载光合细菌材料重复利用方法为：处理污水后的磁性生物炭负载光合细菌材料用磁铁进行分离。
CN201610607272.7A 2016-07-29 2016-07-29 磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法及污水处理方法 Active CN106115938B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610607272.7A CN106115938B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法及污水处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610607272.7A CN106115938B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法及污水处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106115938A CN106115938A (zh) 2016-11-16
CN106115938B true CN106115938B (zh) 2019-04-05

Family

ID=57254065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610607272.7A Active CN106115938B (zh) 2016-07-29 2016-07-29 磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法及污水处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106115938B (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106967642A (zh) * 2017-04-13 2017-07-21 北京柯林沃德科技有限公司 一种基于复合光合细菌制剂的水体修复方法
CN109207468B (zh) * 2017-07-03 2020-11-13 浙江工业大学 一种快速高效固定化光合细菌的方法
CN107879846A (zh) * 2017-11-22 2018-04-06 宿州市逢源生物科技有限公司 一种采煤沉陷地植被修复剂及其制备方法
CN110217936A (zh) * 2018-03-01 2019-09-10 中国农业大学 利用光合生物处理污水的生物膜磁场装置及方法
CN109970179B (zh) * 2019-03-19 2021-12-14 无锡米尔环保科技有限公司 一种以改性粗竹纤维为载体的磁性填料及其制备方法
CN110540985B (zh) * 2019-09-03 2020-05-19 广西民族大学 一种光合细菌负载碳三氮四纳米材料
CN111233169B (zh) * 2020-02-14 2022-01-14 湖南创清环境技术有限公司 一种适用于负载光合菌系红假单胞菌的生物炭及其制备方法和应用
CN111206027B (zh) * 2020-02-14 2023-09-29 湖南创清环境技术有限公司 一种适用于负载芽孢杆菌的磁性生物炭及其制备方法和应用
CN111675350A (zh) * 2020-06-23 2020-09-18 桂虎 一种水污染生态修复添加剂及其制备方法
CN111718065A (zh) * 2020-06-28 2020-09-29 汕头市科恒环保科技有限公司 一种用于水族箱水处理的细菌屋专用材料制备方法
CN113998787A (zh) * 2020-07-28 2022-02-01 松山湖材料实验室 一种微生物复合材料及其制备方法和应用
CN111892175B (zh) * 2020-07-31 2022-07-19 江苏省农业科学院 一种多孔炭强化微生物挂膜载体材料的制备方法及应用
CN113000595B (zh) * 2021-03-05 2022-12-16 广东工业大学 一种用于降解污染物的组合物及其制备方法和在降解土壤污染物的应用
CN113231030A (zh) * 2021-06-03 2021-08-10 河海大学 一种磁性蓝藻生物炭及其制备方法和应用
CN113621383A (zh) * 2021-09-09 2021-11-09 安徽省农业科学院土壤肥料研究所 一种酸性土壤调理剂及其制备和施用方法
CN113996644B (zh) * 2021-10-29 2022-11-29 南京工业大学 一种负载催化剂的介质循环热脱附土壤修复方法及其系统
CN114029036A (zh) * 2021-11-18 2022-02-11 浙江树人学院（浙江树人大学） 一种改性竹炭及制备方法与应用
CN114272894A (zh) * 2021-11-27 2022-04-05 嵊州炭鼎炭素科技有限公司 环保型可降解生物质基活性炭复合吸附材料及其制备工艺
CN114426676B (zh) * 2021-12-20 2023-03-24 南京师范大学 一种磁性铁基mof微生物载体材料及其制备方法
CN115011354B (zh) * 2022-06-10 2024-06-25 临沂市农业技术推广中心 一种农田土壤用改良剂及其制备方法和应用
CN115452801A (zh) * 2022-09-20 2022-12-09 中国农业大学 一种养殖水体光合细菌的快速检测方法
CN118063000A (zh) * 2024-04-25 2024-05-24 广东绿日环境科技有限公司 一种利用光合细菌修复水产养殖尾水的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105002116A (zh) * 2015-07-29 2015-10-28 河南省金阳生态工程有限公司 一种微生物秸秆饲料菌剂及其制备方法
CN105039211A (zh) * 2015-07-07 2015-11-11 中国科学院城市环境研究所 一株多环芳烃去除复合材料、制备方法及其用途
CN105797693A (zh) * 2016-05-28 2016-07-27 湖南德宝恒嘉环保生物科技有限公司 一种用于去除水体中铅镉的磁性谷壳生物炭及其制备和应用方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105039211A (zh) * 2015-07-07 2015-11-11 中国科学院城市环境研究所 一株多环芳烃去除复合材料、制备方法及其用途
CN105002116A (zh) * 2015-07-29 2015-10-28 河南省金阳生态工程有限公司 一种微生物秸秆饲料菌剂及其制备方法
CN105797693A (zh) * 2016-05-28 2016-07-27 湖南德宝恒嘉环保生物科技有限公司 一种用于去除水体中铅镉的磁性谷壳生物炭及其制备和应用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106115938A (zh) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106115938B (zh) 磁性生物炭负载光合细菌材料的制备方法及污水处理方法
CN110592066B (zh) 生物炭载纳米零价铁耦合解磷菌固定化小球及其制备方法与应用
CN109174026B (zh) 一种复合型微藻生物吸附剂微球及其吸附废水中铬的方法
Liu et al. Efficient harvesting of Chlorella pyrenoidosa and Scenedesmus obliquus cultivated in urban sewage by magnetic flocculation using nano-Fe3O4 coated with polyethyleneimine
US20190071335A1 (en) Highly efficient aerobic phosphorus-removing bacteria capable of synthesizing nanoparticles by microbial self-assembly using waste water
CN105582890B (zh) 一种复合纳米生物质炭材料的制备方法及其应用
CN104261570B (zh) 一种畜禽养殖厌氧污水净化剂
CN104651342B (zh) 一种耐盐耐冷氨氧化细菌固定化方法和应用
CN108192889B (zh) 一种细菌纤维素固定化微藻处理废水的方法
CN110283811B (zh) 利用Fe3O4磁性纳米粒子固定溶磷菌溶解中低品位磷矿的方法
CN107434305A (zh) 一种富缺陷碳载体固定微生物的净水剂及其制备方法
CN110106162A (zh) 一种活体微生物固定化微球及其制备方法和应用
CN107362769A (zh) 一种复合材料及制备方法与其在污水生化处理中的应用
CN103789251A (zh) 富勒烯作为调节微生物生长或代谢的调节剂的用途
CN110002611A (zh) 一种养殖水体调节剂及其制备方法
CN106635909A (zh) 一种原油降解混合菌、菌剂及其应用
CN107473404A (zh) 一种自成型块状碳载体固定微生物的净水剂及其制备方法
CN117363498B (zh) 一种威克汉姆酵母cyw-7及其应用
CN107384832B (zh) 一种低成本大量培养固氮蓝藻的方法
CN105754904B (zh) 一株海洋嗜冷杆菌株及其在水体除磷中的应用
CN109110928A (zh) 一种生物填料上生物膜的培养方法
CN111621423A (zh) 一种高载磷活体微藻及其制备方法和应用
CN109052650B (zh) 一种固定化微藻水质调控剂的制备
US10174306B2 (en) Method for preparing kaolin immobilized GY2B bacteria and application thereof
CN104193012B (zh) 利用银纳米颗粒促进黄孢原毛平革菌去除重金属镉的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant