CN106520610A - 高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺及硝化细菌高密度发酵的分批培养发酵罐系统 - Google Patents

高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺及硝化细菌高密度发酵的分批培养发酵罐系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于水体氨氮降解的硝化细菌菌剂的高密度分批培养生产工艺及用于上述工艺的硝化细菌高密度发酵的分批培养发酵罐系统，这一生产工艺分为纳米磁粉制备、硝化细菌种子液的培养、磁载硝化细菌的固定化、分批发酵培养、絮凝混合沉淀磁分离、冷冻干燥和复配制剂等步骤。这一生产工艺可以提高硝化细菌制剂的有效细胞密度，在硝化细菌菌剂制备的同时复配了絮凝剂和促生剂，在水体修复中使用，既能提高水体透明度，又能保证水体修复所需要的充足的硝化细菌的细胞密度和对新环境中的适应性。

Description

高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺及硝化细菌高密度发酵 的分批培养发酵罐系统
技术领域
本发明属于环境生物技术领域，涉及一种细菌菌剂的生产工艺及用于上述工艺的硝化细菌高密度发酵的分批培养发酵罐。
背景技术
城市生活污水、工业废水、农业污水、生活垃圾及初期雨水等各种点源、面源污染入侵城市水体，城市河道水环境受到不同程度的污染，氮、磷和有机污染物普遍超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的IV类标准(主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区)，水体呈现富营养化状态，特别是氨氮污染物的超标会造成浮游植物繁殖旺盛消耗水中的溶解氧，直接导致水体的发黑发臭，严重影响生态安全和人类健康。
自养型硝化细菌广泛应用于水产养殖水体、城市黑臭河道的生物脱氮技术中，它对于水体的氨氮降解、水环境修复具有举足轻重的作用。但自养型硝化细菌一般以无机碳为碳源，生长缓慢，相比较普通细菌世代时间长，对氧气、pH、温度、有毒物质等环境条件变化敏感，且不易保存。在工程应用中，向水中投加高细胞密度的硝化细菌菌剂可以克服硝化细菌的流失，提高菌剂的抗冲击负荷能力。然而，高密度硝化细菌菌剂的生产工艺的缺乏，阻碍了硝化细菌的产品化和商业化进程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高密度硝化细菌复合絮凝剂及促生剂的分批培养生产工艺及用于上述工艺的硝化细菌高密度发酵的分批培养发酵罐，主要适用于城镇污水处理、农村分散式污水处理、养殖水体、自然水体和景观水体中氨氮降解过程中所需的高细胞密度的硝化菌剂，同时还能满足降低水体浊度的需求。
本发明采用的技术方案为一种利用纳米磁粉作为载体固定化硝化细菌，并利用外加絮凝剂和匀强磁场回收硝化细菌菌剂；磁载硝化细菌经过冷冻干燥后经旋转磁鼓后，磁粉与细菌细胞得以分离；回收的磁粉经烘干灭菌后再利用，而硝化细菌细胞干粉经复配促生剂制成复合硝化细菌菌剂。
一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺，利用纳米磁粉作为载体固定化硝化细菌，并利用外加絮凝剂和匀强磁场回收硝化细菌菌剂；磁载硝化细菌经过冷冻干燥后经旋转磁鼓后，磁粉与细菌细胞得以分离；回收的磁粉经烘干灭菌后再利用，而硝化细菌细胞干粉经复配促生剂制成复合硝化细菌菌剂。
优选地，包括下述步骤：
1)硝化菌群的种子培养：取硝化污泥作为种子接入培养液中，接种量为培养液体积的1～10％，每升培养液含：NaHCO3 1.5～2.0g，CH3COONa 0.5～1.0g，(NH4)2SO4 1.0～5.0g，NaCl 1.0g,FeSO4 0.2～0.4g，K2HPO4 0.5～1.0g，MgSO4 0.2～0.5g，培养5～7d后作为种子液；
2)纳米磁粉的制备：
采用共沉淀法制备：取Fe3+：Fe2+物质的量之比为1.5:1～2:1并混入适量分散剂，进行反应，加入CTAB溶液，搅拌反应15～30min，稀释冷却后得到纳米磁粉；
3)硝化菌剂的接种发酵：
将通风机械搅拌式发酵罐灭菌，经进料口注入灭菌后的硝化细菌富集培养液，培养液占发酵罐容积的60～70％，然后将含有硝化菌群的种子液经通风机械搅拌式发酵罐的进料口接种到已灭菌的通风搅拌式发酵罐内；再将灭菌纳米磁粉经过通风机械搅拌发酵罐的投药口投加到罐体内，调整pH为7.5～8.0，通入无菌空气，启动搅拌和发酵，发酵结束后罐内的混合液体构成发酵液；发酵周期内通过溶解氧DO电极、pH电极和温度在线监测发酵罐内的溶解氧浓度、温度和pH值，当DO值小于2mg/L时，增加通风量和搅拌转速确保罐体内的DO值不小于2mg/L，当pH值小于7.5时，启动蠕动泵通过加药管加入碱液调整发酵罐的pH值在7.5～8.0之间，发酵期间泡沫过多时通过加药管加入消泡剂进行泡沫的消除，当罐体温度超过31℃时，在发酵罐冷却夹层内通入冷却水，保证罐内温度在25～31℃；
4)硝化菌剂的分批补料发酵：磁载硝化菌剂在通风机械搅拌式发酵罐内高速搅拌发酵3h后停止搅拌、通电外加0.2～0.4T的匀强磁场，静止沉淀10min后，由排液口排放50％体积的发酵液，再由进料口补充等体积即50％体积的灭菌后的硝化细菌富集培养液，然后重新启动搅拌机进行搅拌发酵，此为分批补料发酵的1个周期；
5)硝化菌剂絮凝沉淀：硝化菌剂在发酵罐进行20～30个周期的分批补料发酵后，由絮凝剂投药口投入絮凝剂，絮凝剂投加量为10～100mg/L，进行混合搅拌，停止搅拌后通电外加0.2～0.4T的匀强磁场，静止沉淀10min后，打开放料阀，排出含磁复合硝化菌剂，同时保留发酵液体积的10～20％的含磁复合硝化菌剂作为种子进行下一批次的发酵；
6)复合硝化菌剂的制剂：将甘露醇加入排出的含磁复合硝化菌剂中，置于-30℃预冻2～4h，然后移入冷冻干燥机中，真空干燥，制成干粉后，菌剂经过旋转磁粉回收装置进行菌剂和磁粉的分离，菌剂干粉中则添加CH3COONa 5～20g/kg菌剂，FeSO4 0.5g～1.0g/kg菌剂，混合搅拌均匀后制成复合硝化菌剂。
优选地，所述步骤2)的反应为，置于恒温加热磁力搅拌器上，在氮气保护下升温至75℃～90℃，恒温8～10min后滴加NaOH调节pH为碱性条件下，反应30～60min，自然冷却至室温，用去离子水洗涤三次，再次搅拌分散颗粒，并超声震荡15～30min，置于恒温条件下加入油酸钠水溶液，反应30～60min，降温至40～60℃。
优选地，所述步骤3)的培养液，每升含NaHCO3 1.5～2.0g，CH3COONa 0.5～1.0g，NaCl 1.0g，NaNO2 0.2～0.5g，(NH4)2SO4 1.0～5.0g，FeSO4 0.2～1.5g，MnSO4 0.05～0.1g，CaCl2 0.50～1.50g，K2HPO4 0.5～1.0g，MgSO4 0.2～0.5g。
优选地，所述步骤3)的搅拌和发酵，先以100～150rpm/min慢速搅拌，形成磁载硝化菌剂，再以400～500rpm/min快速搅拌发酵。
优选地，所述步骤5)的絮凝剂为：无机絮凝剂、天然高分子絮凝剂或有机高分子絮凝剂；其中无机絮凝剂为硫酸铝、硫酸亚铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁或聚合氯化铁；天然高分子絮凝剂为壳聚糖或明胶或淀粉；有机高分子絮凝剂为聚丙烯酰胺。
优选地，所述步骤5)的混合搅拌为10～15min，搅拌程序为180～240rpm/min5min,然后100～120rpm/min 5～10min。
优选地，所述步骤6)的真空干燥为在-20℃干燥10～20h，0℃干燥5～10h，30℃干燥5小时。
优选地，所述步骤2)的pH值为9-11。
用于所述的一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺的一种硝化细菌高密度发酵的分批培养发酵罐系统，包括通风搅拌罐罐体，所述通风搅拌罐罐体安装有进料管、絮凝剂加药管、磁粉投料管、出料管、排气管、和排液管、pH调整液和消泡剂加药管，冷却夹层配有冷却水进入管和冷却水排出管；
通风搅拌罐还配有便于培养液和磁载硝化细菌充分混合的搅拌机，底部设置通入无菌空气的布气管，布气管经空气过滤器连接鼓风机，鼓风机和布气管之间设有气体流量计；
通风搅拌罐内壁上装有用于测量溶解氧DO的电极、和pH的电极，电极经传输电缆与PID控制器相连，PID控制器与计算机相连；
絮凝剂加药管和磁粉投料管连接在进料管上，进料管、消泡剂加药管、排气管、排液管和出料管直接连接在搅拌罐上，搅拌机置于搅拌罐的上部，搅拌浆内置在搅拌罐内，矩形电磁铁外置于搅拌罐，位于罐体底部；
所述PID控制器集成有进料继电器、出料继电器、通风继电器、进料计量泵继电器、搅拌机继电器，进料继电器、出料继电器、通风继电器、进料计量泵继电器、搅拌机继电器分别与进料计量泵、出料电磁阀门、空气流量计、鼓风机、和搅拌机相连接。
本发明与现有技术相比具有的积极效果是：
1)以改性的纳米磁粉为载体固定化细胞进行分批培养，硝化菌呈生物膜固定生长，给生长速率较慢的硝化菌创造了一个稳定的生活环境，增加了发酵罐中硝化菌生物量，提高了细胞密度和抗性，能够高效快速获得高浓度的硝化菌菌体；
2)絮凝磁分离有效地浓缩了硝化细菌细胞，并能迅速实现细菌细胞的沉淀分离，得到高细胞密度的硝化细菌菌体；
3)分批培养单元在发酵罐中完成硝化细菌的发酵、絮凝及磁分离过程，减少了沉淀分离罐和絮凝搅拌罐，节约了设备投入；
4)硝化菌剂制剂过程复合了絮凝剂和促进硝化细菌生长的促生剂，方便在施用时减少水体浊度，提高硝化菌剂对环境的适应性。
5)菌剂干燥后磁粉通过磁分离回收装置得到回收再利用。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1高密度复合硝化菌剂的生产工艺流程。
图2是高密度复合硝化菌剂的通风搅拌发酵罐。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
下面结合图1-2来详细说明本实施例。
高密度复合硝化细菌菌剂的分批培养生产工艺流程如图1所示。整个工艺流程包括接种、发酵、混合搅拌、沉淀分离、冷冻干燥、磁鼓分离及复配制剂等步骤。其中接种、发酵、混合搅拌和沉淀分离着这五个步骤在通风搅拌罐中分批完成。
一种硝化细菌高密度发酵的分批培养发酵罐系统，如图2所示，搅拌罐9安装有进料管1、絮凝剂加药管2、磁粉投料管3、出料管14、排气管5、和排液管17、pH调整液和消泡剂加药管4，冷却夹层10配有冷却水进入管16和冷却水排出管11。搅拌罐还配有便于培养液和磁载硝化细菌充分混合的搅拌机6，罐内底部设置通入无菌空气的布气管12，布气管12经空气过滤器13连接鼓风机，鼓风机和布气管12之间设有气体流量计，罐外底部还设置矩形电磁铁15用于絮凝沉淀磁载硝化细菌。搅拌罐9内壁上装有用于测量溶解氧DO的电极7、和pH的电极8，电极7、8经传输电缆与PID控制器相连，PID控制器与计算机相连；PID控制器集成有进料继电器、出料继电器、通风继电器、进料计量泵继电器、搅拌机继电器，上述这些继电器分别与进料计量泵、出料电磁阀门、空气流量计、鼓风机、和搅拌机相连接。
絮凝剂加药管2和磁粉投料管3连接在进料管1上，进料管1、消泡剂加药管4、排气管5、排液管17和出料管14直接连接在搅拌罐9上，搅拌机6置于搅拌罐9的上部，搅拌浆内置在搅拌罐9内，矩形电磁铁15外置于搅拌罐，位于罐体底部。搅拌罐9外侧包有冷却夹层10，冷却水进水管16和冷却水排水管11连接在搅拌罐9外的冷却夹层10内。布气管12一端直接接入搅拌罐，另一端在罐外通过空气过滤器13连接鼓风机，鼓风机和布气管12之间设有气体流量计。搅拌罐9内壁上装有用于测量溶解氧DO的电极7、和pH的电极8，电极经传输电缆与PID控制器相连，PID控制器与计算机相连；PID控制器集成有进料继电器、出料继电器、通风继电器、进料计量泵继电器、搅拌机继电器，上述这些继电器分别与进料计量泵、出料电磁阀门、空气流量计、鼓风机、和搅拌机相连接。所述PID控制器即ProportionIntegrationDifferentiation，比例-积分-微分控制器)，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。
实施例1
1)硝化菌群的种子培养：取城市污水处理厂硝化污泥接种在1L三角瓶中，接种量为10％，三角瓶中盛满300mL培养基，每升培养基含：NaHCO3 1.5g，CH3COONa 0.5g，(NH4)2SO4 5.0g，NaCl 1.0g,FeSO4 0.2g,K2HPO4 1.0g,MgSO4 0.25g,培养5d后作为种子液；
2)采用共沉淀法制备：取43.2g FeCl3·6H2O和24.70g FeCl2·4H2O加入三颈瓶，并混入适量柠檬酸钠(终浓度为0.02mol/L)作为分散剂，置于恒温加热磁力搅拌器上。在氮气保护下升温至60℃，1000r/min，恒温搅拌8～10min后滴加2mol/L NaOH溶液至溶液pH为11，继续反应60min，自然冷却至室温。用去离子水洗涤三次，再次搅拌分散颗粒，并超声震荡15min。置于恒温(80℃)下加入油酸钠(添加量为Fe3O4湿粉质量的20％)，反应30～60min，降温至40～60℃，加入CTAB(溴化十六烷三甲基铵)溶液(添加量为Fe3O4湿粉质量的40％)，搅拌反应15～30min，稀释冷却后得到纳米磁粉。
所述分散剂，可以是阴离子分散剂，如油酸，SDS和柠檬酸钠，也可以是非离子型分散剂，如PVP等。
3)硝化菌剂的接种发酵：
10L通风机械搅拌式发酵罐离位灭菌15-20min，注入6L灭菌后的硝化细菌富集培养液(每升培养液含NaHCO3 1.5g，CH3COONa 0.5g，NaCl 1.0g，NaNO2 0.2g，(NH4)2SO4 5.0g，FeSO4 0.4g，MnSO4 0.05g，CaCl2 1.0g，K2HPO4 1.0g，MgSO4 0.5g)，然后将含有硝化菌群的种子液1000mL接种到已灭菌的通风搅拌式发酵罐内。再将30g灭菌纳米磁粉(5～10g/L·培养液)投加到罐体内，调整pH为7.5～8.0，通入无菌空气，启动搅拌机先以100rpm/min慢速搅拌10min，再以400rpm/min快速搅拌发酵。发酵周期内通过溶解氧(DO)电极、pH电极和温度在线监测发酵罐内的溶解氧浓度、温度和pH值，当DO值小于2mg/L时，增加通风量和搅拌转速确保罐体内的DO值不小于2mg/L，当pH值小于7.5时，启动蠕动泵加入碱液(氨水或NaOH)调整发酵罐的pH值在7.5～8.0之间。发酵期间泡沫过多时加入消泡剂进行泡沫的消除。当罐体温度超过30℃时，在发酵罐冷却夹层10内通入冷却水，保证罐内温度在25～30℃。
4)硝化菌剂的分批补料发酵：硝化菌剂在通风机械搅拌式发酵罐内高速搅拌发酵3h后停止搅拌、通电外加0.2T的匀强磁场，静止沉淀10min后，排放3.5L的发酵液，再补充3.5L灭菌后的硝化细菌富集培养液，然后重新启动搅拌机进行搅拌发酵，此为分批补料发酵的1个周期。
5)硝化菌剂絮凝沉淀：硝化菌剂在发酵罐进行20～30个周期的分批补料发酵后，称取1g壳聚糖，加入100mL l％的HC1溶液，不断震荡或搅拌使之溶解，然后加蒸馏水至1000mL，混匀，得到l g/L的壳聚糖盐酸溶液,向发酵罐内加入此壳聚糖盐酸溶液35mL，进行混合搅拌10～15min，搅拌程序为200rpm/min 5min,然后100rpm/min 5min，停止搅拌后通电外加0.2T的匀强磁场，静止沉淀10min后，打开放料阀，排出含磁复合硝化菌剂1.5L，排出发酵液3.5L，同时保留500mL的含磁复合菌剂作为种子进行下一批次的发酵。
6)复合硝化菌剂的制剂：将甘露醇(10～15g/L)加入排出的含磁复合硝化菌剂中，置于-30℃预冻2h，然后移入冷冻干燥机中，真空干燥，分别在-20℃干燥10h，0℃干燥5h，30℃干燥5h。制成干粉后，菌剂经过旋转磁粉回收装置进行菌剂和磁粉的分离，磁粉经回收后再利用。菌剂干粉中则添加CH3COONa 5～20g/kg·菌剂，FeSO4 0.5g～1.0g/kg·菌剂，混合搅拌均匀后制成复合硝化菌剂。
利用本生产工艺生产硝化细菌菌剂的结果表明，在发酵罐采用分批补料的培养方式培养20～30个周期后，硝化细菌浓度可达到1×108cfu/mL以上(MPN法检测细菌浓度，其中CFU为Colony-Forming Units，菌落形成单位，指单位体积中的活菌个数)，利用絮凝磁分离收集的细菌菌剂经冷冻干燥磁分离后称重得到37.32g菌剂(细菌密度达到5.33g DCW/L，菌体浓度采用测量菌体干重法，即dry cell weight)。对添加了促生剂的复合硝化细菌菌剂干粉进行存活率实验，结果表明，每克干菌粉的有效活菌数达到1.26×107CFU/g，比对照实验的活菌数提高了近100倍。
实施例2
1)硝化菌群的种子培养：取城市污水处理厂硝化污泥接种在1L三角瓶中，接种量为10％，三角瓶中盛满300mL培养基，每升培养基含：NaHCO3 1.5g，CH3COONa 0.5g，(NH4)2SO45.0g，NaCl 1.0g,FeSO4 0.2g,K2HPO4 1.0g,MgSO4 0.25g,培养5d后作为种子液；
2)采用共沉淀法制备：取43.2g FeCl3·6H2O和24.70g FeCl2·4H2O加入三颈瓶，并混入适量柠檬酸钠(终浓度为0.02mol/L)作为分散剂，置于恒温加热磁力搅拌器上。在氮气保护下升温至60℃，1000r/min，恒温搅拌8～10min后滴加2mol/L NaOH溶液至溶液pH为11，继续反应60min，自然冷却至室温。用去离子水洗涤三次，再次搅拌分散颗粒，并超声震荡15min。置于恒温(80℃)下加入油酸钠(添加量为Fe3O4湿粉质量的20％)，反应30～60min，降温至40～60℃，加入CTAB(溴化十六烷三甲基铵)溶液(添加量为Fe3O4湿粉质量的40％)，搅拌反应15～30min，稀释冷却后得到纳米磁粉。
3)硝化菌剂的接种发酵：
5L通风机械搅拌式发酵罐离位灭菌15-20min，注入3L灭菌后的硝化细菌富集培养液(每升培养液含NaHCO3 1.5g，CH3COONa 0.5g，NaCl 1.0g，NaNO2 0.2g，(NH4)2SO4 5.0g，FeSO4 0.4g，MnSO4 0.05g，CaCl2 1.0g，K2HPO4 1.0g，MgSO4 0.5g)，然后将含有硝化菌群的种子液1000mL接种到已灭菌的通风搅拌式发酵罐内。再将20g灭菌纳米磁粉投加到罐体内，调整pH为7.5～8.0，通入无菌空气，启动搅拌机先以100rpm/min慢速搅拌10min，再以400rpm/min快速搅拌发酵。发酵周期内通过溶解氧(DO)电极、pH电极和温度在线监测发酵罐内的溶解氧浓度、温度和pH值，当DO值小于2mg/L时，增加通风量和搅拌转速确保罐体内的DO值不小于2mg/L，当pH值小于7.5时，启动蠕动泵加入碱液(氨水或NaOH)调整发酵罐的pH值在7.5～8.0之间。发酵期间泡沫过多时加入消泡剂进行泡沫的消除。当罐体温度超过30℃时，在发酵罐冷却夹层10内通入冷却水，保证罐内温度在25～30℃。
4)硝化菌剂的分批补料发酵：硝化菌剂在通风机械搅拌式发酵罐内高速搅拌发酵3h后停止搅拌、通电外加0.2T的匀强磁场，静止沉淀10min后，排放3L的发酵液，再补充3L灭菌后的硝化细菌富集培养液，然后重新启动搅拌机进行搅拌发酵，此为分批补料发酵的1个周期。
5)硝化菌剂絮凝沉淀：硝化菌剂在发酵罐进行20～30个周期的分批补料发酵后，发酵罐内加入1g/L壳聚糖盐酸溶液20mL，进行混合搅拌10～15min，搅拌程序为200rpm/min5min,然后100rpm/min 5～10min，停止搅拌后通电外加0.2T的匀强磁场，静止沉淀10min后，打开放料阀，排出含磁复合硝化菌剂1.5L，排出发酵液2L，同时保留500mL的含磁复合菌剂作为种子进行下一批次的发酵。
6)复合硝化菌剂的制剂：将甘露醇(10～15g/L)加入排出的含磁复合硝化菌剂中，-30℃预冻2h，然后移入冷冻干燥机中，真空干燥，分别在-20℃干燥10h，0℃干燥5h，30℃干燥2h。制成干粉后，菌剂经过旋转磁粉回收装置进行菌剂和磁粉的分离，磁粉经回收后再利用。菌剂干粉中则添加CH3COONa 5～20g/kg·菌剂，FeSO4 0.5g～1.0g/kg·菌剂，混合搅拌均匀后制成复合硝化菌剂。
结果表明，在发酵罐采用分批补料的培养方式培养20～30个周期后，硝化细菌浓度可达到1×108cfu/mL以上(MPN法检测细菌浓度)，利用絮凝磁分离收集的细菌菌剂经冷冻干燥磁分离后称重得到28.93g菌剂(细菌密度达到7.23g DCW/L)。对添加了促生剂的复合硝化细菌菌剂干粉进行存活率实验，结果表明，每克干菌粉的有效活菌数达到5.33×107CFU/g，比对照实验的活菌数提高了100多倍。
实施例3复合硝化细菌菌剂对城市水体的氨氮降解
1)参照实施例2的步骤1～6获得复合硝化细菌菌剂。
2)取马鞍山市东湖地表水，主要水质参数COD、BOD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为74～139mg/L、34.8～41mg/L、6.47～12.16mg/L、9.50～13.2mg/L、0.35～0.86mg/L。向2000～5000mL的试验水中投加复合硝化细菌菌剂干粉，投加浓度为2～4mg/L，曝气充氧，保证水中溶解氧浓度不小于2mg/L，5～7日后，水中氨氮降解率达到91.2～98.7％，水体浊度由原来的22.6～23.9NTU下降到8.4～8.6NTU(NTU相当于1L的水中含有1mg的SiO2或是非曲直mg白陶土、硅藻土时，所产生的浑浊程度为1度，或称杰克逊。浊度单位为NTU，1NTU＝1mg/L的白陶土悬浮体)。
3)7日后，将试验水混合均匀，进行硝化细菌计数
MPN法检测细菌浓度，结果表明有效活菌数达到1×105CFU/mL以上，硝化菌剂在试验水中实现了缓慢的增殖。
4)7日后，每日更换1000～2500mL的试验水，保证水中溶解氧浓度不小于2mg/L，30日后，水中氨氮降解率稳定在87.2～96.3％；将试验水混合均匀，进行硝化细菌计数(MPN法检测细菌浓度)，结果表明有效活菌数稳定在1×103CFU/mL以上，硝化菌群在试验水中保有数量上的优势，稳定地实现了良好的氨氮降解效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺，其特征在于，
利用纳米磁粉作为载体固定化硝化细菌，并利用外加絮凝剂和匀强磁场回收硝化细菌菌剂；磁载硝化细菌经过冷冻干燥后经旋转磁鼓后，磁粉与细菌细胞得以分离；回收的磁粉经烘干灭菌后再利用，而硝化细菌细胞干粉经复配促生剂制成复合硝化细菌菌剂。
2.根据权利要求1所述的一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺，其特征在于，
包括下述步骤：
1)硝化菌群的种子培养：取硝化污泥作为种子接入培养液中，接种量为培养液体积的1～10％，每升培养液含：NaHCO3 1.5～2.0g，CH3COONa0.5～1.0g，(NH4)2SO4 1.0～5.0g，NaCl 1.0g,FeSO4 0.2～0.4g，K2HPO40.5～1.0g，MgSO4 0.2～0.5g，培养5～7d后作为种子液；
2)纳米磁粉的制备：
采用共沉淀法制备：取Fe3+：Fe2+物质的量之比为1.5:1～2:1并混入适量分散剂，进行反应，加入CTAB溶液，搅拌反应15～30min，稀释冷却后得到纳米磁粉；
3)硝化菌剂的接种发酵：
将通风机械搅拌式发酵罐灭菌，经进料口注入灭菌后的硝化细菌富集培养液，培养液占发酵罐容积的60～70％，然后将含有硝化菌群的种子液经通风机械搅拌式发酵罐的进料口接种到已灭菌的通风搅拌式发酵罐内；再将灭菌纳米磁粉经过通风机械搅拌发酵罐的投药口投加到罐体内，调整pH为7.5～8.0，通入无菌空气，启动搅拌和发酵，发酵结束后罐内的混合液体构成发酵液；发酵周期内通过溶解氧DO电极、pH电极和温度在线监测发酵罐内的溶解氧浓度、温度和pH值，当DO值小于2mg/L时，增加通风量和搅拌转速确保罐体内的DO值不小于2mg/L，当pH值小于7.5时，启动蠕动泵通过加药管加入碱液调整发酵罐的pH值在7.5～8.0之间，发酵期间泡沫过多时通过加药管加入消泡剂进行泡沫的消除，当罐体温度超过31℃时，在发酵罐冷却夹层内通入冷却水，保证罐内温度在25～31℃；
4)硝化菌剂的分批补料发酵：磁载硝化菌剂在通风机械搅拌式发酵罐内高速搅拌发酵3h后停止搅拌、通电外加0.2～0.4T的匀强磁场，静止沉淀10min后，由排液口排放50％体积的发酵液，再由进料口补充等体积即50％体积的灭菌后的硝化细菌富集培养液，然后重新启动搅拌机进行搅拌发酵，此为分批补料发酵的1个周期；
5)硝化菌剂絮凝沉淀：硝化菌剂在发酵罐进行20～30个周期的分批补料发酵后，由絮凝剂投药口投入絮凝剂，絮凝剂投加量为10～100mg/L，进行混合搅拌，停止搅拌后通电外加0.2～0.4T的匀强磁场，静止沉淀10min后，打开放料阀，排出含磁复合硝化菌剂，同时保留发酵液体积的10～20％的含磁复合硝化菌剂作为种子进行下一批次的发酵；
6)复合硝化菌剂的制剂：将甘露醇加入排出的含磁复合硝化菌剂中，置于-30℃预冻2～4h，然后移入冷冻干燥机中，真空干燥，制成干粉后，菌剂经过旋转磁粉回收装置进行菌剂和磁粉的分离，菌剂干粉中则添加CH3COONa5～20g/kg菌剂，FeSO4 0.5g～1.0g/kg菌剂，混合搅拌均匀后制成复合硝化菌剂。
3.根据权利要求2所述的一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺，其特征在于，
所述步骤2)的反应为，置于恒温加热磁力搅拌器上，在氮气保护下升温至75℃～90℃，恒温8～10min后滴加NaOH调节pH为碱性条件下，反应30～60min，自然冷却至室温，用去离子水洗涤三次，再次搅拌分散颗粒，并超声震荡15～30min，置于恒温条件下加入油酸钠水溶液，反应30～60min，降温至40～60℃。
4.根据权利要求2所述的一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺，其特征在于，
所述步骤3)的培养液，每升含NaHCO3 1.5～2.0g，CH3COONa 0.5～1.0g，NaCl 1.0g，NaNO2 0.2～0.5g，(NH4)2SO4 1.0～5.0g，FeSO4 0.2～1.5g，MnSO4 0.05～0.1g，CaCl2 0.50～1.50g，K2HPO4 0.5～1.0g，MgSO4 0.2～0.5g。
5.根据权利要求2所述的一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺，其特征在于，
所述步骤3)的搅拌和发酵，先以100～150rpm/min慢速搅拌，形成磁载硝化菌剂，再以400～500rpm/min快速搅拌发酵。
6.根据权利要求2所述的一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺，其特征在于，
所述步骤5)的絮凝剂为：无机絮凝剂、天然高分子絮凝剂或有机高分子絮凝剂；其中无机絮凝剂为硫酸铝、硫酸亚铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁或聚合氯化铁；天然高分子絮凝剂为壳聚糖或明胶或淀粉；有机高分子絮凝剂为聚丙烯酰胺。
7.根据权利要求2所述的一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺，其特征在于，
所述步骤5)的混合搅拌为10～15min，搅拌程序为180～240rpm/min 5min,然后100～120rpm/min 5～10min。
8.根据权利要求2所述的一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺，其特征在于，
所述步骤6)的真空干燥为在-20℃干燥10～20h，0℃干燥5～10h，30℃干燥5小时。
9.根据权利要求3所述的一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺，其特征在于，
所述步骤2)的pH值为9-11。
10.用于权利要求1所述的一种高密度复合硝化细菌菌剂的生产工艺的一种硝化细菌高密度发酵的分批培养发酵罐系统，其特征在于，
包括通风搅拌罐罐体，所述通风搅拌罐罐体安装有进料管、絮凝剂加药管、磁粉投料管、出料管、排气管、和排液管、pH调整液和消泡剂加药管，冷却夹层配有冷却水进入管和冷却水排出管；
通风搅拌罐还配有便于培养液和磁载硝化细菌充分混合的搅拌机，底部设置通入无菌空气的布气管，布气管经空气过滤器连接鼓风机，鼓风机和布气管之间设有气体流量计；
通风搅拌罐内壁上装有用于测量溶解氧DO的电极、和pH的电极，电极经传输电缆与PID控制器相连，PID控制器与计算机相连；
絮凝剂加药管和磁粉投料管连接在进料管上，进料管、消泡剂加药管、排气管、排液管和出料管直接连接在搅拌罐上，搅拌机置于搅拌罐的上部，搅拌浆内置在搅拌罐内，矩形电磁铁外置于搅拌罐，位于罐体底部；
所述PID控制器集成有进料继电器、出料继电器、通风继电器、进料计量泵继电器、搅拌机继电器，进料继电器、出料继电器、通风继电器、进料计量泵继电器、搅拌机继电器分别与进料计量泵、出料电磁阀门、空气流量计、鼓风机、和搅拌机相连接。
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