CN109110927A - 一种小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法 - Google Patents

一种小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小球藻‑不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法。本发明利用小球藻分离培养出伴生的不动杆菌，并将小球藻和不动杆菌联合起来用于去除养殖废水中的氮和磷。本发明通过将小球藻和不动杆菌联合使用，两者具有协同增效的效果，可以显著去除养殖废水中的氮、磷，具有良好的应用前景和市场价值。

Description

一种小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法
技术领域
本发明属养殖废水处理技术和环保技术领域，更具体地说，本发明涉及一种小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法。
背景技术
目前我国的水环境污染问题日益严重，氨氮、总氮，有机物与新型毒害性污染物层出不穷。在国家新的“水十条”中对沿海地级及以上城市实施总氮排放总量控制要求，使得对水处理的要求提升了一个更高的格局。因此，人们针对氨氮、磷、总氮等污染的治理进行了广泛的研究。养殖废水的氮磷污染更加严重。禽畜养殖废水大量排入当地水系造成严重影响，我国每年约产生水禽粪便1亿吨，广州市每天排出的禽畜养殖废水500万吨以上，严重地破坏水体生态平衡。尤其是禽畜禽畜养殖废水具有COD高，可生化性强，氮磷含量高的特点；此外废水产生量与养殖模式，品种与禽畜养殖量有密切关系，规模化养猪场排放的废水量大而且集中，其废水还有冲击负荷大，冲洗时污水排放量大，其它时间水量很小的特点。传统上采用的还田模式、生态化处理模式均有自身的问题无法推广。传统微生物脱氮、除磷技术系统投资大、运行成本高，因此迫切需要寻求一种低成本，高效的禽畜养殖废水处理新方法。基于养殖业现状与升级要求，迫切寻找一种低成本，高效的禽畜养殖废水处理新方法。
一般而言，微生物去除氮素是比较经济的手段，尤其在水产养殖与水禽养殖的领域。脱氮过程包括氨氧化过程、硝化过程、反硝化过程以及厌氧氨氧化连续的过程。几种微生物如何稳定有机的结合也是去除氮素的难点。磷的去除也通过微生物对磷的体内超累积，移除生物体后去除。传统生物技术与物化技术的去除一方面需要消耗能源，另一方面需要进一步保持微生物的活性与深度处理才能完成氮磷元素的高效去除。微藻水处理技术是近年来新兴的资源化净化技术。微藻是一类小型藻类，可以大量吸收水体氮磷元素，部分种类还可以在某些条件下代谢有机碳源，从而达到碳氮磷污染物的去除。因此，微藻应用在水禽\水产养殖废水处理，一方面可以达到高效去除磷和氮营养物，从而避免水体的富营养化；另一方面，通过回收藻体,完成水体，转化为较常用的饵料等营养制品，从而产生潜在的经济效益。然而，藻类生长速度相对缓慢，且对养殖废水中某些较复杂的有机物、有机氮的利用能力不强。因此，对于含有大量有机物的养殖废水，需要有额外的措施强化其处理效能。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术中养殖废水氮磷去除效果不佳的问题，提供一种可显著提升养殖废水中氮磷去除效能的方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法，其包括如下步骤：
(1)初步培养物的获得：取10-20L养殖废水，经粗滤、离心去除悬浮物和大型浮游生物，再抽滤得到滤液，再从滤膜上收集沉淀物，转移到M0液体培养基，全天光照、25℃下培养2～3天，摇床转速100rpm，得到小球藻-不动杆菌初步培养物；
(2)小球藻的分离、培养与强化：取所述小球藻-不动杆菌初步培养物，稀释后5000rpm离心，所得沉淀接种于M0固体培养基，分离、转接，得到小球藻藻株；将所述小球藻藻株接种于M1液体强化培养基，全天光照、25℃下摇床转速150rpm培养2～3天后，转接至新的M1液体强化培养基培养，如此重复培养2周，得到强化后的小球藻；
(3)伴生不动杆菌的获得：取所述小球藻-不动杆菌初步培养物，5000rpm离心后加入M2液体培养基，继续25℃、非光照条件下扩大培养3～4天后，5000rpm离心去掉上清液，更换等体积的新鲜M1液体强化培养基，得到不动杆菌的初步培养物；定期测定培养液中磷的含量，当磷去除率达到60％以上时，取培养液5000rpm离心，所得沉淀物转入M0固体培养基中培养、分离，得到小球藻伴生的不动杆菌；
(4)将步骤(2)强化后的小球藻和步骤(3)所得不动杆菌混合，放入养殖废水中使其自然生长3～7天，即可完成对养殖废水中氮、磷的去除；
其中，每升所述M0液体培养基包括如下组分：NaNO3 1500mg，K2HPO4 0.04mg，MgSO4·7H2O 75mg，CaCl2·2H2O 36mg，柠檬酸6mg，EDTA 1mg，Na2CO3 20mg；
每升所述M0固体培养基包括如下组分：NaNO3 1500mg，K2HPO4 0.04mg，MgSO47H2O75mg，CaCl2 2H2O 36mg，柠檬酸6mg，EDTA 1mg，Na2CO3 20mg，琼脂粉2wt％；
每升所述M1液体强化培养基包括如下组分：NaNO3 2000mg，K2HPO4 0.05mg，柠檬酸6mg；
每升所述M2液体培养基包括如下组分：CH3COONa 4g，Na2HPO4 30mg，NH4Cl 60mg，CaCl2·2H2O 17.2mg，pH为7.0。
作为本发明小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法的一种优选技术方案，步骤(1)中，所述小球藻藻株还可通过购买获得；当购买获得小球藻藻株时，在进行步骤(1)之前，先将所述购买的小球藻藻株投入养殖废水中，然后进行后续步骤即可。
作为本发明小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法的一种优选技术方案，步骤(4)中，所述强化后的小球藻和所述不动杆菌的体积比为100～200:1。
作为本发明小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法的一种优选技术方案，混合后的小球藻-不动杆菌的接种体积与养殖废水的体积比为1:500～1000。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明发明人在实验中发现，小球藻和不动杆菌在特定的培养条件下形成共生状态，可以显著、稳定地去除废水中的总氮和总磷。本发明的原理是利用传统好氧的除磷菌不动杆菌与小球藻伴生，两者结合的过程中可以通过氧气、碳源、氮源的互换等互助功能，提高异养藻类转化养殖废水的高分子有机物与难降解有机物的能力，并加速藻类转化营养元素的能力，对小球藻废水处理效能的提升和实用化大有裨益，具有良好的应用前景和市场价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法以及有益效果进行详细说明。
图1为四个实验组的氨氮、总氮和总磷的去除速率对比。
图2为四个实验组的COD去除速率对比。
图3为不动杆菌对小球藻生长的影响。
图4为四个实验组的总氮转化率对比。
图5为四个实验组的总磷转化率对比。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明，实施例的参数、比例等可因地制宜做出选择而对结果并无实质性影响。
以下实施例中使用的培养基为：
每升M0液体培养基包括如下组分：NaNO3 1500mg，K2HPO4 0.04mg，MgSO4·7H2O75mg，CaCl2·2H2O 36mg，柠檬酸6mg，EDTA 1mg，Na2CO3 20mg；
每升M0固体培养基包括如下组分：NaNO3 1500mg，K2HPO4 0.04mg，MgSO47H2O 75mg，CaCl2 2H2O 36mg，柠檬酸6mg，EDTA 1mg，Na2CO3 20mg，琼脂粉2wt％；
每升M1液体强化培养基包括如下组分：NaNO3 2000mg，K2HPO4 0.05mg，柠檬酸6mg；
每升M2液体培养基包括如下组分：CH3COONa 4g，Na2HPO4 30mg，NH4Cl 60mg，CaCl2·2H2O 17.2mg，pH为7.0。
实施例1
水禽养殖厂获取废水20L，废水经过沉淀、粗滤、离心去除悬浮物与大型浮游生物，曝气30min后，再沉淀30min；然后通过抽滤得到滤液，在滤膜上收集沉淀物；沉淀物经过无菌水清洗1-2遍后，转移到M0液体培养基，在全天光照，25摄氏度条件下培养3天后转接新的M0液体培养基，摇床转速100r/min，重复数次。培养期间每周测定培养基中硝酸盐、总氮与总磷的去除效能，分别达到50％、40％与30％后更换M0液体培养基，直到硝酸盐、总氮与总磷的去除效能分别达到80％、50％与60％后获得小球藻-不动杆菌初步培养物。小球藻-不动杆菌初步培养物分为两部分，一部分进行小球藻的分离，另一部分进行不动杆菌的分离。
小球藻分离：小球藻-不动杆菌初步培养物经过稀释后，在低倍放大镜找到小球藻细胞，吸出一定量后5000转/min离心后可收集沉淀物接种于M0固体培养基，进行划线纯化分离，经过3次转接获得小球藻藻株。
将所获得的小球藻藻株接M1液体强化培养基，全天光照，25摄氏度条件下摇床转速150r/min，培养2-3天后，转接至灭菌后的新M1液体培养基继续培养，每周转接2-3次，重复2周培养，得到强化后的小球藻。
不动杆菌分离与获得：将另一部分获得的小球藻-不动杆菌初步培养物取出5-10ml液体，5000转/min离心后加入M2液体培养基，在25摄氏度，非光照条件下好氧培养3天后(溶解氧不低于2mg/L)，5000转/min离心后去掉上清液，更换等体积的新鲜的M1培养基，此为不动杆菌的初步培养物。然后通过每个周期测定培养液中磷的含量，当磷去除率达到60％以上，再取培养液5000转/min离心后取沉淀物转入M0固体培养基划线培养，经过2-3轮平板分离获得微藻伴生的不动杆菌菌株。
使用：
使用时，将所获得的强化后的小球藻与不动杆菌混合(两者体积比例为100:1)，放入水禽养殖废水中使用(接种体积比例废水：小球藻-不动杆菌为500：1)。养殖废水的污染物浓度分别为：总氮50-60mg/L，氨氮31-33mg/L，总磷30-40mg/L，COD800-900mg/L，pH 6-7之间。
在使用中同时设置小球藻、不动杆菌、小球藻-不动杆菌初步培养物与小球藻-不动杆菌四组，图1、2表明在对比四组实验结果，小球藻+不动杆菌组在COD、氮、磷转化速率比其他三组为优。100：1比例混合使用时，小球藻+不动杆菌组比单独的小球藻组、单独的不动杆菌组，以及小球藻+不动杆菌初步培养物组的去除效率提高了20-40％的去除速率，氨氮、总氮、总磷的去除能力分别达到43.17、37.89与43.54mg/mgVSS-1d-1。
结果反映，不动杆菌能促进促进废水小球藻的氮、磷降解效率(图1)，经过4天的处理，添加小球藻+不动杆菌组的总氮、氨氮、总磷去除率效率最高。COD去除能力提高了10％以上，降解速率达到938.38mg mgVSS-1d-1，显示添加不动杆菌有助于小球藻提高氮磷的转化效率(图2)。
另外，加入不动杆菌可以促进小球藻生长速率，设置小球藻+不动杆菌与小球藻生长对比实验，实验显示：前四天小球藻+不动杆菌组的藻量均比对照组高10-20％左右，显示不动杆菌对小球藻的生长有一定正面作用(图3)。
然后设置重复四次培养实验，发现小球藻+不动杆菌组的总氮与总磷去除能力比其他三组更为稳定，显示不动杆菌可以稳定小球藻的氮磷转化能力，在扩大生产中发挥一定作用(图4、5)。
实施例2
从养猪养殖废水厂取废水10L，经过常规的隔除后，去除悬浮物与大型浮游生物，曝气25min后，再沉淀30min获得培养废水，从市场购买小球藻藻种后，放入废水中，经过一阶段适应培养，后续步骤同实施例1。
使用：
使用时，将所获得的废水小球藻与不动杆菌混合(两者体积比例为200:1)，放入水禽养殖废水中使用(接种体积比例废水：藻种为1000：1)。养殖废水的污染物浓度分别为：总氮45-50mg/L，氨氮20-30mg/L，总磷30-40mg/L，COD800-900mg/L，pH 6-7之间。
在使用中同时设置小球藻组、不动杆菌组与小球藻-不动杆菌组，反映降解有机物微藻伴生菌群促进废水小球藻的降解效率。经过6天的处理，添加小球藻+不动杆菌组的总氮、氨氮、总磷去除率效率最高。
比单独的小球藻组与单独的不动杆菌组的去除效率提高了10％的去除能力，COD去除能力提高了12-15％，显示添加不动杆菌有助于小球藻提高氮磷的转化效率。在生长速率方面，前四天小球藻+不动杆菌组的藻量均比小球藻组高5-10％左右，显示不动杆菌对小球藻的生长有一定正面作用。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (4)

1.一种小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)初步培养物的获得：取10-20L养殖废水，经粗滤、离心去除悬浮物和大型浮游生物，再抽滤得到滤液，再从滤膜上收集沉淀物，转移到M0液体培养基，全天光照、25℃下培养2～3天，摇床转速100rpm，得到小球藻-不动杆菌初步培养物；
(2)小球藻的分离、培养与强化：取所述小球藻-不动杆菌初步培养物，稀释后5000rpm离心，所得沉淀接种于M0固体培养基，分离、转接，得到小球藻藻株；将所述小球藻藻株接种于M1液体强化培养基，全天光照、25℃下摇床转速150rpm培养2～3天后，转接至新的M1液体强化培养基培养，如此重复培养2周，得到强化后的小球藻；
(3)伴生不动杆菌的获得：取所述小球藻-不动杆菌初步培养物，5000rpm离心后加入M2液体培养基，继续25℃、非光照条件下扩大培养3～4天后，5000rpm离心去掉上清液，更换等体积的新鲜M1液体强化培养基，得到不动杆菌的初步培养物；定期测定培养液中磷的含量，当磷去除率达到60％以上时，取培养液5000rpm离心，所得沉淀物转入M0固体培养基中培养、分离，得到小球藻伴生的不动杆菌；
(4)将步骤(2)强化后的小球藻和步骤(3)所得不动杆菌混合，放入养殖废水中使其自然生长3～7天，即可完成对养殖废水中氮、磷的去除；
其中，每升所述M0液体培养基包括如下组分：NaNO3 1500mg，K2HPO4 0.04mg，MgSO4·7H2O 75mg，CaCl2·2H2O 36mg，柠檬酸6mg，EDTA 1mg，Na2CO3 20mg；
每升所述M0固体培养基包括如下组分：NaNO3 1500mg，K2HPO4 0.04mg，MgSO47H2O 75mg，CaCl2 2H2O 36mg，柠檬酸6mg，EDTA 1mg，Na2CO3 20mg，琼脂粉2wt％；
每升所述M1液体强化培养基包括如下组分：NaNO3 2000mg，K2HPO4 0.05mg，柠檬酸6mg；
每升所述M2液体培养基包括如下组分：CH3COONa 4g，Na2HPO4 30mg，NH4Cl 60mg，CaCl2·2H2O 17.2mg，pH为7.0。
2.根据权利要求1所述的小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述小球藻藻株还可通过购买获得；当购买获得小球藻藻株时，在进行步骤(1)之前，先将所述购买的小球藻藻株投入养殖废水中，然后进行后续步骤即可。
3.根据权利要求1或2所述的小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述强化后的小球藻和所述不动杆菌的体积比为100～200:1。
4.根据权利要求3所述的小球藻-不动杆菌联合去除养殖废水氮、磷的方法，其特征在于，混合后的小球藻-不动杆菌的接种体积与养殖废水的体积比为1:500～1000。
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