CN109234265A - 一种提高硝化细菌培养密度的微载体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高硝化细菌培养密度的微载体，采用以下方法制备：(1)、分别配置Na2CO3溶液、CaCl2溶液和MgCl2溶液，将CaCl2溶液和MgCl2溶液混合；(2)、在Na2CO3溶液中加入聚丙烯酸溶液并搅拌，得到混合溶液A，在CaCl2和MgCl2混合溶液中加入聚丙烯酸溶液并搅拌，得到混合溶液B；(3)、在混合溶液A中加入十二烷基硫酸钠溶液，制得混合溶液C，然后将混合溶液B倒入混合溶液C中进行反应，反应结束后生成沉淀；(4)、将反应产物过滤并洗涤后真空干燥，制得碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体。上述微载体可提高硝化菌的培养密度，提高硝化菌扩大培养的经济性。

Description

一种提高硝化细菌培养密度的微载体及其制备方法
技术领域
本发明属环境微生物领域，具体涉及制备一种提高好氧硝化菌及亚硝化菌培养密度的固定化微载体的制备方法。
背景技术
硝化菌是一类具有硝化作用的化能自养型细菌，包括亚硝酸盐菌(AOB)和硝酸盐菌(NOB)两个生理菌群，硝化菌繁殖周期长，通常代谢时间为24～48小时。对pH、光照、溶解氧、水温、有毒物质敏感。在常见的污水处理系统的活性污泥中含量较低，但在脱氮过程中起着至关重要的作用，脱氮过程中没有硝化就无法进行反硝化脱氮，因此硝化能力强弱直接关系到城市污水厂能否正常运行和能否出水达标。目前，工业企业偷排现象普遍存在，由于偷排废水具有成分复杂、含难降解污染物多、毒性大等特点，硝化菌的硝化活性将受到抑制，导致污泥性状变差，出水氨氮浓度升高。污水系统硝化功能崩溃后，需投加新的硝化菌以重建系统氨氮硝化功能。另外，当气温较低及污水处理系统启动时，也需要投加新的硝化菌。硝化菌通常可通过活性污泥富集和培养法获得，活性污泥中往往重金属及难降解有机物含量较高，易在污水处理系统引入新的污染。而培养法则无上述缺点，多个硝酸盐菌和亚硝酸盐菌的混合培养抗冲击能力与活性污泥相较并不差，另外，培养法获得的培养物纯度高、浓度高、培养周期短、在短时间内可以实现硝化菌的高密度培养、对污染物具有较强的特定性，在扩大培养过程中，可以目标污染物为唯一的氮源，经过反复的筛选和驯化后，可以达到高效降解目标污染物的目的。因而，硝化菌的培养富集技术逐渐成为水处理方向和水产养殖方向的研究热点，显得十分重要。硝化菌一般为贴壁生长的微生物，在培养过程中，受限于培养容器内表面及传质，硝化菌培养的最大浓度通常都不高。倘若通过微载体的引入，那么可提高硝化菌的培养密度，提高硝化菌扩大培养的经济性。
发明内容
本发明解决了上述现有技术中的不足，提供了一种提高硝化细菌培养密度的微载体———碱式碳酸镁混晶微载体，上述微载体可提高硝化菌的培养密度，提高硝化菌扩大培养的经济性。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种提高硝化细菌培养密度的微载体，采用以下方法制备：(1)、分别配置Na2CO3溶液、CaCl2溶液和MgCl2溶液，将CaCl2溶液和MgCl2溶液混合；(2)、在Na2CO3溶液中加入聚丙烯酸溶液并搅拌，得到混合溶液A，在CaCl2和MgCl2混合溶液中加入聚丙烯酸(PAA)溶液并搅拌，得到混合溶液B；(3)、在混合溶液A中加入十二烷基硫酸钠溶液，制得混合溶液C，混合溶液C中十二烷基硫酸钠的浓度为5～30mM，然后在搅拌条件下将混合溶液B倒入混合溶液C中进行反应，反应体系中CO3 2-离子与Ca2++Mg2+离子的摩尔比为1：2～2:1，在40～90℃、维持搅拌的条件下进行反应至反应结束，反应结束后生成沉淀；(4)、将反应产物过滤并洗涤后真空干燥，制得碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体，即为提高硝化细菌培养密度的微载体。
步骤(1)中Na2CO3溶液、CaCl2溶液和MgCl2溶液的浓度均为0.01～0.1mol/L。
步骤(2)中聚丙烯酸溶液的浓度为0～2g/L。
步骤(3)中搅拌速度为200r/min，反应时间为1h。
步骤(4)中将反应产物过滤后用去离子水和无水乙醇各洗涤2次后，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)碳酸钙与碱式碳酸镁混晶微载体既克服了类似条件下碳酸钙微纳结构尺寸过小(20nm左右)的缺点，又克服了碱式碳酸镁强度不够的缺点，所得混晶微载体尺寸适中，比表面积高，适合于硝化菌的吸附，并且在培养过程中生物量增殖稳定其结构稳定性较碱式碳酸镁微球大大提高。(2)所用材料为碳酸盐、钙盐、镁盐、表面活性剂及聚丙烯酸等成本低廉便于大量合成及一次性培养使用。(3)与传统细胞培养用明胶系列微载体相比，微载体降解后为无机离子，不产生促进异养菌生长的有机物，硝化菌的培养过程中高COD会导致硝化反应的强烈抑制及硝化菌生长的停滞。本发明合成的碳酸钙与碱式碳酸镁混晶微载体在吸附细菌及培养过程中对硝化反应及微生物生长均无抑制作用。
附图说明
图1为本发明实施例1中碱式碳酸镁，碳酸钙及碱式碳酸镁-碳酸钙混晶微载体硝化菌固定硝化速率比较图；
图2为本发明实施例2中碱式碳酸镁-碳酸钙混晶微载体硝化菌固定及未固定硝化菌硝化速率比较图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
实施例1
本实施例中所制备的提高硝化细菌培养密度的微载体为碳酸钙微载体，具体制备方法如下：配制0.1mol/L的Na2CO3溶液、0.1mol/L的CaCl2溶液各200mL，分别加入0.5g/L的PAA溶液25mL至Na2CO3溶液和CaCl2溶液中，低速搅拌0.5h。将SDS溶液只加入到装有Na2CO3和PAA的混合溶液的烧瓶中，SDS终浓度为10mM。调转速为200r/min，将CaCl2和PAA混合溶液快速倒入此三口烧瓶中，在50℃、转速为200r/min的条件下，保持反应1h。所得的CaCO3产物经过滤，用去离子水和无水乙醇各洗涤2次后，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得CaCO3微载体。
本实施例中所制备的提高硝化细菌培养密度的微载体为碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体，具体制备方法如下：配制0.1mol/L的Na2CO3溶液200mL、0.05mol/L的CaCl2和MgCl2溶液各100mL，CaCl2和MgCl2溶液混合，分别加入0.5g/L的PAA溶液25mL至Na2CO3溶液和CaCl2混合MgCl2溶液中，低速搅拌0.5h。将SDS溶液只加入到装有Na2CO3和PAA的混合溶液的烧瓶中，SDS终浓度为20mM。调转速为200r/min，将CaCl2和PAA混合溶液快速倒入此三口烧瓶中，在50℃、转速为200r/min的条件下，保持反应1h。所得的沉淀产物经过滤，用去离子水和无水乙醇各洗涤2次后，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体。
本实施例中所制备的提高硝化细菌培养密度的微载体为碱式碳酸镁微载体，具体制备方法如下：配制0.1mol/L的Na2CO3溶液200mL、0.1mol/L的MgCl2溶液200mL，分别加入0.5g/L的PAA 溶液25mL至Na2CO3溶液和MgCl2溶液中，低速搅拌0.5h。将SDS溶液只加入到装有Na2CO3和PAA的混合溶液的烧瓶中，SDS终浓度为20mM。调转速为200r/min，将CaCl2和PAA混合溶液快速倒入此三口烧瓶中，在50℃、转速为200r/min的条件下，保持反应1h。所得的沉淀产物经过滤，用去离子水和无水乙醇各洗涤2次后，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得碱式碳酸镁微载体。
下面对本实施例中所制得的三种微载体的性能进行验证，首先取亚硝化螺菌属(Nitrosospira multiformis ATCC 25196)及活跃硝化杆菌(Nitrobacter agilis ATCC14123)混合培养物于改良的203号硝化菌培养基中混合培养。
改良的203号硝化菌培养基配方为：
去离子水将上述培养基定容至1000mL，121℃灭菌21分钟。
将上述菌种培养1个月，至生物量不再显著增长，10％接种至250mL摇瓶，实验组加入三种微载体每瓶1～5g，对照组不加微载体。200rpm，30℃培养一个月后取1mL菌液，离心，去离子水洗两次，换入新鲜培养基，混悬30℃孵育2小时，测量氨氮变化量。实验结果如图1。从图1可看出使用本发明混晶微载体与单一碳酸钙或碱式碳酸镁微球相比具有较大优势。
实施例2
本实施例中所制备的提高硝化细菌培养密度的微载体为碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体，具体制备方法如下：配制0.1mol/L的Na2CO3溶液200mL、0.05mol/L的CaCl2和MgCl2溶液各100mL，CaCl2和MgCl2溶液混合，分别加入0.5g/L的PAA溶液25mL至Na2CO3溶液和CaCl2混合MgCl2溶液中，低速搅拌0.5h。将SDS溶液只加入到装有Na2CO3和PAA的混合溶液的烧瓶中，SDS终浓度为20mM。调转速为200r/min，将CaCl2和PAA混合溶液快速倒入此三口烧瓶中，在50℃、转速为200r/min的条件下，保持反应1h。所得的沉淀产物经过滤，用去离子水和无水乙醇各洗涤2次后，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体。
下面对本实施例中所制得的碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体的性能进行验证，首先取亚硝化螺菌属(Nitrosospira multiformis ATCC 25196)及活跃硝化杆菌(Nitrobacter agilis ATCC 14123)混合培养物于改良的203号硝化菌培养基中混合培养。
改良的203号硝化菌培养基配方同实施例1。
将上述菌种培养1个月，至生物量不再显著增长，10％接种至250mL摇瓶，实验组加入微载体每瓶3g，对照组不加微载体。200rpm，30℃培养一个月后取1mL菌液，离心，去离子水洗两次，换入新鲜培养基，混悬30℃孵育2小时，测量氨氮变化量。结果显示如图2所示，从图2可看出使用本发明微载体后，综合微载体对生长的促进及硝化反应的兼容，硝化细菌2小时硝化速率提高了近3倍。
实施例3
本实施例中所制备的提高硝化细菌培养密度的微载体为碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体，具体制备方法如下：配制0.1mol/L的Na2CO3溶液200mL、0.02mol/L的CaCl2和0.08mol/L MgCl2溶液各100mL，CaCl2和MgCl2溶液混合，分别加入1.5g/L的PAA溶液25mL至Na2CO3溶液和CaCl2+MgCl2混合溶液中，低速搅拌0.5h。将SDS溶液只加入到装有Na2CO3和PAA的混合溶液的烧瓶中，SDS终浓度为15mM。调转速为200r/min，将CaCl2和PAA混合溶液快速倒入此三口烧瓶中，在70℃、转速为200r/min的条件下，保持反应1h。所得的沉淀产物经过滤，用去离子水和无水乙醇各洗涤2次后，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体。
下面对本实施例中所制得的碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体的性能进行验证，首先取亚硝化螺菌属(Nitrosospira multiformis ATCC 25196)及活跃硝化杆菌(Nitrobacter agilis ATCC 14123)混合培养物于改良的203号硝化菌培养基中混合培养。
改良的203号硝化菌培养基配方同实施例1。
将上述菌种培养1个月，至生物量不再显著增长，10％接种至250mL摇瓶，实验组加入微载体每瓶1g，对照组不加微载体。200rpm，30℃培养一个月后取1mL菌液，离心，去离子水洗两次，换入新鲜培养基，混悬30℃孵育2小时，测量氨氮变化量。结果显示添加载体较对照氨氮降低优势明显。
实施例4
本实施例中所制备的提高硝化细菌培养密度的微载体为碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体，具体制备方法如下：配制0.09mol/L的Na2CO3溶液150mL、0.06mol/L的CaCl2和0.08mol/L MgCl2溶液各100mL，CaCl2和MgCl2溶液混合，分别加入0.1g/L的PAA溶液40mL至Na2CO3溶液和CaCl2+MgCl2混合溶液中，低速搅拌0.5h。将SDS溶液只加入到装有Na2CO3和PAA的混合溶液的烧瓶中，SDS终浓度为25mM。调转速为200r/min，将CaCl2和PAA混合溶液快速倒入此三口烧瓶中，在80℃、转速为200r/min的条件下，保持反应0.8h。所得的沉淀产物经过滤，用去离子水和无水乙醇各洗涤2次后，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体。
下面对本实施例中所制得的碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体的性能进行验证，首先取亚硝化螺菌属(Nitrosospira multiformis ATCC 25196)及活跃硝化杆菌(Nitrobacter agilis ATCC 14123)混合培养物于改良的203号硝化菌培养基中混合培养。
改良的203号硝化菌培养基配方同实施例1。
将上述菌种培养1个月，至生物量不再显著增长，10％接种至250mL摇瓶，实验组加入微载体每瓶1g，对照组不加微载体。200rpm，30℃培养一个月后取1mL菌液，离心，去离子水洗两次，换入新鲜培养基，混悬30℃孵育2小时，测量氨氮变化量。结果显示添加载体较对照氨氮降低优势明显。
实施例5
本实施例中所制备的提高硝化细菌培养密度的微载体为碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体，具体制备方法如下：配制0.05mol/L的Na2CO3溶液300mL、0.08mol/L的CaCl2和0.03mol/L MgCl2溶液各150mL，CaCl2和MgCl2溶液混合，分别加入1.0g/L的PAA溶液30mL至Na2CO3溶液和CaCl2与MgCl2混合溶液中，低速搅拌0.5h。将SDS溶液只加入到装有Na2CO3和PAA的混合溶液的烧瓶中，SDS终浓度为15mM。调转速为200r/min，将CaCl2和PAA混合溶液快速倒入此三口烧瓶中，在50℃、转速为200r/min的条件下，保持反应1.2h。所得的沉淀产物经过滤，用去离子水和无水乙醇各洗涤2次后，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体。
下面对本实施例中所制得的碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体的性能进行验证，首先取亚硝化螺菌属(Nitrosospira multiformis ATCC 25196)及活跃硝化杆菌(Nitrobacter agilis ATCC 14123)混合培养物于改良的203号硝化菌培养基中混合培养。
改良的203号硝化菌培养基配方同实施例1。
将上述菌种培养1个月，至生物量不再显著增长，10％接种至250mL摇瓶，实验组加入微载体每瓶1g，对照组不加微载体。200rpm，30℃培养一个月后取1mL菌液，离心，去离子水洗两次，换入新鲜培养基，混悬30℃孵育2小时，测量氨氮变化量。结果显示添加载体较对照氨氮降低优势明显。

Claims (5)

1.一种提高硝化细菌培养密度的微载体，其特征在于采用以下方法制备：
(1)、分别配置Na2CO3溶液、CaCl2溶液和MgCl2溶液，将CaCl2溶液和MgCl2溶液混合；
(2)、在Na2CO3溶液中加入聚丙烯酸溶液并搅拌，得到混合溶液A，在CaCl2和MgCl2混合溶液中加入聚丙烯酸溶液并搅拌，得到混合溶液B；
(3)、在混合溶液A中加入十二烷基硫酸钠溶液，制得混合溶液C，混合溶液C中十二烷基硫酸钠的浓度为5～30mM，然后在搅拌条件下将混合溶液B倒入混合溶液C中进行反应，反应体系中CO3 2-离子与Ca2++Mg2+离子的摩尔比为1：2～2:1，在40～90℃、维持搅拌的条件下进行反应至反应结束，反应结束后生成沉淀；
(4)、将反应产物过滤并洗涤后真空干燥，制得碳酸钙及碱式碳酸镁混晶微载体，即为提高硝化细菌培养密度的微载体。
2.根据权利要求1所述的提高硝化细菌培养密度的微载体，其特征在于：步骤(1)中Na2CO3溶液、CaCl2溶液和MgCl2溶液的浓度均为0.01～0.1mol/L。
3.根据权利要求1所述的提高硝化细菌培养密度的微载体，其特征在于：步骤(2)中聚丙烯酸溶液的浓度为0～2g/L。
4.根据权利要求1所述的提高硝化细菌培养密度的微载体，其特征在于：步骤(3)中搅拌速度为200r/min，反应时间为1h。
5.根据权利要求1所述的提高硝化细菌培养密度的微载体，其特征在于：步骤(4)中将反应产物过滤后用去离子水和无水乙醇各洗涤2次后，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h。
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CN114438069A (zh) * 2020-10-31 2022-05-06 中国石油化工股份有限公司 一种培养硝化细菌的双微载体及其制备方法和应用
CN114438069B (zh) * 2020-10-31 2023-07-28 中国石油化工股份有限公司 一种培养硝化细菌的双微载体及其制备方法和应用

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