CN109294948A - 一种反硝化菌固定化颗粒及其制备方法 - Google Patents

一种反硝化菌固定化颗粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种反硝化菌固定化颗粒及其制备方法，属于水处理技术领域。按重量份称取1份硫酸镁，5份硝酸钾，2‑3份磷酸二氢钾，2‑3份磷酸氢二钾，10‑12份柠檬酸钠和5份微量元素溶液加入到2500份超纯水中溶解，得反硝化菌富集培养基；挑选几株斜面保存完整的反硝化菌，加入到经高温高压灭菌的富集培养基中，在30℃下培养24‑48h，得到菌液；按重量份称取4‑6份海藻酸钠、2‑4份铁基质生物耦合载体粉末载体，100份超纯水，并将海藻酸钠和铁基质生物耦合载体粉末载体加入到超纯水中，水浴溶解得粘稠状混合液，即得反硝化菌固定化颗粒。本发明减小了处理装置体积；污泥产量低，抗底物冲击能力强。

Description

一种反硝化菌固定化颗粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种反硝化菌固定化颗粒及其制备方法，属于水处理技术领域。
背景技术
近几十年来，随着社会经济发展，由于农业氮素化肥的广泛使用及含氮废水的大量排放等原因，水体中硝酸盐氮污染日趋严重。水中过量硝酸盐氮的存在对人体健康构成严重威胁。硝酸盐氮被摄入人体后，在肠胃中被还原为亚硝酸盐氮，可直接把血红蛋白中的Fe2+氧化为Fe3+，减少血液的载氧容量，具有引发各种疾病的危险。水体中硝酸盐氮的污染已成为国际上普遍关注的问题。因此，研究如何有效去除过量的硝酸盐氮具有重要意义。
硝酸盐氮的去除方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法和化学法易对环境造成二次污染，后续处理困难，且工艺复杂，经济性较差。生物法是利用微生物的反硝化作用，将水中的硝酸盐氮最终转化为N2。然而，生物反硝化作用在异养条件下需要有机碳源，在自养条件下需要电子供体，受到污水碳氮比的影响较大，易因有机物碳源的不足影响脱单效果，造成污水处理的脱氮困难。采用何种技术能够促进反硝化菌在低碳氮比污水中硝酸盐氮的脱除一直是研究者致力于该领域的焦点和难点。因此，研究适用于低碳氮比污水硝酸盐氮脱除的反硝化菌固定化新技术具有非常重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是低碳氮比污水中若采用物化法处理效率低、成本高且伴随二次污染；若采用生物法处理，反硝化过程需要额外投加碳源，若碳源不足，脱氮效率低且工艺复杂。
本发明的目的是提供一种反硝化菌固定化颗粒，能够高效处理低碳氮比污水中硝酸盐氮，既能为异养反硝化菌提供有机碳源，也能为自养反硝化菌提供电子供体。
为了解决其技术问题并实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种反硝化菌固定化颗粒，重量份配比如下：
硫酸镁1份，硝酸钾5份，磷酸二氢钾2-3份，磷酸氢二钾2-3份，柠檬酸钠10-12.5份，微量元素溶液5份，海藻酸钠4-15份，铁基质生物耦合载体粉末2-10份，超纯水大于2500份。
一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，含有以下步骤：
步骤(1)、按重量份称取1份硫酸镁，5份硝酸钾，2-3份磷酸二氢钾，2-3份磷酸氢二钾，10-12.5份柠檬酸钠和5份微量元素溶液加入到2500份超纯水中溶解，得反硝化菌富集培养基；
步骤(2)、挑选几株斜面保存完整的反硝化菌，加入到经高温高压灭菌的富集培养基中，在30℃下培养24-48h，得到菌液；
步骤(3)、将步骤(2)得到的菌液放6000r/min离心10min，弃去上清液，用0.9％生理盐水洗涤后离心，再用0.9％生理盐水稀释至一定体积，混合均匀，得到反硝化菌悬液；
步骤(4)、按重量份称取4-15份海藻酸钠、2-10份铁基质生物耦合载体粉末载体，100份超纯水，并将海藻酸钠和铁基质生物耦合载体粉末载体加入到超纯水中，水浴溶解得粘稠状混合液；
步骤(5)、将步骤(4)得到的粘稠状混合液和步骤(3)得到的反硝化菌悬液按照一定比例混合后，逐滴加入含有氯化钙的溶液中，得到凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器搅拌溶液，使得凝胶颗粒处于悬浮状态；
每100份超纯水对应使用150-200mL溶液，其中溶液中氯化钙浓度为5％；
(6)、将步骤(5)得到的含有凝胶颗粒的溶液在2-4℃条件下放置24h-48h使其交联固定，形成凝胶颗粒；
步骤(7)、将步骤(6)得到的凝胶颗粒用0.9％生理盐水洗涤2次，即得反硝化菌固定化颗粒。
优选步骤(4)中所需水浴溶解时间为1-2h，水浴温度为80℃。
优选步骤(5)中粘稠状混合物和反硝化菌悬液的比例为1：2-2：1。
优选步骤(1)中所需溶解时间为5-10min。
优选步骤(3)中的所用0.9％生理盐水洗涤次数为3-4次。
通过上述的一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，所得反硝化菌固定化颗粒的直径为3-5mm。
通过上述的一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，所得反硝化菌固定化颗粒的直径为4-6mm。
通过上述的制备方法取得不同的一种反硝化菌固定化颗粒。
本发明的优点是反硝化菌的固定化技术处理水中的硝酸盐氮作为一种新兴技术，是目前国内外研究的热点。与传统污水生物处理法相比具有独特的优越性。可在生物处理装置内把证高浓度的生物量，减小了处理装置体积；污泥产量低，抗底物冲击能力强。
低碳氮比污水因存在有机碳源不足，传统生物脱氮工艺效率低且工艺复杂，难以实现低碳氮比污水中硝酸盐氮的脱除。本发明所提供的反硝化菌固定化颗粒可为生物反硝化过程中的异养反硝化菌提供有机碳源，同时也可为自养反硝化菌提供电子供体，实现反硝化过程的正常进行，从而实现地碳氮比污水中硝酸盐氮的脱除。具有高效快速、低成本、无二次污染的特点。
一种反硝化菌的固定化颗粒利用海藻酸钠作为缓释碳源，利用铁基质生物耦合载体原电池的电子得失反应释放的电子供体，为固定化的异养反硝化菌提供有机碳源、自养反硝化菌提供电子供体，将硝酸盐氮最终转化为N2脱除，制备简单，可实现产品产业化生产。
具体实施方式
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
为便于对实施例的理解，下面将结合做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。
实施例1：一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)按重量份称取1份硫酸镁，5份硝酸钾，2-3份磷酸二氢钾，2-3份磷酸氢二钾，10-12份柠檬酸钠和5份微量元素溶液加入到2500份超纯水中溶解，得反硝化菌富集培养基；
步骤(2)挑选几株斜面保存完整的反硝化菌，加入到经高温高压灭菌的富集培养基中，在30℃下培养24-48h，得到菌液；
步骤(3)将步骤(2)得到的菌液放6000r/min离心10min，弃去上清液，用0.9％生理盐水洗涤后离心，再用0.9％生理盐水稀释至一定体积，混合均匀，得到反硝化菌悬液；
步骤(4)按重量份称取4-6份海藻酸钠、2-4份铁基质生物耦合载体粉末载体(铁基质生物耦合载体是申请人2014年07月23日已授权的发明专利“好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体及制备方法”(专利号ZL201310093411.5)所制备出的生物载体)，100份超纯水，并将海藻酸钠和铁基质生物耦合载体粉末载体加入到超纯水中，水浴溶解得粘稠状混合液；
步骤(5)将步骤(4)得到的粘稠状混合液和步骤(3)得到的反硝化菌悬液按照一定比例混合后，逐滴加入含有氯化钙的溶液中，得到凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器搅拌溶液，使得凝胶颗粒处于悬浮状态；
每100份超纯水对应使用150-200mL该溶液，其中所述溶液中氯化钙浓度为5％。
步骤(6)将步骤(5)得到的含有凝胶颗粒的溶液在2-4℃条件下放置24h-48h使其交联固定，形成凝胶颗粒；
步骤(7)将步骤(6)得到的凝胶颗粒用0.9％生理盐水洗涤2次，即得所述反硝化菌固定化颗粒。
可选的，步骤(1)中所需溶解时间为5-10min。
可选的，步骤(3)中的所用0.9％生理盐水洗涤次数为3-4次。
可选的，步骤(4)中所需水浴溶解时间为1-2h。
可选的，步骤(5)中粘稠状混合物和反硝化菌悬液的比例为1:2-2:1。
可选的，所得反硝化菌固定化颗粒的直径为4-6mm。
一种反硝化菌固定化颗粒，由上述的制备方法制得。
实施例2：一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)称取0.4g硫酸镁(1份)，2g硝酸钾(5份)，1g磷酸二氢钾(2份)，1g磷酸氢二钾(2份)，5g柠檬酸钠(12.5份)和2mL微量元素溶液(5份)，加入1000mL超纯水，溶解混匀，得到的反硝化菌富集培养基备用；
步骤(2)挑选几株斜面保存完整的反硝化菌，加入到经高温高压灭菌的富集培养基中，在30℃下培养48h，得到菌液；
步骤(3)将步骤(2)得到的菌液放6000r/min离心10min，弃去上清液，用0.9％生理盐水洗涤4次后离心，再用0.9％生理盐水稀释至一定体积，混合均匀，得到的反硝化菌悬液备用；
步骤(4)称取海藻酸钠4g(10份)，铁基质生物耦合载体2g(5份)(铁基质生物耦合载体是申请人2014年07月23日已授权的发明专利“好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体及制备方法”(专利号ZL201310093411.5)所制备出的生物载体)，加入到200mL超纯水中，水浴溶解，水浴温度为80℃，得粘稠状混合液；
步骤(5)将步骤(4)得到的粘稠状混合液和步骤(3)得到的反硝化菌悬液按照1：2的比例混合后，逐滴加入浓度为5％氯化钙溶液中，得到凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器搅拌溶液，使得凝胶颗粒处于悬浮状态；
步骤(6)将步骤(5)得到的含有凝胶颗粒的溶液在4℃条件下放置48h使其交联固定，形成凝胶颗粒；
步骤(7)将步骤(6)得到的凝胶颗粒用0.9％生理盐水洗涤2次，即得所述反硝化菌固定化颗粒。
实施例2得到的凝胶颗粒直径为4.8±0.2mm。
实施例3：一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)-步骤(3)同实施例1。
步骤(4)称取海藻酸钠4g(10份)，铁基质生物耦合载体4g(10份)，加入200mL超纯水中，水浴溶解，水浴温度为80℃，得粘稠状混合液；
步骤(5)将步骤(4)得到的粘稠状混合液和步骤(3)得到的反硝化菌悬液按照1：1的比例混合后，逐滴加入浓度为5％氯化钙溶液中，得到凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器搅拌溶液，使得凝胶颗粒处于悬浮状态；
步骤(6)将步骤(5)得到的含有凝胶颗粒的溶液在2℃条件下放置36h使其交联固定，形成凝胶颗粒；
(7)将步骤(6)得到的凝胶颗粒用0.9％生理盐水洗涤2次，即得所述反硝化菌固定化颗粒。
实施例3得到的凝胶颗粒直径为4.6±0.2mm。
实施例4：一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)-步骤(3)同实施例1。
步骤(4)称取海藻酸钠6g(15份)，铁基质生物耦合载体2g(5份)，加入200mL超纯水中，水浴溶解，水浴温度为80℃，得粘稠状混合液；
步骤(5)将步骤(4)得到的粘稠状混合液和步骤(3)得到的反硝化菌悬液按照2：1的比例混合后，逐滴加入浓度为5％氯化钙溶液中，得到凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器搅拌溶液，使得凝胶颗粒处于悬浮状态；
步骤(6)将步骤(5)得到的含有凝胶颗粒的溶液在4℃条件下放置24h使其交联固定，形成凝胶颗粒；
步骤(7)将步骤(6)得到的凝胶颗粒用0.9％生理盐水洗涤2次，即得所述反硝化菌固定化颗粒。
实施例4得到的凝胶颗粒直径为5.2±0.2mm。
实施例5：一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)-步骤(3)同实施例1。
步骤(4)称取海藻酸钠5g(12.5份)，铁基质生物耦合载体2g(5份)，加入200mL超纯水中，水浴溶解，水浴温度为80℃，得粘稠状混合液；
步骤(5)将步骤(4)得到的粘稠状混合液和步骤(3)得到的反硝化菌悬液按照1：1.5的比例混合后，逐滴加入浓度为5％氯化钙溶液中，得到凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器搅拌溶液，使得凝胶颗粒处于悬浮状态；
步骤(6)将步骤(5)得到的含有凝胶颗粒的溶液在3℃条件下放置30h使其交联固定，形成凝胶颗粒；
步骤(7)将步骤(6)得到的凝胶颗粒用0.9％生理盐水洗涤2次，即得所述反硝化菌固定化颗粒。
实施例5得到的凝胶颗粒直径为4.4±0.2mm。
实施例6：一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)-步骤(3)同实施例1。
步骤(4)称取海藻酸钠5g(12.5份)，铁基质生物耦合载体4g(10份)，加入200mL超纯水中，水浴溶解，水浴温度为80℃，得粘稠状混合液；
步骤(5)将步骤(4)得到的粘稠状混合液和步骤(3)得到的反硝化菌悬液按照1.5：1的比例混合后，逐滴加入浓度为5％氯化钙溶液中，得到凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器搅拌溶液，使得凝胶颗粒处于悬浮状态；
步骤(6)将步骤(5)得到的含有凝胶颗粒的溶液在3℃条件下放置40h使其交联固定，形成凝胶颗粒；
步骤(7)将步骤(6)得到的凝胶颗粒用0.9％生理盐水洗涤2次，即得所述反硝化菌固定化颗粒。
实施例6得到的凝胶颗粒直径为4.5±0.2mm。
实施例7：将实施例1-6所得的反硝化菌固定化颗粒反硝化效果进行测试，具体如下：
1.在500mL蓝盖瓶中加入400mL水质条件为NO3 --N：50mg/L，TP：5mg/L，COD：250mg/L的溶液，将实施例得到的反硝化菌固定化颗粒加入到蓝盖瓶中，充氮气30min后密封。将蓝盖瓶放入恒温培养箱中，温度为30℃，转速为150rpm。实施例1-6的硝酸盐氮去除率分别为99.2％，98.6％，96.8％，97.6％，98.2％。
2.在500mL蓝盖瓶中加入400mL水质条件为NO3 --N：50mg/L，TP：5mg/L，COD：100mg/L的溶液，将实施例得到的反硝化菌固定化颗粒加入到蓝盖瓶中，充氮气30min后密封。将蓝盖瓶放入恒温培养箱中，温度为30℃，转速为150rpm。实施例1-6的硝酸盐氮去除率分别为94.1％，93.2％，89.4％，90.2％，92.7％。
3.在500mL蓝盖瓶中加入400mL水质条件为NO3 --N：50mg/L，TP：5mg/L，HCO3 -：100mg/L的溶液，将实施例得到的反硝化菌固定化颗粒加入到蓝盖瓶中，充氮气30min后密封。将蓝盖瓶放入恒温培养箱中，温度为30℃，转速为150rpm。实施例1-6的硝酸盐氮去除率分别为90.3％,88.9％,86.1％,87.9％,88.3％。
本发明制得的一种反硝化菌固定化颗粒在在有机碳源含量富余和不足的条件下均表现出对硝酸盐氮的高效去除。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种反硝化菌固定化颗粒，其特征在于重量份配比如下：
硫酸镁1份，硝酸钾5份，磷酸二氢钾2-3份，磷酸氢二钾2-3份，柠檬酸钠10-12.5份，微量元素溶液5份，海藻酸钠4-15份，铁基质生物耦合载体粉末2-10份，超纯水大于2500份。
2.一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，其特征在于含有以下步骤：
步骤(1)、按重量份称取1份硫酸镁，5份硝酸钾，2-3份磷酸二氢钾，2-3份磷酸氢二钾，10-12.5份柠檬酸钠和5份微量元素溶液加入到2500份超纯水中溶解，得反硝化菌富集培养基；
步骤(2)、挑选几株斜面保存完整的反硝化菌，加入到经高温高压灭菌的富集培养基中，在30℃下培养24-48h，得到菌液；
步骤(3)、将步骤(2)得到的菌液放6000r/min离心10min，弃去上清液，用0.9％生理盐水洗涤后离心，再用0.9％生理盐水稀释至一定体积，混合均匀，得到反硝化菌悬液；
步骤(4)、按重量份称取4-15份海藻酸钠、2-10份铁基质生物耦合载体粉末载体，100份超纯水，并将海藻酸钠和铁基质生物耦合载体粉末载体加入到超纯水中，水浴溶解得粘稠状混合液；
步骤(5)、将步骤(4)得到的粘稠状混合液和步骤(3)得到的反硝化菌悬液按照一定比例混合后，逐滴加入含有氯化钙的溶液中，得到凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器搅拌溶液，使得凝胶颗粒处于悬浮状态；
每100份超纯水对应使用150-200mL溶液，其中溶液中氯化钙浓度为5％；
(6)、将步骤(5)得到的含有凝胶颗粒的溶液在2-4℃条件下放置24h-48h使其交联固定，形成凝胶颗粒；
步骤(7)、将步骤(6)得到的凝胶颗粒用0.9％生理盐水洗涤2次，即得反硝化菌固定化颗粒。
3.根据权利要求2所述的一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，其特征在于步骤(4)中所需水浴溶解时间为1-2h，水浴温度为80℃。
4.根据权利要求2所述的一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，其特征在于步骤(5)中粘稠状混合物和反硝化菌悬液的比例为1：2-2：1。
5.根据权利要求2所述的一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，其特征在于步骤(1)中所需溶解时间为5-10min。
6.根据权利要求2所述的一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，其特征在于步骤(3)中的所用0.9％生理盐水洗涤次数为3-4次。
7.根据任一权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5及权利要求6所述的一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，其特征在于所得反硝化菌固定化颗粒的直径为3-5mm。
8.根据任一权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5及权利要求6所述的一种反硝化菌固定化颗粒的制备方法，其特征在于所得反硝化菌固定化颗粒的直径为4-6mm。
9.一种反硝化菌固定化颗粒，其特征在于由权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5、权利要求6、权利要求7及权利要求8所述的任一制备方法制得。
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