CN109486740B - 一种半干态硝化菌剂的制备方法及应用 - Google Patents

一种半干态硝化菌剂的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物及水处理技术领域，提供了一种半干态硝化菌剂的制备方法及应用，其具体制备步骤如下：(1)以正常运行的污水处理厂好氧池活性污泥为菌源，投加至硝化细菌专用无机盐培养基中进行富集培养；(2)富集培养后进行驯化培养，得到高硝化活性的培养液；(3)将培养液进行浓缩，置于一定浓度的保护液中培养适当时间；(4)将(3)混合液与处理过的载体进行混匀，获得菌剂；(5)将菌剂装入真空密封袋，抽真空密封，放于阴凉处常温保存。该菌剂使用时仅需用水将菌剂分散开，然后投加入好氧生化系统中即可，具有高活性、高耐受、稳定性好、抗逆性强等特点，同时具有便于运输与储存、占用空间小等优点；在应用时无需活化和复壮。

Description

一种半干态硝化菌剂的制备方法及应用
技术领域
本发明属于生物及水处理技术领域，提供了一种半干态硝化菌剂的制备方法及应用。
背景技术
氨氮已经成为水环境中普遍存在的污染物之一，它危害着水中生物乃至整个生态系统的安全。脱氮有物理法、化学法和生物法，因生物法具有操作简单、投资少、成本低、无二次污染、处理效果好等多方面优点，目前被广泛应用于污水处理中。硝化细菌是生物脱氮过程中起主要作用的微生物，硝化作用的稳定和硝化速率的提高是影响整个系统脱氮效率的关键。而硝化细菌为严格好氧自养菌，生存条件苛刻且生长缓慢，在水质水量经常波动的污水处理生化系统中常被冲击以致硝化系统崩溃。向生化系统中投加优势菌种以强化生物硝化过程对生物脱氮效率的提升具有重要意义，是目前污水处理过程中常用的一种强化生化系统硝化功能的重要途径。
但是如何获得一种硝化效果良好、耐受性强、抗逆性强且成本较低的高效硝化菌剂则是解决问题的关键。另外，液体菌剂体积大、占用空间广、不便于运输与保存，如何将硝化菌剂做成固态或半固态、且能长时间存放等，也是脱氮研究中亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对上述技术存在的不足，提供了一种半干态硝化菌剂的制备方法及应用，其具体制备步骤如下：(1)以正常运行的污水处理厂好氧池活性污泥为菌源，投加至硝化细菌专用无机盐培养基中进行富集培养；(2)富集培养后进行驯化培养，得到高硝化活性的培养液；(3)将培养液进行浓缩，置于一定浓度的保护液中培养适当时间；(4)将(3)混合液与处理过的载体进行混匀，获得菌剂；(5)将菌剂装入真空密封袋，抽真空密封，放于阴凉处常温保存。该菌剂使用时仅需用水将菌剂分散开，然后投加入好氧生化系统中即可。本发明制备的硝化菌剂为半干固态，具有高活性、高耐受、稳定性好、抗逆性强等特点，同时具有液体菌剂无法比拟的便于运输与储存、占用空间小等优点；且存放一年后活性在90％以上，在应用时无需活化和复壮。
本发明的具体技术方案如下：
一种半干态硝化菌剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以正常运行的污水处理厂好氧池活性污泥为菌源，投加至硝化细菌专用无机盐培养基中进行富集培养；
(2)富集培养后进行驯化培养，得到高硝化活性的培养液；
(3)将培养液进行浓缩，置于一定浓度的保护液中培养适当时间；
(4)将(3)获得的混合液与处理过的载体进行混匀，获得菌剂。
更进一步的，具体步骤为：
(1)选取正常运行的污水处理厂好氧池活性污泥，静置1-3h，弃上清液后作为菌源；
上述正常运行的污水处理厂为经过调试后已经可以稳定运行的污水处理厂，发明人对此不再赘述，本发明的目的就是将这部分常规的好氧池活性污泥进行富集驯化后提升其硝化能力，这样就可以对各个污水处理厂中的好氧池活性污泥都进行相应的驯化处理提升其硝化能力；
(2)配制硝化细菌专用无机盐培养基，配方为：碳酸氢钠1.0-2.0g/L,三水磷酸氢二钾1.0-2.0g/L，磷酸二氢钾1.0-2.0g/L，氯化钠0.1-0.5g/L，七水硫酸亚铁0.02-0.1g/L，无水硫酸镁0.02-0.1g/L，硫酸铜0.01-0.1g/L，硫酸铵0.5-3.0g/L，水为溶剂。
本发明所采用的培养基与现有技术常用的培养基相比，最大的特点就是全部采用了无机盐培养基，尤其碳源(碳酸氢钠)和氮源(硫酸铵)，主要原因在于本发明所采用的菌剂为自养菌，本身就可以利用无机碳源合成自身需要，因此不需要像现有技术一样采用含有机类物质的培养基，既降低了成本，同时也可以避免有机物变质等带来的培养基质量问题，同时本发明的上述培养基中添加硫酸铵以提高菌剂的氨氮降解能力，添加了高盐成分则可以驯化菌剂的耐盐能力。
(3)将步骤(1)处理后菌源投加至硝化细菌专用无机培养基中，搅拌均匀，菌源与硝化细菌专用无机盐培养基的重量比为1:9-4:6。
(4)进行富集培养，富集培养方法为：使用电磁式增氧泵对培养基进行曝气，维持溶解氧2.0-6.0mg/L；温度为20-35℃，每天更换培养基，同时用硫酸铵补充培养基氨氮达到浓度50-150mg/L，pH保持在6.5-8.5，富集培养时间为5-7天。
(5)进行驯化培养，驯化培养方法：使用电磁式增氧泵对培养基进行曝气，维持溶解氧2.0-6.0mg/L；温度为20-35℃，培养2-4天后更换一次培养基，同时用硫酸铵补充氨氮浓度达到250mg/L，同时补充氯化钠保证培养基全盐达到10000mg/L，pH保持在6.5-8.5；之后每隔2-4天更换一次培养基，除此之外每培养4-7天，补加硫酸铵使氨氮浓度在上一次的基础上增加100mg/L，补充氯化钠使全盐浓度在上一次的基础上增加10000mg/L，直至培养基氨氮浓度增加至550mg/L，全盐增加至40000mg/L；驯化时间为20-35天。
驯化结束，培养液硝化活性达到50mg/(L.h)以上。
上述更换培养基的方法可采用离心的方式去除液态培养基后加入新的培养基，或者采用静置的方式使混合液沉淀，去上清后直接加入新的培养基的方式，发明人在此不再赘述；
(6)浓缩高硝化活性培养液，浓缩方法：2000-4000r/min的转速下离心1-20min，，倒掉上清，得到沉淀物即为浓缩菌体；
(7)配制保护液，
所述保护液为亚硝酸钠溶液时，其浓度为5mg/L-50mg/L，上述浓缩菌体与保护液混合时的质量比例为1:1-1:8；
当保护液为海藻糖溶液或硝化细菌无机盐培养基溶液是，保护液浓度为200mg/L-1000mg/L；且所述浓缩菌体与保护液混合时的质量比例为1:3-1:9；
所述浓缩菌体在保护液中培养时间为10min-2h；同时检测浓缩菌体和保护液的混合液中水分重量百分比记录为W1。
(8)浓缩菌体和保护液的混合液与载体质量比记录为X:Y,满足条件W1*X＝(10％-50％)*(X+Y)；
上述公式中的10％-50％为本领域半干状态下的水分含量范围，本领域技术人员可以根据需要在上述范围内选择对应的百分比方便进行计算；
本发明所述载体为硅藻土、高岭土、沸石粉或膨润土中的一种或几种，均廉价易得，因此本菌剂的生产成本较低，所述载体的处理方式为湿热灭菌法，115℃灭菌15-30min；将(7)混合液与处理过的载体进行混合均匀获得菌剂，水分为10％-50％。
(9)将菌剂装入真空密封袋，抽真空密封，放于阴凉处常温保存。
最终获得的硝化菌剂的硝化速率在500mg/(L.d)以上，为半干固态，水分含量10％-50％，这种半干固态菌剂克服了液体菌剂存在的体积大、运输难、不易保存等缺点；且这种硝化菌剂可耐受全盐浓度范围高达1000-40000mg/L，具有高耐受的特点，在上述耐受范围内，本菌剂均可保证正常活性。经试验证明在保存12个月后硝化活性仍可保持在原菌剂的90％以上，应用时无需活化或复壮。
本发明所获得的半干固态菌剂是以运行的污水处理厂好氧池活性污泥为原料获得的，好氧池活性污泥根据所针对处理的污水性质、本地菌种情况等均有不同，本发明利用上述标准化的制备方法将这些污泥中的菌种进行了统一的富集和驯化，包括但不局限于亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属等亚硝酸菌和硝化杆菌属、硝化球菌属等硝酸菌，这样可以更好的与当地的污水等环境相适应，同时又兼具广泛的处理能力，对于不同来源的待处理废水均有较好的处理效果，保持着完整的硝化系统中的微生物组分，具有稳定性好、抗逆性强等优点。
通过上述方法所获得菌剂硝化速率在500mg/(L.d)以上，可耐受100-1000mg/L的氨氮浓度与1000-40000mg/L的盐度，具有高活性高耐受的特点；菌剂保持着完整的硝化系统中的微生物组分，具有稳定性好、抗逆性强等优点；且存放一年后，菌剂活性仍达90％以上，在应用时无需活化和复壮；与原生污泥菌剂相比，对氨氮的降解更具有针对性，硝化活性比原生污泥提高5-10倍以上；同时克服了液体菌剂存在的占用空间大、不便于运输与储存等缺点。
由于本发明所获得的菌剂是半干态的，方便储存和运输，使用时仅需用水将菌剂分散开，按照适当比例投加入好氧生化系统，就可以有效提高硝化功能。
上述的半干态硝化菌剂可应用于农化、石化和皮革等行业的污水处理中，投加比例为生化系统好氧体系容积0.05‰-0.5‰即可有效提高生化系统的硝化功能：提高硝化速率10％-40％，提高污水进水氨氮指标5％-20％，系统耐受性有了明显的提高。
而现有技术中采用的常规液体菌剂在生化系统好氧体系投加比例为容积的1‰-10‰，可见本发明的菌剂具有更好的效果，投加量更低，处理的成本也随之下降，具有明显的进步；
综上所述，本发明制备的硝化菌剂为半干固态，具有高活性、高耐受、稳定性好、抗逆性强等特点，同时具有液体菌剂无法比拟的便于运输与储存、占用空间小等优点；且存放一年后活性在90％以上，在应用时无需活化和复壮。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。
实施例1
一种半干态硝化菌剂的制备，取20L正常运行的污水处理厂好氧池活性污泥，静置2h，弃去上清液，后将沉淀的活性污泥在2000r/min的转速下离心2min，弃去上清液，获得浓缩活性污泥，体积为1L；
配制9L硝化细菌专用无机盐培养基，配方为：碳酸氢钠1.0g/L,三水磷酸氢二钾1.0g/L，磷酸二氢钾1.0g/L，氯化钠0.1g/L，七水硫酸亚铁0.02g/L，无水硫酸镁0.02g/L，硫酸铜0.02g/L，硫酸铵0.5g/L，水补足余量。
将浓缩活性污泥加入培养基中，开始硝化细菌的富集培养工作。富集培养方法为：使用电磁式增氧泵对此10L培养基进行曝气，维持溶解氧3.0mg/L；温度为25℃，每天更换培养基，同时用硫酸铵补充培养基氨氮浓度达到70mg/L，pH保持在7.0，富集培养时间为7天。
富集培养完成后进行驯化培养，驯化培养方法：使用电磁式增氧泵对培养基进行曝气，维持溶解氧4.0mg/L；温度为30℃，每2天更换一次培养基，补充氨氮浓度为250mg/L，同时补充氯化钠保证培养基全盐10000mg/L，pH保持在8.0，培养7天后，除按照上述标准更换培养基外，每隔7天用硫酸铵使氨氮浓度在上一次的基础上增加100mg/L，补充氯化钠使全盐浓度在上一次的基础上增加10000mg/L，直至培养基氨氮浓度增加至550mg/L，全盐增加至40000mg/L。驯化时间为28天；驯化结束，培养液硝化活性达到50mg/(L.h)以上。
将培养液在2000r/min转速条件下下离心2min，弃去上清，得浓缩菌体0.8kg；
配制2wt‰亚硝酸钠溶液为保护液，将浓缩菌体与保护液按1:2(重量比)比例进行混合，共2.4kg(记为X)，置于摇床中培养10min，检测浓缩菌体和保护液的混合液中水分为80％(记为W1)。
选用高岭土为载体，载体重量为Y，通过公式W1*X＝20％*(X+Y)，代入数据80％*2.4＝20％*(2.4+Y)，计算得载体重量为7.2kg。将载体于115℃灭菌20min；将混合液与载体混合均匀，装入真空密封袋，抽真空密封，放于阴凉处常温保存。
实施例2
一种半干态硝化菌剂的制备，取50L正常运行的污水处理厂好氧池活性污泥，静置2h，弃去上清液，后将沉淀的活性污泥在3000r/min的转速下离心3min，弃去上清液，获得浓缩活性污泥，体积为3L；
配制7L硝化细菌专用无机盐培养基，配方为：碳酸氢钠1.2g/L,三水磷酸氢二钾1.5g/L，磷酸二氢钾1.3g/L，氯化钠0.4g/L，七水硫酸亚铁0.02g/L，无水硫酸镁0.04g/L，硫酸铜0.02g/L，硫酸铵2.0g/L。
将浓缩活性污泥加入培养基中，开始硝化细菌的富集培养工作。富集培养方法为：使用电磁式增氧泵对此10L培养基进行曝气，维持溶解氧4.0mg/L；温度为28℃，每天更换培养基，补充培养基氨氮为浓度100mg/L，pH保持在7.0，富集培养时间为6天。
富集培养完成后进行驯化培养，驯化培养方法：使用电磁式增氧泵对培养基进行曝气，维持溶解氧4.0mg/L；温度为28℃，每2天更换一次培养基，补充氨氮浓度为250mg/L，同时补充氯化钠保证培养基全盐10000mg/L，pH保持在7.5，培养6天后，除按照上述标准更换培养基外，每隔6天补加硫酸铵使氨氮浓度在上一次的基础上增加100mg/L，补充氯化钠使全盐浓度在上一次的基础上增加10000mg/L，直至培养基氨氮浓度增加至550mg/L，全盐增加至40000mg/L。驯化时间为24天。驯化结束，培养液硝化活性达到50mg/(L.h)以上。
将培养液在4000r/min转速条件下下离心1min，弃去上清，得浓缩菌体1.3kg。
配制硝化细菌专用无机盐培养基为保护液，将浓缩菌体与保护液按1:5比例进行混合，共6.5kg(记为X)，置于摇床中培养10min，检测混合液水分为90％(记为W1)。
选用沸石粉为载体，载体重量为Y，通过公式W1*X＝20％*(X+Y)，代入数据90％*6.5＝40％*(6.5+Y)，计算得载体重量为8.125kg。将载体于115℃灭菌15min。
将混合液与载体混合均匀，装入真空密封袋，抽真空密封，放于阴凉处常温保存。
实施例3：
一种半干态硝化菌剂的应用，将实施例1和实施例2制备的硝化菌剂存放12个月后取出，以某一制革污水为处理对象，验证菌剂的硝化效果。分别建立3个好氧体系，分别添加制革污水10L，使用电磁式增氧泵进行曝气，维持溶解氧4.0-6.0mg/L；pH保持在7.5-8.0。
检测污水初始氨氮浓度为275mg/L，体系温度为28℃，菌剂添加量按0.1‰计算，即每种菌剂称取1.0g，放入100mL自来水中摇床振荡20min进行分散，之后投加到上述10L污水体系中；市售菌剂采用市售常规固体菌剂(含有硝化菌剂、亚硝化菌剂、酶制剂和营养盐等)；
每8h检测污水中氨氮浓度，记录数据于表1，结果表明制备的半干态硝化菌剂具有良好的硝化功能，氨氮去除率达100％，平均氨氮降解速率在130mg/(L.d)以上。
表1实施例1和实施例2制备的半干态硝化菌剂应用数据
Figure BDA0001903808790000051
Figure BDA0001903808790000061
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (5)

1.一种半干态硝化菌剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）以正常运行的污水处理厂好氧池活性污泥为菌源，投加至硝化细菌专用无机盐培养基中进行富集培养；
（2）富集培养后进行驯化培养，得到高硝化活性的培养液；
（3）将培养液进行浓缩，置于一定浓度的保护液中培养适当时间；
（4）将（3）获得的混合液与处理过的载体进行混匀，获得菌剂；
所述步骤（1）中所述硝化细菌专用无机盐培养基配方为：碳酸氢钠1.0-2.0g/L,三水磷酸氢二钾1.0-2.0g/L，磷酸二氢钾1.0-2.0g/L，氯化钠0.1-0.5g/L，七水硫酸亚铁0.02-0.1g/L，无水硫酸镁0.02-0.1g/L，硫酸铜0.01-0.1g/L，硫酸铵0.5-3.0g/L，水为溶剂；
所述步骤（2）中所述驯化培养方法为：使用电磁式增氧泵对培养基进行曝气，维持溶解氧2.0-6.0mg/L；温度为20-35℃，培养2-4天后更换一次培养基，同时用硫酸铵补充氨氮浓度达到250mg/L，同时补充氯化钠保证培养基全盐达到10000mg/L，pH保持在6.5-8.5；之后每隔2-4天更换一次培养基，除此之外每培养4-7天，补加硫酸铵使氨氮浓度在上一次的基础上增加100mg/L，补充氯化钠使全盐浓度在上一次的基础上增加10000mg/L，直至培养基氨氮浓度增加至550mg/L，全盐增加至40000mg/L；驯化时间为20-35天；
所述步骤（3）中所述培养液浓缩方法为1000-4000r/min转速下离心1-20min，倒掉上清，得到沉淀物即为浓缩菌体；
所述保护液为亚硝酸钠溶液时，其浓度为5mg/L-50mg/L，浓缩菌体与保护液混合时的质量比例为1:1-1:8；
当保护液为海藻糖溶液或硝化细菌专用无机盐培养基溶液时，保护液浓度为200mg/L-1000mg/L；且所述浓缩菌体与保护液混合时的质量比例为1:3-1:9；
所述浓缩菌体在保护液中培养时间为10min-2h；同时检测浓缩菌体和保护液的混合液中水分重量百分比记录为W1。
2.根据权利要求1所述的半干态硝化菌剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述好氧活性污泥需静置1-3h，弃上清液后作为菌源，菌源与硝化细菌专用无机盐培养基的重量比为1:9-4:6。
3.根据权利要求1所述的半干态硝化菌剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述富集培养方法为：使用电磁式增氧泵对培养基进行曝气，维持溶解氧2.0-6.0mg/L；温度为20-35℃，每天更换培养基，同时用硫酸铵补充培养基氨氮达到浓度50-150mg/L，pH保持在6.5-8.5，富集培养时间为5-7天。
4.根据权利要求1所述的半干态硝化菌剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中载体为硅藻土、高岭土、沸石粉或膨润土中的一种或几种；所述载体的处理方式为湿热灭菌法，115℃灭菌15-30min；浓缩菌体和保护液的混合液与载体质量比记录为X:Y，满足条件W1*X=（10%-50%）*（X+Y）。
5.根据权利要求1所述的半干态硝化菌剂的制备方法，其特征在于：最终获得的硝化菌剂的硝化速率为500mg/(L.d)以上，为半干固态，水分含量10%-50%。
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