CN109912047A - 一种生物增强活性炭以及利用该活性炭去除低温水源中氨氮的方法 - Google Patents

一种生物增强活性炭以及利用该活性炭去除低温水源中氨氮的方法 Download PDF

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Abstract

一种生物增强活性炭以及利用该活性炭去除低温水源中氨氮的方法，属于水处理技术领域。为了解决如何去除低温水源中氨氮的问题，本发明提供了一种生物增强活性炭，是将活性炭预负载碳源后，转移至耐低温功能菌菌液中培养后获得的，具体方法为：1)预负载碳源：配制浓度为100mg/L‑C葡萄糖溶液，灭菌后加入干燥的活性炭20℃～25℃，100r/min振荡24h‑48h，然后将活性炭取出，用无菌水冲洗，得到预负载碳源的活性炭；2)负载功能菌群：将预负载碳源的活性炭转移至耐低温功能菌菌液中，在2‑8℃摇床中培养48‑96h，取出后用无菌水冲洗，得到负载耐低温功能菌群的生物增强活性炭。本发明可用于低温条件下饮用水净化处理。

Description

一种生物增强活性炭以及利用该活性炭去除低温水源中氨氮 的方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种生物增强活性炭以及利用该活性炭去除低温水源中氨氮的方法。
背景技术
随着城市化进程的加快，地表水和地下水氨氮超标现象严重威胁到饮用水供水安全。一方面由于冬季水体自净能力变差，水源水中氨氮浓度较高；另一方面传统净水工艺(混凝-沉淀-过滤)在低温期氨氮去除效率极低。低温下氨氮的去除成为保障城镇饮用水供水安全的一大难题。
进水碳源是影响BEAC工艺低温下氨氮去除效能的重要因素。通常BEAC工艺的低温期进水有机物主要包括烷类、酯类、苯类、有机酸、萘类、烯类、酚类、胺类等物质，进水中生物可降解溶解性有机碳(BDOC)浓度很低，平均浓度仅达到0.13mg/L。有机污染物成分复杂、可生化性差为应用BEAC工艺去除低温水源水中氨氮提高了处理难度。
发明内容
为了解决如何去除低温水源中氨氮的问题，本发明提供了一种生物增强活性炭，是将活性炭预负载碳源后，转移至耐低温功能菌菌液中培养后获得的。
进一步地限定，所述生物增强活性炭的制备方法如下：
1)预负载碳源：配制浓度为100mg/L-C葡萄糖溶液，灭菌后加入干燥的活性炭20℃～25℃，100r/min振荡24h-48h，然后将活性炭取出，用无菌水冲洗，得到预负载碳源的活性炭；
2)负载功能菌群：将预负载碳源的活性炭转移至耐低温功能菌菌液中，在2-8℃摇床中培养48-96h，取出后用无菌水冲洗，得到负载耐低温功能菌群的生物增强活性炭。
进一步地限定，所述无菌水冲洗次数均为3遍。
进一步地限定，步骤1)所述灭菌是指在120℃，120kPa下灭菌30min。
进一步地限定，步骤2)所述耐低温功能菌菌液为耐低温异养硝化菌液。
进一步地限定，所述耐低温异养硝化菌液，其OD600≥0.8。
进一步地限定，步骤2)所述预负载碳源的活性炭转移至耐低温功能菌菌液中，是在2℃摇床中培养48小时。
本发明还提供了一种去除低温水源中氨氮的方法，是将上述制备获得的生物增强活性炭置于低温水源中，净化水源0.5-4h，优选为30min；所述低温温度为2-8℃。
有益效果
本发明提供了一种利用葡萄糖强化原位增殖生物增强活性炭工艺低温下氨氮去除的方法，具体应用在饮用水处理当中，通过低温功能菌群构建原位增殖生物增强活性炭工艺(BEAC)，发现该工艺在实际饮用水净化处理过程中，在2℃和8℃条件下，可分别去除0.25±0.05mg L-1和0.44±0.05mg L-1的氨氮，是普通活性炭的2.8～4.0倍。而且，功能菌群在BEAC工艺长期运行期间可保持稳定，与其他土著菌属共存，形成了较为稳定的微生物群落结构。
葡萄糖为大多数微生物能利用的碳源，可以作为微生物糖酵解途径的底物，为微生物氨氮去除提供能量；同时，葡萄糖为可食用碳源，对人体无害，可避免产生二次污染，因此采用葡萄糖，人为提高功能菌群的可利用碳源，强化BEAC工艺去除低温水源水中氨氮。
具体实施方式
本发明所述各原料可通过商业化途径购买获得，其中耐低温异养硝化菌，记载于Li W,Zhang D,Huang X,et al.Acinetobacter harbinensis sp.nov.isolated fromriver water[J].INTERNATIONAL JOURNAL OF SYSTEMATIC AND EVOLUTIONARYMICROBIOLOGY,2014,64(Pt 5):1507-1513.，公众可通过哈尔滨工业大学获得。在本发明中使用时，所述耐低温异养硝化菌菌液是指将该菌种经基础培养基培养(0.38g L-1NH4Cl，2.00g L-1CH3COONa，0.20g L-1K2HPO4，0.05g L-1MgSO4，0.12g L-1NaCl，at pH 7.0，4℃。)，4℃，120rpm培养至OD600≥0.8获得的。
实施例1.生物增强活性炭的制备。
1)活性炭预负载碳源过程：配制浓度为100mg/L-C葡萄糖溶液，120℃，120kPa下灭菌30min；将5g干燥的活性炭置入已灭菌冷却的葡萄糖溶液中，以活性炭完全浸没在溶液中为宜；在20℃～25℃，100r/min振荡24h，然后将活性炭取出，用无菌水冲洗3次，得到预负载碳源的活性炭；
2)功能菌群负载过程(生物增强)：将预负载碳源的活性炭转移至100mL耐低温异养硝化菌液(OD600≥0.8)中，在2℃摇床中培养48小时，取出后用无菌水冲洗3次，得到负载耐低温功能菌群的生物增强活性炭(BEAC)。
实施例2.生物增强活性炭的制备。
1)活性炭预负载碳源过程：配制浓度为100mg/L-C葡萄糖溶液，120℃，120kPa下灭菌30min；将5g干燥的活性炭置入已灭菌冷却的葡萄糖溶液中，以活性炭完全浸没在溶液中为宜；在20℃～25℃，100r/min振荡48h，然后将活性炭取出，用无菌水冲洗3次，得到预负载碳源的活性炭；
2)功能菌群负载过程(生物增强)：将预负载碳源的活性炭转移至100mL耐低温异养硝化菌液(OD600≥0.8)中，在8℃摇床中培养96h，取出后用无菌水冲洗3次，得到负载耐低温功能菌群的生物增强活性炭(BEAC)。
实施例3.去除低温水源中氨氮的方法。
本实施例所述的去除低温水源中氨氮的方法是指利用上述制备的生物增强活性炭净化低温水源，将生物增强活性炭置于2-8℃低温水源中，净化水源0.5-4h。
为了考察该方法对于低温水源中氨氮的去除效果，本实施例以松花江原水为试验原水，将原水经过0.45微米醋酸纤维膜过滤(4℃可保存7d)后人为添加氯化铵调节氨氮浓度约为2mg/L。以实施例1制备的生物增强活性炭为例，将生物增强活性炭置于盛有100mL试验原水的250mL锥形瓶中，在2℃摇床(100r/min)中振荡30min(模拟实际环境的水流)后检测水中氨氮浓度的变化，并检测生物增强活性炭上微生物量及微生物活性。以没有预负载碳源而直接负载耐低温异养硝化菌的活性炭作为空白对照组。
其中氨氮浓度测定采用纳氏试剂分光光度法；微生物活性测定采用TTC法检测脱氢酶活性；微生物量测定采用平板计数法。
表1利用本发明所述的生物增强活性炭净化低温水源的效果
综上可见，本发明在活性炭滤料上预负载葡萄糖，负载量为9.9mg/L-C/g-干重活性炭，使BEAC初始微生物量提高了3.9倍、微生物活性提高了3.1倍，从而强化了BEAC在2℃下对低浓度氨氮的去除效能。在初始氨氮浓度为2.2mg/L时，其对氨氮去除量达到0.45mg/L，较未预负载碳源的BEAC对氨氮的去除量(0.13mg/L)提高了3.5倍，同时碳源也没有从活性炭上脱附而释放到水中。因此，通过活性炭预负载葡萄糖的调控方式，可实现2℃下对低温功能菌群构建的BEAC去除氨氮效能的强化。

Claims (9)

1.一种生物增强活性炭，其特征在于，是将活性炭预负载碳源后，转移至耐低温功能菌菌液中培养后获得的。
2.根据权利要求1所述的生物增强活性炭，其特征在于，其制备方法如下：
1)预负载碳源：配制浓度为100mg/L-C葡萄糖溶液，灭菌后加入干燥的活性炭20℃～25℃，100r/min振荡24h-48h，然后将活性炭取出，用无菌水冲洗，得到预负载碳源的活性炭；
2)负载功能菌群：将预负载碳源的活性炭转移至耐低温功能菌菌液中，在2-8℃摇床中培养48-96h，取出后用无菌水冲洗，得到负载耐低温功能菌群的生物增强活性炭。
3.根据权利要求2所述的生物增强活性炭，其特征在于，所述无菌水冲洗次数均为3遍。
4.根据权利要求2所述的生物增强活性炭，其特征在于，步骤1)所述灭菌是指在120℃，120kPa下灭菌30min。
5.根据权利要求2所述的生物增强活性炭，其特征在于，步骤2)所述耐低温功能菌菌液为耐低温异养硝化菌液。
6.根据权利要求5所述的生物增强活性炭，其特征在于，所述耐低温异养硝化菌液，其OD600≥0.8。
7.根据权利要求2所述的生物增强活性炭，其特征在于，步骤2)所述预负载碳源的活性炭转移至耐低温功能菌菌液中，是在2℃摇床中培养48小时。
8.一种去除低温水源中氨氮的方法，其特征在于，将权利要求1至7任意一项所述的生物增强活性炭置于低温水源中，净化水源0.5-4h；所述低温温度为2-8℃。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述净化水源，时间为30min。
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