CN111349626A - 一种用于污水处理的固定化微生物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于污水处理的固定化微生物，包括功能性微生物和固定化载体壳聚糖，所述功能性微生物为同步硝化反硝化菌种，所述固定化载体壳聚糖为甲壳素脱乙酰化的生物高分子。本发明还公开了上述用于污水处理的固定化微生物的制备方法以及应用。本发明将功能菌微生物、固定化载体混合形成固态的微生物菌小球，固定化载体壳聚糖可作为吸附剂吸附污水中的氮、磷等元素，功能菌微生物对污水中氮元素的去除效果优异。使用时，将固定化微生物投入污水处理设施中即可，操作简单。

Description

一种用于污水处理的固定化微生物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于污水处理的技术领域，具体涉及一种用于污水处理的固定化微生物及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，农村地区人口逐渐增多，生活方式发生了巨大变化，且近年来重污染企业及工厂逐渐边缘化，农业污水和工业废水会经由雨水的冲刷流入生活污水管网，导致农村地区的生活污水污染也逐渐加剧。农村生活污水中的氮污染是处理农村生活污水污染的首要难题，氮元素可以导致水体富营养化，使得水体中的藻类急剧生长，快速消耗水中的氧，使鱼类、浮游生物因缺氧而死亡，严重影响农村地区养殖业、饮用水水源安全以及正常的生活质量，因此控制水体中氮含量是治理富营养化污水的根本。
传统的生物脱氮技术遵循已了解的自然界中典型的氮循环作用机理，废水中的氮元素依次在好养氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化细菌、硝化和反硝化菌的合作竞争下进行硝化和反硝化反应，最后转变为氮气而从水体中除去以达到脱氮的目的。在传统的废水生物处理工艺中，微生物通常以悬浮态生长在水中，因而易于从反应器中流失。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于污水处理的固定化微生物及其制备方法和应用，使用周期长，微生物活性高，显著提高了污水处理过程中的脱氮效率及处理负荷，制备流程简单，可直接投放到污水处理设备中使用，能够长效维持系统中菌群的丰富度和活性，显著提高污水处理效率。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于污水处理的固定化微生物，包括功能性微生物和固定化载体壳聚糖，所述功能性微生物为同步硝化反硝化菌种，所述固定化载体壳聚糖为甲壳素脱乙酰化的生物高分子。
本发明实施例中，所述功能性微生物的质量粉白粉为30-50％，所述固定化载体壳聚糖的质量百分比为50-70％。
本发明提出的一种用于污水处理的固定化微生物的制备方法，包括如下步骤：
S1、将同步硝化反硝化菌种进行培养后，离心收集菌体，并制备成菌悬液；
S2、将壳聚糖溶液和菌悬液混合均匀，滴入碱性溶液中进行交联反应，然后形成固定化菌小球；
S3、将固定化菌小球用去离子水清洗，直至滤液呈中性，保存与生理盐水中备用。
本发明实施例中，所述S1中，还包括将同步硝化反硝化菌种接种于已灭菌的种子培养液中，于20-40℃，180-220r/min转速震荡培养22-26h，接着将培养好的菌液装于离心管中离心3-7min，将离心好的菌种用已灭菌的去离子水清洗并制备成30-50ml的菌悬液。
本发明实施例中，所述S2中，还包括将质量分数为2-6％的壳聚糖溶解于50-70ml的质量分数为0.5-1.5％的乙酸溶液中，于110-120℃灭菌20-40min，冷却后与制备好的菌悬液充分混合，并将混合液逐滴滴入0.15-0.35mol/L的氢氧化钠溶液中交联3-5h。
本发明还提出一种用于污水处理的固定化微生物的应用，是将上述的用于污水处理的固定化微生物投入污水池中，所述污水处理的微生物曲块的投加质量为2-4％。
本发明具有以下有益效果：将同步硝化反硝化菌、固定化载体壳聚糖混合形成固态的微生物菌小球，固定化载体壳聚糖可作为吸附剂吸附污水中的氮、磷等元素，功能菌微生物对污水中氮元素的去除效果优异，相较于物理、化学以及游离微生物脱氮技术，固定化微生物技术可以维持反应器内微生物的高活性和高浓度，微生物细胞生长停滞时间短、反应快、细胞多、微生物流失少以及可重复并长期利用等特点。使用时，将固定化微生物投入污水处理设施中即可，操作简单。
将微生物固定化后可以防止微生物的流失并增加它的抗冲击性，壳聚糖载体具有生物友好性，且可作为絮凝剂及吸附剂去除水中的氮、磷，同步硝化反硝化菌可加强污水中的脱氮效果，固定后的微生物有利于提高污水中的微生物数量，便于反应后的固液分离，提高系统的处理能力。
本发明利用固定化技术将微生物包埋起来，使其能在水中长期停留、不易流失，从而提高脱氮菌在脱氮过程中的作用。
附图说明
图1是本发明的固定化微生物在摇瓶中的批次试验结果图；
图2是壳聚糖固定化菌、游离态菌和填料固定化菌在模拟OA工艺中的脱氮效果对比图；
图3是固定化微生物在净化槽应用中的脱氮效果图。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
本发明提供一种用于污水处理的固定化微生物，包括功能性微生物、固定化载体。
本发明实施例提出的一种用于污水处理的固定化微生物，包括功能性微生物和固定化载体壳聚糖，所述功能性微生物为同步硝化反硝化菌种，所述固定化载体壳聚糖为甲壳素脱乙酰化的生物高分子。
所述功能性微生物的质量粉白粉为30-50％，所述固定化载体壳聚糖的质量百分比为50-70％。
壳聚糖、乙酸和氢氧化钠按不同的比例进行包埋形成固定化微生物。为验证壳聚糖浓度对固定化菌小球脱氮效果的影响，设置三个壳聚糖浓度梯度，结果参考表1，壳聚糖浓度在4％时，总氮和氨氮的去除率最高，分别达到了96.5％和94.2％，且此条件下制得的菌小球机械强度较高；壳聚糖易溶于酸性溶液中，而实验所用乙酸溶液浓度也对其有一定的影响，当乙酸溶液浓度为1％时制作出的菌小球的脱氮效果为最佳，总氮和氨氮的去除率可达92.5％和94.2％；其次也进行了交联过程中氢氧化钠交联液的浓度对固定化菌小球的影响，在氢氧化钠浓度为0.25mol/L条件下制作菌小球最为合适，碱度较高时会影响菌种的活性，从而降低固定化菌小球在处理污水过程中的脱氮效果。
将不同比例的壳聚糖溶解于酸性溶液中，并在氢氧化钠溶液中交联，得到的数据如表1所示。
表1：
壳聚糖浓度 总氮去除率 氨氮去除率
3％ 87.6％ 85.2％
4％ 96.5％ 94.2％
5％ 79.5％ 76.3％
将壳聚糖溶解于不同浓度酸性溶液中，并在氢氧化钠溶液中交联，得到的数据如表2所示。
表2：
乙酸浓度 总氮去除率 氨氮去除率
1％ 92.5％ 94.2％
2％ 85.7％ 82.4％
3％ 80.2％ 77.9％
表3：将壳聚糖溶解于酸性溶液中，并在不同比例氢氧化钠溶液中交联，得到的数据如表3所示。
表3：
氢氧化钠浓度 总氮去除率 氨氮去除率
0.15mol/L 82.6％ 80.8％
0.25mol/L 91.2％ 90.3％
0.35mol/L 74.2％ 70.4％
本发明还提供一种用于污水处理的固定化微生物的制备方法，上述的用于污水处理的固定化微生物，具体制备方法如下：
S1、将同步硝化反硝化菌种进行培养后，离心收集菌体，并制备成菌悬液；
S2、将壳聚糖溶液和菌悬液混合均匀，滴入碱性溶液中进行交联反应，然后形成固定化菌小球；
S3、将固定化菌小球用去离子水清洗，直至滤液呈中性，保存与生理盐水中备用。
所述S1中，还包括将同步硝化反硝化菌种接种于已灭菌的种子培养液中，于20-40℃，180-220r/min转速震荡培养22-26h，接着将培养好的菌液装于离心管中离心3-7min，将离心好的菌种用已灭菌的去离子水清洗并制备成30-50ml的菌悬液。
所述S2中，还包括将质量分数为2-6％的壳聚糖溶解于50-70ml的质量分数为0.5-1.5％的乙酸溶液中，于110-120℃灭菌20-40min，冷却后与制备好的菌悬液充分混合，并将混合液逐滴滴入0.15-0.35mol/L的氢氧化钠溶液中交联3-5h。
微生物功能菌、固定化载体、乙酸、灭菌蒸馏水总量的质量比为40：4:1:55。
本发明提供一种用于污水处理的固定化微生物的应用，将上述的用于污水处理的固定化微生物投加如污水池中，所述污水处理的微生物曲块的投加质量为2-4％。
实施例1：
将4％的壳聚糖溶解于1％的乙酸溶液中，并将同步硝化反硝化菌种进行高密度培养，将壳聚糖混合液与菌液混合后滴入氢氧化钠溶液中交联制成固定化小球。将制得的固定化微生物加入到装有100mL污水的锥形瓶中，在37℃，100r/min的摇床中振荡培养，三天后更换另一批次污水，锥形瓶中的小球不变，重复进行此步骤直至小球无法继续使用。定期取样检测其氨氮及总氮，用以研究固定化微生物的利用率及脱氮效果。测定结果请参考图1所示。经测定及观察，试验共进行了9个批次，表明固定化菌较非固定化菌有更长期的脱氮效果，并具有稳定性。
实施例2：
将实施例1中制备的固定化微生物加入到5L的简易模拟OA工艺中，进行应用评估。实验采用同一水源，即水中总氮(TN)相等，一组加入固定化微生物，投加体积比为3kg/1m3，另一组加入游离态微生物，分别测定两组净化槽的出水TN。请参考图2所示，游离态微生物降解率升高的过程较快，但固定化菌的降解过程持续较长，且降解效率普遍比游离态菌要高。
实施例3：
将实施例1中制备的固定化微生物加入到5L的简易模拟OA工艺中，进行应用评估。实验采用同一水源，即水中总氮(TN)相等，一组加入固定化微生物，投加体积比为3kg/1m3，另一组加入已挂膜的填料固定化微生物，分别测定两组净化槽的出水TN。请参考图2所示，填料挂膜的菌种对污水中总氮的降解效果不理想，固定化菌与之相比优势突出。
实施例4：
将实施例1中制备的固定化微生物加入到0.6t的净化槽中，进行应用评估。投加体积比为3kg/1m3，分别测定两组净化槽的出水TN。请参考图3所示，固定化菌的启动时间大致为十天左右，较传统的活性污泥法的启动时间快，且稳定后对于污水中总氮的降解效果较好，且能稳定运行一个月以上。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种用于污水处理的固定化微生物，其特征在于，包括功能性微生物和固定化载体壳聚糖，所述功能性微生物为同步硝化反硝化菌种，所述固定化载体壳聚糖为甲壳素脱乙酰化的生物高分子。
2.如权利要求1所述的用于污水处理的固定化微生物，其特征在于，所述功能性微生物的质量粉白粉为30-50％，所述固定化载体壳聚糖的质量百分比为50-70％。
3.一种如权利要求1或2所述的用于污水处理的固定化微生物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将同步硝化反硝化菌种进行培养后，离心收集菌体，并制备成菌悬液；
S2、将壳聚糖溶液和菌悬液混合均匀，滴入碱性溶液中进行交联反应，然后形成固定化菌小球；
S3、将固定化菌小球用去离子水清洗，直至滤液呈中性，保存与生理盐水中备用。
4.如权利要求3所述的用于污水处理的固定化微生物的制备方法，其特征在于，所述S1中，还包括将同步硝化反硝化菌种接种于已灭菌的种子培养液中，于20-40℃，180-220r/min转速震荡培养22-26h，接着将培养好的菌液装于离心管中离心3-7min，将离心好的菌种用已灭菌的去离子水清洗并制备成30-50ml的菌悬液。
5.如权利要求3所述的用于污水处理的固定化微生物，其特征在于，所述S2中，还包括将质量分数为2-6％的壳聚糖溶解于50-70ml的质量分数为0.5-1.5％的乙酸溶液中，于110-120℃灭菌20-40min，冷却后与制备好的菌悬液充分混合，并将混合液逐滴滴入0.15-0.35mol/L的氢氧化钠溶液中交联3-5h。
6.一种用于污水处理的固定化微生物的应用，其特征在于，将权利要求1-5任一项所述的用于污水处理的固定化微生物投入污水池中，所述污水处理的微生物曲块的投加质量为2-4％。
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