CN111943351A - 一种包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料及硫自养反硝化脱氮方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料，其包含包埋剂和包埋物；所述包埋物含有扇贝壳粉、1,5二羟基蒽醌和脱氮硫杆菌；所述包埋剂包含聚乙烯醇‑海藻酸钠共混膜和交联复合膜。本发明通过固定包埋醌类化合物1,5二羟基蒽醌以实现对硫自养反硝化速率的调节，并将该醌类化合物与脱氮硫杆菌、以及生物亲和性好且价格便宜的扇贝壳粉一起进行固定包埋，不仅可以提高微生物菌体的活性防止其流失，也可以提高传质速率，有利于提高反硝化脱氮反应速率和转化率。此外，本发明还改进了包埋剂，解决现有技术中单纯使用聚乙烯醇或海藻酸钠包埋所存在的技术问题。

Description

一种包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料及硫自养反硝化脱氮 方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其是一种生物填料及硫自养反硝化脱氮方法。
背景技术
硫自养反硝化利用脱氮硫杆菌，在缺氧条件下以单质硫作为电子供体，NO3－-N作为电子受体，从而实现反硝化脱氮的过程。利用该方法在处理低C/N污水时，与利用异养型兼性厌氧细菌的传统反硝化工艺相比，具有产泥量极少、无需外加碳源、运行操作费用低等优点。然而，硫自养反硝化技术还面临许多新的挑战，例如效率不高、菌种易流失，对温度和pH值等因素的变化比较敏感等。
微生物包埋固定化技术在废水处理中的应用具有生物量高，优势菌种明显，流失少，处理装置占地少，产泥量低等优点，可使系统在更苛刻的条件下获得更好的处理效果。但是，传统微生物包埋如海藻酸钠包埋具有机械强度低、抗降解能力差、凝胶网络的空隙尺寸大，不适宜包埋多种微生物的缺点；至于聚乙烯醇包埋，则具有成型困难，易出现粘连现象且在实际应用中存在较大的水溶胀性，久而久之会导致包埋载体强度大大减弱以至包埋失效等缺点。
近些年有研究发现，某些醌类结构特殊物质对一些污染物的降解有加速作用，研究主要集中在一些难降解的有机物的催化降解方面，如偶氮染料和一些硝基芳香化合物等。例如，申请号为CN201010565316.7的发明方案就提到将醌类化合物1，5二氯蒽醌、1,8二氯蒽醌等固定包埋化以应用于反硝化，但该方案仅局限于对醌类化合物进行包埋，在实际应用中仍存在传质速率低、脱氮降解效率低等问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于此，本发明提出一种包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料，将用于对硫自养反硝化速率进行调节的醌类化合物1,5二羟基蒽醌、脱氮硫杆菌、以及生物亲和性优良且价格便宜的扇贝壳粉一起进行固定包埋，制成生物填料，不仅可以提高微生物的活性防止微生物流失，还能提高传质速率，有利于提高反硝化的速率和反硝化脱氮的转化率。本发明的生物填料具有很好的实际应用价值，可用于硫自养反硝化脱氮工艺。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料，其包含包埋剂和包埋物；所述包埋物含有扇贝壳粉、1,5二羟基蒽醌和脱氮硫杆菌；所述包埋剂包含聚乙烯醇-海藻酸钠共混膜和交联复合膜。
另一方面，本发明还提供一种包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料的制备方法，其包括如下步骤：
S1:制备脱氮硫杆菌菌体、扇贝壳粉、包埋剂前驱物；所述包埋剂前驱物为聚乙烯醇和海藻酸钠的水溶液共混，经冷却制得的稠液物；
S2:将扇贝壳粉、1,5二羟基蒽醌、脱氮硫杆菌菌体混合均匀，制得复合包埋物；
S3:将复合包埋物和包埋剂前驱物混合均匀，得到混合物；将所述混合物滴入到交联剂溶液中反应，得到固定化微球；
S4:取出该固定化微球进行冷冻，解冻风干，得到包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料。
根据本发明的较佳实施例，其中，步骤S1中，脱氮硫杆菌菌体的制备方法如下：将脱氮硫杆菌接种到富集液体培养基中培养，得到富集液体菌液，离心该富集液体菌液，获得湿菌体；
其中，所述富集液体培养基含有0.02-0.025mol/L硫代硫酸钠、0.018-0.022mol/L硝酸钾、0.01-0.15mol/L碳酸氢钠、0.007-0.008mol/L磷酸二氢钾和0.002-0.0028mol/L六水合氯化镁；调节培养基pH到6.8-7.2，高温灭菌，得富集液体培养基。
优选地，将脱氮硫杆菌接种到富集液体培养基中培养的条件为：28-32℃，培养时间18-24h；离心该富集液体菌液的条件为：离心转速3000-4000r/min，离心时间5-8min。
根据本发明的较佳实施例，其中，步骤S1中，扇贝壳粉可来自市场采购，或者按照如下方法制备：
将扇贝壳用水清洗干净并晾干，热风烘干，用盐酸将表面清洗干净，研磨成45-60目粉；将研磨好的扇贝壳粉再次烘箱干燥，杀菌。其中，所述杀菌采用紫外灯照射杀菌或臭氧气体杀菌。
优选地，盐酸溶液质量分数为3％-5％，清洗2-3分钟，烘箱干燥温度约为120-160℃。
根据本发明的较佳实施例，其中，步骤S1中，所述包埋剂前驱物的制备方法为：将聚乙烯醇、海藻酸钠加入水中，加热至95-99℃(有助于聚乙烯醇、海藻酸钠溶到水中)使其变成粘稠液体，冷却(优选温度冷却至20-26℃)，灭菌。加热可采用水浴加热，易于控制温度，避免沸腾，灭菌可采用高温灭菌或紫外灭菌。
优选地，聚乙烯醇在所述包埋剂前驱物的质量百分数为7.5％-10％，海藻酸钠的质量百分数为0.8％-3％。
根据本发明的较佳实施例，其中，步骤S2中，将扇贝壳粉与所述脱氮硫杆菌湿菌体按照质量比8-10:1的比例混合，拌合，使所述脱氮硫杆菌湿菌体吸附到扇贝壳粉上；1,5二羟基蒽醌含量为包埋物混合物总质量2.5-3.5％，更优选为3％。
根据本发明的较佳实施例，其中，步骤S2中，将扇贝壳粉、1,5二羟基蒽醌及所述脱氮硫杆菌湿菌体拌合吸附10-20min后，制得复合包埋物混合物，以备包埋使用。
根据本发明的较佳实施例，其中，步骤S3中，使用针型管将所述混合物滴入到交联剂溶液中反应，获得直径为3-4mm的固定化微球；所述交联剂溶液为氯化钙和饱和硼酸的水溶液。优选地，所述氯化钙的质量百分比浓度为2-5％。
根据本发明的较佳实施例，其中，步骤S4中，取出步骤S3制备的固定化微球，用去离子水清洗，置-20℃以下冷冻保存，低温解冻风干1-2次，最后室温解冻，得到包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料。
优选地，在-20℃以下冷冻12-24h，低温解冻温度为0℃-3℃。
再一方面，本发明还提供一种硫自养反硝化脱氮方法，其采用升流式固定床反应器作为反应池体，对废水进行硫自养反硝化脱氮；所述升流式固定床反应器的填料反应区内填充有上述任一实施例所述的包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料。
需说明的是，本发明的硫自养反硝化脱氮方法对所述包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料的应用，不限于升流式固定床反应器，可以是任何一种与含硝氮废水直接接触反应的填料式反应器。
本发明较佳实施例中，所述升流式固定床反应器包括立柱式反应塔，其底部设有进水管(2)，顶部设有出水管(8)；所述立柱式反应塔的从下至上依次是多滤孔承托板(3)、卵石承托层(6)、填料反应区(7)；所述填料反应区(7)填充有硫磺白云石复合填料和上述任一实施例所述的包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料；
待处理的含硝氮的废水从所述进水管(2)进入立柱式反应塔，经所述多滤孔承托板(3)布水后，流经卵石承托层(6)并上升并停留在该填料反应区(7)，在该填料反应区(7)被生物填料中的脱氮硫杆菌反硝化降解脱氮，处理后的废水从出水管(8)流出来。
利用上述升流式固定床反应器，起初水力停留时间为3-5小时，即可达到较高的脱氮效果，随着硝酸盐去除效率的不断提高，后续进水可缩短水力停留时间。
优选地，为获得更好的硫自养反硝化脱氮处理效果，填料反应区(7)的温度为29.8℃-31℃；废水pH控制在7-7.5，溶解氧(DO)<0.5mg/L。
优选地，为获得更好的硫自养反硝化脱氮处理效果，硫磺白云石复合填料中，硫磺颗粒与白云石粒径为5-10mm，硫磺颗粒与白云石的体积比(体积比)为3～4:1。
优选地，在处理C/N比较低(通常理想C/N摩尔比为15-20:1，当C/N为3～7:1时为低C/N比)的硝酸盐废水时，所述的包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料在填料反应区(7)的投加容积比达到1/3-1/2。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：针对目前在废水处理工艺中，硫自养反硝化反应速率低，水力停留时间长、脱氮硫杆菌生长繁殖速度较慢，菌体易流失，对温度和pH值等因素的变化较敏感等问题，本发明通过固定包埋醌类化合物1,5二羟基蒽醌以实现对硫自养反硝化速率的调节，并将该醌类化合物与脱氮硫杆菌、以及生物亲和性好且价格便宜的扇贝壳粉一起进行固定包埋，不仅可以提高微生物菌体的活性防止其流失，也可以提高传质速率，有利于提高反硝化脱氮反应速率和转化率。
与现有技术相比，本发明还具有如下优势：
(1)在生物填料的包埋物中加入1,5二羟基蒽醌作为氧化还原介体，可有效促进硫自养反硝化的速率，缩短水力停留时间，有效降低废水处理成本。
(2)将1,5二羟基蒽醌、脱氮硫杆菌、扇贝壳粉一起包埋，可以提高传质效果，扇贝壳粉作为一种轻质和生物亲和性载体，可有效分散1,5二羟基蒽醌和菌体，避免菌体流失，有利于保持脱氮硫杆菌的处理能力。
(3)聚乙烯醇和海藻酸钠水凝胶具有弹性好、柔韧性大、含水率高等优点，解决单纯使用聚乙烯醇包埋在交联反应过程中容易发生粘连，成球困难的问题，同时还解决单纯使用海藻酸钠所存在的机械强度低、抗降解能力差、且凝胶网络的空隙尺寸过大的问题。
(4)扇贝壳粉具有很好的亲水性和生物亲和性，可以起到富集脱氮硫杆菌的效果以增加其浓度，扇贝壳粉中含有脱氮硫杆菌生长所需的微量元素及少量氨基酸(营养物质)，且扇贝壳粉中含有大量CaCO3，可提供碱度，中和硫自养反应所产生的酸。
(5)本发明提供的运用上述包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料及硫自养反硝化脱氮工艺，具有反应池启动快，水力停留时间短的优点，具有非常良好的工业应用前景。
附图说明
图1为本发明硫自养反硝化脱氮方法中升流式固定床反应器的工作状态示意图。
图2为本发明实施例1和对照例1-3制备的生物填料装填到升流式固定床反应器中反应一段时间后，对模拟氨氮废水中硝态氮去除率的变化曲线。
图3为本发明实施例2和对照例4-5制备的生物填料装填到升流式固定床反应器中反应一段时间后，对模拟氨氮废水中硝态氮去除率的变化曲线。
图4为本发明实施例3和对照例6-7制备的生物填料装填到升流式固定床反应器中反应一段时间后，对模拟氨氮废水中硝态氮去除率的变化曲线。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示，为本发明一种利用含脱氮硫杆菌的生物填料，进行硫自养反硝化脱氮处理含硝氮废水的升流式固定床反应器的示意图。如图所示，为一种升流式固定床反应器，其包括立柱式反应塔10，在本实施例中，立柱式反应塔10的高度1m，内径100mm，材料为有机玻璃。该立柱式反应塔10的底部设有进水管2，顶部设有出水管8。立柱式反应塔10的底部设有一个水分配区11，该水分配区11与该进水管2连通。在立柱式反应塔10的内壁面上设有L型支撑件5，该L型支撑件5固定在该立柱式反应塔10内壁上，以供支撑多滤孔承托板3。该多滤孔承托板3设有若干透水孔，这些透水孔起到分布进水的作用。多滤孔承托板3上方填充卵石承托层6，在卵石承托层6上方为填料反应区7。填料反应区7填充有硫磺白云石复合填料和本发明开发的生物填料。
硫磺白云石复合填料由硫磺颗粒和白云石复配制成，硫磺颗粒与白云石粒径均为5-10mm，硫磺颗粒与白云石的填充比(体积比)为3～4：1。在下文的具体实施例和对照例中，硫磺颗粒与白云石填充比为3:1。
其中，填料反应区7内生物填料是一种包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料，其包含包埋剂和包埋物；包埋物含有扇贝壳粉、1,5二羟基蒽醌和脱氮硫杆菌；包埋剂包含聚乙烯醇-海藻酸钠共混膜和交联复合膜。该生物填料的最佳填充比与待处理废水中C/N值有一定相关性。当处理C/N比较低(如C/N比为3～7:1)的硝酸盐废水时，该生物填料的投加比为填料反应区7的有效容积的1/3-1/2。在下文的具体实施例和对照例中，该生物填料的投加比为填料反应区7的有效容积的1/3。
立柱式反应塔10还连接废水储水槽11，该废水储水槽11用于均衡水量和条件废水pH。为更好地达到硫自养反硝化脱氮处理的效果，优选地，使立柱式反应塔10的填料反应区7的反应温度设为29.8℃-31℃；优选地，在该废水储水槽11中，将废水pH调节至7-7.5，溶解氧(DO)调节至<0.5mg/L。在该废水储水槽11与立柱式反应塔10的进水管2上设有蠕动泵4。调节蠕动泵4的工作参数，可以调节废水进入立柱式反应塔10内的速度和水力停留时间。
在处理废水过程中，将待处理的含硝氮的废水从进水管2泵入立柱式反应塔10，经多滤孔承托板3布水后，流经卵石承托层6并上升并停留在该填料反应区7，在填料反应区7被生物填料中的脱氮硫杆菌反硝化降解脱氮，处理后的废水从出水管8流出来。
填料反应区7内生物填料为本发明所提出的一种包埋有蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料。将该生物填料与硫磺白云石复合填料共同添加到充填到填料反应区7内，使所述升流式固定床反应器具有反应器启动时间快、脱氮效果好的优势。废水处理过程中，将含有硝酸盐的废水从进水管2通入所述升流式固定床反应器，通过调节蠕动泵4的进水流速来调节水力停留时间，起初水力停留时间为3-5小时，就能实现较高的脱氮效果，随着硝酸盐去除效率的不断提高，后续进水可缩短水力停留时间。
利用上述升流式固定床反应器，改变填料反应区7内所填充的生物填料的制备方法，测试不同生物填料所装填的反应器在处理含氮废水能力方面的差异。
实施例1
本实施例中，生物填料的制备方法如下：
(1)首先，将脱氮硫杆菌接种到富集液体培养基中培养18h，培养温度为28℃，培养完成后，高速离心机离心后获得脱氮硫杆菌的湿菌体。高速离心机转速为3000r/min，离心时间为8min。
该富集液体培养基制备方法为：在1000mL去离子水中溶解5.0g五水合硫代硫酸钠，2.0g硝酸钾，1.0g碳酸氢钠，1.0g磷酸二氢钾，0.5g六水合氯化镁。将培养基用氢氧化钠调节pH到7.0，121℃灭菌30min，得富集液体培养基。该脱氮硫杆菌在富集液体培养基中的初始接种浓度约为OD600＝0.5。以下所有实施例和对照例都按此方法配制富集液体培养基和接种。
(2)将聚乙烯醇和海藻酸钠加入水中，在99℃水浴加热中使其变成粘稠液体，冷却至25℃，之后经高温灭菌，制得包埋剂前驱物，其中聚乙烯醇的(w/w)为7.5％，海藻酸钠的(w/w)为0.8％。
(3)将扇贝壳用自来水清洗干净，晾干，95℃下烘干后用质量分数为3％的盐酸清洗2分钟，研磨成45目。将研磨好的扇贝壳粉置于125℃烘箱内干燥。晾凉后在滤纸中摊平在紫外灯下照射25分钟，充分杀菌。
(4)将扇贝壳粉与步骤(1)的脱氮硫杆菌湿菌体按照质量比8:1混合，并加入占包埋物总质量3％的1,5二羟基蒽醌，三者混合均匀，吸附10分钟后，制得复合包埋物，备用。
(5)将步骤(2)制备的包埋剂前驱物与步骤(4)制备的复合包埋物混合均匀，使用针型管将该混合物滴入到饱和硼酸和氯化钙(2wt％)的交联剂溶液中反应，获得直径为3-4mm的固定化微球。
(6)取出固定化微球，用去离子水多次清洗后，置-20℃的冰箱冷冻保存20h，0℃下解冻风干1次，最后室温解冻，得到包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料。
最后将制得的生物填料装填到立柱式反应塔10的填料反应区7内。
对照例1
在实施例1基础上，本对照例不添加1,5二羟基蒽醌作为氧化还原介体也不包埋固定化，即直接将“扇贝壳粉与脱氮硫杆菌湿菌体按照质量比8:1混合”，再将混合物装填到立柱式反应塔10的填料反应区7内。
对照例2
在实施例1基础上，本对照例不添加1,5二羟基蒽醌作为氧化还原介体。其他皆与实施例1相同。最后，将制得的生物填料装填到立柱式反应塔10的填料反应区7内。
对照例3
在实施例1基础上，本对照例使用等量的碳酸钙粉取代扇贝壳粉。其他皆与实施例1相同，最后将制得的生物填料装填到立柱式反应塔10的填料反应区7内。
实施例2
本实施例中，生物填料的制备方法如下：
(1)首先，将脱氮硫杆菌接种到富集液体培养基中培养20h，培养温度为31℃，培养完成后，高速离心机离心后获得脱氮硫杆菌的湿菌体。高速离心机转速为3000r/min，离心时间为8min。
(2)将聚乙烯醇和海藻酸钠加入水中，在99℃水浴加热中使其变成粘稠液体，冷却至25℃，之后经高温灭菌，制得包埋剂前驱物，其中聚乙烯醇的(w/w)为8％，海藻酸钠的(w/w)为2％。
(3)将扇贝壳用自来水清洗干净，晾干，95℃下烘干后用质量分数为4％的盐酸清洗2分钟，研磨成50目。将研磨好的扇贝壳粉置于125℃烘箱内干燥。晾凉后在滤纸中摊平在紫外灯下照射25分钟，充分杀菌。
(4)将扇贝壳粉与步骤(1)的脱氮硫杆菌湿菌体按照质量比9:1混合，并加入占包埋物总质量3％的1,5二羟基蒽醌，三者混合均匀，吸附10分钟后，制得复合包埋物，备用。
(5)将步骤(2)制备的包埋剂前驱物与步骤(4)制备的复合包埋物混合均匀，使用针型管将该混合物滴入到饱和硼酸和氯化钙(3wt％)的交联剂溶液中反应，获得直径为3-4mm的固定化微球。
(6)取出固定化微球，用去离子水多次清洗后，置-20℃的冰箱冷冻保存20h，0℃下解冻风干1次，最后室温解冻，得到包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料。最后将制得的生物填料装填到立柱式反应塔10的填料反应区7内。
对照例4
在实施例2的基础上，本对照例不添加1,5二羟基蒽醌作为氧化还原介体也不包埋固定化，即直接将“扇贝壳粉与脱氮硫杆菌湿菌体按照质量比9:1混合”，再将混合物装填到立柱式反应塔10的填料反应区7内。
对照例5
在实施例2的基础上，本对照例不添加1,5二羟基蒽醌作为氧化还原介体。其他皆与实施例2相同。最后，将制得的生物填料装填到立柱式反应塔10的填料反应区7内。
实施例3
本实施例中，生物填料的制备方法如下：
(1)首先，将脱氮硫杆菌接种到富集液体培养基中培养24h，培养温度为30℃，培养完成后，高速离心机离心后获得脱氮硫杆菌的湿菌体。高速离心机转速为3000r/min，离心时间为8min。
(2)将聚乙烯醇和海藻酸钠加入水中，在99℃水浴加热中使其变成粘稠液体，冷却至25℃，之后经高温灭菌，制得包埋剂前驱物，其中聚乙烯醇的(w/w)为9％，海藻酸钠的(w/w)为3％。
(3)将扇贝壳用自来水清洗干净，晾干，95℃下烘干后用质量分数为4％的盐酸清洗2分钟，研磨成60目。将研磨好的扇贝壳粉置于125℃烘箱内干燥。晾凉后在滤纸中摊平在紫外灯下照射25分钟，充分杀菌。
(4)将扇贝壳粉与步骤(1)的脱氮硫杆菌湿菌体按照质量比10:1混合，并加入占包埋物总质量3％的1,5二羟基蒽醌，三者混合均匀，吸附10分钟后，制得复合包埋物，备用。
(5)将步骤(2)制备的包埋剂前驱物与步骤(4)制备的复合包埋物混合均匀，使用针型管将该混合物滴入到饱和硼酸和氯化钙(4wt％)的交联剂溶液中反应，获得直径为3-4mm的固定化微球。
(6)取出固定化微球，用去离子水多次清洗后，置-20℃的冰箱冷冻保存20h，2℃下解冻风干2次，最后室温解冻，得到包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料。最后将制得的生物填料装填到立柱式反应塔10的填料反应区7内。
对照例6
在实施例3的基础上，本对照例不添加1,5二羟基蒽醌作为氧化还原介体也不包埋固定化，即直接将“扇贝壳粉与脱氮硫杆菌湿菌体按照质量比10:1混合”，再将混合物装填到立柱式反应塔10的填料反应区7内。
对照例7
在实施例3的基础上，本对照例不添加1,5二羟基蒽醌作为氧化还原介体。其他皆与实施例3相同。最后，将制得的生物填料装填到立柱式反应塔10的填料反应区7内。
将前述实施例1-3制备的生物填料和对照例1-7制备的填料分别填装至升流式固定床反应器的填料反应区7内，装填有效容积的1/3(占填料反应区7容积的1/3)。该填料反应区7内装填占容积2/3的硫磺白云石复合填料(其主要为自养反硝化提供电子供体)，复合填料中硫磺与白云石的填充比为3:1。填料反应区7的有效容积为5L。反应器共10组。
试验用水采用模拟硝态氮废水，用超纯水配制：使用1L容量瓶配制，添加0.2gKNO3、0.2KH2PO4、1.25gNaHCO3，硝酸盐氮浓度为55.5mg/L。将模拟硝态氮废水从进水管2泵入升流式固定床反应器内，控制反应温度为29.8℃-31℃。连续运行72h，每隔12h取样，将样品用滤纸过滤，测其硝酸盐的浓度，实验结果分别如图2、图3、图4所示。
如图2-4所示，实施例1-3的三种包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料在升流式固定床反应器及相应的实验条件下反应48小时，该模拟硝态氮废水的出水硝态氮浓度分别稳定在7.2mg/L左右、7.6mg/L左右和7.1mg/L左右，硝态氮去除率分别约为87.03％、86.31％和87.21％。实施例1与对照例3比较，反应12h～72h期间，实施例1中硝态氮的去除率始终高于对照例3。
实施例1-3与既不添加1,5二羟基蒽醌氧化还原介体，也不固定化的对照组(对照例1、对照例4、对照例6)相比，反应48h后，实施例比对照组的硝态氮去除率分别提高了12.80％、10.10％和11.71。
实施例1-3与不添加1,5二羟基蒽醌但进行固定化的对照组(对照例2、对照例5、对照例7)相比，反应12h后，实施例中硝态氮的去除率为对照组的2倍多。
因此，本发明包埋蒽醌(1,5二羟基蒽醌)和脱氮硫杆菌的生物填料，确实可以有效提高硫自养反硝化的速率和反硝化脱氮的转化率，缩短水力停留的时间，在工程上有很好的实际应用前景。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料，其特征在于，其包含包埋剂和包埋物；所述包埋物含有扇贝壳粉、1,5二羟基蒽醌和脱氮硫杆菌；所述包埋剂包含聚乙烯醇-海藻酸钠共混膜和交联复合膜。
2.一种包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:制备脱氮硫杆菌菌体、扇贝壳粉、包埋剂前驱物；所述包埋剂前驱物为聚乙烯醇和海藻酸钠的水溶液共混，经冷却制得的稠液物；
S2:将扇贝壳粉、1,5二羟基蒽醌、脱氮硫杆菌菌体混合均匀，制得复合包埋物；
S3:将复合包埋物和包埋剂前驱物混合均匀，得到混合物；将所述混合物滴入到交联剂溶液中反应，得到固定化微球；
S4:取出该固定化微球进行冷冻，解冻风干，得到包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，脱氮硫杆菌菌体的制备方法如下：将脱氮硫杆菌接种到富集液体培养基中培养，得到富集液体菌液，离心该富集液体菌液，获得湿菌体；
其中，所述富集液体培养基含有0.02-0.025mol/L硫代硫酸钠、0.018-0.022mol/L硝酸钾、0.01-0.15mol/L碳酸氢钠、0.007-0.008mol/L磷酸二氢钾和0.002-0.0028mol/L六水合氯化镁；调节培养基pH到6.8-7.2，高温灭菌，得富集液体培养基。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，扇贝壳粉按照如下方法制备：
将扇贝壳用水清洗干净并晾干，热风烘干，用盐酸将表面清洗干净，研磨成45-60目粉；将研磨好的扇贝壳粉再次烘箱干燥，杀菌。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述包埋剂前驱物的制备方法为：将聚乙烯醇、海藻酸钠加入水中，加热至95-99℃使其变成粘稠液体，冷却，灭菌；其中，聚乙烯醇在所述包埋剂前驱物的质量百分数为7.5％-10％，海藻酸钠的质量百分数为0.8％-3％。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将扇贝壳粉与所述脱氮硫杆菌湿菌体按照质量比8-10:1的比例混合，拌合，使所述脱氮硫杆菌湿菌体吸附和分散到扇贝壳粉上；1,5二羟基蒽醌含量为包埋物混合物总质量2.5-3.5％。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，使用针型管将所述混合物滴入到交联剂溶液中反应，获得直径为3-4mm的固定化微球；所述交联剂溶液为氯化钙和饱和硼酸的水溶液；所述氯化钙的质量百分比浓度为2-5％。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，取出步骤S3制备的固定化微球，用去离子水清洗，置-20℃以下冷冻保存，低温解冻风干1-2次，最后室温解冻，得到包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料。
9.一种硫自养反硝化脱氮方法，其特征在于，采用升流式固定床反应器作为反应池体，对废水进行硫自养反硝化脱氮；所述升流式固定床反应器的填料反应区内填充有权利要求1-8任一项所述的包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料。
10.根据权利要求9所述的硫自养反硝化脱氮方法，其特征在于，所述升流式固定床反应器包括立柱式反应塔，其底部设有进水管，顶部设有出水管；所述立柱式反应塔的从下至上依次是多滤孔承托板、卵石承托层和填料反应区；所述填料反应区填充有硫磺白云石复合填料和权利要求1-8任一项所述的包埋蒽醌和脱氮硫杆菌的生物填料；
待处理的含硝氮的废水从所述进水管进入立柱式反应塔，经所述多滤孔承托板布水后，流经卵石承托层上升并停留在该填料反应区，在该填料反应区被生物填料中的脱氮硫杆菌反硝化降解脱氮，处理后的废水从出水管流出来。
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