CN112374616A - 一种生物可降解型缓释脱氮碳源及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物可降解型缓释脱氮碳源的制备方法，包括：(1)将经过诱变处理的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌按照菌藻比1:5～1:20的体积比接种到经过初步脱水得到的蓝藻浆泥中，在光照培养箱菌藻共同培养2～4天，在培养后的混合物中加入纤维素酶并在25～35℃下反应4～6h，然后经离心、过滤，得到沉淀物，最后将沉淀物经热处理后，冷却至常温，得到处理后的蓝藻固体物；(2)在上述得到的蓝藻固体物中加入高分子水溶液并在60～80℃的水浴中搅拌糊化共混匀1～3h，制得共混物，然后置于冰箱中冷冻成型，然后制成直径为0.8～1cm的球形颗粒，最后将球形颗粒在60～80℃下烘干即可。本发明的碳源释碳速率稳定，可为微生物反硝化提供稳定的碳源和生长代谢的场所。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种生物可降解型缓释脱氮碳源及其制备方法。
背景技术
研究表明，碳源补充不足或供给不稳定成为制约生物脱氮效率的重要因素，充足的碳源能够为微生物的生长代谢提供足量的营养源。因此通过外加碳源来解决脱氮效率低的问题在水处理领域逐渐成为研究的热点。
由有关碳源补充的研究报道可知，较为成熟、应用最多的主要为液态碳源，如甲醇、乙醇、葡萄糖等短链的有机碳，但其高成本、有毒性、投加量不确定以及运输困难等问题也让研究者开始对外加补充碳源进行新的探索和尝试。热点多集中在如何优化传统碳源，如在脱氮工艺前加水解酸化工艺，提高原污水的可生化性和处理率；开发非传统碳源作为反硝化脱氮工艺中可选择的碳源，如工业废水、初沉污泥水解产物、垃圾渗滤液、植物秸秆等。但是，这些碳源均存在补充量调节难把握或初期补充过量后期不足等问题，影响微生物代谢，进而影响处理效果。
CN201711392022.7一种生物可降解型缓释碳源填料及其制备方法，该缓释碳源填料由外部碳源层、内部碳源层、连接胶体，外部碳源层主要包括可生物降解聚合物、淀粉、乳化剂；内部碳源层主要包括琼脂粉、燕麦麸粉、微生物营养剂、黄原胶、海藻糖；连接胶体主要包括碳纳米管、聚乙烯吡咯烷酮、甲基纤维素；本发明在传统以淀粉和可生物降解聚合物为基本体系共混制作缓释碳源的方法基础上，将外部碳源制成粉末，并通过连接胶体对内部碳源进行多层包裹。但是该类缓释碳源成分复杂且成本高。
世界各地25％-70％的蓝藻水华可产生毒素，其中微囊藻毒素(以下简称MC)是一类分布最广泛且与人类关系最密切的七肽单环肝毒素。MC通常大部分存在于藻细胞内，当细胞破裂或衰老时毒素释放进入水中。MC的组成十分复杂，其中相对含量较高、存在较多、毒性最大的是微囊藻毒素LR、RR。
蓝藻的细胞壁主要成分为肽聚糖(糖和多肽形成的一类化合物)，贮藏的光合产物主要为蓝藻淀粉和蓝藻颗粒体等。细胞壁分内外两层，内层是纤维素的，外层是胶质衣鞘以果胶质为主，或有少量纤维素。蓝藻还富含必需氨基酸、不饱和脂肪酸、多糖、矿物质、维生素和一些独特的生物活性物质。另外，蓝藻产生的细胞外被多糖具有一定的生物活性，是一种引人注目的新型高产多糖资源。目前，由于蓝藻给环境造成很大的负面影响，通常蓝藻水华被收集后大多被废弃或脱水处理为藻泥后用做有机肥，却很少有对蓝藻中活性成分进行提取利用，因此在一定程度上提高了蓝藻处理成本以及蓝藻资源的浪费。
本发明基于蓝藻的处理和使用不足的现状，以蓝藻为基础碳源，通过微生物和纤维素酶的作用将蓝藻中的毒素去除并将蓝藻中的氨基酸、不饱和脂肪酸、多糖、矿物质、维生素等活性物质释放，用于反硝化过程中为菌群提供碳源、矿物质、维生素等物质，提高菌群的生物活性，从而提高反硝化速率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种生物可降解型缓释脱氮碳源及其制备方法。本发明的碳源以对环境有害的蓝藻为主要成分物质，一方面对环境友好，另一方面能有效提高反硝化速率。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提供了一种生物可降解型缓释脱氮碳源的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将经过诱变处理的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌按照菌藻比1:5～1:20的体积比接种到经过初步脱水得到的蓝藻浆泥中，在光照培养箱菌藻共同培养2～4天，其中，光周期分别设置全黑暗、光循环12h：12h、全光照，在培养后的混合物中加入纤维素酶并在25～35℃下反应4～6h，然后经离心、过滤，得到沉淀物，最后将沉淀物经热处理后，冷却至常温，得到处理后的蓝藻固体物；
(2)在上述得到的蓝藻固体物中加入高分子水溶液并在60～80℃的水浴中搅拌糊化共混匀1～3h，制得共混物，然后置于冰箱中冷冻成型，然后制成直径为0.8～1cm的球形颗粒，最后将球形颗粒在60～80℃下烘干，即制得生物可降解型缓释脱氮碳源球体形式。
前述的制备方法，其中，所述经过诱变处理的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌是按照以下方法得到：取20μL浓度为1×107～1×108CFU/mL的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌孢子悬浮液涂布于载片上，然后将载片放到ARTP诱变育种仪内进行诱变处理。
前述的制备方法，其中，所述诱变条件为：诱变功率设定为260～320W，气流量设定为8～12SLM，诱变处理时间设定为50～60s。
前述的制备方法，其中，所述经过初步脱水得到的蓝藻浆泥是按照以下方法得到：将从水中打捞上来的含水率大于99％的蓝藻浆液离心脱水机中处理，得到浓缩后的含水率约97％的蓝藻浆泥。
前述的制备方法，其中，所述培养条件为：温度20～35℃，光强2000～3000lux。
前述的制备方法，其中，所述热处理条件为：温度200～300℃，时间20～40min。
前述的制备方法，其中，所述高分子水溶液是由高分子物质溶于水中形成的混合液。
前述的制备方法，其中，所述高分子物质选自羧甲基纤维素、聚乙二醇、瓜尔胶、明胶中的任一种。
前述的制备方法，其中，所述高分子水溶液的浓度为30～60wt％。
前述的制备方法，其中，所述蓝藻固体物与高分子水溶液按照每1g蓝藻固体物加入0.3～1mL高分子水溶液的量加入。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：本发明以蓝藻为基础物质，经过经诱变处理后的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌和纤维素酶处理后将蓝藻中的毒素去除并将蓝藻中的氨基酸、不饱和脂肪酸、多糖、矿物质、维生素等活性物质释放，然后与高分子易降解的物质混合制成球形的生物可降解型缓释脱氮碳源用于反硝化过程中为菌群提供碳源、矿物质、维生素等物质，一方面有效利用了蓝藻中存在的有机物质，另一方面减少了蓝藻对水体的危害。本发明以蓝藻为基础物质制成的脱氮碳源球体，其制备成本低，在常温下保存性质稳定，保存时间长。发明的脱氮碳源球体表面积，利于微生物附着，提高碳源的利用率。
综上所述，本发明特殊的生物可降解型缓释脱氮碳源来源丰富，能有效提高反硝化速率。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品和方法中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在方法上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的产品具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
取20μL浓度为1×107CFU/mL的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌孢子悬浮液涂布于载片上，然后将载片放到ARTP诱变育种仪内进行诱变处理，诱变功率设定为300W，气流量设定为10SLM，诱变处理时间设定为50s。
将从水中打捞上来的含水率大于99％的蓝藻浆液离心脱水机中处理，得到浓缩后的含水率约97％的蓝藻浆泥。
将得到的经过诱变处理的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌按照菌藻比1:10的体积比接种到经过初步脱水得到的蓝藻浆泥中，在温度为25℃，光强为2500lux的光照培养箱菌藻共同培养3天，其中，光周期分别设置全黑暗、光循环12h：12h、全光照，在培养后的混合物中加入纤维素酶并在30℃下反应5h，然后经离心、过滤，得到沉淀物，最后然后将沉淀物在200℃下热处理30min后，冷却至常温，得到处理后的蓝藻固体物。
在上述得到的蓝藻固体物中按照每1g蓝藻固体物加入0.5mL羧甲基纤维素水溶液的量加入高分子水溶液(浓度为40wt％)并在70℃的水浴中搅拌糊化共混匀2h，制得共混物，然后置于冰箱中冷冻成型，然后制成直径为0.8～1cm的球形颗粒，最后将球形颗粒在80℃下烘干，即制得生物可降解型缓释脱氮碳源球体形式。
实施例2
取20μL浓度为1×107CFU/mL的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌孢子悬浮液涂布于载片上，然后将载片放到ARTP诱变育种仪内进行诱变处理，诱变功率设定为260W，气流量设定为8SLM，诱变处理时间设定为55s。
将从水中打捞上来的含水率大于99％的蓝藻浆液离心脱水机中处理，得到浓缩后的含水率约97％的蓝藻浆泥。
将得到的经过诱变处理的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌按照菌藻比1:5的体积比接种到经过初步脱水得到的蓝藻浆泥中，在温度为30℃，光强为2000lux的光照培养箱菌藻共同培养3天，其中，光周期分别设置全黑暗、光循环12h：12h、全光照，在培养后的混合物中加入纤维素酶并在35℃下反应4h，然后经离心、过滤，得到沉淀物，最后将沉淀物在250℃下热处理30min后，冷却至常温，得到处理后的蓝藻固体物。
在上述得到的蓝藻固体物中按照每1g蓝藻固体物加入1mL瓜尔胶水溶液的量加入高分子水溶液(浓度为50wt％)并在70℃的水浴中搅拌糊化共混匀2h，制得共混物，然后置于冰箱中冷冻成型，然后制成直径为0.8～1cm的球形颗粒，最后将球形颗粒在80℃下烘干，即制得生物可降解型缓释脱氮碳源球体形式。
实施例3
取20μL浓度为1×108CFU/mL的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌孢子悬浮液涂布于载片上，然后将载片放到ARTP诱变育种仪内进行诱变处理，诱变功率设定为320W，气流量设定为12SLM，诱变处理时间设定为50s。
将从水中打捞上来的含水率大于99％的蓝藻浆液离心脱水机中处理，得到浓缩后的含水率约97％的蓝藻浆泥。
将得到的经过诱变处理的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌按照菌藻比1:15的体积比接种到经过初步脱水得到的蓝藻浆泥中，在温度为20℃，光强为3000lux的光照培养箱菌藻共同培养4天，其中，光周期分别设置全黑暗、光循环12h：12h、全光照，在培养后的混合物中加入纤维素酶并在25℃下反应6h，然后经离心、过滤，得到沉淀物，最后将沉淀物在300℃下热处理20min后，冷却至常温，得到处理后的蓝藻固体物。
在上述得到的蓝藻固体物中按照每1g蓝藻固体物加入0.3mL聚乙二醇水溶液的量加入高分子水溶液(浓度为30wt％)并在60℃的水浴中搅拌糊化共混匀3h，制得共混物，然后置于冰箱中冷冻成型，然后制成直径为0.8～1cm的球形颗粒，最后将球形颗粒在70℃下烘干，即制得生物可降解型缓释脱氮碳源球体形式。
实施例4
取20μL浓度为1×108CFU/mL的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌孢子悬浮液涂布于载片上，然后将载片放到ARTP诱变育种仪内进行诱变处理，诱变功率设定为280W，气流量设定为10SLM，诱变处理时间设定为60s。
将从水中打捞上来的含水率大于99％的蓝藻浆液离心脱水机中处理，得到浓缩后的含水率约97％的蓝藻浆泥。
将得到的经过诱变处理的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌按照菌藻比1:20的体积比接种到经过初步脱水得到的蓝藻浆泥中，在温度为35℃，光强为3000lux的光照培养箱菌藻共同培养2天，其中，光周期分别设置全黑暗、光循环12h：12h、全光照，在培养后的混合物中加入纤维素酶并在30℃下反应5h，然后经离心、过滤，得到沉淀物，最后将沉淀物在200℃下热处理40min后，冷却至常温，得到处理后的蓝藻固体物。
在上述得到的蓝藻固体物中按照每1g蓝藻固体物加入0.8mL明胶水溶液的量加入高分子水溶液(浓度为60wt％)并在70℃的水浴中搅拌糊化共混匀1h，制得共混物，然后置于冰箱中冷冻成型，然后制成直径为0.8～1cm的球形颗粒，最后将球形颗粒在70℃下烘干，即制得生物可降解型缓释脱氮碳源球体形式。
实施例5
取20μL浓度为1×108CFU/mL的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌孢子悬浮液涂布于载片上，然后将载片放到ARTP诱变育种仪内进行诱变处理，诱变功率设定为260W，气流量设定为10SLM，诱变处理时间设定为60s。
将从水中打捞上来的含水率大于99％的蓝藻浆液离心脱水机中处理，得到浓缩后的含水率约97％的蓝藻浆泥。
将得到的经过诱变处理的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌按照菌藻比1:10的体积比接种到经过初步脱水得到的蓝藻浆泥中，在温度为35℃，光强为3000lux的光照培养箱菌藻共同培养3天，其中，光周期分别设置全黑暗、光循环12h：12h、全光照，在培养后的混合物中加入纤维素酶并在35℃下反应5h，然后经离心、过滤，得到沉淀物，最后将沉淀物在200℃下热处理40min后，冷却至常温，得到处理后的蓝藻固体物。
在上述得到的蓝藻固体物中按照每1g蓝藻固体物加入0.5mL羧甲基纤维素水溶液的量加入高分子水溶液(浓度为60wt％)并在80℃的水浴中搅拌糊化共混匀1h，制得共混物，然后置于冰箱中冷冻成型，然后制成直径为0.8～1cm的球形颗粒，最后将球形颗粒在60℃下烘干，即制得生物可降解型缓释脱氮碳源球体形式。
实施例6
取20μL浓度为1×107CFU/mL的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌孢子悬浮液涂布于载片上，然后将载片放到ARTP诱变育种仪内进行诱变处理，诱变功率设定为320W，气流量设定为12SLM，诱变处理时间设定为50s。
将从水中打捞上来的含水率大于99％的蓝藻浆液离心脱水机中处理，得到浓缩后的含水率约97％的蓝藻浆泥。
将得到的经过诱变处理的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌按照菌藻比1:20的体积比接种到经过初步脱水得到的蓝藻浆泥中，在温度为30℃，光强为3000lux的光照培养箱菌藻共同培养2天，其中，光周期分别设置全黑暗、光循环12h：12h、全光照，在培养后的混合物中加入纤维素酶并在25℃下反应4h，然后经离心、过滤，得到沉淀物，最后将沉淀物在300℃下热处理30min后，冷却至常温，得到处理后的蓝藻固体物。
在上述得到的蓝藻固体物中按照每1g蓝藻固体物加入1mL明胶水溶液的量加入高分子水溶液(浓度为50wt％)并在80℃的水浴中搅拌糊化共混匀1h，制得共混物，然后置于冰箱中冷冻成型，然后制成直径为0.8～1cm的球形颗粒，最后将球形颗粒在80℃下烘干，即制得生物可降解型缓释脱氮碳源球体形式。
试验例碳源成分对脱氮效果和出水COD的影响实验方法：取6个250mL锥形瓶，在6个锥形瓶中分别加入实施例1-6中的5g碳源，并加入驯化后的污泥和试验配水，以后每天更换160mL配水，控制反应器内停留时间HRT＝24h，每天进水浓度控制在30mg/L之间，取进出水水样测定COD、NO3 -等水质指标，考察不同的碳源成分对脱氮效果和出水COD的影响，结果见表1。
表1不同碳源成分对脱氮效果和出水COD的影响
由表1的结果可知，本发明的碳源的脱氮效果明显均保持在95％以上，并且随着时间的延长脱氮效果增加，最高可达99.78％。另外，本发明的碳源能够缓慢释放，使得COD维持在一个比较稳定的范围内，并且释碳现象比较明显。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种生物可降解型缓释脱氮碳源的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将经过诱变处理的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌按照菌藻比1:5～1:20的体积比接种到经过初步脱水得到的蓝藻浆泥中，在光照培养箱菌藻共同培养2～4天，其中，光周期分别设置全黑暗、光循环12h：12h、全光照，在培养后的混合物中加入纤维素酶并在25～35℃下反应4～6h，然后经离心、过滤，得到沉淀物，最后将沉淀物经热处理后，冷却至常温，得到处理后的蓝藻固体物；
(2)在上述得到的蓝藻固体物中加入高分子水溶液并在60～80℃的水浴中搅拌糊化共混匀1～3h，制得共混物，然后置于冰箱中冷冻成型，然后制成直径为0.8～1cm的球形颗粒，最后将球形颗粒在60～80℃下烘干，即制得生物可降解型缓释脱氮碳源球体形式。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述经过诱变处理的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌是按照以下方法得到：取20μL浓度为1×107～1×108CFU/mL的纺锤形赖氨酸芽孢杆菌孢子悬浮液涂布于载片上，然后将载片放到ARTP诱变育种仪内进行诱变处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述诱变条件为：诱变功率设定为260～320W，气流量设定为8～12SLM，诱变处理时间设定为50～60s。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述经过初步脱水得到的蓝藻浆泥是按照以下方法得到：将从水中打捞上来的含水率大于99％的蓝藻浆液离心脱水机中处理，得到浓缩后的含水率约97％的蓝藻浆泥。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述培养条件为：温度20～35℃，光强2000～3000lux。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述热处理条件为：温度200～300℃，时间20～40min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述高分子水溶液是由高分子物质溶于水中形成的混合液。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述高分子物质选自羧甲基纤维素、聚乙二醇、瓜尔胶、明胶中的任一种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述高分子水溶液的浓度为30～60wt％。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述蓝藻固体物与高分子水溶液按照每1g蓝藻固体物加入0.3～1mL高分子水溶液的量加入。
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| WO2016011784A1 (zh) * | 2014-07-23 | 2016-01-28 | 中国石油化工股份有限公司 | 养殖微藻的方法及其与脱硝联合的方法 |
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2020
- 2020-10-13 CN CN202011090600.3A patent/CN112374616A/zh active Pending
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