CN112939239A - 复合微生物制剂及其在污水处理中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了复合微生物制剂及其在污水处理中的用途，属于微生物制剂技术领域，复合微生物制剂包含：至少一种微生物，微生物至少含有一种硝化细菌；至少一种纤维铁配合物。上述纤维铁配合物为纤维铁(Ⅲ)配合物。本发明复合微生物制剂不仅在合适温度内能深度去污水中COD、BOD5、氨氮和TP，而且能在低温条件下能有效去除污水中COD、BOD5、氨氮和TP。本发明还公开了复合微生物制剂在下述任一种用途：在污水脱氮和/或脱磷中的用途；在污水除臭和/或垃圾渗滤液除臭中的用途；在增加污水透明度中的用途；在制备污水处理药剂中的用途。污水为工业污水、城市污水、农村污水、垃圾渗滤液或易腐垃圾发酵处理得污水。

Description

复合微生物制剂及其在污水处理中的用途
技术领域
本发明属于微生物制剂技术领域，具体涉及复合微生物制剂及其在污水处理中的用途。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展以及城市化的加快，城市生活垃圾的产量持续增加，生活垃圾中易腐垃圾约占一半。易腐垃圾，也可称湿垃圾或餐厨垃圾，一般是指餐饮经营者、单位食堂等生产过程中产生的餐厨废弃物，以及家庭生活中产生的易腐性垃圾，主要包括：剩菜剩饭、菜梗菜叶、肉食内脏、果壳瓜皮等等。易腐垃圾中含有大量的淀粉、蛋白质、油脂、植物纤维等，营养极其丰富，如果处理不好，容易导致病菌、蚊虫等有害生物的大量繁殖，对人类健康和城市生态环境构成威胁。目前对于易腐垃圾的处理，主要有填埋法、焚烧法、堆肥法及高温厌氧消化法。填埋法，焚烧法和堆肥法虽然处理起来较为简单，但是容易对土壤、水体和空气造成二次污染。高温厌氧消化法是一种较为先进的处理方式，但是该方法具有技术门槛高，设备资金投入大以及运行能耗成本过高的缺点，并不适用于所有情形。专利申请CN 112077126 A公开了一种家用餐厨垃圾相变制水降解处理系统及其处理方法，专利申请CN 112077127 A公开了一种大型餐厨垃圾相变制水降解处理系统及其处理方法。但是以上方法产生的污水需要经过处理后才能进行排放。且随着污水排放标准的不断提高，对总氮及氨氮指标要求越来越严格，中国国内很多城市污水处理厂需从原《污水排入城镇下水道水质标准》GBT 31962-2015的B级标准提升至《地表水环境质量标准》GB3838-2002中规定的地表V类水排放标准，如下表1-2所示。因此，为了满足出水标准，需要去污能力更佳的微生物制剂。
表1《污水排入城镇下水道水质标准》GBT 31962-2015的B级标准
Figure BDA0002944401350000011
表2《地表水环境质量标准》GB3838-2002中规定的地表V类水排放标准
Figure BDA0002944401350000012
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合微生物制剂，不仅在合适温度内能深度去污水中的高盐污水中COD、BOD5、氨氮和TP，而且还能在低温条件下能有效去除污水中COD、BOD5、氨氮和TP。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
复合微生物制剂，其包含：
至少一种微生物，微生物至少含有一种硝化细菌；
至少一种纤维铁配合物。
本发明复合微生物制剂在温度合适情况下(常温)，其中的微生物均会迅速繁殖、提高污水处理中的菌群或者活性污泥的活性，很容易降解多种有机物，深度去污水中的COD和BOD5，对氨氮和TP的去除效果也较佳，且具有除臭效果和增加污水透明度的技术效果，非常适合于各种工业、城市、农村污水的集中处理；此外，本发明复合微生物制剂中纤维铁配合物的存在能提高微生物的耐低温性，提高对低温污水中COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果，且没有出现亚硝态氮累积现象，从而解决冬季低温条件下微生物脱氮效率较低的问题，这主要是因为纤维铁配合物对微生物的微生物电子转移系统活性和反硝化酶活性有积极的影响，有助于微生物在低温下维持较高的代谢底物结合能力与催化活性。因此，本发明复合微生物制剂不仅在合适温度内能深度去污水中COD、BOD5、氨氮和TP，而且能在低温条件下能有效去除污水中COD、BOD5、氨氮和TP。
进一步地，纤维铁配合物为纤维铁(Ⅲ)配合物。
进一步地，纤维铁配合物为酯化改性纤维铁(Ⅲ)配合物。相较于纤维铁(Ⅲ)配合物，上述酯化改性纤维铁(Ⅲ)配合物能够进一步提高常温和低温下去除污水中的高盐污水中COD、BOD5、氨氮和TP中的能力。
本发明还公开了纤维铁配合物在提高微生物降解能力中的用途。
本发明还公开了纤维铁配合物在提高微生物耐低温性中的用途。纤维铁配合物使得微生物在低温条件下具有较高的硝化能力，其中低温为2-15℃。
本发明还公开了复合微生物制剂在污水处理中的用途。
进一步地，复合微生物制剂在下述任一种用途：
在污水脱氮和/或脱磷中的用途；
在污水除臭和/或垃圾渗滤液除臭中的用途；
在增加污水透明度中的用途；
在制备污水处理药剂中的用途。
进一步地，污水为工业污水、城市污水、农村污水、垃圾渗滤液或易腐垃圾发酵处理得污水。
本发明还公开了一种污水处理方法，其使用复合微生物制剂，使污水与所述复合微生物制剂接触，对所述污水进行处理。
本发明还公开了一种污水处理系统，其包括：
复合微生物制剂；以及，
处理污水的污水处理单元；
在污水处理单元内使复合微生物制剂与污水接触。
本发明由于采用了纤维铁配合物，因而具有如下有益效果：本发明复合微生物制剂常温下能深度去污水中的COD和BOD5，且对氨氮和TP的去除效果也较佳；本发明复合微生物制剂中微生物的耐低温性高，对低温污水中COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果较佳，且没有出现亚硝态氮累积现象。因此，本发明复合微生物制剂不仅在合适温度内能深度去污水中的COD、BOD5、氨氮和TP，而且能在低温条件下能有效去除污水中COD、BOD5、氨氮和TP。
附图说明
图1为纤维铁(Ⅲ)配合物中Fe(Ⅲ)质量分数；
图2为微生物电子转移系统活性的测试结果；
图3为硝酸盐还原酶活性的测试结果；
图4为亚硝酸盐还原酶的测试结果；
图5为一氧化氮还原酶的测试结果；
图6为氧化亚氮还原酶的测试结果；
图7为复合微生物制剂对四环素的影响；
图8为复合微生物制剂对盐酸强力霉素的影响；
图9为复合微生物制剂对加替沙星的影响。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的方法的例子。
低温是污水生物脱氮处理中重要的影响因素，低温对微生物的生长繁殖和代谢活性有抑制作用。针对上述情况，本公开实施方式提供复合微生物制剂，其包含：
至少一种微生物，微生物至少含有一种硝化细菌；
至少一种纤维铁配合物。
本实施方式复合微生物制剂在温度合适情况下(常温)，其中的微生物均会迅速繁殖、提高污水处理中的菌群或者活性污泥的活性，很容易降解多种有机物，深度去污水中的COD和BOD5，对氨氮和TP的去除效果也较佳，且具有除臭效果和增加污水透明度的技术效果，非常适合于各种工业、城市、农村污水的集中处理；此外，本实施方式复合微生物制剂中纤维铁配合物的存在能提高微生物的耐低温性，提高对低温污水中COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果，且没有出现亚硝态氮累积现象，从而解决冬季低温条件下微生物脱氮效率较低的问题，这主要是因为纤维铁配合物对微生物的微生物电子转移系统活性和反硝化酶活性有积极的影响，有助于微生物在低温下维持较高的代谢底物结合能力与催化活性。因此，本实施方式复合微生物制剂不仅在合适温度内能深度去污水中COD、BOD5、氨氮和TP，而且能在低温条件下能有效去除污水中COD、BOD5、氨氮和TP。
在一个实施例中，微生物和纤维铁配合物的质量比为1:0.2-2。
在一个实施例中，硝化细菌包括硝酸细菌和亚硝酸细菌。
在一个实施例中，微生物还包括至少一种反硝化细菌、至少一种聚磷菌或至少一种好氧菌。
在一个实施例中，复合微生物制剂选自如下的微生物：副球菌属(Paracoccussp.)、芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、不动杆菌属(Acinetobacter sp.)、乳杆菌属(Lactobacillus sp.)、节杆菌属(Arthrobacter sp.)、产碱杆菌属(Alcaligenes sp.)、无色杆菌(Achromobacter sp.)以及其任意组合。例如，认为适合用于本实施方式的细菌属包括脱氮副球菌为(Paracoccus denitrificans)、蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、巨大芽胞杆菌(Bacillusmegaterium)、耐盐芽孢杆菌(Bacillus halotolerans)、产氮假单胞菌(Pseudomonasazotoformans)、施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)、丁香假单胞菌(Pseudomonassyringne)、假丝酵母菌(Candida utilis)、布氏乳杆菌(Lactobacillus buchneri)、保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、发酵乳酸杆菌(Lactobacillus fermentum)、瑞士乳酸杆菌、(Lactobacillus helveticus)、粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)、木糖氧化无色杆菌(Achromobacter xylosoxidans)、纤维弧菌(Cellvibrio gilvus)、积磷小月菌(Microlunatus phosphovorus)。
在一个实施例中，微生物按重量份计，包括3-7份解淀粉芽孢杆菌、1-5份凝结芽孢杆菌、0.2-2份耐盐杆菌、1-5份产氮假单胞菌、2-7份施氏假单胞菌、2-5份假丝酵母菌、0.5-3份粪产碱菌、0.1-2份木糖氧化无色杆菌、1-3份纤维弧菌、1-2份积磷小月菌。该类市售菌种亦均可。本领域技术人员可以根据常识选择合适的培养基及扩大培养方法，使上述各个活菌数达到1×108-1010个/mL。
在一个实施例中，纤维铁配合物为纤维铁(Ⅲ)配合物。
在一个实施例中，纤维铁配合物为酯化改性纤维铁(Ⅲ)配合物。进一步地，纤维铁配合物选自柠檬酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、山梨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、乳酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物或胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物。相较于纤维铁(Ⅲ)配合物，上述酯化改性纤维铁(Ⅲ)配合物能够进一步提高常温和低温下去除污水中的高盐污水中COD、BOD5、氨氮和TP中的能力。此外，高盐是污水生物脱氮处理中重要的影响因素，高盐度所造成的高渗透压以及氯离子一定程度上的毒性都会对微生物的存活、生长、繁殖产生影响。因此为了解决高盐污水去除困难的问题，纤维铁配合物更优选为蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物。复合微生物制剂中加有蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物或胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物时，能提高微生物的耐盐性，从而提高对高盐污水中COD、BOD5、氨氮和TP的处理效果也较佳。
在一个实施例中，纤维铁(Ⅲ)配合物中铁(Ⅲ)质量分数为10-35％。
在一个实施例中，纤维铁(Ⅲ)配合物通过如下方法制得：
将纤维和柠檬酸三钠加入到1-5mol/L的FeCl3水溶液中，在40-80℃、100-300rpm搅拌速率下进行配位反应1-3h，使用蒸馏水洗涤2-5次，干燥，得纤维铁(Ⅲ)配合物。进一步地，纤维、柠檬酸三钠和FeCl3水溶液的用量比为1g:0.3-0.6g:10-30mL。
在一个实施例中，酯化改性纤维铁(Ⅲ)配合物通过如下方法制得：
1)将纤维和磷酸二氢钠加入到1-5mol/L的改性剂溶液中，在50-80℃、100-300rpm搅拌速率下进行配位反应1-3h，使用蒸馏水洗涤2-5次，干燥，得酯化改性纤维；进一步地，纤维、磷酸二氢钠和改性剂溶液的用量比为1g:0.10-0.15:10-30mL；改性剂选自柠檬酸、山梨酸、乳酸、蛋氨酸、半胱氨酸或胱氨酸；
2)将酯化改性纤维和柠檬酸三钠加入到1-5mol/L的FeCl3水溶液中，在40-80℃、100-300rpm搅拌速率下进行配位反应1-3h，使用蒸馏水洗涤2-5次，干燥，得酯化改性纤维铁(Ⅲ)配合物。进一步地，酯化改性纤维、柠檬酸三钠和FeCl3水溶液的用量比为1g:0.3-0.6g:10-30mL。
此外，城市污水、农村污水中含有一定的抗生素，为了提高对污水中抗生素的去除能力率，在一个实施例中，复合微生物制剂还包括甜菊糖和鸟苷酸。甜菊糖和鸟苷酸的加入能够促进微生物对抗生素的降解，且不影响加有蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物或胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物的复合微生物制剂对高盐污水中COD、BOD5、氨氮和TP中的去除能力。进一步地，微生物、纤维铁配合物、甜菊糖和鸟苷酸的质量比为1:0.2-2:0.01-0.03:0.01-0.03。
本公开实施方式提供了纤维铁配合物在提高微生物降解能力中的用途。
本公开实施方式提供了纤维铁配合物在提高微生物耐低温性中的用途。纤维铁配合物使得微生物在低温条件下具有较高的硝化能力，其中低温为2-15℃。
本公开实施方式提供了纤维铁配合物在提高微生物在耐盐性和/或耐低温性中的用途,纤维铁配合物选自蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物或胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物。纤维铁配合物使得微生物在高盐条件下具有较高的硝化能力，其中盐度为2-5％；纤维铁配合物使得微生物在低温条件下具有较高的硝化能力，其中低温为2-15℃。
本公开实施方式提供了复合微生物制剂在污水处理中的用途。
在一个实施例中，复合微生物制剂在下述任一种用途：
在污水脱氮和/或脱磷中的用途；
在污水除臭和/或垃圾渗滤液除臭中的用途；
在增加污水透明度中的用途；
在制备污水处理药剂中的用途。
在一个实施例中，污水为工业污水、城市污水、农村污水、垃圾渗滤液或易腐垃圾发酵处理得污水。
本公开实施方式提供了一种污水处理方法，其使用复合微生物制剂，使污水与复合微生物制剂接触，对污水进行处理。
复合微生物制剂在污水中的使用量为0.1-50g/L。
本公开实施方式提供了一种污水处理系统，其包括：
复合微生物制剂；以及，
处理污水的污水处理单元；
在污水处理单元内使复合微生物制剂与污水接触。
另外，本发明的其他方式为以下的发明。
X1.一种固定化微生物，其在载体负载有复合微生物制剂。固定化微生物能够提高微生物在污水中的稳定性，污水处理过程中不易流失，同时因载体的保护延长了生物活性，保持较高的微生物浓度以及纯度，进而提高污水的处理负荷；同时易于分离，易回收，反复利用；提高微生物对外界环境的耐受范围。
根据X1记载的固定化微生物，其中，载体为有机载体、无机载体、复合载体和生物质载体。
根据X1记载的固定化微生物，其中，有机载体为聚乙烯醇、聚丙烯、聚丙烯酰胺、琼脂、卡拉胶、角叉菜胶、海藻酸钠等。这些载体既可以使用1种，也可以一并使用2种以上。
根据X1记载的固定化微生物，其中，无机载体为多孔载体，例如泡沫陶瓷、活性炭、硅藻土、泡沫玻璃、蒙脱石、沸石和高岭土等。这些载体既可以使用1种，也可以一并使用2种以上。
根据X1记载的固定化微生物，其中，生物质载体为秸秆、玉米芯、麦麸、稻草、花生壳、米糠等。这些载体既可以使用1种，也可以一并使用2种以上。
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：
1、纤维铁(Ⅲ)配合物(F-Fe)，通过如下方法制得：
将纤维和柠檬酸三钠加入到2mol/L的FeCl3水溶液中，在65℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应1.5h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得纤维铁(Ⅲ)配合物。其中纤维、柠檬酸三钠和FeCl3水溶液的用量比为1g:0.5g:20mL。
2、柠檬酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(CAF-Fe)，通过如下方法制得：
1)将纤维和磷酸二氢钠加入到2mol/L的柠檬酸水溶液中，在70℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应2h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得酯化改性纤维；纤维、磷酸二氢钠和柠檬酸水溶液的用量比为1g:0.12:20mL；
2)将酯化改性纤维和柠檬酸三钠加入到2mol/L的FeCl3水溶液中，在65℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应1.5h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得柠檬酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物；酯化改性纤维、柠檬酸三钠和FeCl3水溶液的用量比为1g:0.5g:20mL。
3、山梨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(SAF-Fe)，通过如下方法制得：
1)将纤维和磷酸二氢钠加入到2mol/L的山梨酸水溶液中，在70℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应2h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得酯化改性纤维；纤维、磷酸二氢钠和山梨酸水溶液的用量比为1g:0.12:20mL；
2)将酯化改性纤维和柠檬酸三钠加入到2mol/L的FeCl3水溶液中，在65℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应1.5h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得山梨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物；酯化改性纤维、柠檬酸三钠和FeCl3水溶液的用量比为1g:0.5g:20mL。
4、乳酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(LAF-Fe)，通过如下方法制得：
1)将纤维和磷酸二氢钠加入到2mol/L的乳酸水溶液中，在70℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应2h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得酯化改性纤维；纤维、磷酸二氢钠和乳酸水溶液的用量比为1g:0.12:20mL；
2)将酯化改性纤维和柠檬酸三钠加入到2mol/L的FeCl3水溶液中，在65℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应1.5h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得乳酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物；酯化改性纤维、柠檬酸三钠和FeCl3水溶液的用量比为1g:0.5g:20mL。
5、蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(MetF-Fe)，通过如下方法制得：
1)将纤维和磷酸二氢钠加入到2mol/L的蛋氨酸水溶液中，在70℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应2h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得酯化改性纤维；纤维、磷酸二氢钠和蛋氨酸水溶液的用量比为1g:0.12:20mL；
2)将酯化改性纤维和柠檬酸三钠加入到2mol/L的FeCl3水溶液中，在65℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应1.5h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物；酯化改性纤维、柠檬酸三钠和FeCl3水溶液的用量比为1g:0.5g:20mL。
6、半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(CysF-Fe)，通过如下方法制得：
1)将纤维和磷酸二氢钠加入到2mol/L的半胱氨酸水溶液中，在70℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应2h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得酯化改性纤维；纤维、磷酸二氢钠和半胱氨酸水溶液的用量比为1g:0.12:20mL；
2)将酯化改性纤维和柠檬酸三钠加入到2mol/L的FeCl3水溶液中，在65℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应1.5h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物；酯化改性纤维、柠檬酸三钠和FeCl3水溶液的用量比为1g:0.5g:20mL。
7、胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(Cys-CysF-Fe)，通过如下方法制得：
1)将纤维和磷酸二氢钠加入到2mol/L的胱氨酸水溶液中，在70℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应2h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得酯化改性纤维；纤维、磷酸二氢钠和胱氨酸水溶液的用量比为1g:0.12:20mL；
2)将酯化改性纤维和柠檬酸三钠加入到2mol/L的FeCl3水溶液中，在65℃、200rpm搅拌速率下进行配位反应1.5h，使用蒸馏水洗涤4次，干燥，得胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物；酯化改性纤维、柠檬酸三钠和FeCl3水溶液的用量比为1g:0.5g:20mL。
8、酯化改性纤维中羧基含量的测定
酯化改性纤维中羧基含量A(mmol/g)的测定采用滴定法，将0.1g干燥的酯化改性甜菜粕纤维样品添加到100mL 0.01mol/L NaOH水溶液中，并在室温下搅拌2h。反应完成后，过滤，取25mL滤液用0.01mol/L HCl溶液滴定。官能团含量计算公式如下：
A＝(CNaOH×VNaOH－4×CHCl×VHCl)/m；
式中：CNaOH是NaOH溶液的浓度，mol/L；
CHCl是HCl溶液的浓度，mol/L；
VNaOH是处理酯化改性纤维的NaOH溶液体积，mL；
VHCl是滴定过程中中和过量NaOH所消耗的HCl的体积，mL；
m是酯化改性纤维样品的质量，g。
测得纤维铁配合物选自柠檬酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物中羧基官能团含量为2.34mmol/g，山梨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物中羧基官能团含量为2.23mmol/g，乳酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物中羧基官能团含量为2.38mmol/g，蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物中羧基官能团含量为2.16mmol/g，半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物中羧基官能团含量为2.12mmol/g，胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物中羧基官能团含量为2.08mmol/g。
9、纤维铁(Ⅲ)配合物中Fe(Ⅲ)质量分数的测定
含铁量标准曲线采用邻菲罗啉分光光度法测定，取7个50mL容量瓶，分别准确加入标准铁使用溶液(10μg/mL)0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL，再分别加入10％盐酸羟胺溶液1mL，0.15％邻菲罗啉显色液2mL和10％的醋酸钠溶液5mL，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，放置10-15min，在510nm处以试剂溶液为空白，由紫外可见分光光度计测定吸光度值，以铁的质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，拟合回归方程。
取0.020g纤维铁(Ⅲ)配合物溶于适量蒸馏水中，然后移入50mL容量瓶中用蒸馏水定容即制得待测纤维铁(Ⅲ)配合物。用移液器取0.5mL的纤维铁(Ⅲ)配合物溶液于25mL比色管中，然后依次加入0.5mL 10％的盐酸和1mL 10％的盐酸羟胺溶液，常温下反应1h，然后依次加入2mL 0.15％的邻二氮菲和5mL 10％的醋酸钠溶液，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，显色15min后，在510nm处由紫外可见分光光度计测得吸光度，并根据回归方程计算铁的含量。
经测定，纤维铁(Ⅲ)配合物中Fe(Ⅲ)质量分数如图1，可以看出，纤维铁(Ⅲ)配合物(F-Fe)、柠檬酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(CAF-Fe)、山梨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(SAF-Fe)、乳酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(LAF-Fe)、蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(MetF-Fe)、半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(CysF-Fe)、胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(Cys-CysF-Fe)中Fe(Ⅲ)质量分数为10-35％。
实施例2：
1、菌种
脱氮副球菌，ATCC 13543；解淀粉芽孢杆菌，ATCC 23843；凝结芽孢杆菌，ATCC15949；耐盐芽孢杆菌，ATCC 05376；施氏假单胞菌，ATCC 83626；假丝酵母菌，ATCC 22023；粪产碱菌，ATCC 52498；木糖氧化无色杆菌，ATCC 15327；纤维弧菌，ATCC 13127；积磷小月菌，ATCC 67801。
本领域技术人员可以根据常识选择合适的培养基及扩大培养方法，使上述各个活菌数达到3-5×108个/mL。
2、复合微生物制剂，其包含：
微生物，按重量份计，包括5.0份解淀粉芽孢杆菌、2.5份凝结芽孢杆菌、1.0份耐盐杆菌、3.2份产氮假单胞菌、4.0份施氏假单胞菌、2.5份假丝酵母菌、1.6份粪产碱菌、0.8份木糖氧化无色杆菌、2.0份纤维弧菌、1.2份积磷小月菌；
实施例1纤维铁(Ⅲ)配合物(F-Fe)。
微生物和纤维铁(Ⅲ)配合物的质量比为1:1。
实施例3：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1柠檬酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(CAF-Fe)。
微生物和柠檬酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物的质量比为1:1。
实施例4：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1山梨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(SAF-Fe)。
微生物和山梨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物的质量比为1:1。
实施例5：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1乳酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(LAF-Fe)。
微生物和乳酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物的质量比为1:1。
实施例6：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(MetF-Fe)。
微生物和蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物的质量比为1:1。
实施例7：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(CysF-Fe)。
微生物和半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物的质量比为1:1。
实施例8：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(Cys-CysF-Fe)。
微生物和胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物的质量比为1:1。
实施例9：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2。
实施例10：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1用纤维。
微生物和纤维的质量比为1:1。
实施例11：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1纤维铁(Ⅲ)配合物(F-Fe)；
甜菊糖；
鸟苷酸。
微生物、纤维铁配合物、甜菊糖和鸟苷酸的质量比为1:1:0.02:0.01。
实施例12：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1柠檬酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(CAF-Fe)；
甜菊糖；
鸟苷酸。
微生物、纤维铁配合物、甜菊糖和鸟苷酸的质量比为1:1:0.02:0.01。
实施例13：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1山梨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(SAF-Fe)；
甜菊糖；
鸟苷酸。
微生物、纤维铁配合物、甜菊糖和鸟苷酸的质量比为1:1:0.02:0.01。
实施例14：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1乳酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(LAF-Fe)；
甜菊糖；
鸟苷酸。
微生物、纤维铁配合物、甜菊糖和鸟苷酸的质量比为1:1:0.02:0.01。
实施例15：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(MetF-Fe)；
甜菊糖；
鸟苷酸。
微生物、纤维铁配合物、甜菊糖和鸟苷酸的质量比为1:1:0.02:0.01。
实施例16：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(CysF-Fe)；
甜菊糖；
鸟苷酸。
微生物、纤维铁配合物、甜菊糖和鸟苷酸的质量比为1:1:0.02:0.01。
实施例17：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(Cys-CysF-Fe)；
甜菊糖；
鸟苷酸。
微生物、纤维铁配合物、甜菊糖和鸟苷酸的质量比为1:1:0.02:0.01。
实施例18：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(Cys-CysF-Fe)；
甜菊糖。
微生物、纤维铁配合物和甜菊糖的质量比为1:1:0.02。
实施例19：
复合微生物制剂，其包含
微生物，同实施例2；
实施例1胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物(Cys-CysF-Fe)；
鸟苷酸。
微生物、纤维铁配合物和鸟苷酸的质量比为1:1:0.01。
实施例20：
复合微生物制剂在污水处理中的用途
1、复合微生物制剂在常温下对污水的处理效果
本实施例用污水为某生活垃圾填埋场垃圾渗滤液，水质指标主要依据《水和废水检测分析方法(第四版)》和《生活饮用水标准检测方法》(GB/T 5750.1-12-2006)检测，嗅阈值依据美国颁布的《水质检测方法中的嗅阈值测定方法》检测，详见表3，本实施例用污水的主要水质指标如表4所示。分别将复合微生物制剂投入10L污水中，分别连续搅拌72h，每隔2h鼓风曝气一次，处理温度为23-28℃，其中实施例2-8及实施例10制备的复合微生物制剂按照35g/L的使用量，实施例9制备的复合微生物制剂按照17.5g/L的使用量。
表3指标测定项目与方法
指标测定项目 方法 仪器及设备型号
COD 重铬酸钾法 HACH DRB200消解器HACH DR5000水质分析仪
BOD<sub>5</sub> 稀释倍数法 HL-1000型BOD快速测定仪
SS 浊度-SS对照法 /
氨氮 纳氏试剂光度法 721分光光度计
TP 钼酸铵分光光度法 721分光光度计
pH 仪器直读法 pHS-25酸度计
嗅阈值 嗅阈值法 /
浊度 仪器直读法 HACH 2100P浊度仪
表4污水水质指标
水质指标 测定值 水质指标 测定值
COD(mg/L) 7530 TP(mg/L) 16.7
BOD<sub>5</sub>(mg/L) 2160 pH 8.3
SS(mg/L) 571 嗅阈值 540
氨氮(mg/L) 1550 浊度(NTU) 486
表5复合微生物制剂在常温下对污水的处理效果
Figure BDA0002944401350000141
复合微生物制剂在常温下对污水的处理效果见表5，可以看出，与实施例9-10相比，实施例2-8复合微生物制剂在常温下对污水中的COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果较佳，除臭和增加污水透明度效果也较佳，这说明复合微生物制剂中纤维铁配合物的加入能够提高复合微生物制剂在常温下对污水中的COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果以及除臭效果和增加污水透明度；与实施例2相比，实施例3-8复合微生物制剂对污水中的COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果较佳，这说明酯化改性纤维铁(Ⅲ)配合物能够进一步提高常温下去除污水中COD、BOD5、氨氮和TP中的能力；同时与实施例3-5相比，实施例6-8复合微生物制剂对污水中的COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果更佳，这说明蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物在常温下除污水中COD、BOD5、氨氮和TP中的能力更优于柠檬酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、山梨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、乳酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物。
2、复合微生物制剂在低温下对污水的处理效果
本实施例用污水的主要水质指标如表4所示。分别将复合微生物制剂投入10L污水中，分别连续搅拌72h，每隔2h鼓风曝气一次，处理温度为2-5℃，其中实施例2-8及实施例10制备的复合微生物制剂按照35g/L的使用量，实施例9制备的复合微生物制剂按照17.5g/L的使用量。
复合微生物制剂在低温下对污水的处理效果见表6，可以看出，与实施例9-10相比，实施例2-8复合微生物制剂在低温下对污水中的COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果较佳，这说明复合微生物制剂中纤维铁配合物的加入能够提高复合微生物制剂在低温下对污水中的COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果；与实施例2相比，实施例3-8复合微生物制剂对污水中的COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果较佳，这说明酯化改性纤维铁(Ⅲ)配合物能够进一步提高低温下去除污水中COD、BOD5、氨氮和TP中的能力。
表6复合微生物制剂在低温下对污水的处理效果
Figure BDA0002944401350000151
3、复合微生物制剂在高盐下对污水的处理效果
本实施例用污水的主要水质指标如表4所示，调节盐度为5％。分别将复合微生物制剂投入10L污水中，分别连续搅拌72h，每隔2h鼓风曝气一次，处理温度为23-28℃，其中实施例2-8及实施例10制备的复合微生物制剂按照35g/L的使用量，实施例9制备的复合微生物制剂按照17.5g/L的使用量。
复合微生物制剂在高盐下对污水的处理效果见表7，可以看出，与实施例2、实施例9-10相比，实施例6-8复合微生物制剂在高盐下对污水中的COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果较佳，这说明复合微生物制剂中加有蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物或胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物时，能提高微生物的耐盐性，从而提高对高盐污水中COD、BOD5、氨氮和TP的处理效果也较佳。此外，实施例6和实施例15、实施例7和实施例16、实施例8和实施例17-19复合微生物制剂在高盐下对污水中的COD、BOD5、氨氮和TP的去除效果无明显差异，这说明复合微生物制剂中甜菊糖和鸟苷酸的加入不影响加有蛋氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物、半胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物或胱氨酸改性纤维铁(Ⅲ)配合物的复合微生物制剂对高盐污水中COD、BOD5、氨氮和TP中的去除能力。
表7复合微生物制剂在高盐下对污水的处理效果
Figure BDA0002944401350000161
实施例21：
纤维铁配合物对微生物耐低温性的影响
本实施例用污水的主要水质指标如表4所示。分别将复合微生物制剂投入10L污水中，分别连续搅拌72h，每隔2h鼓风曝气一次，处理温度为2-5℃，其中实施例2-8及实施例10制备的复合微生物制剂按照35g/L的使用量，实施例9制备的复合微生物制剂按照17.5g/L的使用量。
1、微生物电子转移系统活性(ETSA)的测试
1)取样：搅拌72h后，抽取含有微生物的悬浊液40mL，在4000rpm离心10min，离心沉淀物用磷酸缓冲液洗涤、混匀、再离心，反复三次之后，用磷酸缓冲液将剩余的底物定容到40mL，然后混匀，此时的微生物悬液即为待测样本；
2)反应：从待测样本中取出5mL液体置于25mL的棕色血清瓶中，向其中加入1mg烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(即还原型辅酶Ⅰ，NADH)和1mL碘硝基氯化四氮唑蓝(INT)，混合均匀后，将血清瓶放置在气浴摇床中震荡培养，培养条件为：温度30℃，转速200rpm，时间30min。培养结束后，向血清瓶中加入1mL甲醛，终止反应的进行；
3)萃取：向已经终止反应的样品中加入5mL甲醇，轻轻震荡，由此萃取出样品中通过INT与微生物反应生成的甲臜，然后将该混合物转移至50mL离心管，于10000rpm条件下离心10min；
4)检测：最后，取出离心过后的上清液，以纯水作为空白，用紫外分光光度计在波长490nm下读数，并把吸光度值带入以下公式中计算微生物样品的电子转移系统活性。
ETSA(μgO2·g-1protein·min-1)＝(ABS490/15.9)×(V1/V0t)×(32/2)×(1/m)；
式中，ABS490是样品在波长490nm处的吸光度值；V0是待测样品的体积；V1是甲醇的体积；t是培养时间；m是蛋白质的质量。
图2为微生物电子转移系统活性的测试结果，可以看出，与实施例9-10相比，投加实施例2-8复合微生物制剂的微生物电子转移系统活性较高，这说明纤维铁配合物的存在能提高微生物的微生物电子转移系统活性，从而有助于微生物在低温下反硝化的效率，这与实施例20的结果一致。
2、微生物的反硝化酶活性测试
2.1、取样：搅拌72h后，抽取含有微生物的悬浊液40mL，在4000rpm离心10min，离心沉淀物用磷酸缓冲液洗涤、混匀、再离心，反复三次之后，用磷酸缓冲液将剩余的底物定容到15mL，然后混匀，此时的微生物悬液放置于细胞超声破碎仪中，在冰水浴条件下利用超声波将微生物的细胞破碎，促使微生物细胞内的酶扩散到磷酸缓冲液中且不失活，细胞超声破碎仪的设置参数为功率200W，时间5min。破碎后，悬液在16000rpm、温度4℃下离心10min。取上清液置于低温条件下保存待测。
2.2、硝酸盐还原酶活性测试
1)配制电子供体试剂，包括10mM磷酸盐缓冲液(PBS)、10mM甲基紫精、5mM连二亚硫酸钠(Na2S2O4)；配制电子受体试剂，即1mM的硝酸盐溶液；
2)向10mL的血清瓶中加入3mL电子供体试剂，1mL电子受体试剂，2mL待测酶液，混匀，通氮气至无氧状态后置于环境温度28℃的培养箱中孵化培养30min；
3)培养结束后，测定经过孵化培养的液体中所剩余的硝酸盐浓度，由此计算出硝酸盐的变化量ΔX1，又可通过测试得到待测酶液中蛋白质的含量M，所以硝酸盐还原酶的活性NAR＝ΔX1/(M×t)。
2.3、亚硝酸盐还原酶活性测试
1)电子供体试剂与硝酸盐还原酶活性所需试剂相同；电子受体试剂为1mM的亚硝酸盐溶液；
2)向10mL的血清瓶中加入3mL电子供体试剂，1mL电子受体试剂，2mL待测酶液，混匀，通氮气至无氧状态后置于环境温度28℃的培养箱中孵化培养30min；
3)培养结束后，测定经过孵化培养的液体中所剩余的亚硝酸盐浓度，由此计算出亚硝酸盐的变化量ΔX2，待测酶液中蛋白质的含量M为已知量，所以亚硝酸盐还原酶的活性NIR＝ΔX2/(M×t)。
2.4、一氧化氮还原酶活性测试
1)电子供体试剂与硝酸盐还原酶活性所需试剂相同；电子受体试剂，向无氧水中通入一氧化氮气体，直至其变为一氧化氮的饱和溶液，即为一氧化氮还原酶的电子受体试剂；
2)向10mL的血清瓶中加入3mL电子供体试剂，2mL待测酶液，通入氮气至无氧状态，然后加入1mL电子受体试剂，混匀后置于环境温度28℃的培养箱中孵化培养30min；
3)培养结束后，用氧化亚氮微电极测定经过孵化培养的液体中氧化亚氮的浓度，由此计算出一氧化氮的还原量X3，待测酶液中蛋白质的含量M为已知量，所以一氧化氮还原酶的活性NOR＝X3/(M×t)。
2.5、氧化亚氮还原酶活性测试
1)电子供体试剂与硝酸盐还原酶活性所需试剂相同；电子受体试剂，向无氧水中通入氧化亚氮气体，直至其变为氧化亚氮的饱和溶液，之后将氧化亚氮饱和溶液稀释10倍，即为氧化亚氮还原酶的电子受体试剂；
2)向10mL的血清瓶中加入3mL电子供体试剂，2mL待测酶液，通入氮气至无氧状态，然后加入1mL电子受体试剂，混匀后置于环境温度28℃的培养箱中孵化培养30min；
3)培养结束后，用氧化亚氮微电极测定经过孵化培养的液体中氧化亚氮的浓度，由此计算出氧化亚氮的变化量ΔX4，待测酶液中蛋白质的含量M为已知量，所以氧化亚氮还原酶的活性NOS＝ΔX4/(M×t)。
图3为硝酸盐还原酶活性的测试结果，图4为亚硝酸盐还原酶的测试结果，图5为一氧化氮还原酶的测试结果，图6为氧化亚氮还原酶的测试结果。从图3-6可以看出，与实施例9-10相比，投加实施例2-8复合微生物制剂的硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶和氧化亚氮还原酶的活性较高，这说明纤维铁配合物的存在能提高微生物的反硝化酶活性，从而有助于微生物在低温下反硝化的效率，这与实施例20的结果一致。
实施例22：
复合微生物制剂对四环素类抗生素的影响
本实施例用污水的主要水质指标如表4所示，同时按浓度为50μg/L加入抗生素(分别为四环素、盐酸强力霉素和加替沙星)。分别将复合微生物制剂投入10L污水中，分别连续搅拌72h，每隔2h鼓风曝气一次，处理温度为2-5℃，其中实施例2-8及实施例10-19制备的复合微生物制剂按照35g/L的使用量，实施例9制备的复合微生物制剂按照17.5g/L的使用量。
1、抗生素的分析方法
采用紫外分光光度法检测抗生素类新型污染物的浓度，标准曲线的制备方法如下：分别精密称取各抗生素粉末若干，用蒸馏水溶解配制成100mg/L标准储备液。精密移取适量的抗生素储备液到容量瓶中，用蒸馏水稀释定容，得浓度为1、2、5、8、10、15、20、30、40、50mg/L的标准溶液。以蒸馏水为参比溶液，在紫外可见分光光度计上于最大吸收波长处(四环素：358nm，盐酸强力霉素：345nm，加替沙星：287nm)测定吸光度A。以浓度C(mg/L)为横坐标，吸光度A为纵坐标，进行线性回归，得各抗生素的标准曲线，如表8。
表8抗生素的标准曲线
抗生素 标准曲线 R<sup>2</sup>
四环素 A＝0.0317C+0.0005 0.9991
盐酸强力霉素 A＝0.0242C+0.0011 0.9985
加替沙星 A＝0.0573C+0.0071 0.9990
图7为复合微生物制剂对四环素的影响，图8为复合微生物制剂对盐酸强力霉素的影响，图9为复合微生物制剂对加替沙星的影响。从图7-9可以看出，与实施例9-10相比，实施例2-8和实施例11-17复合微生物制剂对四环素、盐酸强力霉素和加替沙星的去除效果较佳，这说明纤维铁配合物的存在能提高微生物对抗生素的去除效果；实施例11复合微生物制剂对四环素、盐酸强力霉素和加替沙星的去除效果优于实施例2，实施例12复合微生物制剂对四环素、盐酸强力霉素和加替沙星的去除效果优于实施例3，实施例13复合微生物制剂对四环素、盐酸强力霉素和加替沙星的去除效果优于实施例4，实施例14复合微生物制剂对四环素、盐酸强力霉素和加替沙星的去除效果优于实施例5，实施例15复合微生物制剂对四环素、盐酸强力霉素和加替沙星的去除效果优于实施例6，实施例16复合微生物制剂对四环素、盐酸强力霉素和加替沙星的去除效果优于实施例7，实施例17复合微生物制剂对四环素、盐酸强力霉素和加替沙星的去除效果优于实施例8和实施例18-19，这说明甜菊糖和鸟苷酸的加入能够促进微生物对四环素类抗生素的降解。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.复合微生物制剂，其包含：
至少一种微生物，所述微生物至少含有一种硝化细菌；
至少一种纤维铁配合物。
2.根据权利要求1所述的复合微生物制剂，其特征是：所述纤维铁配合物为纤维铁(Ⅲ)配合物。
3.根据权利要求1所述的复合微生物制剂，其特征是：所述纤维铁配合物为酯化改性纤维铁(Ⅲ)配合物。
4.纤维铁配合物在提高微生物降解能力中的用途。
5.纤维铁配合物在提高微生物耐低温性中的用途。
6.权利要求1-3任一项所述复合微生物制剂在污水处理中的用途。
7.根据权利要求6所述的用途，其特征是：所述复合微生物制剂在下述任一种用途：
在污水脱氮和/或脱磷中的用途；
在污水除臭和/或垃圾渗滤液除臭中的用途；
在增加污水透明度中的用途；
在制备污水处理药剂中的用途。
8.根据权利要求6所述的用途，其特征是：所述污水为工业污水、城市污水、农村污水、垃圾渗滤液或易腐垃圾发酵处理得污水。
9.一种污水处理方法，其使用权利要求1-3任一项所述复合微生物制剂，使污水与所述复合微生物制剂接触，对所述污水进行处理。
10.一种污水处理系统，其包括：
权利要求1-3任一项所述复合微生物制剂；以及，
处理污水的污水处理单元；
在所述污水处理单元内使所述复合微生物制剂与污水接触。
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