CN113151247A - 一种盐藻-嗜盐菌的固定化微球及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种盐藻‑嗜盐菌的固定化微球及其制备方法和应用，属于废水处理技术领域；在本发明中，选取杜氏盐藻与嗜盐小盒菌，在利用活性炭与海藻酸钠复合载体包埋的基础上添加少量的发光材料对菌藻进行固定化，固定化后的盐藻‑嗜盐菌处理腌制废水时，能有效实现菌藻与废水的分离，处理效果稳定且能防止二次污染等优点。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种盐藻-嗜盐菌的固定化微球及其制备方法和应用。
背景技术
目前，高盐废水脱氮除磷多采用生物水处理工艺中，其中运用的微生物大部分都属于非嗜盐微生物，这些微生物在盐析的作用下会导致脱氢酶活性降低，在高盐度的情况下，随着盐度的升高，细胞会出现失水现象，导致细胞质壁分离、微生物解体。高盐度引起的渗透压会增加对微生物的抑制作用，导致微生物不能很好的发挥活性处理高盐废水，甚至会导致微生物最终死亡。
盐藻-嗜盐菌处理高盐废水是目前新兴的污水脱氮除磷的处理方式，高盐废水中含有丰富的氮磷等物质可为菌藻提供营养，利用菌藻处理污水的同时，菌藻也会大规模的繁殖，产生大量可利用的副产物，实现资源的循环利用，利用藻菌共生系统，盐藻在生长过程中需要吸收氮、磷等营养物质，盐藻光合作用释放的氧气为嗜盐菌生长提供丰富的氧源，而菌代谢所释放出的CO2作为藻类的碳源，促进藻类的光合作用，达到共同促进生长，进而提高废水处理效果的作用。但由于菌藻一般小于30μm，密度接近于水，使得菌藻在污水中一般处于悬浮状态，导致菌藻会随处理水大量流失，导致污水的处理效率显著下降，甚至产生二次污染。
菌藻进行固定化后，能为菌藻提供更稳定的生长环境，有助于菌藻生物量的累积，处理污水具有生物密度高、处理效率高、菌藻易于收获和耐负荷等优点。但是，固定化微球成本较高、单一载体固定不易于成形、固定化时间长。同时，还存在菌藻微球通透性差、物理化学性质差等不足，影响了微藻的生长代谢。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种盐藻-嗜盐菌的固定化微球及其制备方法和应用。在本发明中，选取杜氏盐藻与嗜盐小盒菌，在利用活性炭与海藻酸钠复合载体包埋的基础上添加少量的发光材料对菌藻进行固定化，固定化后的盐藻-嗜盐菌处理腌制废水时，能有效实现菌藻与废水的分离，处理效果稳定且能防止二次污染等优点。
本发明中首先提供了一种盐藻-嗜盐菌的固定化微球，所述盐藻-嗜盐菌的固定化微球利用活性炭与海藻酸钠复合载体包埋的基础上添加少量的发光材料对杜氏盐藻与嗜盐小盒菌进行固定化；所述述盐藻-嗜盐菌的固定化微球为灰绿色规则圆球形，表面光滑无拖尾，直径为3~4 mm。
本发明中还提供了上述盐藻-嗜盐菌的固定化微球的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）制备复合载体：
将洗涤干燥处理后的活性炭粉末、海藻酸钠和发光材料混合，加入含NaCl的去离子水，混合均匀，将混合溶液高压灭菌，灭菌后自然冷却，得到复合载体；
（2）盐藻-嗜盐菌的固定化微球的制备
将对数期的杜氏盐藻藻液和嗜盐小盒菌菌液分别离心、洗涤、再离心处理；取处理后的藻液和菌液，加入NaCl溶液得到菌藻混合液，将菌藻混合液加入到复合载体中搅拌混匀，然后滴加到CaCl2溶液中，在室温下交联滤出微球，洗涤、干燥，得到盐藻-嗜盐菌的固定化微球。
进一步的，步骤（1）中，活性炭在混合溶液中的质量浓度为0.5％～1.25％，海藻酸钠在混合溶液中的质量浓度为3％～6％，发光材料在混合溶液中的质量浓度为0.1％～0.5％。
进一步的，步骤（1）中，所述发光材料为以Eu2+为激活剂的硫化钙。
进一步的，步骤（1）和（2）中，所述NaCl溶液的质量分数为10%。
进一步的，步骤（1）中，所述高压灭菌的灭菌温度121℃，灭菌时间20min。
进一步的，步骤（2）中，菌藻混合液中菌藻混合液中藻液和菌液的生物量比为1:1。
进一步的，步骤（2）中，菌藻混合液与复合载体的体积比2:3。
进一步的，步骤（2）中，所述CaCl2溶液的质量浓度为2％～5％。
进一步的，步骤（2）中，交联的时间为16~24h。
本发明中还提供了上述盐藻-嗜盐菌的固定化微球在处理高盐废水中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明直接选取盐藻与嗜盐小盒菌用以处理高盐废水，杜氏盐藻对废水中的氨氮及总磷处理效果较好，嗜盐小盒菌对总氮处理效果较好，通过两者的协同作用，能更好的净化腌制废水，避免了一般生物法在降解处理高盐废水时受废水中盐浓度的制约而导致的处理效果极低、微生物的死亡的现象。
添加活性炭后与海藻酸钠混合的载体虽机械强度高，耐负荷冲击力强，但其通透性差，不能有效的促进盐藻的生长与繁殖，提高盐藻处理腌制废水的效率。本发明在制作复合载体的同时，添加了适量的发光材料，从而促进藻类的生长，提高废水的处理效率，且盐藻-嗜盐菌的固定化微球相比较游离菌藻对高盐废水具有更好的脱氮除磷效果。
本发明制备盐藻-嗜盐菌的固定化微球的方法具有操作简单、所用试剂单一易获取、应用广、实用性强、对废水处理效果好等优点，在处理高盐废水领域中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为盐藻-嗜盐菌的固定化微球对高盐废水脱氮除磷的效果图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1：
（1）在无菌操作条件下，将杜氏盐藻接种到培养基中，在温度25℃条件下，进行光暗时间比1:1循环交替培养，光照强度为4000Lux，培养至对数增长期即可，得到藻液。取培养至对数期的盐藻藻液在4500r/min条件下离心10min，用质量分数为10%的NaCl溶液分别清洗、离心3次，去除附着在藻细胞上的无机盐等物质，于4℃下备用。
在无菌操作条件下，将嗜盐小盒菌接种到培养基中，在温度25℃条件下，进行光暗时间比1:1循环交替培养，光照强度为3500Lux，培养至对数增长期即可，得到菌悬液。取培养至对数期的菌悬液在5000r/min条件下离心10min，用10%NaCl去离子水分别清洗、离心3次，去除附着在嗜盐小盒菌上的无机盐等物质，于4℃下备用。
用蒸馏水反复冲洗活性炭3次，然后放入烘箱，于50℃～60℃干燥12h，研磨后过40目筛备用。
（2）配制含质量分数为0.75％的活性炭、质量分数为4％的海藻酸钠和0.2％的发光材料的载体溶液，将溶液121℃高压灭菌20min，灭菌后自然冷却30℃，形成复合载体；
（3）按照包埋的细菌和藻类的生物量1:1，取处理后的藻液20ml和菌液20ml进行混合均匀，得到混合液，将混合液加入60ml复合载体中，混合均匀后用针筒注射器滴入质量分数为3％的氯化钙溶液中，交联16小时后取出，用10%NaCl去离子水清洗3次，得到固定化盐藻-嗜盐菌微球。
（4）将得到的微球按照20％的填料体积填充率添加到预处理后的高盐废水中，然后置于培养箱中在25℃、光强4000lx条件下培养，每天手动摇瓶2～3次，每天取水样测定氨氮、总氮和总磷的浓度。
经测定，本实施例中腌制废水总磷去除率为93.2%，总氮去除率为82.3%，氨氮去除率为90.5%。
实施例2：
（1）在无菌操作条件下，将杜氏盐藻接种到培养基中，在温度25℃条件下，进行光暗时间比1:1循环交替培养，光照强度为4000Lux，培养至对数增长期即可，得到藻液。取培养至对数期的盐藻藻液在4500r/min条件下离心10min，用质量分数为10%的NaCl溶液分别清洗、离心3次，去除附着在藻细胞上的无机盐等物质，于4℃下备用。
在无菌操作条件下，将嗜盐小盒菌接种到培养基中，在温度25℃条件下，进行光暗时间比1:1循环交替培养，光照强度为3500Lux，培养至对数增长期即可，得到菌悬液。取培养至对数期的菌悬液在5000r/min条件下离心10min，用10%NaCl去离子水分别清洗、离心3次，去除附着在嗜盐小盒菌上的无机盐等物质，于4℃下备用。
用蒸馏水反复冲洗活性炭3次，然后放入烘箱，于50℃～60℃干燥12h，研磨后过40目筛备用。
（2）配制含质量分数为1％的活性炭、质量分数为5％的海藻酸钠和0.3％的发光材料的载体溶液，将溶液121℃高压灭菌20min，灭菌后自然冷却30℃，形成凝胶；
（3）按照包埋的细菌和藻类的生物量1:1，取处理后的藻液20ml和菌液20ml进行混合均匀，得到混合液，将混合液加入到60ml复合载体中，混合均匀后用针筒注射器滴入质量分数为4％的氯化钙溶液中，交联16小时后取出，用10%NaCl去离子水清洗3次，得到固定化盐藻-嗜盐菌微球。
（4）将得到的微球按照20％的填料体积填充率添加到预处理后的高盐废水中，然后置于培养箱中在30℃、光强4000lx条件下培养，每天手动摇瓶2～3次，每天取水样测定氨氮、总氮和总磷的浓度。经测定，本实施例中腌制废水总磷去除率为97.2%，总氮去除率为88.5%，氨氮去除率为95.9%。
图1为盐藻-嗜盐菌的固定化微球对高盐废水脱氮除磷的效果图，从图1中可以看出，当配制质量分数为1％的活性炭、质量分数为5％的海藻酸钠和0.3％的发光材料的载体溶液时，固定化菌藻微球对总磷、氨氮去除效果最好，由于微生物自身特性，固定化菌藻微球除磷能力要略高于脱氮的能力。
实施例3：
（1）在无菌操作条件下，将杜氏盐藻接种到培养基中，在温度25℃条件下，进行光暗时间比1:1循环交替培养，光照强度为4000Lux，培养至对数增长期即可，得到藻液。取培养至对数期的盐藻藻液在4500r/min条件下离心10min，用质量分数为10%的NaCl溶液分别清洗、离心3次，去除附着在藻细胞上的无机盐等物质，于4℃下备用。
在无菌操作条件下，将嗜盐小盒菌接种到培养基中，在温度25℃条件下，进行光暗时间比1:1循环交替培养，光照强度为3500Lux，培养至对数增长期即可，得到菌悬液。取培养至对数期的菌悬液在5000r/min条件下离心10min，用10%NaCl去离子水分别清洗、离心3次，去除附着在嗜盐小盒菌上的无机盐等物质，于4℃下备用。
用蒸馏水反复冲洗活性炭3次，然后放入烘箱，于50℃～60℃干燥12h，研磨后过40目筛备用。
（2）配制含质量分数为1.25％的活性炭、质量分数为6％的海藻酸钠和0.4％的发光材料的载体溶液，将溶液121℃高压灭菌20min，灭菌后自然冷却30℃，形成凝胶；
（3）按照包埋的细菌和藻类的生物量1:1，取处理后的藻液20ml和菌液20ml进行混合均匀，得到混合液，将混合液加入到60ml复合载体中，混合均匀后用针筒注射器滴入质量分数为5％的氯化钙溶液中，交联16小时后取出，用10%NaCl去离子水清洗3次，得到固定化盐藻-嗜盐菌微球。
（4）将得到的微球按照20％的填料体积填充率添加到预处理后的高盐废水中，然后均置于培养箱中在25℃、光强4000lx条件下培养，每天手动摇瓶2～3次，每天取水样测定氨氮、总氮和总磷的浓度。经测定，本实施例中腌制废水总磷去除率为95.1%，总氮去除率为84.7%，氨氮去除率为92.6%。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种盐藻-嗜盐菌的固定化微球的制备方法，其特征在于，包括：
（1）制备复合载体：
将洗涤干燥处理后的活性炭粉末、海藻酸钠和发光材料混合，加入含NaCl的去离子水，混合均匀，将混合溶液高压灭菌，灭菌后自然冷却，得到复合载体；
（2）盐藻-嗜盐菌的固定化微球的制备
将对数期的杜氏盐藻藻液和嗜盐小盒菌菌液分别离心、洗涤、再离心处理；取处理后的藻液和菌液，加入NaCl溶液得到菌藻混合液，将菌藻混合液加入到复合载体中搅拌混匀，然后滴加到CaCl2溶液中，在室温下交联滤出微球，洗涤、干燥，得到盐藻-嗜盐菌的固定化微球。
2.根据权利要求1所述的盐藻-嗜盐菌的固定化微球的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，活性炭在混合溶液中的质量浓度为0.5％～1.25％，海藻酸钠在混合溶液中的质量浓度为3％～6％，发光材料在混合溶液中的质量浓度为0.1％～0.5％。
3.根据权利要求1所述的盐藻-嗜盐菌的固定化微球的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述发光材料为以Eu2+为激活剂的硫化钙。
4.根据权利要求1所述的盐藻-嗜盐菌的固定化微球的制备方法，其特征在于，步骤（1）和（2）中，所述NaCl溶液的质量分数为10%。
5.根据权利要求1所述的盐藻-嗜盐菌的固定化微球的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述高压灭菌的灭菌温度121℃，灭菌时间20min。
6.根据权利要求1所述的盐藻-嗜盐菌的固定化微球的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，菌藻混合液中菌藻混合液中藻液和菌液的生物量比为1:1；所述菌藻混合液与复合载体的体积比2:3。
7.根据权利要求1所述的盐藻-嗜盐菌的固定化微球的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述CaCl2溶液的质量浓度为2％～5％。
8.根据权利要求1所述的盐藻-嗜盐菌的固定化微球的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，交联的时间为16~24h。
9. 权利要求1~8中任一项所述方法制备的盐藻-嗜盐菌的固定化微球，其特征在于，所述盐藻-嗜盐菌的固定化微球利用活性炭与海藻酸钠复合载体包埋的基础上添加少量的发光材料对杜氏盐藻与嗜盐小盒菌进行固定化；所述述盐藻-嗜盐菌的固定化微球为灰绿色规则圆球形，表面光滑无拖尾，直径为3~4 mm。
10.权利要求9所述的盐藻-嗜盐菌的固定化微球在处理高盐废水中的应用。
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