CN116751774B - 可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球及其制备方法，用以解决现有污水处理中由于碳源不足导致的反硝化性能变差的问题。其中，一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球的制备方法，包括以下步骤：S100：提供异养硝化细菌菌液；S200：将聚乙烯醇溶液与海藻酸钠溶液在80~95℃下混合溶解4h以上，然后趁热加入固体碳源搅拌溶解，冷却后，再加入活性氧化铝和步骤S100提供的异养硝化细菌菌液，搅拌混合，待用；S300：将步骤S200得到的混合溶液滴入浓度为1.5~3.5％的CaCl2饱和硼酸溶液中，交联得到异养硝化细菌固定化微球，其中投菌量为0.5~50％。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球及其制备方法。
背景技术
现有污水处理厂往往需要投加液态碳源（如醋酸钠、葡萄糖和甲醇等），以保证反硝化菌的脱氮除磷的能力。虽然添加液体碳源能够提高反硝化菌的脱氮除磷能力，但是由于液体碳源价格昂贵、易于分解，导致成本增加，不投加碳源又会导致反硝化性能变差。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球及其制备方法，用以解决现有污水处理中由于碳源不足导致的反硝化性能变差的问题。
一方面，本发明提供了一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球的制备方法，包括以下步骤：
S100：提供异养硝化细菌菌液；
S200：将聚乙烯醇溶液与海藻酸钠溶液在80~95℃下混合溶解4h以上，然后趁热加入固体碳源搅拌溶解，冷却后，再加入活性氧化铝和步骤S100提供的异养硝化细菌菌液，搅拌混合，待用；
S300：将步骤S200得到的混合溶液滴入浓度为1.5~3.5％的CaCl2饱和硼酸溶液中，交联得到异养硝化细菌固定化微球，其中投菌量为0.5~50％。
进一步地，所述步骤S100中，异养硝化细菌为施氏假单胞菌、铜绿假单胞菌、嗜氮副球菌、少动鞘氨醇单胞菌、金色杆菌中的一种或几种。
进一步地，所述步骤S100中，施氏假单胞菌菌液的制备方法，包括以下步骤：
S101：将施氏假单胞菌在无菌条件下转接至培养基中；
S102：将步骤S101中得到的含有施氏假单胞菌培养基置于恒温培养箱内扩大培养，得到扩大培养后的菌种；
S103：将步骤S102扩大培养后的菌种离心，收集菌体，用PBS缓冲液冲洗2~4次后重悬制成施氏假单胞菌菌液。
进一步地，所述施氏假单胞菌菌液的OD600值为0.9~1.1。
进一步地，所述步骤S200中，聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为(3~9):1:(0.5~2):0.7:(0.5~50)。
进一步地，所述步骤S200中，聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为4.111:1:1.655:0.7:35.473。
进一步地，所述步骤S200中，固体碳源为HPMC。
进一步地，所述HPMC为十万粘度的HPMC。
进一步地，所述步骤300中，将步骤S200得到的混合溶液通过注射器滴入浓度为1.5~3.5％的CaCl2饱和硼酸溶液后，交联4h，得到的异养硝化细菌固定化微球，微球直径为3~5mm。
另一方面，本发明提供了一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球，至少能够采用上述的制备方法获得，包括：
载体，所述载体为聚乙烯醇-海藻酸钠-活性氧化铝-氯化钙复合载体；
第一负载物，负载于所述载体上，所述第一负载物为异养硝化菌；
第二负载物，负载于所述载体上，所述第二负载物为固体碳源。
与现有技术相比，本发明至少可实现的有益效果之一：本发明通过包埋的方式将固体碳源和异养硝化细菌共同包埋，能够解决碳源不足导致的异养硝化好氧反硝化性能变差的问题，并且制备工艺简单，制备经费低，可在工业上成批制备，并应用与生活污水或工业上的脱氮除磷。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为具体实施方式中施氏假单胞菌涂布于平板的实物照片；
图2为具体实施方式中异养硝化细菌固定化微球的实物照片；
图3为具体实施方式中【实例一】与【对照例一】~【对照例三】得到的微球氨氮去除率随其使用时长的柱状变化图；
图4为具体实施方式中【实例一】与【对照例一】~【对照例三】得到的微球总氮去除率随其使用时长的柱状变化图；
图5为具体实施方式中【实例一】与【对照例一】~【对照例三】得到的微球磷去除率随其使用时长的柱状变化图；
图6为具体实施方式中【实例一】与【对照例一】~【对照例三】得到的微球的扫描电镜照片（标尺长度10um）；
图7为具体实施方式中【实例一】与【对照例一】~【对照例三】得到的微球的扫描电镜照片（标尺长度1um）；
图8为具体实施方式中实例一固定化微球的FT-IR图。
其中，图3~图7中“1”代表【对照例一】得到的微球，“2”代表【对照例二】得到的微球，“3”代表【对照例三】得到的微球，“4”代表【实例一】得到的固定化微球。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
本发明通常的工作面可以为平面或曲面，可以倾斜，也可以水平。为了方便说明，本发明实施例放置在水平面上，并在水平面上使用，并以此限定“高低”和“上下”。
实施例一
本实施例公开了一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球的制备方法，包括如下步骤：
S100：提供异养硝化细菌菌液；
S200：将聚乙烯醇溶液与海藻酸钠溶液在80~95℃（优选90℃）下混合溶解4h以上，然后趁热加入固体碳源搅拌溶解，冷却后，再加入活性氧化铝和步骤S100提供的异养硝化细菌菌液，搅拌混合，待用；
S300：将步骤S200得到的混合溶液滴入浓度为1.5~3.5％（优选2％）的CaCl2饱和硼酸溶液中，交联硬化形成异养硝化细菌固定化微球（以下简称为固定化微球），其中投菌量为0.5~50％（优选35.47%）。
本发明的异养硝化细菌固定化微球的制备方法，一方面，固体碳源与载体材料（PVA、SA）混合以提高其缓释性能，另一方面，通过包埋的方式将异养硝化细菌固定化制成微球，该微球具有微生物流失少、造价便宜、能重复利用等优点，尤其适用于低碳氮比污水除氮，能够解决碳源不足导致的反硝化菌的异养硝化及好氧反硝化性能变差的问题，提高氮去除效能。
聚乙烯醇(PVA)具有可生物降解、生物相容性好、水溶性好、无毒、机械强度强，经久耐用，生物稳定性好等特点，是污水处理中常用的包埋载体材料，利用聚乙烯醇嵌入微生物细胞具有制备方法简单、成本低等优点。然而，所得的PVA凝胶珠很容易堵塞，用于固化PVA凝胶珠的硼酸对被包裹的微生物是有毒的。PVA和海藻酸钠(SA)的组合形成PVA-SA凝胶珠能够避免结块，为凝胶珠的凝固降低了对固定化微生物的毒性，并且PVA-SA材料具有纤维状多孔结构，吸水能力强，热稳定性好等优点。
本发明通过包埋的方式将固体碳源和异养硝化细菌共同包埋，能够解决碳源不足导致的异养硝化好氧反硝化性能变差的问题，并且制备工艺简单，制备经费低，可在工业上成批制备，并应用与生活污水或工业上的脱氮除磷。
所述步骤S100中：
异养硝化细菌可以是任何具有异养硝化的菌种或几种异养硝化菌种的混合菌体，示例性地，异养硝化细菌为施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、嗜氮副球菌（Paracoccus denitrificans）、少动鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas paucimobilis）、金色杆菌（Chryseobacterium sp）中的一种或几种的混合。
优选地，所述异养硝化细菌为施氏假单胞菌，其为一种能够同时进行硝化和反硝化以及除磷的菌株，即具有同步脱氮除磷能力，且性能优异，世代时间短，该菌株为革兰氏阴性、运动性短杆状菌，大小为(1.5~5)μm×(0.5~1)μm。对施氏假单胞菌的脱氮除磷能力进行研究，发现其具有较好的脱氮除磷能力。在高浓度氮源100 mg/L下，氨氮去除率可达85%，硝氮和磷几乎完全去除，在去除过程中，氮通过转化为内源氮和传统硝化反硝化过程去除。由于整个实验过程好氧，说明施式假单胞菌在脱磷过程中，不需要好氧、厌氧的条件更替，它们遵循好氧除磷理论，在这个过程中，磷转化为有机磷储存在菌内部，最终通过剩余污泥进行去除。
施氏假单胞菌菌液的制备方法，包括以下步骤：
S101：将施氏假单胞菌在无菌条件下转接至培养基中；
S102：将步骤S101中得到的含有施氏假单胞菌培养基置于恒温培养箱内扩大培养，得到扩大培养后的菌种；
S103：将步骤S102扩大培养后的菌种离心，收集菌体，用PBS缓冲液（磷酸缓冲盐溶液）冲洗2~4次（优选3次）后重悬制成施氏假单胞菌菌液，作为后续实验的接种液，待用。
所述步骤S101中，示例性地，将施氏假单胞菌在无菌条件下从试管斜面中利用接种环转接于LB培养基中，所述施氏假单胞菌通过购买获得，本实施例中的施氏假单胞菌来源为安徽全民环保科技有限公司。
施氏假单胞菌在LB琼脂培养基中上形成淡黄色，边缘不规则，表面有褶皱、湿润、半透明的菌落，如图1所示。
所述步骤S102中，优选地，采用三角瓶作为培养容器，且三角瓶瓶口利用棉花纱布封口，避免杂均混入的同时能够进入氧气。在恒温摇床内进行扩大培养，温度为15~35℃（优选30℃），转速为125~185r/min（优选150r/min），振荡培养20~30h（优选24h）。
所述步骤S103中，菌种离心时，离心转速为6500~8500r/min（优选8000r/min），时间为5min。获得固定接种液（即施氏假单胞菌菌液）的OD600值为0.9~1.1。
所述步骤S200：
聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为(3~9):1:(0.5~2):0.7:(0.5~50)。
优选地，聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为4.111:1:1.655:0.7:35.473时，固定化微球的氨氮、总氮去除效果最优，氨氮去除率可达96%，总氮去除率可达64.58%，磷去除率可达84.13%。
所述聚乙烯醇溶液（即PVA溶液）的质量分数为3~9%，所述海藻酸钠溶液（即SA溶液）的质量分数为1%。
PVA溶液与SA溶液混合时需要不断搅拌，且需要热混合（即在80~95℃下混合），搅拌4h以上后冷却至60℃左右（即60±5℃）时，添加固体碳源，搅拌让固体碳源分散在溶液中，分散过程中溶液不断冷却，即固体碳源采用冷溶。
优选地，所述固体碳源为HPMC，其为缓释碳源，具有价格便宜，使用性能好等优点，并且其释放过程能在稳定释碳后持续一个月及以上。
进一步优选地，所述HPMC为十万粘度的HPMC，其释放速率稳定，不会随pH值等环境条件的变化而电离，且具有高保水性和黏性。
所述步骤S300：示例性地，将步骤S200得到的混合溶液通过注射器缓慢滴入浓度为1.5~3.5％（优选2％）的CaCl2饱和硼酸溶液中，优选地，采用30ml的注射器，滴入速度为30滴/min。
优选地，步骤S200得到的混合溶液滴入氯化钙饱和硼酸溶液中后，交联4h，得到的异养硝化细菌固定化微球，微球直径约为3~5mm，且微球为多孔结构。微球的比表面积范围为150~350 m2/g，总孔容为200~400 mm3/g，平均孔径为3.25~6.25 nm。
优选地，制得的固定微球用PBS缓冲溶液洗涤后，置于冰箱2~6℃（优选4℃）中保存，备用。
本发明的异养硝化细菌固定化微球制备方法，所述固定化微球包括微生物菌剂，微生物菌剂载体以及固体碳源（即缓释碳源），其中所述微生物菌剂为异养硝化细菌（如菌施氏假单胞菌），微生物载体为聚乙烯醇-海藻酸钠-活性氧化铝-氯化钙复合载体，固体碳源选用羟甲基丙基纤维素。本发明制得的固定化微球，强化了异养硝化细菌（如菌施氏假单胞菌）在低碳环境下的脱氮除磷效果，并且制备工艺简单，制备经费低，可在工业上成批制备，并应用与生活污水或工业上的脱氮除磷。
【实例一】一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球的制备方法，包括如下步骤：
S100：提供异养硝化细菌菌液；
S200：将聚乙烯醇溶液与海藻酸钠溶液在90℃下混合溶解4h以上，然后趁热加入固体碳源搅拌溶解，冷却后，再加入活性氧化铝和步骤S100提供的异养硝化细菌菌液，搅拌混合，待用；
S300：将步骤S200得到的混合溶液滴入浓度为2％的CaCl2饱和硼酸溶液中，交联4h，硬化形成异养硝化细菌固定化微球（以下简称为固定化微球）；
其中，聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为4.111:1:1.655:0.7:35.473。
实例一制备的固定化微球其实物照片如图2所示，为直径为3~4mm的球体，且微球为多孔结构。
采用实例一制备的固定化微球对低碳氮比（低碳氮比为0.5~3.5，本实施例中采用的低碳氮比为2±0.5，下同）污水进行处理，氨氮去除率为95.7%，总氮去除率为64.58%，磷去除率为84.13%。
采用实例一制备的固定化微球对正常碳氮比（正常碳氮比为3.5~6.5，本实施例中采用的正常碳氮比为6±0.5，下同）污水进行处理，氨氮去除率为96%，总氮去除率为60%，磷去除率为82.13%。
【实例二】一种异可用于污水处理的养硝化细菌固定化微球的制备方法，该方法与实例一相比只重量比不同，具体地，聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为9:1:0.196:0.7:45.859。
采用实例二制备的固定化微球对低碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为76.46%，总氮去除率为59.61%，磷去除率为81.45%。
采用实例二制备的固定化微球对正常碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为80.43%，总氮去除率为58.77%，磷去除率为81.74%。
【实例三】一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球的制备方法，该方法与实例一相比只重量比不同，具体地，聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为4.973:1:1.315:0.7:35.096。
采用实例三制备的固定化微球对低碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为92.78%，总氮去除率为56.43%，磷去除率为84.37%。
采用实例三制备的固定化微球对正常碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为93.21%，总氮去除率为58.39%，磷去除率为81.53%。
【实例四】一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球的制备方法，该方法与实例一相比只重量比不同，具体地，聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为9: 1: 0.332:0.7: 44.045。
采用实例四制备的固定化微球对低碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为80.02%，总氮去除率为59.7%，磷去除率为81.44%。
采用实例四制备的固定化微球对正常碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为81.66%，总氮去除率为60.38%，磷去除率为83.15%。
【对照例一】与实例一相比制备过程中不加入异养硝化细菌、固体碳源和活性氧化铝，其他均相同制得对照例一微球，即聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为4.111:1:0:0:0。
采用对照例一微球对低碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为16.92%，总氮去除率为14.76%，磷去除率为3.57%。
采用对照例一微球对正常碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为43.23%，总氮去除率为21.55%，磷去除率为5.4%。
【对照例二】与实例一相比制备过程中不加入异养硝化细菌和活性氧化铝，其他均相同制得对照例二微球，即聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为4.111:1: 1.655:0:0。
采用对照例二微球对低碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为58.3%，总氮去除率为39.85%，磷去除率为5.96%。
采用对照例二微球对正常碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为64.79%，总氮去除率为43.78%，磷去除率为7.28%。
【对照例三】与实例一相比制备过程中不加入异养硝化细菌，其他均相同制得对照例三微球，即聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为4.111:1:1.655:0.7:0。
采用对照例三微球对低碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为58.3%，总氮去除率为39.8%，磷去除率为92.1%。
采用对照例三微球对正常碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为60.47%，总氮去除率为35.76%，磷去除率为93.48%。
【对照例四】与实例一相比制备过程中不加入固体碳源，其他均相同制得对照例四微球，即聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为4.111:1:0:0.7:35.473。
采用对照例四微球对低碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为58.9%，总氮去除率为53.2%，磷去除率为89.53%。
采用对照例四微球对正常碳氮比污水进行处理，氨氮去除率为68.31%，总氮去除率为58.84%，磷去除率为88.31%。
由【实例一】~【实例四】对比可知，根据本发明的方法制备的固定化微球的氨氮去除率在75%以上，总氮去除率在55%以上，磷去除率在80%以上，且当聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为4.111:1:1.655:0.7:35.473时，得到固定化微球的氨氮、总氮去除效果最优，氨氮去除率可达96%，总氮去除率可达64.58%，磷去除率可达84.13%。
对【实例一】与【对照例一】~【对照例三】得到的微球做摇甁实验，得到图3~图5的实验结果。
图3为【实例一】与【对照例一】~【对照例三】得到的微球氨氮去除率随其使用时长的变化柱状图，第一周期（时间=5d，下同），对照例一微球的氨氮去除率仅为6.37%，对照例二微球的氨氮去除率为31.03%，对照例三的氨氮去除率为68.85%，而实例一固定化微球的氨氮去除率为95.70%。通过对比可知，去除氨氮主要依靠微生物的作用，其中部分是由空气中存在的其他硝化菌完成，部分是依靠固定化微球中的功能菌完成，而吸附和氨氮的挥发及其他因素占比很少。在第二周期（时间=10d，下同），呈现出相似的规律，并且功能菌在氨氮去除占据更多的贡献，这可能是因为功能菌的驯化作用，使得其更适应所设定的环境。在第三周期（时间=15d，下同）~第四周期（时间=20d，下同），氨氮去除率均有一定下降，第四周期出现了实例一固定化微球的少量破碎，但对氨氮去除没有毁灭性的影响。在第五周期（时间=25d），实例一固定化微球氨氮去除率下降非常明显，从65.93%下降到11.55%，这可能是因为实例一固定化微球破碎后，微生物流失严重引起。在氨氮去除的整个过程中，主要是微生物作用出现明显的变化，而吸附作用并没有出现较大改变直至微球的破裂。
图4为【实例一】与【对照例一】~【对照例三】得到的微球总氮去除率随其使用时长的变化柱状图，第一周期，对照例一微球的总氮去除率为9.19%，对照列二微球的总氮去除率为25.6%，对照列三为微球的总氮去除率为44.40%，而实例一固定化微球的总氮去除率为64.58%。通过对比可知，去除总氮与去除氨氮的规律相似，但由于是在高DO环境，异养反硝化作用不明显。在第二周期，呈现出相似的规律，并且实例一固定化微球的总氮去除率相比第一周期有所上升，考虑是功能菌的驯化作用。总氮去除率在第五周期开始下降，第六周期（时间=30d）几乎没有去除效果。
图5为【实例一】与【对照例一】~【对照例三】得到的微球磷去除率随其使用时长的变化柱状图，第一周期，对照例一微球的磷去除率为18.43%，对照例二微球的磷去除率为93.43%，对照例三微球的磷去除率为75.29%，而实例一固定化微球的磷去除率为84.13%。通过对比可知，在第一周期去除磷主要依靠吸附的作用，其中SA+PVA微球本身的具有少量吸附，主要依靠添加的活性氧化铝，而添加功能菌和HPMC后，反而会占据部分吸附点位导致磷的去除率下降。在第二周期，磷的去除规律出现较大变化，吸附点位变少，导致对照例二的磷去除率降低到41.34%，而微生物的作用开始显现，实例一固定化微球的磷去除率仍保持65.08%，总体磷的去除规律和氮去除差异明显，是因为活性氧化铝作为一种多孔材料，具有优异的吸附磷的能力。
包埋微球的寿命一直是影响包埋材料应用于实际的限制因素。实验过程中，对照例一微球在第3~4次重复的批次实验（15~20d）中就出现了破碎的情况，在此基础上，对照例三微球在第5~6次重复的批次实验（25~30d）中才出现破碎，寿命提高了5~10d。而添加菌液后，会将包埋微球（即实例一固定化微球）的寿命降低5d左右，在第4~5周期时（20~25d）出现破碎。包埋微球的破碎主要是由于PVA、HPMC在水中的溶解、包埋微球互相的碰撞、包埋微球和杯壁的碰撞、水力剪切作用对包埋微球的力等引起。
利用FT-IR对实例一固定化微球的表面官能团进行了研究，结果中观察到了5个不同的峰(如图8所示)，1020 cm-1左右的峰可归因于HPMC的氨基和海藻酸钠的羧基之间的交联反应形成的中间键；在3428~3436 cm-1和1634~1635 cm-1的峰-OH和-COOH有利于氨吸附；在1411cm-1附近出现的显著峰，可以归因于HPMC与固定化微球的氨基之间的乙酰化反应形成的CH3C-H键。FT-IR光谱的变化表明，这些基团在氨氮的吸收中起重要作用，在处理过程前后，主要出现了C-H键和C-O键的断裂，这归因与固定化微球在水中的溶解和微生物对固定化球内含物的利用，这也是导致固定化微球在处理过程中出现溶解破碎的主要原因。综上所述，固定化微球脱氮主要通过吸附、杂菌、功能菌三种途径去除。
图6为【实例一】与【对照例一】~【对照例三】得到的微球的扫描电镜照片（标尺长度10um），图7为【实例一】与【对照例一】~【对照例三】得到的微球的扫描电镜照片（标尺长度1um），SA-PVA微球（即对照例一微球）组成了基础载体，呈现纤维多孔网状结构，有利于各种物质的覆盖以及结合。从图6和图7可以看出，加入菌体后菌十分完好的吸附于载体之中，并且在包埋微球整体的组成中，固体碳源和活性氧化铝被均匀的吸附在SA-PVA载体上，为菌体提供了更好的碳源环境和栖息环境。并且，包埋微球具有良好的碳氮转化能力，一方面，SA-PVA的网状结构，有利于菌的吸附和提高氧传质效率、提高污染物交换效率，另一方面，缓释碳源HPMC经过包埋后由纤维状分解为小粒状，更有利于包埋菌的利用，活性氧化铝和HPMC的存在能够丰富包埋微球的结构，对包埋微球的稳固性能均有提升，并且活性氧化铝能够提升包埋微球的吸附磷的能力，和功能菌联合除磷。固定化微球具有优良的整体，使得菌体能舒适的生存并带来良好的氮污染物处理效果。
此外，采用实施例一制备的固定化微球对低浓度氨氮工业废水进行处理，氨氮去除率可达95%，总氮去除率可达60%。低浓度氨氮工业废水中氨氮的构成主要有两种，一种是氨水形成的氨氮，一种是无机氨形成的氨氮，主要是硫酸铵、氯化铵等。氨氮是造成水体富营养化的重要因素之一，对这类污水进行回收利用时还会对管道中的金属产生腐蚀作用，缩短设备和管道的寿命，增加维护成本。目前常用于处理低浓度氨氮工业废水的技术主要有吸附法、折点氯化法、生物法、膜技术等。但是这些技术存在使用成本较高、使用寿命较短、处理效果不稳定，不持续等问题。
本发明的固定化微球可以用于低浓度氨氮工业废水的脱氮，且具有成本低、去除效率高、处理效果稳定持续等优点。
实施例二
本实施例公开了一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球，其至少可以采用实施例一提供的制备方法获得，包括：
载体，所述载体为聚乙烯醇-海藻酸钠-活性氧化铝-氯化钙复合载体；
第一负载物，负载于所述载体上，所述第一负载物为异养硝化菌；
第二负载物，负载于所述载体上，所述第二负载物为固体碳源。
优选地，所述异养硝化菌为施氏假单胞菌。
优选地，所述固体碳源为HPMC。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：提供异养硝化细菌菌液；
S200：将聚乙烯醇溶液与海藻酸钠溶液在80~95℃下混合溶解4h以上，然后冷却至60±5℃时，趁热加入固体碳源搅拌溶解，冷却后，再加入活性氧化铝和步骤S100提供的异养硝化细菌菌液，搅拌混合，待用；
S300：将步骤S200得到的混合溶液滴入浓度为1.5~3.5％的CaCl2饱和硼酸溶液中，交联得到异养硝化细菌固定化微球，其中投菌量为0.5~50％；
其中，聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为(3~9):1:(0.5~2):0.7:(0.5~50)；
所述异养硝化细菌固定化微球的直径为3~5mm，且为多孔结构，其比表面积范围为150~350m2/g，总孔容为200~400mm3/g，平均孔径为3.25~6.25nm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S100中，异养硝化细菌为施氏假单胞菌、铜绿假单胞菌、嗜氮副球菌、少动鞘氨醇单胞菌、金色杆菌中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S100中，施氏假单胞菌菌液的制备方法，包括以下步骤：
S101：将施氏假单胞菌在无菌条件下转接至培养基中；
S102：将步骤S101中得到的含有施氏假单胞菌培养基置于恒温培养箱内扩大培养，得到扩大培养后的菌种；
S103：将步骤S102扩大培养后的菌种离心，收集菌体，用PBS缓冲液冲洗2~4次后重悬制成施氏假单胞菌菌液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述施氏假单胞菌菌液的OD600值为0.9~1.1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S200中，聚乙烯醇：海藻酸钠：固体碳源：活性氧化铝：异养硝化细菌菌液的重量比为4.111:1:1.655:0.7:35.473。
6.根据权利要求1至5任一所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S200中，固体碳源为HPMC。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述HPMC为十万粘度的HPMC。
8.根据权利要求1至5任一所述的制备方法，其特征在于，所述步骤300中，将步骤S200得到的混合溶液通过注射器滴入浓度为1.5~3.5％的CaCl2饱和硼酸溶液后，交联4h，得到的异养硝化细菌固定化微球，微球直径为3~5mm。
9.一种可用于污水处理的异养硝化细菌固定化微球，其特征在于，能够采用如权利要求1至8任一所述的制备方法获得，包括：
载体，所述载体为聚乙烯醇-海藻酸钠-活性氧化铝-氯化钙复合载体；
第一负载物，负载于所述载体上，所述第一负载物为异养硝化菌；
第二负载物，负载于所述载体上，所述第二负载物为固体碳源。
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2023
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|---|---|---|---|---|
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