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CN110964713A - 用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法 - Google Patents

用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法 Download PDF

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CN110964713A CN201911324404.5A CN201911324404A CN110964713A CN 110964713 A CN110964713 A CN 110964713A CN 201911324404 A CN201911324404 A CN 201911324404A CN 110964713 A CN110964713 A CN 110964713A
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黄永炳
吴伟珊
谢依廷
李瑶
闫萌萌
余少波
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Abstract

本发明提供一种用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，该制备方法，包括以下步骤：1)将沸石研磨、过筛、灭菌、烘干后，加入至微生物菌悬液中，振荡吸附，然后，静置一段时间，得到菌液混合物；2)将所述菌液混合物加入至海藻酸钠溶液中，得到混合溶液A；3)将所述混合溶液A滴加至CaCl2溶液中，进行交联反应，待所述交联反应结束后，用无菌水洗涤，得到用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒。本发明所得的固定化微生物颗粒菌体不易溶出，颗粒不易溶胀，且具有较好的材料稳定性和重复利用性，从而使其具有较高的氨氮去除率。

Description

用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及固定化微生物颗粒制备技术领域，特别涉及一种用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法。
背景技术
含氮物质可以通过降水降尘和生物固氮等自然途径进入水体，也可以经人类活动产生的污废水排放进入水体。制革产业、农药和氮肥、畜禽养殖废水等都是水体氨氮污染的来源。氨氮是耗氧型污染物，其浓度过高时会造成水体中溶解氧大幅降低，影响鱼虾等水生动物的生存，继而使水体黑臭。在某些作为饮用水源的地表水中，氨氮浓度远高于允许水平，这不仅影响安全饮用水的供应，也威胁到人类健康。
目前水体去除氨氮的方法有化学沉淀法、膜分离法、吸附法、絮凝法和生物法。化学沉淀法的药剂成本费用较高，产泥量大，并且可能造成水体的二次污染，在经济性和安全性方面不具有优势；膜分离法由于膜孔径和处理流出物的颗粒尺寸不同，膜使用寿命也会发生变化，使用寿命较短，膜需要频繁更换，一定程度上增加了操作和维护成本；而传统吸附剂有限的吸附容量和再生利用率是限制吸附法应用的主要原因；利用絮凝法制备的生物絮凝剂是目前的研究热点，但生物絮凝剂的低絮凝率、低产率和高生产成本等问题成为了其规模化生产和工业化应用的限制因素。生物法因其无二次污染且操作简单、成本低廉而在含氮水体中应用广泛。微生物在含有目标污染物的水体环境中的耐受能力，以及对目标污染物的去除能力，决定了该微生物对特定污染物的作用效果。此外由于部分微生物生长周期较长，生长速度较慢，且对环境改变的敏感程度高，因而在水环境修复过程中容易消亡，无法维持其生物活性。对于以上限制性因素，微生物固定化技术具有明显的优势，固定化微生物催化活性得到提高，生产时间缩短，生产成本降低且产量增加。
传统的微生物固定化方法有载体结合法和凝胶包埋法。采用载体结合法进行固定，若载体与微生物之间的结合程度不高，固定化菌剂难以抵抗不良环境的冲击，稳定性差，微生物易流失甚至凋亡，较难实现菌剂的回收利用。而凝胶包埋法中的交联剂浓度、交联时间、微生物等因素则会影响固定化微生物颗粒的传质性能和机械性能，从而影响对水体氨氮的去除效率。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，以解决现有固定化菌剂氨氮去除效率较低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，包括以下步骤：
1)将沸石研磨、过筛、灭菌、烘干后，加入至微生物菌悬液中，振荡吸附，然后，静置一段时间，得到菌液混合物；
2)将所述菌液混合物加入至海藻酸钠溶液中，得到混合溶液A；
3)将所述混合溶液A滴加至CaCl2溶液中，进行交联反应，待所述交联反应结束后，用无菌水洗涤，得到用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒。
可选地，所述步骤1)中所述微生物菌悬液通过以下方法制得：
11)取黑臭水体水样，过滤后加入到选择培养基中，每隔2d，加入营养液和NH4Cl溶液，并在150r/min、30℃的条件下恒温振荡培养20d，得到菌液；
12)将所述菌液涂布于固体选择培养基中培养，直至固体选择培养基表面长出圆形淡黄色菌落；
13)将所述圆形淡黄色菌落接入细菌富集培养基中，并在150r/min、30℃的条件下恒温振荡培养24h，然后，离心，得到湿菌体；
14)用无菌水洗涤所述湿菌体，离心，倾去上清液，再加入无菌水混匀，得到微生物菌悬液。
可选地，所述步骤11)中所述营养液每隔2d的加入量为10mL。
可选地，所述步骤11)中所述NH4Cl溶液的初始加入量为2mL，此后，每隔2d，所述NH4Cl溶液的加入量比前一次所述NH4Cl溶液的加入量多3-5mL，且每次加入的所述NH4Cl溶液的浓度均为1000mg/L。
可选地，所述步骤12)中将所述菌液涂布于固体选择培养基中培养，直至固体选择培养基表面长出菌落，包括：将所述菌液涂布于固体选择培养基中，然后，于30℃下将固体选择培养基恒温倒置培养，直至固体选择培养基表面长出圆形淡黄色菌落。
可选地，所述步骤13)中所述离心的离心速度为4000r/min，离心时间为10min。
可选地，所述步骤14)中所述离心的离心速度为4000r/min，离心时间为5-10min。
可选地，所述步骤1)中所述过筛的筛孔尺寸为200目；所述灭菌的灭菌温度为121℃，灭菌时间为15min；所述烘干的烘干温度为103℃-105℃；所述振荡吸附的振荡速度为150r/min、振荡温度为30℃，振荡时间为2h；所述静置的静置温度为30℃，静置时间为24h。
可选地，所述步骤2)中所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2％-3％。
可选地，所述步骤3)中所述CaCl2溶液的质量浓度为2％-4％；所述交联反应的反应温度为4℃，反应时间为24h。
本发明的技术原理是：
本发明利用氨氮浓度梯度，筛选培养可对高氨氮环境有一定耐受性的微生物，增强微生物对氨氮的去除性能；利用沸石表面的多孔隙结构，将氨氮去除微生物通过吸附作用先固定在沸石中，再通过海藻酸钠和氯化钙溶液将吸附沸石后的微生物包埋固定，保证颗粒的传质性能和机械性能，减少菌体溶出，从而使固定化微生物颗粒对氨氮有较好的去除效果。
相对于现有技术，本发明所述的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法具有以下优势：
1、本发明从黑臭水体中筛选出氨氮耐受性较好的微生物，然后，结合沸石和海藻酸钠两种载体材料进行微生物固定，氨氮去除微生物经沸石吸附后再包埋固定，使得所得的固定化微生物颗粒菌体不易溶出，颗粒不易溶胀，且具有较好的材料稳定性和重复利用性，从而使其具有较高的氨氮去除率。
2、本发明材料易得，制备方法简单，生产时间短，使其生产成本大大降低，产量大大增加。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，具体包括以下步骤：
1)制备选择培养基，其组分如下：1g/L葡萄糖、0.1g/L CaCl2、0.3g/L Na2HPO4、0.5g/L KH2PO4、0.05g/L MgSO4、0.0025g/L MnSO4·4H2O、0.0025g/L FeSO4·7H2O，以及对应的营养液；
2)制备固体选择培养基，加入20g/L琼脂粉和0.02g/L NH4Cl，其余组分与选择培养基一致；
3)制备细菌富集培养基，其组分如下：5g/L牛肉膏，10g/L蛋白胨，5g/L NaCl；
4)制备微生物菌悬液：取黑臭水体水样，过滤后加入到选择培养基中，每隔2d，加入10mL营养液，并初始加入2mL浓度为1000mg/L的NH4Cl溶液，此后，每隔2d，加入比前一次NH4Cl溶液的加入量多5mL的NH4Cl溶液，每次加入的NH4Cl溶液的浓度均为1000mg/L，并在150r/min、30℃的恒温振荡器中恒温振荡培养20d，得到菌液；
将菌液涂布于固体选择培养基中，然后，于30℃的恒温培养箱中将固体选择培养基恒温倒置培养，直至固体选择培养基表面长出圆形淡黄色菌落；
将圆形淡黄色菌落接入细菌富集培养基中，并在150r/min、30℃的恒温振荡器中恒温振荡培养24h，然后，在4000r/min的转速下将菌液离心10min，得到湿菌体；
用无菌水洗涤湿菌体后，在4000r/min的转速下离心10min，倾去上清液，重复洗涤离心操作3次，加入无菌水混匀，得到微生物菌悬液。
5)用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备：将沸石研磨、过200目筛，于121℃下灭菌15min，再于105℃下烘干至恒重后，加入至微生物菌悬液中，在150r/min、30℃的恒温振荡器中振荡吸附2h，然后，于30℃下静置24h，得到菌液混合物；
将菌液混合物加入至质量浓度为2.5％的海藻酸钠溶液中，得到混合溶液A；
用注射器将将混合溶液A滴加至质量浓度为3％的CaCl2溶液中，并于4℃下交联反应24h，待交联反应结束后，取出颗粒用无菌水清洗3次，得到用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：未添加沸石，其他步骤均与实施例1相同。
在实验室条件下，用2.5g材料(用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒)对氨氮浓度为20g/L的黑臭水体进行处理，于150r/min、30℃恒温振荡器中振荡反应48h后测定水中剩余氨氮浓度，以对本发明实施例1和对比例1的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的氨氮去除效果进行测试，并观测颗粒溶胀和菌体溶出情况，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002327993740000061
由表1可知，本发明实施例1的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒对黑臭水体中的氨氮具有良好的去除效果，且随着固定化微生物颗粒的含菌量增加，氨氮去除率也随之提高，筛选得到的微生物对氨氮的去除作用明显。另外，与未添加沸石的固定化微生物颗粒对比发现，经沸石吸附后再固定，颗粒未溶胀，菌体未溶出，材料结构稳定。
将上述对黑臭水体进行处理后的材料用无菌水清洗3次，再分别投入氨氮浓度为20g/L的黑臭水体中，于150r/min、30℃恒温振荡器中振荡反应48h后，测定水中剩余氨氮浓度，重复上述步骤3次，以对本发明实施例1和对比例1的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的重复利用性进行测试，测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002327993740000071
由表2可知，不同含菌量下，本发明实施例1的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒经过3次重复利用后，其对氨氮的去除率均超过了60％，材料发挥了良好的氨氮去除效果，保证了材料在重复利用条件下的稳定性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将沸石研磨、过筛、灭菌、烘干后，加入至微生物菌悬液中，振荡吸附，然后，静置一段时间，得到菌液混合物；
2)将所述菌液混合物加入至海藻酸钠溶液中，得到混合溶液A；
3)将所述混合溶液A滴加至CaCl2溶液中，进行交联反应，待所述交联反应结束后，用无菌水洗涤，得到用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒。
2.根据权利要求1所述的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述微生物菌悬液通过以下方法制得：
11)取黑臭水体水样，过滤后加入到选择培养基中，每隔2d，加入营养液和NH4Cl溶液，并在150r/min、30℃的条件下恒温振荡培养20d，得到菌液；
12)将所述菌液涂布于固体选择培养基中培养，直至固体选择培养基表面长出圆形淡黄色菌落；
13)将所述圆形淡黄色菌落接入细菌富集培养基中，并在150r/min、30℃的条件下恒温振荡培养24h，然后，离心，得到湿菌体；
14)用无菌水洗涤所述湿菌体，离心，倾去上清液，再加入无菌水混匀，得到微生物菌悬液。
3.根据权利要求2所述的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤11)中所述营养液每隔2d的加入量为10mL。
4.根据权利要求2所述的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤11)中所述NH4Cl溶液的初始加入量为2mL，此后，每隔2d，所述NH4Cl溶液的加入量比前一次所述NH4Cl溶液的加入量多3-5mL，且每次加入的所述NH4Cl溶液的浓度均为1000mg/L。
5.根据权利要求2所述的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤12)中将所述菌液涂布于固体选择培养基中培养，直至固体选择培养基表面长出菌落，包括：将所述菌液涂布于固体选择培养基中，然后，于30℃下将固体选择培养基恒温倒置培养，直至固体选择培养基表面长出圆形淡黄色菌落。
6.根据权利要求2所述的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤13)中所述离心的离心速度为4000r/min，离心时间为10min。
7.根据权利要求2所述的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤14)中所述离心的离心速度为4000r/min，离心时间为5-10min。
8.根据权利要求1所述的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述过筛的筛孔尺寸为200目；所述灭菌的灭菌温度为121℃，灭菌时间为15min；所述烘干的烘干温度为103℃-105℃；所述振荡吸附的振荡速度为150r/min、振荡温度为30℃，振荡时间为2h；所述静置的静置温度为30℃，静置时间为24h。
9.根据权利要求1所述的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2％-3％。
10.根据权利要求1所述的用于黑臭水体去除氨氮的固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中所述CaCl2溶液的质量浓度为2％-4％；所述交联反应的反应温度为4℃，反应时间为24h。
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