一種固定化低溫硝化菌及其在處理低溫氨氮廢水中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固定化低溫硝化菌及其在處理低溫氨氮廢水中的應(yīng)用，本發(fā)明提供的一種采用固定化低溫硝化菌處理低溫氨氮廢水的方法，該方法可在較短的時間內(nèi)獲得混合耐低溫硝化菌種，固定化載體比表面積大（達(dá)20000m2/m3），固定強(qiáng)度高，且保留較高的菌種活性，可在反應(yīng)器運(yùn)行中隨時投放，迅速激活，與現(xiàn)有固定化低溫硝化菌技術(shù)相比，本發(fā)明將污水處理溫度降到5~8℃，有著巨大的節(jié)能效益并更適合我國無數(shù)處理環(huán)境，具有很高的應(yīng)用價值。
【專利說明】一種固定化低溫硝化菌及其在處理低溫氨氮廢水中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物脫氮污水處理技術(shù)，特別是一種采用固定化低溫硝化菌處理低溫氨氮廢水的方法，屬于生物【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)冬季污水溫度低于15°C時，硝化速率急劇降低，5°C左右時，硝化作用基本停止，硝化效果變差使得氨氮和總氮無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，這個問題越發(fā)突出。很多污水處理廠進(jìn)入冬季調(diào)試運(yùn)行后，常常要經(jīng)過很長時間的調(diào)整，才能保證氨氮達(dá)標(biāo)，長期氨氮不達(dá)標(biāo)排放會造成水體富營養(yǎng)化，惡化水體生態(tài)環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn):冬季低溫時，污水處理站包括好氧硝化在內(nèi)的污水處理效率降到了 50%左右，當(dāng)水溫低于4°C時，幾乎無處理效果；同時低溫會導(dǎo)致污泥膨脹等現(xiàn)象出現(xiàn)。需要尋找合適的方法強(qiáng)化冬季低溫條件下生物系統(tǒng)對氨氮的硝化能力，縮短生物培養(yǎng)期，使其具有良好的環(huán)境效應(yīng)。針對上述問題，國內(nèi)外所做的研究主要集中于工藝的改進(jìn)和功能菌的篩選，工藝的改進(jìn)包括對活性污泥法和生物膜法的改進(jìn)。
[0003]低溫好氧硝化在工藝方面的改進(jìn)主要包括活性污泥法和生物膜法這兩方面的改進(jìn)。其中，對活性污泥法的改進(jìn)包括對傳統(tǒng)活性污泥法、sbr、a2/0等工藝的改進(jìn)，是通過優(yōu)化運(yùn)行操作條件等方式實(shí)現(xiàn)的；生物膜法的改進(jìn)包括生物膜載體、生物流化床以及曝氣生物濾池(BAF)等幾個方面，是通過將馴化的耐低溫菌固定在載體上、優(yōu)化運(yùn)行控制條件等方式實(shí)現(xiàn)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述存在的技術(shù)問題，提供的一種采用固定化低溫硝化菌處理低溫氨氮廢水的方法，該方法可在較短的時間內(nèi)獲得混合耐低溫硝化菌種，固定化載體比表面積大(達(dá)20000m2/m3)， 固定強(qiáng)度高，且保留較高的菌種活性，可在反應(yīng)器運(yùn)行中隨時投放，迅速激活，與現(xiàn)有固定化低溫硝化菌技術(shù)相比，本發(fā)明將污水處理溫度降到5l°C，有著巨大的節(jié)能效益并更適合我國無數(shù)處理環(huán)境，具有很高的應(yīng)用價值。
[0005]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種制備用于處理低溫氨氮廢水的固定化低溫硝化菌的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007](I)低溫硝化菌株的馴化:將取自冬季哈爾濱市太平污水處理廠的活性污泥置于實(shí)驗(yàn)室生化培養(yǎng)箱內(nèi)，6~10°C培養(yǎng)，培養(yǎng)基主要成分為:C0D (葡萄糖)為200~500mg/L，NH3+-N(NH4CI)為50~100mg/L，NaHCO3為300~1000mg/L，并加入由微量元素組成的營養(yǎng)液，使所加入的各微量元素的終濃度為CaCO3L 0g/L、K2HPO40.75g/L、MnSO40.01g/L、MgSO4.4H200.03g/L ;經(jīng)過3個月時間耐低溫硝化污泥馴化成熟，取馴化成熟的硝化污泥上清液采用平板劃線分離方法進(jìn)行分離，亞硝化細(xì)菌分離采用的培養(yǎng)基為改良的斯蒂芬遜(Stephenson)培養(yǎng)基,硝化細(xì)菌分離米用硝化細(xì)菌培養(yǎng)基,分離物置于4°C培養(yǎng)箱培養(yǎng),選擇生長良好的菌落繼續(xù)馴化培養(yǎng)；
[0008](2)取出已培養(yǎng)好的硝化細(xì)菌菌種培養(yǎng)液以及亞硝化細(xì)菌菌種培養(yǎng)液分別離心分離15min, 4000r/min,棄去上清液,將沉淀物用pH=7.2磷酸鹽緩沖液清洗2遍,生理食鹽水清洗3遍，再離心，棄去上清液，分別稱相同質(zhì)量的濕菌體，加蒸餾水配制成耐冷菌懸浮液；
[0009]固定化方法的選擇:包括以海藻酸鈉作為固定化材料的方法，包括包埋法、吸附法；以聚乙烯醇作為固定化材料的方法，包括包埋法、吸附法；以不同粒徑蛭石固定化材料的方法，包括吸附法；最終得到固定化低溫硝化菌制品。
[0010]在本發(fā)明中，優(yōu)選的，是以聚胺脂泡沫為生物載體、海藻酸鈉為包埋劑、氯化鈣為交聯(lián)劑制作固定化載體。其具體流程圖如圖1所示。
[0011]按照以上任一項(xiàng)所述的方法制備得到的固定化低溫硝化菌。
[0012]所述的固定化低溫硝化菌在處理低溫氨氮廢水中的應(yīng)用。
[0013]對本發(fā)明所得到的固定化菌劑制品進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度測試，具體步驟為:將等量采用幾種不同材料(包括以海藻酸鈉、聚乙烯醇或不同粒徑蛭石作為固定化材料)的固定化制品放入含30mL蒸餾水的三角瓶中，分別在8°C，150r.mirT1恒溫?fù)u床，振蕩24h，觀察固定化細(xì)胞的破損程度。
[0014]對本發(fā)明的固定化菌劑制品的傳質(zhì)性能進(jìn)行測試，具體步驟為:將等量采用幾種不同材料(包括以海藻酸鈉、聚乙烯醇或不同粒徑蛭石作為固定化材料)的固定化細(xì)胞浸沒于藍(lán)黑墨水中，使其充分浸染，隨后將它們置于蒸餾水中，觀測小球的褪色情況，結(jié)合其染色和褪色速率確定其傳質(zhì)性能的優(yōu)劣。
[0015]實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的固定化載體物化特性為，比表面積增大,可達(dá)20000m2/m3，吸水能力強(qiáng)，能吸收本身重量250%的水分，可調(diào)`節(jié)密度、沉淀速度、帶電負(fù)荷以及導(dǎo)電性。載體掃描電鏡圖片如圖2所示。生物吸附混合固定化硝化菌成品電鏡圖片(200X)如圖3所示。生物吸附混合固定化硝化菌成品電鏡圖片(6000X )如圖4所示。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:1)以引進(jìn)國外先進(jìn)膜生物載體為吸附材料，將經(jīng)過化學(xué)試劑包埋的菌劑制品吸附于載體內(nèi)部，載體本身的環(huán)境有利于生物細(xì)胞的增殖，可達(dá)到較高的菌體濃度，同時固定化狀態(tài)避免了單一生物膜法菌種流失現(xiàn)象，使單位體積內(nèi)微生物活性大大提高，進(jìn)而提高反應(yīng)效率；2)本發(fā)明為生物脫氮技術(shù)，該技術(shù)可以在反應(yīng)器運(yùn)行過程中隨時投放，且迅速激活，引用方便；3)本發(fā)明將污水處理溫度降到5~8°C，有著巨大的節(jié)能效益并更適合我國無數(shù)處理環(huán)境，具有很高的應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的固定化低溫硝化菌的制備流程圖；
[0018]圖2為載體掃描電鏡圖片；
[0019]圖3為生物吸附混合固定化硝化菌成品電鏡圖片(200X )；
[0020]圖4為生物吸附混合固定化硝化菌成品電鏡圖片(6000X )；
[0021 ]圖5為生物吸附混和固定化硝化菌氨氮去除效率圖；
[0022]圖6為生物吸附混和固定化硝化菌總氮去除效率圖。
【具體實(shí)施方式】[0023]下面通過實(shí)驗(yàn)并結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅用于例證的目的，決不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]實(shí)施例1固定化低溫硝化菌的制備
[0025](1)低溫硝化菌株的馴化:將取自哈爾濱市太平污水處理廠的活性污泥置于實(shí)驗(yàn)室生化培養(yǎng)箱內(nèi)，6~10°C培養(yǎng)，培養(yǎng)基主要成分為:C0D (葡萄糖)為350mg/L，NH3+-N(NH4CI)為75mg/L，NaHCO3為650mg/L，并加入由微量元素組成的營養(yǎng)液，使所加入的各微量元素的終濃度為 CaCO3L Og/L、K2HPO40.75g/L、MnSO40.01g/L、MgSO4.4Η200.03g/L ;經(jīng)過 3 個月時間耐低溫硝化污泥馴化成熟，取馴化成熟的硝化污泥上清液采用平板劃線分離方法進(jìn)行分離，亞硝化細(xì)菌分離采用的培養(yǎng)基為改良的斯蒂芬遜(St印henson)培養(yǎng)基，硝化細(xì)菌分離采用硝化細(xì)菌培養(yǎng)基，分離物置于4°C培養(yǎng)箱培養(yǎng)，選擇生長良好的菌落繼續(xù)馴化培養(yǎng)；
[0026](2)取出已培養(yǎng)好的硝化細(xì)菌菌種培養(yǎng)液以及亞硝化細(xì)菌菌種培養(yǎng)液分別離心分離15min, 4000r/min,棄去上清液,將沉淀物用pH=7.2磷酸鹽緩沖液清洗2遍,生理食鹽水清洗3遍，再離心，棄去上清液，分別稱相同質(zhì)量的濕菌體,加蒸餾水配制成耐冷菌懸浮液，OD585 約為 1.854。
[0027]以聚胺脂泡沫(邊長1.5~3.0mm,堆積密度0.06kg/L,堆積體積500mL)為生物載體、海藻酸鈉為包埋劑、氯化鈣為交聯(lián)劑制作固定化載體。用Na2CO3調(diào)節(jié)氯化鈣pH值為
6.7，海藻酸鈉在100°C水浴中溶解并冷卻至30°C。250mL的硝化細(xì)菌懸浮液低溫條件下加入到等體積的16% (w/w)的海藻酸鈉溶液中，攪拌均勻后按照質(zhì)量比1:3倒入經(jīng)過洗凈烘干處理的聚胺脂泡沫中進(jìn)行吸附。45min后，加入氯化鈣溶液進(jìn)行交聯(lián)，定時攪拌3次，28h后用生理鹽水沖洗3次，自來水沖洗3次，制作過程見圖1。
[0028]實(shí)施例2固定化低溫硝化菌的性能測試
[0029]1、電鏡觀察結(jié)果
[0030]對本發(fā)明的所得到的固定化菌劑制品(按照實(shí)施例1方法制備)的表面結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行電鏡觀察。
[0031]實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的固定化載體物化特性為，比表面積增大,可達(dá)20000m2/m3，吸水能力強(qiáng)，能吸收本身重量250%的水分，可調(diào)節(jié)密度、沉淀速度、帶電負(fù)荷以及導(dǎo)電性。載體掃描電鏡圖片如圖2所示。生物吸附混合固定化硝化菌成品電鏡圖片(200X)如圖3所示。生物吸附混合固定化硝化菌成品電鏡圖片(6000X )如圖4所示。
[0032]2、機(jī)械強(qiáng)度測試
[0033]對本發(fā)明所得到的固定化菌劑制品(按照實(shí)施例1方法制備)進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度測試，具體步驟為:將等量采用幾種不同材料(包括以海藻酸鈉、聚乙烯醇或不同粒徑蛭石作為固定化材料)的固定化制品放入含30mL蒸懼水的三角瓶中，分別在8°C, 150r.mirT1恒溫?fù)u床，振蕩24h，觀察固定化細(xì)胞的破損程度。
[0034]結(jié)果表明，海藻酸鈉所形成的小球在震蕩中破碎量比較大，振蕩24h后，破損的小球數(shù)量超過1/3。說明海藻酸鈉所形成小球的機(jī)械強(qiáng)度較差，韌性較差。由聚乙烯醇所形成小球形狀不規(guī)則，很難成球并且易于聚集，但其機(jī)械強(qiáng)度較高。振蕩24h后，破損的小球低于10%。說明其具有比較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和韌性。蛭石與上面兩種固定化材料的物理性質(zhì)有所不同，其在振蕩24h后，破碎明顯，有些蛭石甚至在溶液中被振蕩成粉末溶于測試溶液中，從而改變?nèi)芤旱念伾c透光率。[0035]3、傳質(zhì)性能測試
[0036]對本發(fā)明的固定化菌劑制品(按照實(shí)施例1方法制備)的傳質(zhì)性能進(jìn)行測試，具體步驟為:將等量采用幾種不同材料(包括以海藻酸鈉、聚乙烯醇或不同粒徑蛭石作為固定化材料)的固定化細(xì)胞浸沒于藍(lán)黑墨水中，使其充分浸染，隨后將它們置于蒸餾水中，觀測小球的褪色情況，結(jié)合其染色和褪色速率確定其傳質(zhì)性能的優(yōu)劣。
[0037]結(jié)果表明，海藻酸鈉作為固定化材料傳質(zhì)能力較強(qiáng)，無論是外界物質(zhì)進(jìn)入其內(nèi)部的速率還是物質(zhì)從其內(nèi)部透出的速率都很快。聚乙烯醇作為固定化材料，其傳質(zhì)能力極低，外界物質(zhì)幾乎很難進(jìn)入其內(nèi)部，其內(nèi)部的物質(zhì)也很難透出與外界環(huán)境接觸。蛭石的傳質(zhì)能力介于以上兩種材料之間，并且穩(wěn)定性不高。
[0038]4、氨氮的降解效果的測定
[0039]將固定化低溫硝化菌和單一海藻酸鈉包埋菌分別處理氨氮濃度100mg/L廢水，在培養(yǎng)24h后，檢測培養(yǎng)基內(nèi)剩余氨氮濃度，計算出降解率。其結(jié)果如表1所示。做3個重復(fù)。固定化低溫硝化菌命名為LI，L2，L3 ;單一海藻酸鈉包埋菌命名為HB1，HB2, HB3。
[0040]表1強(qiáng)化氨氮去除固定菌氨氮降解率
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種制備用于處理低溫氨氮廢水的固定化低溫硝化菌的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)低溫硝化菌株的馴化:將取自冬季哈爾濱太平污水處理廠的活性污泥置于實(shí)驗(yàn)室生化培養(yǎng)箱內(nèi)，6~10°C培養(yǎng)，培養(yǎng)基主要成分為:COD (葡萄糖)為200~500mg/L，NH3+-N(NH4Cl)為50~100mg/L，NaHCO3為300~1000mg/L，并加入由微量元素組成的營養(yǎng)液，使所加入的各微量元素的終濃度為CaCO3L 0g/L、K2HPO40.75g/L、MnSO40.01g/L、MgSO4.4H200.03g/L ;經(jīng)過3個月時間耐低溫硝化污泥馴化成熟，取馴化成熟的硝化污泥上清液采用平板劃線分離方法進(jìn)行分離，亞硝化細(xì)菌分離采用的培養(yǎng)基為改良的斯蒂芬遜(Stephenson)培養(yǎng)基,硝化細(xì)菌分離米用硝化細(xì)菌培養(yǎng)基,分離物置于4°C培養(yǎng)箱培養(yǎng),選擇生長良好的菌落繼續(xù)馴化培養(yǎng)； (2)取出已培養(yǎng)好的硝化細(xì)菌菌種培養(yǎng)液以及亞硝化細(xì)菌菌種培養(yǎng)液分別離心分離15min,4000r/min,棄去上清液,將沉淀物用pH=7.2磷酸鹽緩沖液清洗2遍,生理食鹽水清洗3遍，再離心，棄去上清液，分別稱相同質(zhì)量的濕菌體，加蒸餾水配制成耐冷菌懸浮液； 固定化方法的選擇:包括以海藻酸鈉作為固定化材料的方法，包括包埋法、吸附法；以聚乙烯醇作為固定化材料的方法，包括包埋法、吸附法；以不同粒徑蛭石固定化材料的方法，包括吸附法；最終得到固定化低溫硝化菌制品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以聚胺脂泡沫為生物載體、海藻酸鈉為包埋劑、氯化鈣為交聯(lián)劑制作固定化載體。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法制備得到的固定化低溫硝化菌。
4.權(quán)利要求3所述的固定化低溫硝化菌在處理低溫氨氮廢水中的應(yīng)用。
【文檔編號】C02F3/34GK103805590SQ201310002414
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月5日
【發(fā)明者】樸庸健, 劉德濱, 劉敏, 田輝 申請人:哈爾濱谷光環(huán)境科技有限公司