一种利用碳纤维毡固定化铜绿假单胞菌处理含氮废水的方法

摘要

一种利用碳纤维毡固定化铜绿假单胞菌处理含氮废水的方法，对碳纤维毡进行处理，用于固定化铜绿假单胞菌，将得到的200～600块长宽均为4mm，厚度为5mm的固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡小块加入到含氮废水中，对含氮废水进行连续处理，上述含氮废水水质如下：硝酸盐NO

说明书

技术领域

本发明属于应用微生物与环境工程技术领域，涉及利用一种新型固定化载体固定化微生物处理含氮废水的方法。尤其涉及利用碳纤维毡固定化铜绿假单胞菌处理含氮废水。

背景技术

大量含氮废水进入水体，会加速水体的富营养化过程。目前，含氮废水的处理方式主要有化学法、物理法和生物法等。其中物理法和化学法具有成本较高、操作过程复杂，极易对环境造成二次污染等问题。

铜绿假单胞菌可以在有氧条件下进行反硝化，从而实现脱氮作用。铜绿假单胞菌通过自身的呼吸过程，可以将硝酸盐、亚硝酸盐、一氧化氮还原为氮气。

虽然铜绿假单胞菌可以在有氧条件下处理含氮废水，但其在悬浮培养降解体系中还存在处理效率低，水处理空间大、抗高负荷能力差、固液分离困难等问题。

固定化铜绿假单胞菌常用的方法有包埋法、吸附法等，常用的固定化载体有木屑、聚氨酯泡沫、聚乙烯醇、海藻酸钙。但上述载体存在很多问题，如制备过程较复杂、比表面积小、固定化效率低、机械强度差。而碳纤维毡具有比表面积大，吸附性能好，再生能力强，因此是一种较为理想的铜绿假单胞菌固定化载体。

发明内容

本发明的目的是：提供一种利用碳纤维毡固定化铜绿假单胞菌处理含氮废水的方法，通过对碳纤维毡的处理，使其成为固定化微生物的优良载体，进而用于固定化铜绿假单胞菌，建立一种处理含氮废水的简单、有效的方法，利用碳纤维毡固定化的铜绿假单胞菌在对含氮废水的过程中生物活性更加稳定，所需水处理空间减小，且固定化载体碳纤维毡机械强度高，持久耐用，能够重复使用多次。

实现本发明目的采用的技术方案是，一种利用碳纤维毡固定化铜绿假单胞菌处理含氮废水的方法，其特征是，它包括以下步骤：

（1） 铜绿假单胞菌培养液的制备

     将保存在斜面上的菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa接入到100mL无菌的种子培养基中，所述的种子培养基中各组分用量占种子培养基质量用量的百分比分别为：葡萄糖2%；蛋白胨0.5%；酵母膏0.3%；Na₂HPO₄·12H₂O 0.2%；KH₂PO₄ 0.1%；MgSO₄·7H₂0 0.025%；柠檬酸0.2%；pH5.8；在温度30℃的气浴恒温摇床上以150rpm培养48h，得到活化好的铜绿假单胞菌菌悬液，将得到的菌悬液存放在温度4℃冰箱中保存备用；

（2）碳纤维毡的预处理

将一块长宽均为100mm，厚度为5mm的碳纤维毡放入去离子水中煮沸30min；至自然冷却后，将得到的碳纤维毡置于温度4℃冰箱保存备用；

（3）碳纤维毡对菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌的固定化

将质量10g的聚乙烯醇和质量0.6g海藻酸钠加入到100mL蒸馏水中，用沸水浴加热使聚乙烯醇和海藻酸钠溶解得到混合溶液，在加热过程中用玻璃棒均匀搅拌混合溶液；混合溶液冷却至室温后，向其中加入质量1.0g粉末活性炭，混合均匀；向其中加入上述步骤（1）得到的20～40mL的铜绿假单胞菌培养液，混合均匀后得到预包埋菌液；将上述步骤（2）得到的碳纤维毡放入上述制得的预包埋菌液中浸泡30～60min；将浸泡后的碳纤维毡再放入饱和硼酸溶液中，在温度4℃冰箱中放置3h，使碳纤维毡凝胶化，上述饱和硼酸溶液含浓度为2%的氯化钙并经碳酸钠溶液调节pH值为7.0；将固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡用蒸馏水冲洗数次后，裁剪成长宽均为4mm的小块置于温度4℃冰箱中待用；使用固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡前，用吸水纸吸净表面的水分即可；

（4）固定化菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌的碳纤维毡对含氮废水的处理

将200～600块上述步骤（3）制得的长宽均为4mm的固定化菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌的碳纤维毡小块加入到含氮废水中，对含氮废水进行连续处理，上述含氮废水水质如下：硝酸盐NO₃^-：0.5～3.5mg/L，化学需氧量COD：350～460mg/L，溶解氧量：6.5mg/L；控制含氮废水连续进水，进水流速为1mL/min；于温度20℃，连续处理含氮废水240h，每隔24h检测含氮废水的硝酸盐NO₃^-和化学需氧量COD去除率，实现含氮废水的处理。

所述铜绿假单胞菌来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌株编号为CGMCC NO：1.00238。

本发明与现有技术相比存在显著的进步和积极的效果：

1．本发明为碳纤维毡的应用提供了新的思路和途径；

2．固定化载体碳纤维毡比表面积大，生物亲和性强，机械化强度大，可反复固定化铜绿假单胞菌进行废水脱氮处理；

3．固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡处理含氮废水的方法可操作性强，操作简单，脱氮效率高，所需水处理空间小；

4．对含氮废水的硝酸盐NO₃^-去除率最高达到95.1%，化学需氧量COD去除率最高达到80.9%。

具体实施方式

实施例1的一种利用碳纤维毡固定化铜绿假单胞菌处理含氮废水的方法，它包括以下步骤：

（1）铜绿假单胞菌培养液的制备：

将保存在斜面上的菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa接入到100mL无菌的种子培养基中，所述的种子培养基中各组分用量占种子培养基质量用量的百分比分别为：葡萄糖2%；蛋白胨0.5%；酵母膏0.3%；Na₂HPO₄·12H₂O 0.2%；KH₂PO₄ 0.1%；MgSO₄·7H₂0 0.025%；柠檬酸0.2%；pH5.8；在温度30℃的气浴恒温摇床上，以150rpm培养48h，得到活化好的铜绿假单胞菌菌悬液，将得到的菌悬液存放在温度4℃冰箱中保存备用；上述铜绿假单胞菌来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌株编号为0CGMCC NO：1.00238；

（2）碳纤维毡的预处理：

将一块长宽均为100mm，厚度为5mm的碳纤维毡放入去离子水中煮沸30min；至自然冷却后，将得到的碳纤维毡置于温度4℃冰箱保存备用；上述碳纤维毡购自大连兴科碳纤维有限公司，品牌：兴科；型号：CCF-DLXKTSMZ-5；

（3）碳纤维毡对菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌的固定化：

将质量10g的聚乙烯醇和质量0.6g海藻酸钠加入到100mL蒸馏水中，用沸水浴加热使聚乙烯醇和海藻酸钠溶解得到混合溶液，在加热过程中用玻璃棒均匀搅拌混合溶液；混合溶液冷却至室温后，向其中加入质量1.0g粉末活性炭，混合均匀；向其中加入上述步骤（1）得到的20mL的铜绿假单胞菌培养液，混合均匀后得到预包埋菌液；将上述步骤（2）得到的碳纤维毡放入上述制得的预包埋菌液中浸泡60min；将浸泡后的碳纤维毡再放入饱和硼酸溶液中，在温度4℃冰箱中放置3h，使碳纤维毡凝胶化，上述饱和硼酸溶液含浓度为2%的氯化钙并经碳酸钠溶液调节pH值为7.0；将固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡用蒸馏水冲洗数次后，裁剪成长宽均为4mm的小块置于温度4℃冰箱中待用；使用固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡前，用吸水纸吸净表面的水分即可；

（4）固定化菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌的碳纤维毡对含氮废水的处理：

将200块上述步骤（3）制得的长宽均为4mm的固定化菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌的碳纤维毡小块加入到含氮废水中，对含氮废水进行连续处理，上述含氮废水水质如下：硝酸盐NO₃^-：0.5mg/L，化学需氧量COD：350mg/L，溶解氧量：6.5mg/L；控制含氮废水连续进水，进水流速为1mL/min；于温度20℃，连续处理含氮废水240h，每隔24h测定含氮废水的水质。含氮废水的处理效果如表1所示：

表1固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡对含氮废水中硝酸盐NO₃^-：0.5mg/L，化学需氧量COD：350mg/L，溶解氧量为6.5mg/L的处理效果

从表1中可以看出，被碳纤维毡固定化的铜绿假单胞菌对含氮废水中硝酸盐NO₃^-：0.5mg/L，化学需氧量COD：350mg/L，溶解氧量为6.5mg/L的处理效果明显优于铜绿假单胞菌本身对含氮废水中硝酸盐NO₃^-：0.5 mg/L，化学需氧量COD：350mg/L，溶解氧量为6.5 mg/L的处理效果，废水处理效率得到提升，且碳纤维毡本身对废水处理效果没有影响。

实施例2的一种利用碳纤维毡固定化铜绿假单胞菌处理含氮废水的方法，它包括与实施例1相同的步骤（1）和（2），其区别步骤为：

（3）碳纤维毡对菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌的固定化：

将质量10g的聚乙烯醇和质量0.6g海藻酸钠加入到100mL蒸馏水中，用沸水浴加热使聚乙烯醇和海藻酸钠溶解得到混合溶液，在加热过程中用玻璃棒均匀搅拌混合溶液；混合溶液冷却至室温后，向其中加入质量1.0g粉末活性炭，混合均匀；向其中加入上述步骤（1）得到的30mL的铜绿假单胞菌培养液，混合均匀后得到预包埋菌液；将上述步骤（2）得到的碳纤维毡放入上述制得的预包埋菌液中浸泡45min；将浸泡后的碳纤维毡再放入饱和硼酸溶液中，在温度4℃冰箱中放置3h，使碳纤维毡凝胶化，上述饱和硼酸溶液含浓度为2%的氯化钙并经碳酸钠溶液调节pH值为7.0；将固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡用蒸馏水冲洗数次后，裁剪成长宽均为4mm的小块置于温度4℃冰箱中待用；使用固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡前，用吸水纸吸净表面的水分即可；

（4）固定化菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌的碳纤维毡对含氮废水的处理：

将400块上述步骤（3）制得的长宽均为4mm的固定化菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌的碳纤维毡小块加入到含氮废水中，对含氮废水进行连续处理，上述含氮废水水质如下：硝酸盐NO₃^-：2mg/L，化学需氧量COD：420mg/L，溶解氧量：6.5mg/L：控制含氮废水连续进水，进水流速为1mL/min；于20℃下，连续处理含氮废水240h，每隔24h测定含氮废水的水质。含氮废水的处理效果如表2所示：

表2固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡对含氮废水中硝酸盐NO₃^-：2mg/L，化学需氧量COD：420mg/L，溶解氧量为6.5mg/L的处理效果

从表2中可以看出，被碳纤维毡固定化的铜绿假单胞菌对含氮废水中硝酸盐NO₃^-：2mg/L，化学需氧量COD：420mg/L，溶解氧量为6.5mg/L的处理效果明显优于铜绿假单胞菌本身对含氮废水中硝酸盐NO₃^-：2mg/L，化学需氧量COD：420mg/L，溶解氧量为6.5mg/L的处理效果，废水处理效率得到提升，且碳纤维毡本身对废水处理效果没有影响。

实施例3的一种利用碳纤维毡固定化铜绿假单胞菌处理含氮废水的方法，它包括与实施例1相同的步骤（1）和（2），其区别步骤为：

（3）碳纤维毡对菌株编号为（CGMCC NO：1.00238）的铜绿假单胞菌的固定化：

将质量10g的聚乙烯醇和质量0.6g海藻酸钠加入到100mL蒸馏水中，用沸水浴加热使聚乙烯醇和海藻酸钠溶解得到混合溶液，在加热过程中用玻璃棒均匀搅拌混合溶液；混合溶液冷却至室温后，向其中加入质量1.0g粉末活性炭，混合均匀；向其中加入上述步骤（1）得到的40mL的铜绿假单胞菌培养液，混合均匀后得到预包埋菌液；将上述步骤（2）得到的碳纤维毡放入上述制得的预包埋菌液中浸泡30min；将浸泡后的碳纤维毡再放入饱和硼酸溶液中，在温度4℃冰箱中放置3h，使碳纤维毡凝胶化，上述饱和硼酸溶液含浓度为2%的氯化钙并经碳酸钠溶液调节pH值为7.0；将固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡用蒸馏水冲洗数次后，裁剪成长宽均为4mm的小块置于温度4℃冰箱中待用；使用固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡前，用吸水纸吸净表面的水分即可；

（4）固定化菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌的碳纤维毡对含氮废水的处理：

将600块上述步骤（3）制得的长宽均为4mm的固定化菌株编号为CGMCC NO：1.00238的铜绿假单胞菌的碳纤维毡小块加入到含氮废水中，对含氮废水进行连续处理，上述含氮废水水质如下：硝酸盐NO₃^-：3.5mg/L ，化学需氧量COD：460mg/L，溶解氧量： 6.5mg/L；控制含氮废水连续进水，进水流速为1mL/min；于温度20℃，连续处理含氮废水240h，每隔24h测定含氮废水的水质。含氮废水的处理效果如表3所示：

表3固定化铜绿假单胞菌的碳纤维毡对含氮废水中硝酸盐NO₃^-：3.5mg/L，化学需氧量COD：460mg/L，溶解氧量为6.5mg/L的处理效果

 

从表3中可以看出，被碳纤维毡固定化的铜绿假单胞菌对含氮废水中硝酸盐NO₃^-：3.5mg/L，化学需氧量COD：460mg/L，溶解氧量为6.5mg/L的处理效果明显优于铜绿假单胞菌本身对含氮废水中硝酸盐NO₃^-：3.5mg/L，化学需氧量COD：460mg/L，溶解氧量为6.5mg/L的处理效果，废水处理效率得到提升，且碳纤维毡本身对废水处理效果没有影响。

本发明的具体实施例已对本发明的内容作出了详尽的说明，但不局限本实施例，本领域技术人员根据本发明的启示所做的任何显而易见的改动，都属于本发明权利保护的范围。