一种强化寒冷湿地脱氮性能的固定化耐冷菌剂的制备方法

摘要

本发明涉及一种强化寒冷湿地脱氮性能的固定化耐冷菌剂的制备方法，包括以下步骤：1)采用SBR法进行耐冷氨氧化菌群的富集培养，2)制备菌悬液，3)耐冷氨氧化菌群的固定：将巴西狐单螺菌与普通小球藻复配得到小球藻复配溶液，然后将海藻酸钠溶液和小球藻复配溶液混合均匀作为包埋载体，加入污泥生物炭形成凝胶剂，然后在凝胶剂中加入菌悬液，混合均匀并静置3～4h后缓慢滴加到交联剂中，交联18～24h后用去离子水洗涤3遍；将本发明制备的固定化菌藻小球应用于冬季寒冷湿地，显著提升了寒冷条件下湿地系统的脱氮除磷能力，显著改善人工湿地冬季运行效果差、污染物处理效果差等问题。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种强化寒冷湿地脱氮性能的固定化耐冷菌剂的制备方法。

背景技术

人工湿地是人为建造的设施所形成的复杂生态系统，是一种新型的废水处理工艺，人工湿地净化了空气，保护了环境。人工湿地在春夏两季温暖季节，植物生长加快、微生物活跃，湿地系统的净化功能增强，生物去污效果明显。但冬季低温条件下，人工湿地脱氮除磷的效率普遍较低。冬季低温会阻碍植物的正常生长，导致其生物量和对营养物需求的变化，使植物对氮磷去除率下降。低温条件下，微生物的新陈代谢受到影响，数量和活性下降，故冬季人工湿地脱氮效率降低。

SBR是序批式活性污泥法的简称，常用于污水处理，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，其操作由进水(fill)，反应(react)，沉淀(settle)，滗水(draw)和待机(idle)等5个基本过程组成，从污水流入开始到待机时间结束算做一个周期。在一个周期内一切过程都在一个设有曝气或搅拌装置的反应器内依次进行，不需要连续活性污泥法中必需设置的沉淀池、回流污泥泵等设备。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种将耐冷氨氧化菌群进行固定化的强化寒冷湿地脱氮性能的固定化耐冷菌剂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种强化寒冷湿地脱氮性能的固定化耐冷菌剂的制备方法，包括以下步骤：

1)耐冷氨氧化菌群的富集培养：采用SBR反应器对氨氧化菌培养基中的氨氧化菌种进行富集培养，在SBR反应器稳定运行后分阶段降温直至温度稳定在1～5℃，得到耐冷氨氧化菌群；

2)制备菌悬液：将步骤1)中的耐冷氨氧化菌群接种至牛肉膏蛋白胨培养液中，在3～5℃、120r/min恒温震荡培养箱中培养至对数生长期，于3～5℃、4000～6000r/min条件下离心并弃去上清液后，用生理盐水调成600nm波长下光密度为1.0±0.02的菌悬液；

3)耐冷氨氧化菌群的固定：将巴西狐单螺菌与普通小球藻复配得到小球藻复配溶液，巴西狐单螺菌能促进小球藻生长，然后将一定体积比的海藻酸钠溶液和小球藻复配溶液混合均匀作为包埋载体，待包埋载体冷却至室温后，加入一定量的污泥生物炭形成凝胶剂，然后在凝胶剂中加入步骤2)制得的菌悬液，混合均匀并静置3～4h后将其加入到注射器中，之后用注射器缓慢滴加到交联剂中，交联18～24h后用去离子水洗涤3遍，得到固定化菌藻小球，所述的固定化菌藻小球投加到湿地中可以显著改善冬季湿地运行效果差、污染物去除率低等问题。

进一步的，在步骤1)中，在SBR反应器稳定运行后分两阶段进行降温，第一阶段从运行开始至第45～50日，温度控制在10℃±1℃，第二阶段为第45～120日，每隔7日降温0.5～1℃，直至温度稳定在1～5℃。

进一步的，所述SBR反应器中添加有0.2～0.6μmol/L的辛炔。

进一步的，SBR周期为6～10h，包括进水3～8min，曝气搅拌300～450min，静置45～120min以及出水12～22min，接种污泥选择好氧活性污泥。

进一步的，小球藻复配溶液中巴西狐单螺菌与普通小球藻的质量比为1∶0.2～1∶2，小球藻复配溶液中菌藻的体积占比为10％～60％，所述的海藻酸钠的质量分数为3％～8％，小球藻复配溶液和海藻酸钠溶液的体积比为1∶0.5～1∶3。

进一步的，所述凝胶剂中海藻酸钠和污泥生物炭的质量比为1∶3～1∶5。

进一步的，所述的交联剂为1％～5％(w/v)的CaCl

进一步的，所述污泥生物炭由污泥原料粉粹、研磨后过80目筛获得污泥粉，将污泥粉置于马弗炉内700℃下炭化3h后自然冷却至室温制得。

进一步的，所述氨氧化菌培养基中的氨氧化菌种为硝化螺旋菌或亚硝酸单胞菌中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明海藻酸钠对复配的小球藻进行包埋，以高温条件下制备的污泥生物炭为吸附固定化载体，对耐冷氨氧化菌群进行固定化，借助于菌藻固定化技术固定化后微生物密度显著提高，避免微生物流失，在此体系中，微生物可以产生赤霉素、吲哚-3-乙酸等植物激素，促进藻类的生长，藻类充当微生物的载体，也促进了微生物的生长；

将本发明制备的固定化菌藻小球应用于冬季寒冷湿地，显著提升了寒冷条件下湿地系统的脱氮除磷能力，显著改善人工湿地冬季运行效果差、污染物处理效果差等问题。

附图说明

图1为本发明的应用示意图。

图中，砾石(1)、粗砂(2)、细沙(3)、土壤(4)、植物(5)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种强化寒冷湿地脱氮性能的固定化耐冷菌剂的制备方法，包括以下步骤：

1)耐冷氨氧化菌群的富集培养：采用SBR反应器对氨氧化菌培养基中的氨氧化菌种进行富集培养，氨氧化菌种为硝化螺旋菌或亚硝酸单胞菌中的一种，在SBR反应器稳定运行后分两阶段进行降温，第一阶段从运行开始至第45～50日，温度控制在10℃±1℃，第二阶段为第45～120日，每隔7日降温0.5～1℃，直至温度稳定在1～5℃，得到耐冷氨氧化菌群；

2)制备菌悬液：将步骤1)中的耐冷氨氧化菌群接种至牛肉膏蛋白胨培养液中，在3～5℃、120r/min恒温震荡培养箱中培养至对数生长期，于3～5℃、4000～6000r/min条件下离心并弃去上清液后，用生理盐水调成600nm波长下光密度为1.0±0.02的菌悬液；

3)耐冷氨氧化菌群的固定：将巴西狐单螺菌与普通小球藻复配得到小球藻复配溶液，巴西狐单螺菌能促进小球藻生长，然后将一定体积比的海藻酸钠溶液和小球藻复配溶液混合均匀作为包埋载体，待包埋载体冷却至室温后，加入一定量的污泥生物炭形成凝胶剂，然后在凝胶剂中加入步骤2)制得的菌悬液，混合均匀并静置3～4h后将其加入到注射器中，之后用注射器缓慢滴加到交联剂中，交联18～24h后用去离子水洗涤3遍，得到固定化菌藻小球，固定化菌藻小球即作为固定化耐冷菌剂，应用于冬季的人工湿地中。

进一步的，所述SBR反应器中添加有0.2～0.6μmol/L的辛炔。

进一步的，SBR周期为6～10h，包括进水3～8min，曝气搅拌300～450min，静置45～120min以及出水12～22min，接种污泥选择好氧活性污泥，接种污泥来自污水处理厂生物处理好氧段活性污泥。

进一步的，小球藻复配溶液中巴西狐单螺菌与普通小球藻的质量比为1∶0.2～1∶2，小球藻复配溶液中菌藻的体积占比为10％～60％，所述的海藻酸钠的质量分数为3％～8％，小球藻复配溶液和海藻酸钠溶液的体积比为1∶0.5～1∶3。

进一步的，所述凝胶剂中海藻酸钠和污泥生物炭的质量比为1∶3～1∶5。

进一步的，所述的交联剂为1％～5％(w/v)的CaCl2饱和硼酸溶液。

进一步的，所述污泥生物炭由污泥原料粉粹、研磨后过80目筛获得污泥粉，将污泥粉置于马弗炉内700℃下炭化3h后自然冷却至室温制得。

实施例2

本实施例为基于实施例1的另一种实施方式，对于实施例1相同的技术方案描述将省略，仅对与实施例1不同的技术方案进行说明。

本实施例中，一种强化寒冷湿地脱氮性能的固定化耐冷菌剂的制备方法，包括以下步骤：

1)耐冷氨氧化菌群的富集培养：采用SBR反应器对氨氧化菌培养基中的氨氧化菌种进行富集培养，氨氧化菌种为硝化螺旋菌或亚硝酸单胞菌中的一种，所述SBR反应器中添加有0.4μmol/L的辛炔以刺激氨氧化菌群，在SBR反应器稳定运行后分两阶段进行降温，第一阶段从运行开始至第50日，温度控制在10℃，第二阶段为第120日，每隔7日降温0.5℃，直至温度稳定在2℃，得到耐冷氨氧化菌群；

2)制备菌悬液：将步骤1)中的耐冷氨氧化菌群接种至牛肉膏蛋白胨培养液中，在3℃、120r/min恒温震荡培养箱中培养至对数生长期，于3℃、4000～6000r/min条件下离心并弃去上清液后，用生理盐水调成600nm波长下光密度为1.0的菌悬液；

3)耐冷氨氧化菌群的固定：将巴西狐单螺菌与普通小球藻复配得到小球藻复配溶液，巴西狐单螺菌能促进小球藻生长，小球藻复配溶液中巴西狐单螺菌与普通小球藻的质量比为1∶0.2，然后将一定体积比的海藻酸钠溶液和小球藻复配溶液混合均匀作为包埋载体，所述的海藻酸钠的质量分数为5％，小球藻复配溶液和海藻酸钠溶液的体积比为1∶2，待包埋载体冷却至室温后，加入一定量的污泥生物炭形成凝胶剂，然后在凝胶剂中加入步骤2)制得的菌悬液，混合均匀并静置3.5h后将其加入到注射器中，之后用注射器缓慢滴加到3％(w/v)的CaCl

实施例3

本实施例为基于实施例1的另一种实施方式，对于实施例1相同的技术方案描述将省略，仅对与实施例1不同的技术方案进行说明。

本实施例中，一种强化寒冷湿地脱氮性能的固定化耐冷菌剂的制备方法，包括以下步骤：

1)耐冷氨氧化菌群的富集培养：采用SBR反应器对氨氧化菌培养基中的氨氧化菌种进行富集培养，氨氧化菌种为硝化螺旋菌或亚硝酸单胞菌中的一种，所述SBR反应器中添加有0.2μmol/L的辛炔以刺激氨氧化菌群，在SBR反应器稳定运行后分两阶段进行降温，第一阶段从运行开始至第48日，温度控制在10℃，第二阶段为第120日，每隔7日降温0.8℃，直至温度稳定在1℃，得到耐冷氨氧化菌群；

2)制备菌悬液：将步骤1)中的耐冷氨氧化菌群接种至牛肉膏蛋白胨培养液中，在2℃、120r/min恒温震荡培养箱中培养至对数生长期，于2℃、4000～6000r/min条件下离心并弃去上清液后，用生理盐水调成600nm波长下光密度为1.0的菌悬液；

3)耐冷氨氧化菌群的固定：将巴西狐单螺菌与普通小球藻复配得到小球藻复配溶液，巴西狐单螺菌能促进小球藻生长，小球藻复配溶液中巴西狐单螺菌与普通小球藻的质量比为1∶1，然后将一定体积比的海藻酸钠溶液和小球藻复配溶液混合均匀作为包埋载体，所述的海藻酸钠的质量分数为4％，小球藻复配溶液和海藻酸钠溶液的体积比为1∶1，待包埋载体冷却至室温后，加入一定量的污泥生物炭形成凝胶剂，然后在凝胶剂中加入步骤2)制得的菌悬液，混合均匀并静置3.5h后将其加入到注射器中，之后用注射器缓慢滴加到5％(w/v)的CaCl

实施例4

本实施例为基于实施例1的另一种实施方式，对于实施例1相同的技术方案描述将省略，仅对与实施例1不同的技术方案进行说明。

本实施例中，一种强化寒冷湿地脱氮性能的固定化耐冷菌剂的制备方法，包括以下步骤：

1)耐冷氨氧化菌群的富集培养：采用SBR反应器对氨氧化菌培养基中的氨氧化菌种进行富集培养，氨氧化菌种为硝化螺旋菌或亚硝酸单胞菌中的一种，所述SBR反应器中添加有0.6μmol/L的辛炔以刺激氨氧化菌群，在SBR反应器稳定运行后分两阶段进行降温，第一阶段从运行开始至第45日，温度控制在10℃，第二阶段为第120日，每隔7日降温0.5℃，直至温度稳定在2℃，得到耐冷氨氧化菌群；

2)制备菌悬液：将步骤1)中的耐冷氨氧化菌群接种至牛肉膏蛋白胨培养液中，在2℃、120r/min恒温震荡培养箱中培养至对数生长期，于2℃、4000～6000r/min条件下离心并弃去上清液后，用生理盐水调成600nm波长下光密度为1.0的菌悬液；

3)耐冷氨氧化菌群的固定：将巴西狐单螺菌与普通小球藻复配得到小球藻复配溶液，巴西狐单螺菌能促进小球藻生长，小球藻复配溶液中巴西狐单螺菌与普通小球藻的质量比为1∶2，然后将一定体积比的海藻酸钠溶液和小球藻复配溶液混合均匀作为包埋载体，所述的海藻酸钠的质量分数为5％，小球藻复配溶液和海藻酸钠溶液的体积比为1∶2，待包埋载体冷却至室温后，加入一定量的污泥生物炭形成凝胶剂，然后在凝胶剂中加入步骤2)制得的菌悬液，混合均匀并静置4h后将其加入到注射器中，之后用注射器缓慢滴加到4％(w/v)的CaCl

如图1所示，为一典型的人工湿地的示意图，该人工湿地由下自上依次设置有砾石层(1)、粗砂层(2)、细沙层(3)、土壤层(4)、植物(5)，冬季的人工湿地植物可以选择鸢尾、黄菖蒲、香菇草、酸模中的一种或几种；固定化菌藻小球即固定化耐冷菌剂投加在土壤层和细沙层中。

为了进行固定化菌藻小球脱氮效果的验证，将本发明不同阶段的产物和最终产物固定化微藻小球按照常规的用量投加到废水中进行脱氮性能的测试，所用废水为经过污水处理厂处理的尾水，废水中的氨氮、总氮、总磷含量分别为4.23mg/L、14.68mg/L、0.48mg/L，具体处理对比结果见下表：

由上表可知，在5.5C的低温条件下运行5日后，相比于原废水中的氨氮、总氮、总磷含量，处理后的各个含量有极大程度的降低。

为了进行固定化菌藻小球脱氮湿地应用效果的验证，将本发明不同阶段的产物和最终产物固定化微藻小球投加到同等湿地条件下进行对比，测得湿地水中总氮的含量，对比结果见下表：

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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。