一種固定化反硝化菌源顆粒及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固定化反硝化菌源顆粒及其制備方法。制備方法如下：(1)稱(chēng)取5?10份聚乙烯醇、1?2份海藻酸鈉、100份洗米水，并將聚乙烯醇、海藻酸鈉加入到洗米水中溶解，得粘稠狀混合液；(2)將粘稠狀混合液逐滴滴入含有氯化鈣1?2％和硼酸4?5.7％的溶液中，形成凝膠顆粒；(3)將步驟(2)得到的含有凝膠顆粒的溶液在2?8℃條件下放置24?48h，即得。本發(fā)明提供的固定化反硝化菌源顆粒，能高效去除水中硝酸鹽，并且副產(chǎn)物量較少，且便于貯存及運(yùn)輸。本發(fā)明的制備方法，采用高分子材料溶解于洗米水中，無(wú)需額外接種微生物，方法簡(jiǎn)單，易于操作，實(shí)現(xiàn)了洗米水的資源化利用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種固定化反硝化菌源顆粒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固定化反硝化菌源顆粒及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，過(guò)量含氮肥料的使用及廢水的排放導(dǎo)致水體中硝酸鹽含量升高。水體中硝酸鹽濃度過(guò)高會(huì)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)造成一定的威脅。例如，飲用水中高濃度硝酸鹽會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不利影響。硝酸鹽被攝入人體后，在腸胃被還原為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽可直接把血紅蛋白中的Fe2+氧化成Fe3+，減少血液的載氧容量，具有引發(fā)各種疾病的危險(xiǎn)，如高鐵血紅蛋白癥，肝損害以及癌癥等，嬰兒比成人更易得高鐵血紅蛋白癥。嬰兒胃內(nèi)酸度低于成年人，有利于硝酸鹽還原菌的生長(zhǎng)，所以嬰兒對(duì)硝酸鹽的潛在毒性比成年人更為敏感，使得嬰兒易患高鐵血紅蛋白癥，俗稱(chēng)藍(lán)嬰病。長(zhǎng)期飲用高硝酸鹽含量的水還會(huì)造成智力下降，聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)的條件反射遲鈍等。因此，世界各國(guó)對(duì)飲用水的硝酸鹽含量都設(shè)定了最高限制。如世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定的最高限值為11.3mg N/L;美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)規(guī)定的最高限制為1mg N/L;我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)的要求也為1mg N/L(水源受限地區(qū)為20mg N/L)。
[0003]根據(jù)硝酸鹽的去除原理，硝酸鹽的去除方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法三大類(lèi)。物理方法產(chǎn)生的含有高濃度的硝酸鹽、硫酸鹽等廢液，需要二次處理?；瘜W(xué)處理法易導(dǎo)致二次污染，后續(xù)處理困難。生物處理技術(shù)是利用微生物的反硝化作用，將水中的硝酸鹽最終轉(zhuǎn)化為N2。然而，地下水中的生物量濃度偏低，需要人為添加反硝化菌種，但又會(huì)出現(xiàn)細(xì)菌易流失和耐受性弱等問(wèn)題。上述幾種傳統(tǒng)方法均因存在某種缺陷，使得污水處理效果不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種固定化反硝化菌源顆粒，能高效去除水中硝酸鹽，并且副產(chǎn)物量較少，且便于貯存及運(yùn)輸。
[0005]本發(fā)明的目的還在于提供一種固定化反硝化菌源顆粒的制備方法，采用高分子材料溶解于洗米水中，無(wú)需額外接種微生物，方法簡(jiǎn)單，易于操作，并且采用洗米水為原料，也實(shí)現(xiàn)了洗米水的資源化利用，更加節(jié)能環(huán)保。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種固定化反硝化菌源顆粒的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)按重量份稱(chēng)取5-10份聚乙稀醇、1_2份海藻酸鈉、100份洗米水，并將稱(chēng)取好的聚乙烯醇、海藻酸鈉加入到洗米水中，使其溶解，得粘稠狀混合液；
[0009](2)將步驟(I)得到的粘稠狀混合液逐滴滴入含有氯化鈣和硼酸的溶液中，得凝膠顆粒，然后自L磁力攪拌器攪拌溶液，使凝膠顆粒處于懸浮狀態(tài)；
[0010]每100份洗米水對(duì)應(yīng)使用150-250ml該溶液，其中所述溶液中氯化鈣的濃度為1-2%，硼酸的濃度為4-5.7%;
[0011](3)將步驟(2)得到的含有凝膠顆粒的溶液在2-8°C條件下放置24-48h使其交聯(lián)固化，形成凝膠顆粒；
[0012](4)將步驟(3)得到的凝膠顆粒取出并使用去離子水洗滌，即得所述固定化反硝化菌源顆粒。
[0013]可選的，步驟(I)中所需溶解時(shí)間為2_4h。
[0014]可選的，步驟(I)中所用洗米水為采用200_400g水對(duì)10g大米進(jìn)行淘洗后所得。
[0015]可選的，所得洗米水使用前靜置0-6天。
[0016]可選的，步驟(4)中得到的固定化反硝化菌源顆粒干燥后，備用，所述干燥的溫度為30-50 °C，干燥時(shí)間為12-48h。
[0017]可選的，所得固定化反硝化菌源顆粒的直徑為3-5_。
[0018]一種固定化反硝化菌源顆粒，由上述的制備方法制得。
[0019]固定化反硝化菌處理水中的硝酸鹽氮是一項(xiàng)新興技術(shù)，也是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。它與傳統(tǒng)的污水生物處理法相比較有著獨(dú)特的優(yōu)越性:能在生物處理裝置內(nèi)維持高濃度的生物量，從而提高處理負(fù)荷，減少了處理裝置體積;污泥產(chǎn)量低;抗底物反饋抑制及毒物毒性的能力強(qiáng)。
[0020]大米是人類(lèi)的主食之一。大米中含有大量的淀粉，是一些食品加工廠的原料，如可用作制作米線、零食、甜味劑、增稠劑和酒等。米制品加工之前需要進(jìn)行洗米，而這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的洗米水。洗米水中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物，直接排放會(huì)造成水體污染。因此，很多學(xué)者致力于洗米水的處理和洗米水的重新利用研究。如，Jo等采用厭氧發(fā)酵法對(duì)洗米水進(jìn)行處理，Watanabe等通過(guò)發(fā)酵洗米水產(chǎn)生酒精達(dá)到洗米水的有效利用。Watanabe等曾報(bào)道洗米水容易滋生細(xì)菌。
[0021]洗米水中的微量元素能使洗米水中現(xiàn)有的微生物快速生長(zhǎng)，洗米水中的有機(jī)物能在微生物的作用下快速分解為簡(jiǎn)單的有機(jī)物，如乙酸、乙醇、丙酸和乳酸，容易被反硝化菌有效的利用，使得反硝化菌在初始階段快速生長(zhǎng)。因此，洗米水可作為微生物反硝化菌源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)洗米水的有效再利用。洗米水的儲(chǔ)存和收集使得洗米水的有效利用成為了限制。本發(fā)明采用的微生物固定化技術(shù)，通過(guò)高分子材料有效的將洗米水包埋于聚合物中，便于洗米水的收集和貯存，從而使其更好地用于污水處理，同時(shí)也更好地實(shí)現(xiàn)了洗米水的有效利用，變廢為寶，更加綠色、環(huán)保。并且，本發(fā)明提供的制備方法，由于洗米水中含有微生物，因此無(wú)需再另外接種微生物，節(jié)約程序，方法更加簡(jiǎn)單、便捷。
[0022]本發(fā)明提供的固定化反硝化菌源顆粒的制備方法，還具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]1、本發(fā)明中烘干之后的凝膠顆粒仍能進(jìn)行有效的反硝化作用，維持了較高的微生物反硝化活性。
[0024]2、本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，且原料來(lái)源廣泛，易得，成本較低，易于實(shí)現(xiàn)，適宜于推廣。
[0025]本發(fā)明提供的固定化反硝化菌源顆粒，活性高，具有較高的去除硝酸鹽效果，且便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。
【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例1
[0027]—種固定化反硝化菌源顆粒，其制備方法如下:
[0028](I)淘洗大米得洗米水:按照大米(g):去離子水(mL) = 100(g): 100(mL)的比例進(jìn)行一次洗米，人工洗米10秒鐘，將洗米水分離于一個(gè)容器內(nèi)，重新按照上述比例加入等量去離子水，人工洗米10秒鐘，分離出洗米水。共淘洗三次，得到的洗米水混勻備用；
[0029](2)取洗米水200ml加入燒杯中，然后在洗米水中加入20g聚乙烯醇和2g海藻酸鈉，緩慢攪拌4h，使其溶解，得粘稠狀混合液；
[0030](3)取400ml含有氯化鈣和硼酸的溶液，其中氯化鈣的濃度為2%，硼酸的濃度為4%，使用注射器將步驟(2)得到的粘稠狀混合液逐滴滴入到含有氯化鈣和硼酸的溶液中，形成凝膠顆粒，然后用磁力攪拌器緩慢攪拌使凝膠顆粒處于懸浮狀態(tài)；
[0031](4)將步驟(3)得到的含有凝膠顆粒的溶液放置于4°C的冰箱中，進(jìn)行交聯(lián)固化36h，然后取出凝膠顆粒，用去離子水洗滌3次，即得所述固定化反硝化菌源顆粒。
[0032]實(shí)施例1得到的凝膠顆粒直徑為3.6 ±0.2mm。
[0033]實(shí)施例2
[0034]—種固定化反硝化菌源顆粒，其制備方法為將去離子水清洗后得到的固定化反硝化菌源顆粒放入50 0C烘箱中，恒溫干燥24h，其余同實(shí)施例1。
[°035] 實(shí)施例1得到的凝膠顆粒直徑為3.0±0.2mm。
[0036]實(shí)施例3
[0037]—種固定化反硝化菌源顆粒，其制備方法如下:
[0038](I)淘洗大米得洗米水:按照大米(g):去離子水(mL) = 200(g): 200(mL)的比例進(jìn)行一次洗米，人工洗米10秒鐘，將洗米水分離于一個(gè)容器內(nèi)，重新按照上述比例加入等量去離子水，人工洗米10秒鐘，分離出洗米水。共淘洗2次，得到的洗米水混勻，并將洗米水放入容器中密封，在室溫下(25土ΓΟ靜置五天，備用；
[0039](2)取步驟(I)的洗米水200ml加入燒杯中，然后在洗米水中加入20g聚乙烯醇和2g海藻酸鈉，緩慢攪拌4h，使其溶解，得粘稠狀混合液；
[0040](3)取300ml含有氯化鈣和硼酸的溶液，其中氯化鈣的濃度為2%，硼酸的濃度為5.7%，使用注射器將步驟(2)得到的粘稠狀混合液逐滴滴入到含有氯化鈣和硼酸的溶液中，形成凝膠顆粒，然后用磁力攪拌器緩慢攪拌使凝膠顆粒處于懸浮狀態(tài)；
[0041](4)將步驟(3)得到的含有凝膠顆粒的溶液放置于2°C的冰箱中，進(jìn)行交聯(lián)固化48h，然后用去離子水洗滌2次，即得所述固定化反硝化菌源顆粒。
[0042]實(shí)施例1得到的凝膠顆粒直徑為4.6 ±0.2mm。
[0043]實(shí)施例4
[0044](I)淘洗大米得洗米水:按照大米(g):去離子水(mL) = 100(g): 100(mL)的比例進(jìn)行一次洗米，人工洗米10秒鐘，將洗米水分離于一個(gè)容器內(nèi)，重新按照上述比例加入等量去離子水，人工洗米10秒鐘，分離出洗米水。共淘洗4次，得到的洗米水混勻，并將洗米水放入容器中密封，在室溫下(25±1°C)靜置六天，備用；
[0045](2)取步驟(I)的洗米水200ml加入燒杯中，然后在洗米水中加入1g聚乙烯醇和4g海藻酸鈉，緩慢攪拌3h，使其溶解，得粘稠狀混合液；
[0046](3)取400ml含有氯化鈣和硼酸的溶液，其中氯化鈣的濃度為1.5%，硼酸的濃度為4.5%，使用注射器將步驟(2)得到的粘稠狀混合液逐滴滴入到含有氯化鈣和硼酸的溶液中，形成凝膠顆粒，然后用磁力攪拌器緩慢攪拌使凝膠顆粒處于懸浮狀態(tài)；
[0047](4)將步驟(3)得到的含有凝膠顆粒的溶液放置于8°C的冰箱中，進(jìn)行交聯(lián)固化24h，然后用去離子水洗滌2次，即得所述固定化反硝化菌源顆粒。
[0048]實(shí)施例1得到的凝膠顆粒直徑為4.3 ±0.2mm。
[0049]實(shí)施例5
[0050](I)采用與實(shí)施例1相同的方法得到洗米水，并將洗米水放入容器中密封，在室溫下(25土1°C)靜置3天，備用；
[0051 ] (2)取步驟(I)的洗米水200ml加入燒杯中，然后在洗米水中加入15g聚乙烯醇和3g海藻酸鈉，緩慢攪拌2h，使其溶解，得粘稠狀混合液；
[0052](3)取380ml含有氯化鈣和硼酸的溶液，其中氯化鈣的濃度為I %，硼酸的濃度為5%，使用注射器將步驟(2)得到的粘稠狀混合液逐滴滴入到含有氯化鈣和硼酸的溶液中，形成凝膠顆粒，然后用磁力攪拌器緩慢攪拌使凝膠顆粒處于懸浮狀態(tài)；
[0053](4)將步驟(3)得到的含有凝膠顆粒的溶液放置于6°C的冰箱中，進(jìn)行交聯(lián)固化30h，然后用去離子水洗滌2次，即得所述固定化反硝化菌源顆粒。
[0054]實(shí)施例1得到的凝膠顆粒直徑為4.9 ±0.2mm。
[0055]將實(shí)施例1-5所得固定化反硝化菌源顆粒效果進(jìn)行測(cè)試，具體如下:
[0056]1、在100mL錐形瓶中加入100mL含有50mg N03—-N/L硝酸鹽、1mg P/L磷酸鹽和TOC濃度為60mg/L的(乙酸鈉)溶液，將實(shí)施例1得到的固定化反硝化菌源顆粒加入到錐形瓶中。曝氮?dú)?分鐘，之后用橡膠塞密封。將錐形瓶放入恒溫?fù)u床中，溫度為30±0.5°C，轉(zhuǎn)速為10rpm的條件下運(yùn)行。硝酸鹽去除率為96.8%，無(wú)亞硝酸鹽的積累，細(xì)胞質(zhì)量每增加一倍所需的時(shí)間(及倍增時(shí)間)為2.4天。
[0057]2、在100mL錐形瓶中加入100mL含有50mg N03—-N/L硝酸鹽、1mg P/L磷酸鹽和TOC濃度為60mg/L(乙酸鈉)溶液，將實(shí)施例2得到的固定化反硝化菌源顆粒加入到錐形瓶中。曝氮?dú)?分鐘，之后用橡膠塞密封。將錐形瓶放入恒溫?fù)u床中，溫度為30±0.5°C，轉(zhuǎn)速為10rpm的條件下運(yùn)行。硝酸鹽去除率為96.4%，無(wú)亞硝酸鹽的積累，細(xì)胞質(zhì)量每增加一倍所需的時(shí)間(及倍增時(shí)間)為1.0天。
[0058]3、在100mL錐形瓶中加入100mL含有50mg N03—-N/L硝酸鹽、1mg P/L磷酸鹽和TOC濃度為60mg/L(乙酸鈉)溶液，將實(shí)施例3得到的固定化反硝化菌源顆粒加入到錐形瓶中。曝氮?dú)?分鐘，之后用橡膠塞密封。將錐形瓶放入恒溫?fù)u床中，溫度為30±0.5°C，轉(zhuǎn)速為10rpm的條件下運(yùn)行。硝酸鹽去除率為96.8%，無(wú)亞硝酸鹽的積累，細(xì)胞質(zhì)量每增加一倍所需的時(shí)間(及倍增時(shí)間)為0.妖。
[0059]4、在100mL錐形瓶中加入100mL含有50mg N03—-N/L硝酸鹽、1mg P/L磷酸鹽和TOC濃度為60mg/L(乙酸鈉)溶液，將實(shí)施例4得到的固定化反硝化菌源顆粒加入到錐形瓶中。曝氮?dú)?分鐘，之后用橡膠塞密封。將錐形瓶放入恒溫?fù)u床中，溫度為30±0.5°C，轉(zhuǎn)速為10rpm的條件下運(yùn)行。硝酸鹽去除率為97.2%，無(wú)亞硝酸鹽的積累，細(xì)胞質(zhì)量每增加一倍所需的時(shí)間(即倍增時(shí)間)為0.5天。
[0060]5、在100mL錐形瓶中加入100mL含有50mg N03—-N/L硝酸鹽、1mg P/L磷酸鹽和TOC濃度為60mg/L(乙酸鈉)溶液，將實(shí)施例5得到的固定化反硝化菌源顆粒加入到錐形瓶中。曝氮?dú)?分鐘，之后用橡膠塞密封。將錐形瓶放入恒溫?fù)u床中，溫度為30±0.5°C，轉(zhuǎn)速為10rpm的條件下運(yùn)行。硝酸鹽去除率為96.9%，無(wú)亞硝酸鹽的積累，細(xì)胞質(zhì)量每增加一倍所需的時(shí)間(即倍增時(shí)間)為0.3天。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種固定化反硝化菌源顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)按重量份稱(chēng)取5-10份聚乙烯醇、1-2份海藻酸鈉、100份洗米水，并將稱(chēng)取好的聚乙烯醇、海藻酸鈉加入到洗米水中，使其溶解，得粘稠狀混合液； (2)將步驟(I)得到的粘稠狀混合液逐滴滴入含有氯化鈣和硼酸的溶液中，得凝膠顆粒，然后攪拌使凝膠顆粒處于懸浮狀態(tài)； 每100份洗米水對(duì)應(yīng)使用150-250ml該溶液，其中所述溶液中氯化鈣的濃度為I_2 %，硼酸的濃度為4-5.7%; (3)將步驟(2)得到的含有凝膠顆粒的溶液在2-8°C條件下放置24-48h使其交聯(lián)固化，形成凝膠顆粒； (4)將步驟(3)得到的凝膠顆粒取出并使用去離子水洗滌，即得所述固定化反硝化菌源顆粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化反硝化菌源顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所需溶解時(shí)間為2_4h。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化反硝化菌源顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所用洗米水為采用200-400g水對(duì)10g大米進(jìn)行淘洗后所得。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定化反硝化菌源顆粒的制備方法，其特征在于，所得洗米水使用前靜置0-6天。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化反硝化菌源顆粒的制備方法，其特征在于，步驟(4)中得到的固定化反硝化菌源顆粒干燥后，備用，所述干燥的溫度為30-50°C，干燥時(shí)間為12-48h06.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的固定化反硝化菌源顆粒的制備方法，其特征在于，所得固定化反硝化菌源顆粒的直徑為3-5_。7.—種固定化反硝化菌源顆粒，其特征在于，由權(quán)利要求1-6任一所述的制備方法制得。
【文檔編號(hào)】C12N11/04GK105838701SQ201610251799
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】馮傳平, 何巧沖, 陳男
【申請(qǐng)人】中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）