一种固定化反硝化菌源颗粒及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种固定化反硝化菌源颗粒及其制备方法。制备方法如下：(1)称取5?10份聚乙烯醇、1?2份海藻酸钠、100份洗米水，并将聚乙烯醇、海藻酸钠加入到洗米水中溶解，得粘稠状混合液；(2)将粘稠状混合液逐滴滴入含有氯化钙1?2％和硼酸4?5.7％的溶液中，形成凝胶颗粒；(3)将步骤(2)得到的含有凝胶颗粒的溶液在2?8℃条件下放置24?48h，即得。本发明提供的固定化反硝化菌源颗粒，能高效去除水中硝酸盐，并且副产物量较少，且便于贮存及运输。本发明的制备方法，采用高分子材料溶解于洗米水中，无需额外接种微生物，方法简单，易于操作，实现了洗米水的资源化利用。
【专利说明】
一种固定化反硝化菌源颗粒及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种固定化反硝化菌源颗粒及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，过量含氮肥料的使用及废水的排放导致水体中硝酸盐含量升高。水体中硝酸盐浓度过高会对环境和人类造成一定的威胁。例如，饮用水中高浓度硝酸盐会对人体产生不利影响。硝酸盐被摄入人体后，在肠胃被还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐可直接把血红蛋白中的Fe2+氧化成Fe3+，减少血液的载氧容量，具有引发各种疾病的危险，如高铁血红蛋白症，肝损害以及癌症等，婴儿比成人更易得高铁血红蛋白症。婴儿胃内酸度低于成年人，有利于硝酸盐还原菌的生长，所以婴儿对硝酸盐的潜在毒性比成年人更为敏感，使得婴儿易患高铁血红蛋白症，俗称蓝婴病。长期饮用高硝酸盐含量的水还会造成智力下降，听觉和视觉的条件反射迟钝等。因此，世界各国对饮用水的硝酸盐含量都设定了最高限制。如世界卫生组织(WHO)规定的最高限值为11.3mg N/L;美国环境保护署(EPA)规定的最高限制为1mg N/L;我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求也为1mg N/L(水源受限地区为20mg N/L)。
[0003]根据硝酸盐的去除原理，硝酸盐的去除方法主要有物理法、化学法和生物法三大类。物理方法产生的含有高浓度的硝酸盐、硫酸盐等废液，需要二次处理。化学处理法易导致二次污染，后续处理困难。生物处理技术是利用微生物的反硝化作用，将水中的硝酸盐最终转化为N2。然而，地下水中的生物量浓度偏低，需要人为添加反硝化菌种，但又会出现细菌易流失和耐受性弱等问题。上述几种传统方法均因存在某种缺陷，使得污水处理效果不理想。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种固定化反硝化菌源颗粒，能高效去除水中硝酸盐，并且副产物量较少，且便于贮存及运输。
[0005]本发明的目的还在于提供一种固定化反硝化菌源颗粒的制备方法，采用高分子材料溶解于洗米水中，无需额外接种微生物，方法简单，易于操作，并且采用洗米水为原料，也实现了洗米水的资源化利用，更加节能环保。
[0006]为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种固定化反硝化菌源颗粒的制备方法，包括以下步骤:
[0008](I)按重量份称取5-10份聚乙稀醇、1_2份海藻酸钠、100份洗米水，并将称取好的聚乙烯醇、海藻酸钠加入到洗米水中，使其溶解，得粘稠状混合液；
[0009](2)将步骤(I)得到的粘稠状混合液逐滴滴入含有氯化钙和硼酸的溶液中，得凝胶颗粒，然后自L磁力搅拌器搅拌溶液，使凝胶颗粒处于悬浮状态；
[0010]每100份洗米水对应使用150-250ml该溶液，其中所述溶液中氯化钙的浓度为1-2%，硼酸的浓度为4-5.7%;
[0011](3)将步骤(2)得到的含有凝胶颗粒的溶液在2-8°C条件下放置24-48h使其交联固化，形成凝胶颗粒；
[0012](4)将步骤(3)得到的凝胶颗粒取出并使用去离子水洗涤，即得所述固定化反硝化菌源颗粒。
[0013]可选的，步骤(I)中所需溶解时间为2_4h。
[0014]可选的，步骤(I)中所用洗米水为采用200_400g水对10g大米进行淘洗后所得。
[0015]可选的，所得洗米水使用前静置0-6天。
[0016]可选的，步骤(4)中得到的固定化反硝化菌源颗粒干燥后，备用，所述干燥的温度为30-50 °C，干燥时间为12-48h。
[0017]可选的，所得固定化反硝化菌源颗粒的直径为3-5_。
[0018]一种固定化反硝化菌源颗粒，由上述的制备方法制得。
[0019]固定化反硝化菌处理水中的硝酸盐氮是一项新兴技术，也是目前国内外研究的热点。它与传统的污水生物处理法相比较有着独特的优越性:能在生物处理装置内维持高浓度的生物量，从而提高处理负荷，减少了处理装置体积;污泥产量低;抗底物反馈抑制及毒物毒性的能力强。
[0020]大米是人类的主食之一。大米中含有大量的淀粉，是一些食品加工厂的原料，如可用作制作米线、零食、甜味剂、增稠剂和酒等。米制品加工之前需要进行洗米，而这个过程中会产生大量的洗米水。洗米水中含有丰富的营养物质和有机物，直接排放会造成水体污染。因此，很多学者致力于洗米水的处理和洗米水的重新利用研究。如，Jo等采用厌氧发酵法对洗米水进行处理，Watanabe等通过发酵洗米水产生酒精达到洗米水的有效利用。Watanabe等曾报道洗米水容易滋生细菌。
[0021]洗米水中的微量元素能使洗米水中现有的微生物快速生长，洗米水中的有机物能在微生物的作用下快速分解为简单的有机物，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阶段快速生长。因此，洗米水可作为微生物反硝化菌源，同时实现洗米水的有效再利用。洗米水的储存和收集使得洗米水的有效利用成为了限制。本发明采用的微生物固定化技术，通过高分子材料有效的将洗米水包埋于聚合物中，便于洗米水的收集和贮存，从而使其更好地用于污水处理，同时也更好地实现了洗米水的有效利用，变废为宝，更加绿色、环保。并且，本发明提供的制备方法，由于洗米水中含有微生物，因此无需再另外接种微生物，节约程序，方法更加简单、便捷。
[0022]本发明提供的固定化反硝化菌源颗粒的制备方法，还具有以下优点:
[0023]1、本发明中烘干之后的凝胶颗粒仍能进行有效的反硝化作用，维持了较高的微生物反硝化活性。
[0024]2、本发明应用范围广，且原料来源广泛，易得，成本较低，易于实现，适宜于推广。
[0025]本发明提供的固定化反硝化菌源颗粒，活性高，具有较高的去除硝酸盐效果，且便于运输和储存。
【具体实施方式】
[0026]实施例1
[0027]—种固定化反硝化菌源颗粒，其制备方法如下:
[0028](I)淘洗大米得洗米水:按照大米(g):去离子水(mL) = 100(g): 100(mL)的比例进行一次洗米，人工洗米10秒钟，将洗米水分离于一个容器内，重新按照上述比例加入等量去离子水，人工洗米10秒钟，分离出洗米水。共淘洗三次，得到的洗米水混匀备用；
[0029](2)取洗米水200ml加入烧杯中，然后在洗米水中加入20g聚乙烯醇和2g海藻酸钠，缓慢搅拌4h，使其溶解，得粘稠状混合液；
[0030](3)取400ml含有氯化钙和硼酸的溶液，其中氯化钙的浓度为2%，硼酸的浓度为4%，使用注射器将步骤(2)得到的粘稠状混合液逐滴滴入到含有氯化钙和硼酸的溶液中，形成凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器缓慢搅拌使凝胶颗粒处于悬浮状态；
[0031](4)将步骤(3)得到的含有凝胶颗粒的溶液放置于4°C的冰箱中，进行交联固化36h，然后取出凝胶颗粒，用去离子水洗涤3次，即得所述固定化反硝化菌源颗粒。
[0032]实施例1得到的凝胶颗粒直径为3.6 ±0.2mm。
[0033]实施例2
[0034]—种固定化反硝化菌源颗粒，其制备方法为将去离子水清洗后得到的固定化反硝化菌源颗粒放入50 0C烘箱中，恒温干燥24h，其余同实施例1。
[°035] 实施例1得到的凝胶颗粒直径为3.0±0.2mm。
[0036]实施例3
[0037]—种固定化反硝化菌源颗粒，其制备方法如下:
[0038](I)淘洗大米得洗米水:按照大米(g):去离子水(mL) = 200(g): 200(mL)的比例进行一次洗米，人工洗米10秒钟，将洗米水分离于一个容器内，重新按照上述比例加入等量去离子水，人工洗米10秒钟，分离出洗米水。共淘洗2次，得到的洗米水混匀，并将洗米水放入容器中密封，在室温下(25土ΓΟ静置五天，备用；
[0039](2)取步骤(I)的洗米水200ml加入烧杯中，然后在洗米水中加入20g聚乙烯醇和2g海藻酸钠，缓慢搅拌4h，使其溶解，得粘稠状混合液；
[0040](3)取300ml含有氯化钙和硼酸的溶液，其中氯化钙的浓度为2%，硼酸的浓度为5.7%，使用注射器将步骤(2)得到的粘稠状混合液逐滴滴入到含有氯化钙和硼酸的溶液中，形成凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器缓慢搅拌使凝胶颗粒处于悬浮状态；
[0041](4)将步骤(3)得到的含有凝胶颗粒的溶液放置于2°C的冰箱中，进行交联固化48h，然后用去离子水洗涤2次，即得所述固定化反硝化菌源颗粒。
[0042]实施例1得到的凝胶颗粒直径为4.6 ±0.2mm。
[0043]实施例4
[0044](I)淘洗大米得洗米水:按照大米(g):去离子水(mL) = 100(g): 100(mL)的比例进行一次洗米，人工洗米10秒钟，将洗米水分离于一个容器内，重新按照上述比例加入等量去离子水，人工洗米10秒钟，分离出洗米水。共淘洗4次，得到的洗米水混匀，并将洗米水放入容器中密封，在室温下(25±1°C)静置六天，备用；
[0045](2)取步骤(I)的洗米水200ml加入烧杯中，然后在洗米水中加入1g聚乙烯醇和4g海藻酸钠，缓慢搅拌3h，使其溶解，得粘稠状混合液；
[0046](3)取400ml含有氯化钙和硼酸的溶液，其中氯化钙的浓度为1.5%，硼酸的浓度为4.5%，使用注射器将步骤(2)得到的粘稠状混合液逐滴滴入到含有氯化钙和硼酸的溶液中，形成凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器缓慢搅拌使凝胶颗粒处于悬浮状态；
[0047](4)将步骤(3)得到的含有凝胶颗粒的溶液放置于8°C的冰箱中，进行交联固化24h，然后用去离子水洗涤2次，即得所述固定化反硝化菌源颗粒。
[0048]实施例1得到的凝胶颗粒直径为4.3 ±0.2mm。
[0049]实施例5
[0050](I)采用与实施例1相同的方法得到洗米水，并将洗米水放入容器中密封，在室温下(25土1°C)静置3天，备用；
[0051 ] (2)取步骤(I)的洗米水200ml加入烧杯中，然后在洗米水中加入15g聚乙烯醇和3g海藻酸钠，缓慢搅拌2h，使其溶解，得粘稠状混合液；
[0052](3)取380ml含有氯化钙和硼酸的溶液，其中氯化钙的浓度为I %，硼酸的浓度为5%，使用注射器将步骤(2)得到的粘稠状混合液逐滴滴入到含有氯化钙和硼酸的溶液中，形成凝胶颗粒，然后用磁力搅拌器缓慢搅拌使凝胶颗粒处于悬浮状态；
[0053](4)将步骤(3)得到的含有凝胶颗粒的溶液放置于6°C的冰箱中，进行交联固化30h，然后用去离子水洗涤2次，即得所述固定化反硝化菌源颗粒。
[0054]实施例1得到的凝胶颗粒直径为4.9 ±0.2mm。
[0055]将实施例1-5所得固定化反硝化菌源颗粒效果进行测试，具体如下:
[0056]1、在100mL锥形瓶中加入100mL含有50mg N03—-N/L硝酸盐、1mg P/L磷酸盐和TOC浓度为60mg/L的(乙酸钠)溶液，将实施例1得到的固定化反硝化菌源颗粒加入到锥形瓶中。曝氮气5分钟，之后用橡胶塞密封。将锥形瓶放入恒温摇床中，温度为30±0.5°C，转速为10rpm的条件下运行。硝酸盐去除率为96.8%，无亚硝酸盐的积累，细胞质量每增加一倍所需的时间(及倍增时间)为2.4天。
[0057]2、在100mL锥形瓶中加入100mL含有50mg N03—-N/L硝酸盐、1mg P/L磷酸盐和TOC浓度为60mg/L(乙酸钠)溶液，将实施例2得到的固定化反硝化菌源颗粒加入到锥形瓶中。曝氮气5分钟，之后用橡胶塞密封。将锥形瓶放入恒温摇床中，温度为30±0.5°C，转速为10rpm的条件下运行。硝酸盐去除率为96.4%，无亚硝酸盐的积累，细胞质量每增加一倍所需的时间(及倍增时间)为1.0天。
[0058]3、在100mL锥形瓶中加入100mL含有50mg N03—-N/L硝酸盐、1mg P/L磷酸盐和TOC浓度为60mg/L(乙酸钠)溶液，将实施例3得到的固定化反硝化菌源颗粒加入到锥形瓶中。曝氮气5分钟，之后用橡胶塞密封。将锥形瓶放入恒温摇床中，温度为30±0.5°C，转速为10rpm的条件下运行。硝酸盐去除率为96.8%，无亚硝酸盐的积累，细胞质量每增加一倍所需的时间(及倍增时间)为0.妖。
[0059]4、在100mL锥形瓶中加入100mL含有50mg N03—-N/L硝酸盐、1mg P/L磷酸盐和TOC浓度为60mg/L(乙酸钠)溶液，将实施例4得到的固定化反硝化菌源颗粒加入到锥形瓶中。曝氮气5分钟，之后用橡胶塞密封。将锥形瓶放入恒温摇床中，温度为30±0.5°C，转速为10rpm的条件下运行。硝酸盐去除率为97.2%，无亚硝酸盐的积累，细胞质量每增加一倍所需的时间(即倍增时间)为0.5天。
[0060]5、在100mL锥形瓶中加入100mL含有50mg N03—-N/L硝酸盐、1mg P/L磷酸盐和TOC浓度为60mg/L(乙酸钠)溶液，将实施例5得到的固定化反硝化菌源颗粒加入到锥形瓶中。曝氮气5分钟，之后用橡胶塞密封。将锥形瓶放入恒温摇床中，温度为30±0.5°C，转速为10rpm的条件下运行。硝酸盐去除率为96.9%，无亚硝酸盐的积累，细胞质量每增加一倍所需的时间(即倍增时间)为0.3天。
【主权项】
1.一种固定化反硝化菌源颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)按重量份称取5-10份聚乙烯醇、1-2份海藻酸钠、100份洗米水，并将称取好的聚乙烯醇、海藻酸钠加入到洗米水中，使其溶解，得粘稠状混合液； (2)将步骤(I)得到的粘稠状混合液逐滴滴入含有氯化钙和硼酸的溶液中，得凝胶颗粒，然后搅拌使凝胶颗粒处于悬浮状态； 每100份洗米水对应使用150-250ml该溶液，其中所述溶液中氯化钙的浓度为I_2 %，硼酸的浓度为4-5.7%; (3)将步骤(2)得到的含有凝胶颗粒的溶液在2-8°C条件下放置24-48h使其交联固化，形成凝胶颗粒； (4)将步骤(3)得到的凝胶颗粒取出并使用去离子水洗涤，即得所述固定化反硝化菌源颗粒。2.根据权利要求1所述的固定化反硝化菌源颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所需溶解时间为2_4h。3.根据权利要求1所述的固定化反硝化菌源颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所用洗米水为采用200-400g水对10g大米进行淘洗后所得。4.根据权利要求3所述的固定化反硝化菌源颗粒的制备方法，其特征在于，所得洗米水使用前静置0-6天。5.根据权利要求1所述的固定化反硝化菌源颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(4)中得到的固定化反硝化菌源颗粒干燥后，备用，所述干燥的温度为30-50°C，干燥时间为12-48h06.根据权利要求1-5任一所述的固定化反硝化菌源颗粒的制备方法，其特征在于，所得固定化反硝化菌源颗粒的直径为3-5_。7.—种固定化反硝化菌源颗粒，其特征在于，由权利要求1-6任一所述的制备方法制得。
【文档编号】C12N11/04GK105838701SQ201610251799
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】冯传平, 何巧冲, 陈男
【申请人】中国地质大学（北京）