申请日2017.06.28
公开(公告)日2017.11.07
IPC分类号C02F3/34; C12N1/20; C12R1/01; C02F103/20
摘要
本发明涉及一种处理养殖废水生物制剂的制备方法，属于废水处理技术领域。本发明用丝瓜络作为模板，负载羟基磷酸钙，最后高温煅烧去除丝瓜络模板，从而得到具有高孔隙率、高容量的羟基磷酸钙载体，解决了传统载体容量低的问题，而羟基磷酸钙具有良好的生物相容性，又解决了传统载体与微生物的相容性差的问题，再将糯米浆充分浸入载体内部，在热力作用下使糯米浆转变成粘稠的凝胶状物质，最后和细菌菌悬液混合发酵，使功能菌固定在载体上，制得固定化生物制剂，糯米粉生成的粘稠状凝胶物质可以为功能菌提供生存所需养分，从而延长固定化生物制剂的有效作用时间和使用寿命，具有广阔的应用前景。
权利要求书
1.一种处理养殖废水生物制剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
(1)取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再取丝瓜络，用水冲洗后，将丝瓜络和柠檬汁混合并超声振荡浸渍，浸渍结束后过滤，分离得到浸渍丝瓜络;
(2)将上述浸渍丝瓜络加入到氯化钙溶液中，摇床振荡浸渍，得到混合液，用氨水调节混合液pH至9.0～9.3，得到前驱液;
(3)将五氧化二磷和无水乙醇混合搅拌反应，得到滴定液，用搅拌器搅拌前驱液，在搅拌状态下将滴定液滴入前驱液中，滴加完毕后，降低搅拌转速，继续搅拌反应;
(4)待上述反应结束后，静置陈化，过滤得到滤饼，再将滤饼煅烧，煅烧结束后随炉冷却至室温，出料，即得自制固定化载体，备用;
(5)将糯米和水混合后用石磨研磨，收集研磨得到的乳白色浆液，将上述自制固定化载体加入到乳白色浆液中，搅拌混合均匀后得到预处理液，将预处理液浓缩至预处理液原体积的1/5，得到浓缩液;
(6)将上述浓缩液放入蒸箱中，蒸制，蒸制结束后取出凝胶状混合物，粉碎，得到生物制剂前驱体;
(7)将上述生物制剂前驱体和细菌菌悬液混合后装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤饼，将发酵滤饼真空冻干后粉碎，即可得到处理养殖废水生物制剂。
2.根据权利要求1所述的一种处理养殖废水生物制剂的制备方法，其特征在于：所述的细菌菌悬液是硝化细菌、反硝化细菌和氨化细菌中的一种或多种的混合物，混合时按任意比例配比。
3.根据权利要求1所述的一种处理养殖废水生物制剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的五氧化二磷和无水乙醇的质量比为1:8，用搅拌器搅拌前驱液的转速为200～300r/min，降低后的搅拌转速为50～60r/min，搅拌反应时间为30～40min。
4.根据权利要求1所述的一种处理养殖废水生物制剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的陈化时间为12～14h，煅烧温度为300～400℃，煅烧时间为2～4h。
5.根据权利要求1所述的一种处理养殖废水生物制剂的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述的糯米和水的质量比为1:5，自制固定化载体和乳白色浆液的质量比为1:5。
6.根据权利要求1所述的一种处理养殖废水生物制剂的制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述的蒸制温度为100～105℃，蒸制时间为3～5min，粉碎时间为20～30min。
7.根据权利要求1所述的一种处理养殖废水生物制剂的制备方法，其特征在于：步骤(7)中所述的细菌菌悬液浓度为105cfu/mL，生物制剂前驱体和细菌菌悬液的质量比为1:2，密封发酵温度为35～45℃，保温发酵时间为3～5天。
说明书
一种处理养殖废水生物制剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种处理养殖废水生物制剂的制备方法，属于废水处理技术领域。
背景技术
大量的人工投饵、代谢产物积累导致水质恶化，是目前工厂化循环养殖模式存在的主要问题。残饵、排泄物及有机碎屑等经水体微生物作用后释放的氨氮、亚硝态氮等有害物质，易造成养殖动物中毒，甚至死亡，且养殖废水的直接排放易导致周围水域的富营养化，故控制水体氮素的存在形式及浓度是养殖废水处理的关键环节。
在水生生态系统中，由微生物参与的氨化、硝化和反硝化作用在系统氮素循环、输出中起着重要作用。由于游离的细菌生长率较低、对低温环境敏感，系统硝化、反硝化的效率一般较低。依靠微生物固定化技术能有效提高功能菌的抗冲刷能力以及对低温的忍受程度等，从而有效提高功能菌对养殖水体氨氮、亚硝态氮等有害氮素的去除效果。但单独的固定化微生物处理系统由于功能菌和载体间的相容性差，载体的容量低导致抗干扰能力弱，环境营养贫乏时功能微生物的生物量及活性下降，有效作用时间短。
因此，发明一种高容量、高亲和性以及作用时间长的生物制剂对养殖废水处理技术领域具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前用固定化微生物处理养殖废水时，由于功能菌和载体间的相容性差，载体的容量低导致抗干扰能力弱，环境营养贫乏时功能微生物的生物量及活性下降，有效作用时间短的缺陷，提供了一种处理养殖废水生物制剂的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
(1)取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再取丝瓜络，用水冲洗后，将丝瓜络和柠檬汁混合并超声振荡浸渍，浸渍结束后过滤，分离得到浸渍丝瓜络;
(2)将上述浸渍丝瓜络加入到氯化钙溶液中，摇床振荡浸渍，得到混合液，用氨水调节混合液pH至9.0～9.3，得到前驱液;
(3)将五氧化二磷和无水乙醇混合搅拌反应，得到滴定液，用搅拌器搅拌前驱液，在搅拌状态下将滴定液滴入前驱液中，滴加完毕后，降低搅拌转速，继续搅拌反应;
(4)待上述反应结束后，静置陈化，过滤得到滤饼，再将滤饼煅烧，煅烧结束后随炉冷却至室温，出料，即得自制固定化载体，备用;
(5)将糯米和水混合后用石磨研磨，收集研磨得到的乳白色浆液，将上述自制固定化载体加入到乳白色浆液中，搅拌混合均匀后得到预处理液，将预处理液浓缩至预处理液原体积的1/5，得到浓缩液;
(6)将上述浓缩液放入蒸箱中，蒸制，蒸制结束后取出凝胶状混合物，粉碎，得到生物制剂前驱体;
(7)将上述生物制剂前驱体和细菌菌悬液混合后装入发酵罐中，密封发酵，发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤饼，将发酵滤饼真空冻干后粉碎，即可得到处理养殖废水生物制剂。
所述的细菌菌悬液是硝化细菌、反硝化细菌和氨化细菌中的一种或多种的混合物，混合时按任意比例配比。
步骤(3)中所述的五氧化二磷和无水乙醇的质量比为1:8，用搅拌器搅拌前驱液的转速为200～300r/min，降低后的搅拌转速为50～60r/min，搅拌反应时间为30～40min。
步骤(4)中所述的陈化时间为12～14h，煅烧温度为300～400℃，煅烧时间为2～4h。
步骤(5)中所述的糯米和水的质量比为1:5，自制固定化载体和乳白色浆液的质量比为1:5。
步骤(6)中所述的蒸制温度为100～105℃，蒸制时间为3～5min，粉碎时间为20～30min。
步骤(7)中所述的细菌菌悬液浓度为105cfu/mL，生物制剂前驱体和细菌菌悬液的质量比为1:2，密封发酵温度为35～45℃，保温发酵时间为3～5天。
本发明的有益效果是：
(1)本发明用多孔高容量的丝瓜络作为模板，首先用柠檬汁浸渍丝瓜络，使丝瓜络表面附着有机羧酸，利用有机羧酸的螯合性，将氯化钙溶液中的钙离子螯合固定在丝瓜络表面，接着通过五氧化二磷和醇反应生成磷脂，在氨水作用下，磷脂逐渐水解，磷脂水解产物上的羟基和模板表面的钙离子缓慢结合，产生晶核，随着时间增长逐渐长大，最终得到表面带有羟基磷酸钙的丝瓜络，最后高温煅烧去除丝瓜络模板，从而得到具有高孔隙率、高容量的羟基磷酸钙载体，解决了传统载体容量低的问题，而羟基磷酸钙具有良好的生物相容性，又解决了传统载体与微生物的相容性差的问题;
(2)本发明通过将糯米研磨成浆，再将糯米浆和自制载体混合浸渍，使糯米浆充分浸入载体内部，再在热力作用下使糯米浆转变成粘稠的凝胶状物质，最后和细菌菌悬液混合发酵，使功能菌固定在载体上，其中粘稠的凝胶状物质可以牢固的固定住功能菌，起到缓释作用，并且由糯米粉生成的粘稠状凝胶物质还可以为功能菌提供生存所需养分，从而延长固定化生物制剂的有效作用时间和使用寿命，在环境营养贫乏时功能微生物的生物量及活性依然能够保持较高水平，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再取丝瓜络，用水冲洗3～5遍后，按质量比为1:3将丝瓜络和柠檬汁混合后超声振荡浸渍30～40min，浸渍结束后过滤，分离得到浸渍丝瓜络;将浸渍丝瓜络按质量比为1:10加入到质量分数为40%氯化钙溶液中，摇床振荡浸渍1～2h，得到混合液，用质量分数为20%氨水调节混合液pH至9.0～9.3，得到前驱液;按质量比为1：8将五氧化二磷和无水乙醇混合搅拌反应1～2h，得到滴定液，用搅拌器以200～300r/min转速搅拌前驱液，在搅拌状态下将滴定液滴入前驱液中，滴加完毕后，降低搅拌转速至50～60r/min，继续搅拌反应30～40min;待上述反应结束后，静置陈化12～14h，过滤得到滤饼，再将滤饼放入马弗炉中，在300～400℃下煅烧2～4h，煅烧结束后随炉冷却至室温，出料，即得自制固定化载体;将糯米和水按质量比为1:5混合后用石磨研磨3～5遍，收集研磨得到的乳白色浆液，将上述自制固定化载体按质量比为1:5加入到乳白色浆液中，搅拌混合均匀后得到预处理液，将预处理液放入浓缩罐中，浓缩至预处理液原体积的1/5，得到浓缩液;将上述浓缩液倒入不锈钢托盘中，再将不锈钢托盘放入蒸箱中，在100～105℃下蒸制3～5min，蒸制结束后取出凝胶状混合物，放入气流粉碎机中粉碎20～30min，得到生物制剂前驱体;将上述生物制剂前驱体和浓度为105cfu/mL的细菌菌悬液按质量比为1:2混合后装入发酵罐中，密封发酵罐，在35～45℃下保温发酵3～5天，发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤饼，将发酵滤饼真空冻干后粉碎，即可得到处理养殖废水生物制剂。所述的细菌菌悬液是硝化细菌、反硝化细菌和氨化细菌中的一种或多种的混合物，混合时按任意比例配比。
实例1
取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再取丝瓜络，用水冲洗3遍后，按质量比为1:3将丝瓜络和柠檬汁混合后超声振荡浸渍30min，浸渍结束后过滤，分离得到浸渍丝瓜络;将浸渍丝瓜络按质量比为1:10加入到质量分数为40%氯化钙溶液中，摇床振荡浸渍1h，得到混合液，用质量分数为20%氨水调节混合液pH至9.0，得到前驱液;按质量比为1：8将五氧化二磷和无水乙醇混合搅拌反应1h，得到滴定液，用搅拌器以200r/min转速搅拌前驱液，在搅拌状态下将滴定液滴入前驱液中，滴加完毕后，降低搅拌转速至50r/min，继续搅拌反应30min;待上述反应结束后，静置陈化12h，过滤得到滤饼，再将滤饼放入马弗炉中，在300℃下煅烧2h，煅烧结束后随炉冷却至室温，出料，即得自制固定化载体;将糯米和水按质量比为1:5混合后用石磨研磨3遍，收集研磨得到的乳白色浆液，将上述自制固定化载体按质量比为1:5加入到乳白色浆液中，搅拌混合均匀后得到预处理液，将预处理液放入浓缩罐中，浓缩至预处理液原体积的1/5，得到浓缩液;将上述浓缩液倒入不锈钢托盘中，再将不锈钢托盘放入蒸箱中，在100℃下蒸制3min，蒸制结束后取出凝胶状混合物，放入气流粉碎机中粉碎20min，得到生物制剂前驱体;将上述生物制剂前驱体和浓度为105cfu/mL的细菌菌悬液按质量比为1:2混合后装入发酵罐中，密封发酵罐，在35℃下保温发酵3天，发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤饼，将发酵滤饼真空冻干后粉碎，即可得到处理养殖废水生物制剂。所述的细菌菌悬液是硝化细菌、反硝化细菌和氨化细菌中的一种或多种的混合物，混合时按任意比例配比。
实例2
取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再取丝瓜络，用水冲洗4遍后，按质量比为1:3将丝瓜络和柠檬汁混合后超声振荡浸渍35min，浸渍结束后过滤，分离得到浸渍丝瓜络;将浸渍丝瓜络按质量比为1:10加入到质量分数为40%氯化钙溶液中，摇床振荡浸渍1h，得到混合液，用质量分数为20%氨水调节混合液pH至9.2，得到前驱液;按质量比为1：8将五氧化二磷和无水乙醇混合搅拌反应1h，得到滴定液，用搅拌器以250r/min转速搅拌前驱液，在搅拌状态下将滴定液滴入前驱液中，滴加完毕后，降低搅拌转速至55r/min，继续搅拌反应35min;待上述反应结束后，静置陈化13h，过滤得到滤饼，再将滤饼放入马弗炉中，在350℃下煅烧3h，煅烧结束后随炉冷却至室温，出料，即得自制固定化载体;将糯米和水按质量比为1:5混合后用石磨研磨4遍，收集研磨得到的乳白色浆液，将上述自制固定化载体按质量比为1:5加入到乳白色浆液中，搅拌混合均匀后得到预处理液，将预处理液放入浓缩罐中，浓缩至预处理液原体积的1/5，得到浓缩液;将上述浓缩液倒入不锈钢托盘中，再将不锈钢托盘放入蒸箱中，在103℃下蒸制4min，蒸制结束后取出凝胶状混合物，放入气流粉碎机中粉碎25min，得到生物制剂前驱体;将上述生物制剂前驱体和浓度为105cfu/mL的细菌菌悬液按质量比为1:2混合后装入发酵罐中，密封发酵罐，在40℃下保温发酵4天，发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤饼，将发酵滤饼真空冻干后粉碎，即可得到处理养殖废水生物制剂。所述的细菌菌悬液是硝化细菌、反硝化细菌和氨化细菌中的一种或多种的混合物，混合时按任意比例配比。
实例3
取新鲜柠檬榨汁，得到柠檬汁，再取丝瓜络，用水冲洗5遍后，按质量比为1:3将丝瓜络和柠檬汁混合后超声振荡浸渍40min，浸渍结束后过滤，分离得到浸渍丝瓜络;将浸渍丝瓜络按质量比为1:10加入到质量分数为40%氯化钙溶液中，摇床振荡浸渍2h，得到混合液，用质量分数为20%氨水调节混合液pH至9.3，得到前驱液;按质量比为1：8将五氧化二磷和无水乙醇混合搅拌反应2h，得到滴定液，用搅拌器以300r/min转速搅拌前驱液，在搅拌状态下将滴定液滴入前驱液中，滴加完毕后，降低搅拌转速至60r/min，继续搅拌反应40min;待上述反应结束后，静置陈化14h，过滤得到滤饼，再将滤饼放入马弗炉中，在400℃下煅烧4h，煅烧结束后随炉冷却至室温，出料，即得自制固定化载体;将糯米和水按质量比为1:5混合后用石磨研磨5遍，收集研磨得到的乳白色浆液，将上述自制固定化载体按质量比为1:5加入到乳白色浆液中，搅拌混合均匀后得到预处理液，将预处理液放入浓缩罐中，浓缩至预处理液原体积的1/5，得到浓缩液;将上述浓缩液倒入不锈钢托盘中，再将不锈钢托盘放入蒸箱中，在105℃下蒸制5min，蒸制结束后取出凝胶状混合物，放入气流粉碎机中粉碎30min，得到生物制剂前驱体;将上述生物制剂前驱体和浓度为105cfu/mL的细菌菌悬液按质量比为1:2混合后装入发酵罐中，密封发酵罐，在45℃下保温发酵5天，发酵结束后取出发酵产物，过滤分离得到发酵滤饼，将发酵滤饼真空冻干后粉碎，即可得到处理养殖废水生物制剂。所述的细菌菌悬液是硝化细菌、反硝化细菌和氨化细菌中的一种或多种的混合物，混合时按任意比例配比。
对比例
用空载陶粒固定硝化细菌、反硝化细菌和氨化细菌中的一种或多种的混合物制成固定化菌剂作为对比例。
将本发明制得的处理养殖废水生物制剂和市售的SHH-102氨氮去除菌剂分别用于处理养殖废水，(养殖废水COD浓度为30.5mg/L，总氮浓度为14.3mg/L，亚硝态氮浓度为0.023mg/L，硝态氮浓度为6.8mg/L，氨氮浓度为0.87mg/L)10天后对处理后的废水进行处理效果检测，检测结果如表1：
检测项目实例1实例2实例3对比例有效作用时间(天)25273010浊度(NTU)1.81.61.45.0总氮(mg/L)3.03.12.810.2亚硝态氮(mg/L)0.0130.0110.0100.016硝态氮(mg/L)1.111.121.102.30氨氮(mg/L)0.350.320.340.45COD(mg/L)24.523.823.728.0有效细菌数量(lgMPN/mL)5.55.45.23.5
由数据可知，本发明相比对比例对养殖废水的处理效果明显提高，有效作用时间得到延长，微生物的生物量及活性能够长时间维持，具有广阔的应用前景。
