申请日2017.05.21
公开(公告)日2017.08.11
IPC分类号C12N11/14; C12N11/10; C12N11/08; C12N11/04; C02F3/28; C02F101/16
摘要
本发明公开一种厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法，称取聚乙二醇6000、海藻酸钠、纳米氧化铝，将聚乙二醇6000、海藻酸钠、纳米氧化铝制成凝胶溶液，按质量比计，聚乙二醇6000浓度为3%‑5wt%，海藻酸钠浓度(SA)为2%‑3wt%;纳米氧化铝浓度为0.3%‑0.7wt%，将微生物生长因子溶液以体积比为(0.5‑2)ml/L加入到凝胶溶液中，再对凝胶溶液进行超声处理。本发明方法的包埋剂制作简便，制得的凝胶小球活性较高，有良好的机械强度以及通透性，能够有效地去除废水中氮素污染物，可以广泛地应用于污水处理领域。
权利要求书
1.一种厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、包埋剂的配制：称取聚乙二醇6000、海藻酸钠、纳米氧化铝制成凝胶溶液，将聚乙二醇6000、海藻酸钠、纳米氧化铝制成凝胶溶液，溶液以质量百分比计，聚乙二醇6000浓度3%-5wt%，海藻酸钠浓度2%-3wt%，纳米氧化铝浓度0.3%-0.7wt%，制成包埋剂;
步骤(2)、污泥与包埋剂的混合：将厌氧氨氧化污泥经pH为7-8的碳酸氢钾缓冲溶液洗涤并离心2-3次，然后将等体积的包埋剂与离心后的污泥混合;
步骤(3)、固定化厌氧氨氧化凝胶小球的制取：将包埋剂与污泥的混合液逐滴滴入到3%-4wt%CaCl2溶液中，密封并避光放进4℃冰箱中，交联10-14小时后得到固定后的厌氧氨氧化凝胶小球，固定化凝胶小球的直径为2-4mm，用磷酸缓冲溶液和灭菌水清洗后备用;
步骤(4)、固定化厌氧氨氧化凝胶小球的活化：在处理废水之前，先将固定化凝胶小球在30-35℃范围内用目标废水活化培养6-8天，使固定化凝胶小球的内部微生物得到充分的恢复和驯化。
2.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体包括以下步骤：
步骤(1.1)制备聚乙二醇-海藻酸钠溶液：
将聚乙二醇在70-90℃水浴条件下溶解，然后向聚乙二醇溶液中加入海藻酸钠，混合均匀至完全溶解，并冷却至室温;
步骤(1.2)、加入微生物生长因子溶液
将体积比为(0.5-2)ml/L的厌氧氨氧化菌生长因子溶液加入到上述配制的溶液中。
步骤(1.3)、加入纳米氧化铝溶液
将纳米氧化铝溶液加入到聚乙二醇-海藻酸钠溶液中，混合均匀至完全溶解;
步骤(1.4)、超声波处理
将混合凝胶放置到超声装置中，超声处理30-40分钟后，静置至冷却到室温。
3.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述厌氧氨氧化污泥离心转数为4000r/min，离心时间为10min。
4.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中纳米氧化铝的α晶型约90%，γ晶型约10%，粒径约50nm。
5.根据权利要求2所述的厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法，步骤(1.4)中所述超声装置频率设置为40kHZ。
6.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述CaCl2溶液的体积是包埋剂和污泥混合液体积的4倍以上。
7.根据权利要求1所述的厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述固定化凝胶小球的活化培养是采用间歇培养方式，即固定化凝胶小球和目标废水的体积比例为1:9，以氨氮浓度降低到10%为一个周期，每个周期结束后，换入新鲜的目标废水。
8.根据权利2要求的厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法，其特征在于，步骤(1.2)中所述微生物生长因子溶液为由维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸组成的厌氧氨氧化菌生长因子溶液，所述厌氧氨氧化菌生长因子溶液按照如下步骤配制：
步骤(1.2.1)、分别取维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸各50mg,分别以25%乙醇溶液溶解并定容至1L，混合均匀，并分装在1L的棕色药剂瓶中，在冰箱中保存，得到浓度为50mg/L的维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸溶液;
步骤(1.2.2)、用时分别取2ml配制的溶液，定容至10ml，混匀，得到浓度为10mg/L的维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸溶液。
说明书
一种厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法。
背景技术
近些年来，厌氧氨氧化越来越受到关注，究其原因，在于它简洁的脱氮途径以及经济性，有良好的应用前景。但是由于厌氧氨氧化菌属于自养脱氮菌，且倍增时间较长(约11d)，所以启动一个厌氧氨氧化反应器需要的时间比较长，至少需要3个月左右。菌体的截留就受到了关注。
包埋固定化技术作为一种高效率、稳定性好、生物浓度较高的微生物截留手段，在近些年被逐渐引入污水处理领域并得到了广泛的认可和关注。但是目前大部分包埋材料都存在各种各样的缺陷，比如寿命短、机械强度不高、通透性较差、以及对微生物有一定的毒害性。因此，如何不断的优化包埋的载体材料，以及通过其他手段改善包埋材料的空间结构、强度、传质性能和提高厌氧氨氧化菌的活性，提高厌氧氨氧化菌的脱氮性能并能很好对菌进行截留,已成为近年来的研究热点。
发明内容
为了解决上述提到的问题，本发明提供一种厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法，利用微生物固定化技术，使厌氧氨氧化污泥在固定区域有较高的密度，减少厌氧氨氧化污泥的流失，提高厌氧氨氧化污泥活性，改善普通聚乙二醇-海藻酸钠包埋材料的空隙结构，提高它的传质性能，增强机械强度。
为了达到上述目的，本发明通过以下方案来实现：
一种厌氧氨氧化污泥包埋凝胶小球的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)、包埋剂的配制：称取聚乙二醇6000(PEG)、海藻酸钠(SA)、纳米氧化铝制成凝胶溶液，将聚乙二醇6000、海藻酸钠、纳米氧化铝制成凝胶溶液，溶液以质量百分比计，聚乙二醇6000浓度3%-5wt%，海藻酸钠浓度2%-3wt%，纳米氧化铝浓度0.3%-0.7wt%，制成包埋剂;
步骤(2)、污泥与包埋剂的混合：将厌氧氨氧化污泥经pH为7-8的碳酸氢钾缓冲溶液洗涤并离心2-3次，然后将等体积的包埋剂与离心后的污泥混合;
步骤(3)、固定化厌氧氨氧化凝胶小球的制取：将包埋剂与污泥的混合液逐滴滴入到3%-4wt%CaCl2溶液中，密封并避光放进4℃冰箱中，交联10-14小时后得到固定后的厌氧氨氧化凝胶小球，固定化凝胶小球的直径为2-4mm，用磷酸缓冲溶液和灭菌水清洗后备用;
步骤(4)、固定化厌氧氨氧化凝胶小球的活化：在处理废水之前，先将固定化凝胶小球在30-35℃范围内用目标废水活化培养6-8天，使固定化凝胶小球的内部微生物得到充分的恢复和驯化。
进一步，步骤(1)具体包括以下步骤：
步骤(1.1)制备聚乙二醇-海藻酸钠溶液：
将聚乙二醇在70-90℃水浴条件下溶解，然后向聚乙二醇溶液中加入海藻酸钠，混合均匀至完全溶解，并冷却至室温;
步骤(1.2)、加入微生物生长因子溶液
将体积比为(0.5-2)ml/L的厌氧氨氧化菌生长因子溶液加入到上述配制的溶液中。
步骤(1.3)、加入纳米氧化铝溶液
将纳米氧化铝溶液加入到聚乙二醇-海藻酸钠溶液中，混合均匀至完全溶解;
步骤(1.4)、超声波处理
将混合凝胶放置到超声装置中，超声处理30-40分钟后，静置至冷却到室温;
进一步，步骤(2)中所述厌氧氨氧化污泥离心转数为4000r/min，离心时间为10min。
进一步，步骤(1)中纳米氧化铝的α晶型约90%，γ晶型约10%，粒径约50nm。
进一步，步骤(1.4)中所述超声装置频率设置为40kHZ。
进一步，步骤(3)中所述CaCl2溶液的体积是包埋剂和污泥混合液体积的4倍以上。
进一步，步骤(4)中所述固定化凝胶小球的活化培养是采用间歇培养方式，即固定化凝胶小球和目标废水的体积比例为1:9，以氨氮浓度降低到10%为一个周期，每个周期结束后，换入新鲜的目标废水。
进一步，步骤(1.2)中所述微生物生长因子溶液为由维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸组成的厌氧氨氧化菌生长因子溶液，所述厌氧氨氧化菌生长因子溶液按照如下步骤配制：
步骤(1.2.1)、分别取维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸各50mg,分别以25%乙醇溶液溶解并定容至1L，混合均匀，并分装在1L的棕色药剂瓶中，在冰箱中保存，得到浓度为50mg/L的维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸溶液;
步骤(1.2.2)、用时分别取2ml配制的溶液，定容至10ml，混匀，得到浓度为10mg/L的维生素B1、维生素B6、维生素K、尼克酸溶液。
本发明作用的原理是：
聚乙二醇-海藻酸钠凝胶(PEG-SA)相对于其他包埋材料比如常用的比较好的聚乙烯醇-海藻酸钠(PVA-SA)具有更好的稳定性能、更高的稳定性，对厌氧氨氧化菌性小的优点。并且，本发明用超声辅助纳米氧化铝对聚乙二醇-海藻酸钠包埋材料进行改性处理，纳米氧化铝相对于其他纳米无机材料，具有更大的比表面积和吸附性能，通过超声波辅助技术可以强化纳米氧化铝在包埋剂中的分散性，这不仅能够进一步减小包埋材料的传质阻力，还能增大包埋剂的功能性比表面积以提高细胞的的负载率，改善聚乙二醇-海藻酸钠材料的空隙结构，进一步提高其传质性能，增强它的机械强度。同时也由于纳米氧化铝对微生物的吸附作用，可减少包埋过程中微生物的流失，提高了厌氧氨氧化性能。
通过向包埋剂中添加针对微生物生长因子，有效的改善了固定化厌氧氨氧化菌的的微环境。生长因子的添加，对于固定化过程中厌氧氨氧化菌营养的流失，也起到了一定的补充作用，有利于保持和维护整个固定化过程中厌氧氨氧化菌的数量和活性，对于包埋菌的活性恢复以及恢复后的性能有巨大的提高作用。
为了获得最佳的固定化载体配方，本发明对主体和辅助材料进行了多组组合以及配比实验，以包埋菌颗粒的物理性质以及生理活性作为对比的指标，得到了优化后的固定化厌氧氨氧化菌工艺，最终获得了优良的固定化厌氧氨氧化菌产品。
本发明与现有的技术相比，具有以下优点：
(1)与使用较多的聚乙烯醇-海藻酸钠(PVA-SA)包埋技术相比，具有更好的传质性能，提高了包埋材料的机械强度和弹性。
(2)与单纯的聚乙二醇(PEG)包埋技术相比，降低了固定化厌氧氨氧化菌过程中对微生物的毒害作用。
(3)在聚乙二醇-海藻酸钠(PEG-SA)的基础上，添加了纳米氧化铝，并用超声辅助，对聚乙二醇-海藻酸钠进行改性处理。纳米氧化铝相对于其他纳米无机材料，具有更大的比表面积和吸附性能，通过超声波辅助技术可以强化纳米氧化铝在包埋剂中的分散性，这不仅能够进一步减小包埋材料的传质阻力，还能增大包埋剂的功能性比表面积以提高细胞的的负载率，改善聚乙二醇-海藻酸钠材料的空隙结构，进一步提高其传质性能，增强它的机械强度。同时也由于纳米氧化铝对微生物的吸附作用，可减少包过程中微生物的流失，提高了厌氧氨氧化性能。
(4)同时加入了微生物生长因子，生长因子的添加，效的改善了固定化厌氧氨氧化菌的的微环境。对于固定化过程中厌氧氨氧化菌营养的流失，也起到了一定的补充作用，有利于保持和维护整个固定化过程中厌氧氨氧化菌的数量和活性，对于包埋菌的活性恢复以及恢复后的性能有巨大的提高作用。
