3种包埋剂固定化硝化细菌的制备与性能
3种包埋剂固定化硝化细菌的制备与性能
3种包埋剂固定化硝化细菌的制备与性能苗娟;魏学锋;贾晓平;李岳霖;周鸣;卢伟伟【摘要】In this work ,the nitrobacteria immobilized cells are prepared using three embedding materials ,such as agar , sodium alginate and polyacrylamide .The balling complexities and physical and mechanical properties are investigated .The prepared immobilized nitrobacteria cells are also employed to degrade the ammonia wastewater .Experimental results show that the three cells have activity to ammonia nitrogen conversion .Agar immobilized nitrobacteria cells have higher activity and longer store life ,but poor balling property .Polyacrylamide immobilized nitrobacteria cells have good balling property , but lower activity .In comparison ,sodium alginate immobilized nitrobacteria cells have both good balling property and better degradation activity ,which is prospective .%采用琼脂、海藻酸钠、聚丙烯酰胺3种包埋方法制备出硝化细菌污泥固定小球,考察了成球的难易及其物理机械性能,并采用制备小球进行氨氮的降解实验。
如何培养硝化细菌
如何培养硝化细菌简介硝化细菌是一类在自然界中起着重要作用的微生物,它们能够将氨氮转化成亚硝酸盐和硝酸盐。
这个过程被称为硝化作用,对于水体和土壤中的氮素循环至关重要。
因此,了解如何培养硝化细菌对于研究氮素循环和废水处理具有重要意义。
本文将介绍如何在实验室中培养硝化细菌的方法。
材料和试剂在培养硝化细菌时,需要准备以下材料和试剂:1.无菌培养基:硝化细菌可以在不同的培养基上生长,常用的包括硝化细菌液体培养基和固体培养基。
在液体培养基中,最常用的是锥形瓶。
而在固体培养基中,可以使用琼脂糖培养基。
2.补充物:硝化细菌生长所需的补充物包括氨氮源和能源源。
常用的氨氮源包括氨盐和尿素,而能源源则是有机物质,如葡萄糖。
3.培养基调整剂:为了调整培养基的pH值和温度,可以使用盐酸和氢氧化钠进行酸碱度的调节,同时需要一个恒温培养箱来保持培养基的温度稳定。
步骤以下是培养硝化细菌的步骤:1.准备培养基:根据所选择的培养基配方,将所需的混合物加入适量的蒸馏水中,并在最终调整培养基的pH值。
然后,将培养基分装到无菌的锥形瓶或琼脂糖平板中。
2.导入硝化细菌:将已经分离得到的硝化细菌用一根无菌的铁环划取一小部分并转移到培养基中。
如果是在固体培养基上进行,则可以在培养基表面涂抹一层硝化细菌。
3.培养温度和时间:根据硝化细菌的生长要求,将培养基放入恒温培养箱中,并将温度调整到适宜的范围。
硝化细菌通常在20-30摄氏度下生长,因此将培养箱温度调整到该范围内。
然后,根据硝化细菌的生长速度,设定合适的培养时间。
4.观察和记录:在培养的过程中,观察硝化细菌的生长状况,记录生长情况和所需时间。
通常,硝化细菌在培养基上会形成特殊的菌落,可以通过肉眼观察到。
5.储存:如果需要长期保存硝化细菌,可以将培养基中的菌落进行分离,分装到无菌的冷冻管中,并加入适当的冷冻保护剂,如甘油。
然后,将冷冻管存储在-80摄氏度的冷冻柜中。
注意事项在培养硝化细菌时,需要注意以下事项:1.确保所有的操作都在无菌条件下进行,以避免细菌的污染。
一种生物炭固定化菌剂的制备与应用
一种生物炭固定化菌剂的制备与应用生物炭固定化菌剂是一种将有效菌剂固定在生物炭载体上的制剂,具有较好的微生物菌株存活率和保活时间,同时还能提供理想的生物炭固定作用。
本文将介绍生物炭固定化菌剂的制备方法及其在农业生产中的应用。
生物炭是一种由植物残渣等有机材料经过高温热解而得到的碳质固体,具有多孔性和吸附性等特点。
生物炭具有较高的比表面积和孔隙结构,有利于固定微生物菌株并提供菌落生长的适宜环境。
目前,生物炭固定化菌剂的制备主要分为两种方法:直接法和包埋法。
直接法是将生物炭和微生物菌液直接混合,通过物理吸附和化学结合的方式将微生物菌株固定在生物炭表面。
该方法简单易行,操作成本低,适用于规模较小的制备过程。
首先,将所需的微生物菌株培养并得到菌液。
然后,将适量的生物炭加入到菌液中,并搅拌均匀。
最后,将混合液体进行干燥,得到生物炭固定化菌剂。
此制备方法制备的生物炭固定化菌剂菌株存活率高,但保活时间相对较短。
包埋法是将微生物菌株与生物炭进行包埋,将微生物埋藏在生物炭内部,从而延长微生物的存活时间。
此制备方法首先需要将微生物培养至一定时期,然后将微生物培养物与生物炭混合,并搅拌均匀。
接着,将混合物进行滲透处理,待生物炭吸附微生物后,对其进行烘干处理,最终得到生物炭固定化菌剂。
包埋法制备的生物炭固定化菌剂能够延长微生物的存活时间,但制备工艺较为繁琐,操作难度较大。
生物炭固定化菌剂在农业生产中具有广泛的应用前景。
一方面,生物炭固定化菌剂可以作为土壤调理剂应用于农田中,能够改善土壤结构,调节土壤酸碱度,提高土壤肥力。
由于生物炭固定化菌剂具有较好的微生物保活性,可以通过菌根和植株共生关系提高植物养分吸收能力和抗逆性。
另一方面,生物炭固定化菌剂还可以应用于农作物病害防控。
通过固定化的方式,可以将有效菌株固定在生物炭上,并在农田中进行施用,从而有效地抑制病原微生物的生长繁殖。
综上所述,生物炭固定化菌剂的制备与应用是一种具有潜力的农业生产技术。
生物包埋法实验报告
实验名称:包埋法固定化酶的制备与活性测定实验目的:1. 掌握包埋法固定化酶的基本原理和操作步骤。
2. 了解固定化酶的制备方法及其对酶活性的影响。
3. 通过实验验证包埋法固定化酶的稳定性和重复利用性。
实验原理:包埋法是将酶包埋在凝胶聚合物中,使其成为一种固定化酶。
这种固定化酶可以反复使用,并且具有较高的稳定性和活性。
常用的凝胶聚合物有海藻酸钠、PVA-H等。
实验材料:1. 酶制剂:如葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶等。
2. 凝胶聚合物:如海藻酸钠、PVA-H等。
3. 其他试剂:如氯化钙、磷酸盐缓冲液、蒸馏水等。
4. 仪器:烧杯、玻璃棒、移液器、显微镜、酶活性测定仪等。
实验步骤:1. 准备凝胶聚合物溶液:将一定量的凝胶聚合物溶解于磷酸盐缓冲液中,调节pH值至适宜范围。
2. 酶与凝胶聚合物混合:将酶制剂加入凝胶聚合物溶液中,充分搅拌均匀。
3. 制备固定化酶:将混合液倒入装有氯化钙溶液的烧杯中,使凝胶聚合物凝固,形成固定化酶。
4. 固定化酶的分离与洗涤:用蒸馏水将固定化酶洗涤干净,去除未固定的酶和杂质。
5. 固定化酶的活性测定:采用酶活性测定仪测定固定化酶的活性。
6. 固定化酶的重复利用性实验:将固定化酶进行多次反应,观察其活性的变化。
实验结果与分析:1. 固定化酶的制备:通过实验观察到,凝胶聚合物与酶混合后,在氯化钙溶液中凝固,形成固定化酶。
2. 固定化酶的活性:固定化酶的活性与未固定化酶相比,略有下降,但仍然保持较高的活性。
3. 固定化酶的重复利用性:固定化酶经过多次反应后,活性仍然保持较高水平,说明固定化酶具有良好的稳定性和重复利用性。
讨论:1. 包埋法固定化酶的优点:操作简单、成本低、固定化酶活性高、重复利用性好。
2. 影响固定化酶活性的因素:凝胶聚合物的种类、浓度、pH值、温度等。
3. 固定化酶的应用:在生物传感器、生物催化、废水处理等领域具有广泛的应用前景。
结论:本实验成功制备了固定化酶,并通过实验验证了其稳定性和重复利用性。
包埋剂固定化硝化细菌制备及其应用性能研究
2 应用性能对比 采用海藻酸钠/聚乙烯醇纳米纤维作包埋剂,为提高固定化
颗粒的机械强度,实现固定化小球寿命的延长,应用1%海藻酸 钠(在聚乙烯醇凝胶中所占的百分比)、4%二氧化硅和0.3%碳 酸钙作为添加剂。聚乙烯醇包埋硝化细菌的成球效果较好,小 球表现有较佳的机械强度以及传质性能[3]。实验结果表明,聚 乙烯醇质量浓度为10%,活性炭含量占聚乙烯醇凝胶的2%,交 联时间32h,包菌量值为1∶2的条件下,包埋固定化小球去除氨 氮的效率最高,42h氨氮去除效率可达80%以上。
europaea and Paracoccus denitnficans in tubular gel for nitrogen removal in wastewater[J].Central Research Institute of Electric Power Industry,1996,(11):622-632.
减少高浓度有机物对硝化细菌的抑制,提高硝化作用。再次, 两种固定化制备工艺的联合使用,或可在菌群之中提升最大利 用效率,以进一步促进养殖业的健康发展。
就水产养殖集约化管理中的水污染控制为例,应用两类包 埋方法对硝化细菌进行排污处理,则对养殖环节存在的废料残 饵、动物排泄物等超标污染物进行治疗。制备工艺应用后,对污 水中的氨氮、亚硝酸盐和有机物污染物浓度得以下降,同时严格 水域内化学需氧量COD小于6~10mg/L,非离子氨(以N计)小于 0.06~0.10 mg/L。基于此,采用硝化细菌处理后,氨氮和亚硝酸 盐分别降至2.09 mg/L和0.09 mg/L,降解率达到95%以上。
包埋活性污泥实现短程硝化微生物结构特点
包埋活性污泥实现短程硝化微生物结构特点Zhao Xin-yan【摘要】为了探讨包埋固定化过程对微生物种群的影响,以接种污泥和各个阶段包埋硝化污泥为对象,利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)技术对比分析上述污泥中的微生物群落结构,结果表明:短程硝化逐渐稳定的过程会增加包埋颗粒中微生物种群多样性,影响污泥稳定性的细菌被淘汰,而脱氮菌、聚磷菌、溶藻菌和硫自养反硝化菌等污水处理功能微生物都在反应过程中得到保留.短程硝化过程实现了对AOB一定程度的富集,与接种污泥相比,驯化中的短程包埋硝化污泥和稳定短程包埋硝化污泥中AOB的多样性指数、均匀性指数均有提高.接种污泥和各个阶段短程硝化污泥中的优势菌群主要分布于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和未培养菌(uncultured bacterium).其中AOB均属于β-Proteobacteria的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).【期刊名称】《节能与环保》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】3页(P53-55)【关键词】包埋;短程硝化;PCR-DGGE;微生物多样性;微生物群落结构【作者】Zhao Xin-yan【作者单位】【正文语种】中文与全程硝化相比,短程硝化可减少硝化过程25%的需氧量和反硝化过程中40%的碳源消耗量,同时具有较低的污泥产量,并且可减少反硝化池容积,成为近几年新型生物脱氮工艺的研究热点。
短程硝化是通过控制各种影响因素的方式促进AOB的生长繁殖同时抑制NOB的生长,达到缩短反应时间,节约能源的目的。
但作为自养型细菌,AOB生长缓慢,容易从反应器中流失,在连续流条件下NO2--N积累不稳定,限制了短程硝化技术的应用。
包埋固定化微生物技术是现代生物工程领域中的一项新兴技术,它以高分子材料为载体,将游离细胞或者酶定位于限定的区域,使其保持活性并可反复利用,具有良好的微生物截留效果。
包埋法固定化微生物技术中的载体选择及在污水生物处理中的应用
文章编号:1004-3918(2009)05-0554-05包埋法固定化微生物技术中的载体选择及在污水生物处理中的应用刘帅,张培玉,曲洋,郭沙沙(青岛大学环境科学与工程系,山东青岛266071)摘要:较详细介绍了包埋法固定化微生物技术中不同种类包埋载体的特点,比较分析了不同载体的使用对污水生物处理效果的影响,指出了包埋法的应用范围.关键词:固定化微生物技术;污水处理;包埋法;载体中图分类号:Q 819文献标识码:A传统的污水生物处理工艺以微生物悬浮态生长的活性污泥处理法为主.此法虽然有很多优点,并且早已在污水处理领域发挥着重要的作用,但同时也存在着许多很难克服的缺陷,比如反应器中生物量的浓度偏低、泥水分离困难、不耐冲击负荷、会出现污泥上浮膨胀和流失等问题.固定化微生物技术是应用于污水处理的新技术之一.由于固定化微生物技术可固定经筛选出的能降解特定物质的优势菌属,能使污水处理系统专一性、耐受性增强,处理效果稳定,运行管理简单,降解效率明显优于传统方法.因此,近年来固定化微生物技术已成为各国学者研究的热点课题,并且已有部分研究成果由实验室走向实际应用阶段.包埋法是固定化微生物技术中应用最广泛的方法之一,国内对于包埋法固定化微生物技术处理污水的研究很多,但是关于介绍和比较包埋法所用载体的文章较为少见.本文就包埋法固定化微生物技术研究中的载体选择进行了介绍,分析比较了不同载体的使用对污水生物处理效果的影响,指出了包埋法的应用范围,以期为包埋法固定化微生物技术中的载体选择提供有益参考.1包埋法固定化微生物技术在固定化微生物技术处理污水的研究中,包埋法是最为常用、研究最为广泛的固定化方法.目前关于该方法处理污水的研究已有大量报道.包埋法是将微生物细胞截留在水不溶性的多聚体化合物孔隙的网络空间中,通过聚合作用,或通过沉淀作用,或通过离子网络作用,或通过改变溶剂、温度、pH 值使细胞截留.多聚体化合物的网络可以阻止细胞的泄漏,同时能让底物渗入和产物扩散出来.包埋法可分为高分子合成包埋、离子网络包埋和沉淀包埋.该法操作简单,对微生物活性影响小,可将微生物细胞锁定在特定的高分子网络中,因此制作的固定化微生物的强度高,与微生物细胞的结合力强,化学性能稳定.2包埋法固定化微生物技术的载体选择包埋法所使用的载体种类较多,但都要求可以形成具有孔隙网络空间的能力,以便将微生物细胞截留在内.对包埋法微生物载体的普遍要求是:固定化过程简单,易于成型,成本低;对微生物无毒性,固定化后细胞密度大;物理稳定性和化学稳定性好,不易被分解.现有的包埋固定化载体大致可分为天然高分子凝胶载体和有机合成高分子载体两类:1)天然高分子凝胶载体有琼脂、角叉菜胶、海藻酸钠、卡拉胶和海藻酸钙等.天然高分子凝胶载体一般具有生物无毒、传质性能良好、成形方便且固定化密度高等优点,但强度较低、抗微生物分解能力较差、在厌氧条件收稿日期:2009-02-18基金项目:国家自然科学基金(50678085,50878107);山东省教育科技计划项目(J06I03);山东省研究生教育创新计划资助项目(SDYY07091)作者简介:刘帅(1987-),男,山东潍坊人,从事环境生物学研究通信作者:张培玉(1963-),男,山东青岛人,博士,教授,主要研究方向为环境生物技术.第27卷第5期2009年5月河南科学HENAN SCIENCE Vol.27No.5May 20092009年5月下易被微生物分解.为了克服天然高分子凝胶载体的这些不足,可用交联剂对其进行稳定化处理,通过处理可使天然载体的物理和化学稳定性得到极大的提高,但是载体的传质性能和微生物细胞活力会相应的下降.2)有机合成高分子载体有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、光硬化树脂、聚丙烯酸等.有机合成高分子载体的突出优点是抗微生物分解性能好、机械强度高、化学性能稳定、对细胞无毒且价格低廉,因而具有很高的利用价值,被认为是目前最有效的固定化载体.但有机合成高分子载体聚合物网络的形成条件比较剧烈,对微生物细胞的损害较大.3部分包埋剂在固定化微生物技术中的应用现今对于包埋法的研究非常广泛,从载体的构造到反应的机理和控制条件等各方面在国内外都有较深入的研究,不同载体的使用对污水生物处理会产生不同的效果.3.1海藻酸钙的使用海藻酸钙对微生物的毒性很小,固化成型方便,对微生物细胞的富集程度高,所以是目前天然高分子凝胶载体中研究最多、使用最广的载体之一.但是其稳定性差、机械强度不高等缺陷需要进一步改善.由于海藻酸钙固定化细胞的密度高,传质性能好,故对于重金属离子的吸附性能优良.国外的研究者对海藻酸钙包埋法在去除重金属离子的效率以及最佳去除条件等方面做了大量的试验和研究,证明了海藻酸钙作为载体包埋有关微生物,可以作为重金属的生物吸附剂使用,且处理效果较好.Bala Kiran 等[1]用海藻酸钙包埋蓝藻,在不同的金属初始浓度、不同的pH 值、不同的温度条件下研究了对Cr 6+的吸附效果,结果表明:在金属离子初始质量浓度为50~60mg /L ,pH 为2~3,温度45℃时获得最大吸附率82%.Y .Kacar 等[2]用海藻酸钙固定真菌(Phanerochaetech rysosporium )包括活的和加热灭活的2种形态菌体处理含Cd 2+的废水,最大吸附能力分别为(104.8±2.7)mg 和(123.5±4.3)mg ,0.5h 内镉的生物吸附很快就达到85%.海藻酸钙微生物系统用10mmol /L HCl 处理,回收吸附率可达到原来的97%.同样方法用海藻酸钙包埋另一种真菌(Lentinus sajorcaju )处理含Cd (Ⅱ)废水,实验显示在0.5h 之内,镉的生物吸附很快就达到85%[3],吸附能力与时间的关系符合假二级方程.Gulay Bayramoglu 等[4]用海藻酸钙包埋固定衣藻制得的固定化小球吸附Hg 2+,Cd 2+,Pb 2+,吸附60min 后可达到吸附平衡,并可用Langmuir 和Freundlich 吸附等温线描述;用2mol /L NaCl 溶液可将吸附在衣藻上的Hg 2+,Cd 2+,Pb 2+解吸下来,解吸率可高达95%.Arica M 等[5]将黄孢原毛平革菌(Phanerochaetech rysosporium )固定在海藻酸钙中,先制成活菌小球,再将活菌加入5mmol /L CaCl 2溶液,在90℃高温下加热10min ,制成固定加热灭活菌.将这2种菌用于吸附人工静态模拟废水中30~600mg /L 的Pb 2+和Zn 2+,对其吸附容量做了细致的研究,结果表明,在pH 5.0~6.0、吸附60min 后,加热灭活菌对Pb 2+和Zn 2+的吸附容量为355mg /g 和48mg /g (干质量),大于活菌球的282mg /g 和37mg /g (干质量).以海藻酸钙为载体的包埋技术还用于处理难降解有机物.国内有研究证明,用海藻酸钙包埋固定优势降解菌(Alcaligenes sp )降解2,6-二叔丁基(2,6-2DTBP ),在100.0mg /L 的初始质量浓度下,其降解率在12d 可达到86%.与未固定菌株相比,菌株经固定化包埋后其降解的能力大大提高,且固定化菌株对pH 值和温度的适应范围更宽,对底物具有更高的降解能力[6].除固定化微生物外,也有人研究用海藻酸钙固定化酶,但国内外在这方面的研究也较少,这可能是由于海藻酸钙相比较于其他包埋载体来说,凝胶网络的孔隙尺寸过大,酶容易从包埋网络中泄露,造成海藻酸钙对于酶的固定化的效率不高.3.2聚乙烯醇的使用聚乙烯醇(PVA )在有机合成高分子载体中也是目前研究最多、应用最广的载体之一.聚乙烯醇具有对生物毒性小、物理化学稳定性较高、抗生物分解能力强、价格低廉等优势,但是其传质性能不如海藻酸钙等天然高分子凝胶载体.国内外对于聚乙烯醇固定以硝化菌和反硝化菌的研究较为常见.使用聚乙烯醇包埋微生物的各种制作固定化微生物颗粒的方法中,在低温冷冻条件下包埋高效菌种被证明是一种可以保持高微生物活性的有效方法.国外有研究[7]表明,用PVA 冷冻法把硝化污泥固定在3~5mm 聚乙烯醇小球里用来处理养猪废水,采用批量试验和连续试验进行好氧处理.结果当HRT 为4h 时,NH 3-N 的硝化率为567mg /d ,硝化污泥小球不受养猪废水高BOD 浓度的影响,适用于快速和有效地去除厌氧养猪废水塘中的NH 4+.还有研究者[8]以PVA 刘帅等:包埋法固定化微生物技术中的载体选择及在污水生物处理中的应用555--第27卷第5期河南科学为载体,采用冷冻法混合固定硝化菌和反硝化菌,研究了好氧条件下同时硝化和反硝化的可行性及其脱氮特性.结果表明,硝化菌和反硝化菌混合固定时,由于载体内部形成了适合硝化和反硝化的环境,可以在好氧条件下同时进行硝化和反硝化,实现单级生物脱氮.混合固定时的氨氧化速度约为硝化菌单独固定时的14倍,约为PBS 脱氮速度的2.6倍.硝化菌和反硝化菌混合固定后对温度的敏感性减小,并且在较宽的溶解氧范围(2~6mg /L)保持稳定的脱氮速度.国内关于聚乙烯醇固定硝化菌反硝化菌处理氨氮废水的研究也有一定进展,许多实验都有很高的氨氮去除率.谭佑铭[9]等研究固定化PVA 反硝化菌对富营养化水体中硝酸盐氮的还原能力,以及对水体中有机物的降解情况.结果,经过40d 的处理后,原水中的亚硝化菌和硝化菌能将水样中的氨氮转化成硝酸盐氮,转化率约为57.5%,但原水中的反硝化细菌作用较微弱,对照水样中总无机氮的去除率约为6.7%.耿振香等[10]采用聚乙烯醇包埋固定从活性污泥中筛选的硝化菌和反硝化菌,对生活污水进行硝化反硝化工艺处理,废水中氨氮为45mg /L ,pH 值为7.5,DO 为2.0mg /L ,水力停留时间为18h ,氨氮去除率可达96%.张爽等[11]采用聚乙烯醇-硼酸包埋法固定经常温富集培养的含耐冷菌的硝化污泥,用于处理常温和低温生活污水,进行了比较研究.结果表明,该固定化硝化菌群在常温下经过1个月的活性恢复和增殖后,转入低温环境,在短期内表现出一定的适应性,作用6h 后对NH 4-N 的去除率为80%左右.在常温下,该固定化菌更表现出高效的氨氮去除能力,作用3h 后,去除率达90%以上.赵兴利[12]等利用PVA 包埋粉末活性炭驯化硝化菌,以流化床为生物反应器,采用SBR 运行方式,固定化硝化菌寿命长达7个月以上,NH 4-N 去除率维持在90%以上.以上大量的研究表明,聚乙烯醇是固定硝化菌和反硝化菌处理氨氮废水的优良包埋载体,其包埋效果较好,对氨氮的去除效率较高.这主要是由两个方面的因素造成:一方面,聚乙烯醇可以利用自身内部空间对氧扩散情况的影响,自然形成由里而外的好氧区、缺氧区和厌氧区,从而使硝化菌和反硝化菌各自在适合于自身相对独立的环境下生长代谢,实现好氧条件下同时硝化反硝化;另一方面,聚乙烯醇的物理化学稳定性较强,机械性能好,所以对于硝化菌这种需要较长生长代谢时间的菌种的固定化效果好.因此,聚乙烯醇作为包埋材料处理氨氮废水具有很好的应用前景.聚乙烯醇作为包埋材料也可以用于重金属离子的废水处理,如用PVA 固定氧化亚铁硫杆菌(A cidithiobacillus ferrooxidans ),在稀释率0.4时,Fe 2+的最大氧化速率达到3.1g /(L ·h ),并且固定颗粒稳定性好,可连续运行2个月以上[13].采用液-液相分离的方法制备聚乙烯醇共包埋活性炭和纳米TiO 2的微球,对废水中的Cr 6+也有较好的处理效果.当微球加入量为140g /L ,微球中活性炭、纳米TiO 2包埋量分别为6%和4%,pH 值为3,作用时间为3h 时,Cr 6+的去除率可达90%以上,且微球使用方便,不会造成二次污染[14].聚乙烯醇与活性炭或其他吸附载体复合包埋微生物在处理难降解有机毒物方面也有不错的效果.采用PVA 和活性炭的复合载体制作固定化污泥颗粒处理含酚废水,结果表明,在污泥与载体体积比为1∶1、平均粒径2~4mm 的条件下,PVA 和活性炭的固定化污泥颗粒可以在水里停留6h ,泥水体积比为1∶4、进水酚达250mg /L 时,取得99.8%的酚去除率[15],废水可达到国家排放标准.国内还有研究者[16]采用PVA 与聚丙烯无纺布(多孔结构)的复合载体来降解含有喹啉、异喹啉、吡啶的高浓度氨氮焦化废水,3种难降解有机物经处理8h 后降解率均在90%以上.现对聚乙烯醇作为包埋载体在污水除磷方面也有一定的研究.使用PVA 作为包埋材料固定假单胞菌为优势微生物的活性污泥,采用硼酸进行交联,制成的固定化微生物系统可以保持较高的微生物细胞活性,该系统具有明显的除磷能力和较好的抗酸、碱冲击能力;在起始质量浓度为87.5mg /L 时,6h 可去除49.5%的磷;在酸性条件下,24h 除磷率为88.2%;在好氧条件下,固定化污泥还具有明显的脱氮能力[17].这为采用固定化细胞法同时进行污水的脱氮、除磷处理提供了可能.聚乙烯醇在包埋法处理废水中具有自身的特点与优势:①生物相容性强,对微生物细胞无毒,成本较低;②有极好的流变学性能(不易碎),可作为大多数反应器的固定化载体;③有超常的热稳定性(相比于热可逆性凝胶);④对生物降解耐受性很高,对培养介质成分无不良反应;⑤聚乙烯醇有很高的大小孔隙率,可提供最佳的菌体代谢物转运途径[18].正是由于聚乙烯醇作为有机合成高分子包埋载体所具有的巨大优势,所以它将会在固定化技术中得到更广泛的应用.3.3海藻酸钠的使用海藻酸钠作为固定化包埋载体材料,具有制备容易,价格低廉,传质性能良好的优点,应用范围也比较广泛.556--2009年5月在处理重金属方面,海藻酸钠作为固定化包埋载体材料对金属离子的吸附率较高,与国外学者采用海藻酸钙固定菌种处理重金属离子相对照,国内学者[19]采用海藻酸钠包埋小球藻和叉鞭金藻,制得含藻细胞的固定化胶球,用其对Ni 2+进行生物吸附,研究了固定化小球藻和固定化叉鞭金藻对污水中Ni 2+的吸附率.结果表明,对于同一种固定化微藻,处于对数生长中期时对Ni 2+吸附效果较好,且吸附过程主要在前4h 完成,Ni 2+浓度越大,吸附率越高.固定化微藻比悬浮态微藻吸附率高,固定化小球藻比固定化叉鞭金藻吸附率高.海藻酸钠作为固定化包埋载体材料对于高浓度有机废水和难降解污染物质的处理效果也非常显著.将海藻酸钠固定化活性污泥制成颗粒小球,以流化床反应器对甲醇废水进行处理,在溶解氧为6.6~6.9mg /L 的条件下,固定化小球与废水的体积比为30∶1000,最佳的工况条件是温度为30~40℃,pH 值为5.0~9.0;当进水COD<722.2mg /L ,进水甲醇<307.4mg /L 时,对COD 的去除率>85%,对甲醇的去除率可达到90%左右[20].以海藻酸钠为载体、戊二醛为交联剂净化有机废水,处理效率稳定在75%,而且耐水质水量变化的冲击力强,有机负荷承受能力增强,进水的COD CR 可高达2500mg /L [21].以海藻酸钠为固定化载体材料,以氯化钙作为交联剂将高效降解油脂菌—解脂耶氏酵母(Y arrowia lipolytica )包埋制备成固定化微生物小球处理油脂废水,结果表明与悬浮状态相比,固定化微生物温度适应范围增大、热适应性增强、pH 值往酸性方向偏移[22].用普通系统和高效菌种的悬浮投加型强化系统作比较,用海藻酸钠包埋某高效微生物菌种用于强化聚酯废水的生物处理,悬浮投加高效菌种可使出水COD 降低100mg /L ,处理率提高8%,而用海藻酸钠-氯化钙法包埋固定化之后投加则可使出水COD 降低了200mg /L ,处理率提高14%,使最终出水COD 达到100mg /L 以下[23],达到出水的排放要求,且减少了废水中对人类和环境有较大危害的1,4-二氧杂环己烷的含量.以上实验说明,海藻酸钠作为包埋材料不仅对金属离子的吸附率较高,而且对于高浓度有机废水和难降解有机污染物质的处理效果也较理想.3.4琼脂的使用琼脂作为固定化载体的特点是包埋微生物活性高、制作容易,主要用于重金属元素的去除.如Viktoriya V.Konovalova 等[25]的实验证明,在用游离假单胞菌做吸附试验时,当Cr 6+质量浓度达到30mg /mL ,吸附率明显下降;而将假单胞菌包埋在琼脂中再吸附Cr 6+,则Cr 6+质量浓度达到20mg /L 时仍然保持稳定的吸附效率.因此要保持较高的Cr 6+的吸附效率,就要避免菌体铬中毒现象的发生,而包埋后的菌体由于琼脂凝胶网格结构的保护减轻了菌体铬中毒性状.但是琼脂在去除重金属元素时也有一定的缺陷,比如氧和底物及产物的扩散受到限制,琼脂凝胶的机械强度不高,且成球受温度影响较大.4包埋法的应用范围随着对包埋法研究的不断深入和扩展,其在污水处理领域的应用也越来越广,但仍有一定局限性,例如由于微生物细胞处于包埋载体的内部,所以使其难以与大分子的污染物接触而发挥降解功能,如厌氧工艺处理含纤维素、蛋白质及脂类的废水.所以包埋法不适于处理大分子有机污染物.根据包埋法处理废水的特点以及实际研究中的应用情况,将其应用范围总结如下:①因为包埋法处理污水的运行管理简单,几乎不需污泥回流,所以适用于占地受限制、要求产泥量少、污泥处理可以简化或省略及运行管理方便的家庭、小区污水处理系统,比如中水道系统.②包埋法可以将微生物细胞稳定的固定在载体之上,使得微生物细胞在系统中的存留生存时间大大延长,所以适合高效菌种竞争力较弱、世代存活时间较长、自然条件下菌种优势难以维持的环境,比如硝化细菌或甲烷菌的培养与生长.③由于包埋法对于优势菌种有较强的选择能力,对于目标污染物的降解优势较为明显,所以适用于处理单一的或对其处理方式限制性很强的污染物.④由于载体阻隔的作用使得微生物经固定化后氧与底物的传质速率受到阻碍,所以在好氧系统中,受此因素的影响,限制了高密度微生物活性的发挥.但是在厌氧情况下,由于整个微生物系统不受氧传质速率的影响,废水中的有机物浓度可以大大高于好氧的条件,固定化微生物的处理能力得到充分的体现,同时由于微生物细胞的高度密集,所以包埋法适用于厌氧条件下的高浓度有机废水处理.⑤当包埋法处理的生物系统与有毒有害物质进行接触时,由于微生物细胞高度密集的强抵抗能力或载体的阻挡作用,削弱了有毒有害物对微生物的冲击作用.所以包埋法较适合于有毒有害物质的生物降解.刘帅等:包埋法固定化微生物技术中的载体选择及在污水生物处理中的应用557--第27卷第5期河南科学参考文献:[1]Kiran B ,Kaushik A ,Kaushik C P.Response surface methodological approach for optimizing removal of Cr (VI )from aqueoussolution using 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壳聚糖海藻酸钠固定化硝化细菌去除水体中氨氮的研究的开题报告
壳聚糖海藻酸钠固定化硝化细菌去除水体中氨氮的研究的开题报告一、选题背景及意义氨氮是水体中一种常见的污染物,它来自于废水、农业、养殖等多个来源。
氨氮含量过高会引起水体富营养化、藻类大量繁殖等一系列环境问题。
因此,开发一种高效、低成本的氨氮去除方法对于水环境保护有着重要的意义。
目前,传统的氨氮去除方法主要有化学沉淀法、生物法等。
其中,生物法不仅能够高效去除氨氮,还不会产生二次污染,因此越来越受到关注。
硝化细菌是一种专门负责将氨态氮转化为硝态氮的微生物,因此在生物方法中被广泛应用。
然而,纯化的硝化细菌在水体中容易流失,因此需要将其固定在某种载体上进行使用。
壳聚糖和海藻酸钠作为天然的多糖物质,不仅具有良好的生物相容性和生物降解性,还可以在水中形成稳定的凝胶,因此被广泛应用于生物固定化技术中。
本研究旨在利用壳聚糖和海藻酸钠作为载体,将硝化细菌固定化,研究其对水体中氨氮的去除效果,并探讨其在实际应用中的可行性和优越性。
二、研究方法和流程1. 实验材料的准备:收集壳聚糖、海藻酸钠、硝化细菌等试剂和材料,并进行质量检验和处理。
2. 质量评价指标的确定:通过测定水体中氨氮的含量,确定其为本研究中的主要评价指标。
3. 固定化硝化细菌的制备:将壳聚糖和海藻酸钠按一定比例混合,加入适量的硝化细菌悬浮液,制备固定化材料。
4. 优化固定化条件:通过对不同比例、不同浓度等因素进行系统的优化调查,确定最佳的固定化条件。
5. 进行降解实验:将制备好的固定化材料加入含有一定氨氮浓度的水体中,进行一段周期的降解实验,并记录实验数据。
6. 结果分析和讨论:通过对实验结果进行统计、分析和比较,探讨不同条件下固定化硝化细菌去除氨氮的效果,并讨论其在实际应用中的可行性和优越性。
三、预期结果本研究预期能够成功制备壳聚糖海藻酸钠固定化硝化细菌,并在水体中获得较好的氨氮去除效果。
通过对实验结果的分析和比较,将优化固定化条件,探讨其在实际应用中的可行性和优越性。
硝化细菌的固定化及其处理氨氮污水的研究
硝化细菌的固定化及其处理氨氮污水的研究
王芳;鲁敏;张红艳;刘碗菊;柳宇佩
【期刊名称】《化学与生物工程》
【年(卷),期】2010(27)11
【摘要】通过富集培养硝化细菌,使污泥中硝化细菌数量增加,成为优势菌,再将硝化细菌包埋固定化在海藻酸钙凝胶胶珠中,并用于污水的处理,通过正交实验法确定了适宜的包埋固定化条件。
结果表明,通过富集培养,硝化细菌数量从1.1×104个.g-1增加到2.1×108个.g-1,固定化的硝化细菌胶球对人工污水和实验污水的氨氮去除率均为90%。
【总页数】3页(P86-88)
【作者】王芳;鲁敏;张红艳;刘碗菊;柳宇佩
【作者单位】
【正文语种】中文
【相关文献】
1.固定化硝化细菌对氨氮的去除效果研究 [J], 姚秀清;贾中原;王春华;邹宁
2.固定化硝化细菌去除氨氮和气相氨的试验研究 [J], 贾燕;江栋;刘永;周伟坚;邓志毅
3.固定化硝化细菌去除氨氮特性的研究 [J], 冯本秀;徐海娟;曹梓轲
4.新型固定化硝化细菌和好氧反硝化细菌处理氨氮废水 [J], 李芳芳;齐树亭;石玉新;吕玉珊;高长虹
5.固定化硝化细菌去除废水中氨氮的研究 [J], 高瑞美;鲁敏
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3种 包 埋 剂 固定 化 硝 化 细 菌 的 制 备 与性 能 *
苗 娟 魏 学锋 贾晓平2 李 岳 霖 周 鸣 卢 伟 伟
( 1 . 河南科 技 大学化 工与 制药 学 院 河南 洛 阳 4 7 1 0 2 3 ; 2 . 广 东省 渔业 生态 环境 重点 实验 室 广州 5 1 0 3 0 0 )
摘 要 采 用 琼 脂 、 海藻酸钠 、 聚 丙 烯 酰 胺 3种包 埋 方 法 制 备 出 硝 化 细 菌 污 泥 固 定 小 球 , 考 察 了, 并 采 用 制 备 小 球 进 行 氨 氮 的 降 解 实 验 。结 果 表 明 , 3种 固 定 化 小 球 对 氨 氮 的 转 化 均 有 明显 活性 , 琼 脂 固定 化 小 球 的活 性 最 好 , 保存时间长 , 但 成 球 较 困难 , 聚丙烯酰胺成球容易而活性相对偏低 , 相
MI AO J u a n 。 WE I X u e f e n g J I A Xi a o p i n g 2 L I Yu e l i n Z H OU Mi n g L U We i w e i
( 1 . C o l l e g e o fC h e m i c a l E n # n e e r i n g&P h a r m a c e u t i c s ,H e n a n U n i v e r s i t y o fS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y h , o y a n g , H e n a n 4 7 1 0 2 3 )
2 0 1 6年 第 4 2卷第 1 1 期
No v e mb e r 2 01 6
工 业安 全 与 环保
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