高效氮循环细菌人工筛选及在水生态修复和水处理中的应用的制作方法

文档序号:427870阅读:176来源:国知局
专利名称:高效氮循环细菌人工筛选及在水生态修复和水处理中的应用的制作方法
技术领域
本发明属于微生物人工筛选技术领域,涉及微生物人工筛选及其在环境治理中的应用,更具体的说,是高效氮循环细菌人工筛选及在水生态修复和水处理中的应用。
背景技术
湖泊,河流等水体的污染和富营养化是中国乃至世界上许多地区危及人类健康,制约社会经济可持续发展的严峻生态环境问题。环境监测部门的调查表明,我国七大水系、湖泊、水库、部分地区地下水和近岸海域受到不同程度的污染,其中富营养化问题尤为突出,滇池、太湖等天然水体先后暴发了大面积的水华。治理富营养化问题已是当今我国水环境面临的重大问题,是国家亟待解决的重大科学和技术难题,也是当代资源环境科学的热点。迄今已有的研究表明,引起水体富营养化的各类营养物质中,氮、磷是主要的限制性因子。因此解决水体富营养化问题的关键之一就在于控制水体的氮的含量一方面制定严格的排放标准,在排入水体前对生活污水和工业废水进行治理,控制排放源;一方面需对已经污染的水体进行修复。
对于生活污水和工业废水的治理目前国内外的研究和应用的最多的是生物脱氮法,其中又以固定化生物脱氮技术综合治理效果最佳,但是现今的研究技术主要存在以下缺点硝化-反硝化过程难以在时间和空间上统一,脱氮效果差,造成生物脱氮这一多步骤生物催化反应受基质传递速率、底物和产物抑制等限制。目前,国内外已有通过聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠、光致交联树脂等多聚体化合物将硝化菌和反硝化菌混合包埋的研究(曹国民,赵庆详,龚剑丽,张彤,固定化微生物在好氧条件下同时硝化和反硝化,环境工程,2000,18(5)17-19),能在一定程度上实现同步硝化反硝化。但关于将四种氮循环细菌(氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌)同时进行吸附增殖固定化的研究,目前仅李正魁等有过研究(李正魁,濮培民,固定化增殖氮循环细菌群SBR法净化富营养化湖水,核技术,2001,24(8)674~679),取得了较好的脱氮效果。但是对四种高效氮循环细菌的筛选和富集方面仍需改进。
对于氮污染型富营养化水体的治理,国际、国内湖泊界和环境科学界科学工作者已经采用了许多治理措施,目前已有的技术有物理方法底泥疏浚、引水冲淤,机械除藻等,治标不治本,处理效果易出现反复;化学方法营养盐控制、投加化学药剂控制藻类生长等,易引发二次污染,同时可能恶化水体水质,破坏水体生态系统的自净能力和自我调控能力;生物方法生物调控、水生态修复、生态工程等,这种方法能够从根本上修复水体的自净能力,实现生态平衡,并且基本上不产生二次污染,其中又以水生态修复和生态工程为最佳。
但是,水生态修复的应用面临的主要难题是较低水温的影响。现有生态修复技术采用的水生高等植物常为一年生或秋冬枯萎的多年生植物,在秋冬季节基本丧失水体净化能力,而低温对微生物活动的抑制作用更为强烈,15℃时硝化细菌硝化速率显著下降,仅为30℃时的50%左右,10℃时反硝化细菌的反硝化速率极大下降。
水体的高度均一化。在富营养化水体中,原有水生态系统已受到破坏,水体的空间异质性差,缺乏相互分异的氧化-还原微环境,仅仅在水-沉积物界面存在明显的相互分异的氧化-还原微环境。水体的硝化-反硝化所致的氮素释放活动十分微弱。这种近似荒漠化的水体环境,给引种水生植物带来了极大的生存压力,直接阻碍了健康水生态系统的修复与稳定。
水生态系统的修复,要求较为稳定的水体环境。较大的水流流速,波动的水温、外界扰动较大的水体生态环境等等,都是阻碍水生态修复顺利进行的因素。
污染治理不彻底,污染物只是被在形态上被转变与简单迁移并未彻底从水体中去除。如张清敏等研制了一种修复水环境的微生态菌制剂(张清敏,王兰,胡国臣等,修复养殖水环境的微生态菌制剂及其制备方法,专利申请号200410019818.4),具有该制剂适应性强,活菌数高,对养殖水生环境修复效果好,但是其主要效果在于稳定氨态氮(NH4+-N),并保持在一定水平上,并没有将过剩的氮素彻底地从污染水体中去除。
目前对于湖泊、水库等天然水体水生态修复和生态工程技术主要以水生植物的修复和水生生物恢复为主,包括水生鱼类(生物调控技术)、底栖动物等,基本没有考虑到水生态系统中除了水生植物、水生动物之外的另一个重要环节的微生物的作用。如张治等发明了一种富营养化小水体的生态修复方法,主要由菹草、黑藻、马来眼子菜、轮藻、狐尾藻等组成(张治,周忠良,林晨,吕亚佳等,富营养化浅水小水体的生态修复方法,专利申请号03115845.5)对各种水生植物净化富营养化水体的作用进行了专利申请保护,但却没有对水生微生物对净化水质的作用进行阐述。

发明内容
1、要解决的技术问题现有技术提供的高效氮循环细菌的筛选和富集仍不能满足水生态修复和水处理的要求,本发明提供一种高效氮循环细菌的人工筛选,筛选出能较好的用于水生态修复和水处理的高效氮循环细菌。该高效氮循环细菌的人工筛选用于水生态修复和水处理时,可以提高菌种的筛选速度,加快氮素污染物的转化,较好的对氮污染型富营养化水体进行生态修复。
2、技术方案高效氮循环细菌人工筛选,其主要包括以下步骤(a)在天然水体中水生植物生长根区采集含有土著氮循环细菌的水样;(b)分别配制氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌及反硝化细菌培养基,接入水样置于摇床上培养,进行扩培;(c)再分别配置固体培养基,将四种扩培后的菌种转至平板培养;根据平板上长出的单个微生物,选择其中长势较好的分别进行富集培养,中间进行镜检观测;(d)用初步分离的方法再次分离纯化,将分离纯化后的菌种投放待测水样中进行转化试验,分别测N的转化率,以转化率高的菌为优选菌。
步骤(b)中可以根据需要配制氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌及反硝化细菌培养基的一种或几种。步骤(b)和步骤(c)中的四种细菌培养基的确定以使四种细菌分别扩培为目的。
高效氮循环细菌人工筛选在水生态修复和水处理中的应用,其步骤包括(e)将所述的高效氮循环细菌人工筛选得到的高效氮循环细菌进行富集;
(f)将富集后的氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌优选菌混合后,投入制备好的载体进行固定化;(g)将制备好的固定化氮循环细菌置入废水处理装置中进行废水处理或将固定化氮循环细菌用特制装置置入自然水体中,对自然水体进行生态修复。
步骤(e)中采用连续进水方式对优选菌进行富集培养,分别按照氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌分类配制液体培养基,通过恒流泵控制进量,通过溶解氧探头监测各种氮循环细菌富集过程中的DO值,温度保持在28±1℃,定期收集,在0~4℃温度条件下,7000r~12000r/min离心分别得到氨化、硝化、亚硝化和反硝化细菌。
氮循环细菌优势菌富集培养装置包括培养基贮罐、恒流泵、恒温培养箱。
进行水生态修复时,步骤(g)中可以在自然水体中布设浮岛,浮岛悬挂固定化氮循环细菌释放装置,该装置将固定化氮循环细菌载体放置于具有网眼的容器中,使得固定化细菌能够接触水体,从而通过这种方式将固定化氮循环细菌释放到自然水体中,对自然水体进行生态修复。
大多数富营养化湖泊水体的空间异质性差,缺乏相互分异的氧化-还原微环境,仅仅在水与沉积物界面存在明显的相互分异的氧化-还原微环境。从宏观上看,应用固定化氮循环细菌技术,由于采用具有特殊微孔结构的固定化载体,构成了载体内外相互分异的硝化-反硝化微环境,这样便提供了一种存在于厘米尺度上的人工制造的氧化-还原界面。这种人工微环境在自然水体中的存在类似于自然水体中水-沉积物界面具有的硝化-反硝化功能,人为营造了一种具有良好水气通道和硝化-反硝化微孔立体结构界面的微环境,将仅存在于自然水体中水-沉积物界面的氧化-还原微环境从平面扩展到了立体空间。载体的这种人工微环境在自然水体中的存在,弥补了目前富营养化湖泊水体中因大量水生高等植物衰亡导致的水体均一性增加、非均一性(异质性)减少而使氧化-还原环境恶变及水体自净能力下降的不足。由于固定化载体在水体中的布设起到了一种在类似于荒漠化的均一性自然水体中引入一种人工制造的非均一性的剧烈的氧化-还原环境,大大增加了水体的硝化-反硝化能力,增加了水体氮素的转化效果。另一方面,从微观上来说,随着氮循环细菌从载体中向水体释放和扩散,水体中的氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌、反硝化细菌数量大大增加,水体中的有机氮经氮循环细菌氨化作用转化为氨氮和气态的NH3,氨氮在载体表面富氧区被氧化成硝态氮,硝态氮在固定化载体内部缺氧区被反硝化细菌还原为气态氮并进入大气,水体中不同形态的氮营养盐正是在生态工程实验区水体中氮循环细菌释放区域数量分布上的差异,在水域内交替进行硝化-反硝化的过程中逐渐被去除。
应用实施时对生态工程实际布设区的周边自然环境与污染源进行调查,确定邻近水体的流态与进水水质,确定工程区的具体分布,并开始进行工程区水体水质监测。当工程区水体水质和水温确定已经能够保证水生高等植物生长时,向人工浮岛引种水生高等植物。水生高等植物的引种,使水体中增加了许多根际微生态系统,而固定化氮循环细菌的释放,又使水生高等植物根际细菌明显增加,从而强化了氮循环细菌-水生植物互利共生净化实验区水质效果。
3、有益效果本发明通过改进菌种的筛选和富集方法,得到除氮效果更好的高效氮循环细菌。这些高效氮循环细菌应用于生活污水、工业废水的治理以及对富营养化水体的生态修复时,增强了生态工程-固定化技术对恶劣环境的耐受能力,克服以往技术在秋冬季节基本失效或被迫停止的缺点,实现了生态工程在较低温度下的连续运行。增加了固定化氮循环细菌-水生植物互利共生净化实验区水质效果。通过氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌的作用,使自然水体、生活污水、工业废水中各种形态的氮按照氮循环反应逐步被去除,反应终产物主要为氮气,避免了对氮污染的治理仅仅成为氮素离子形态的转变和简单迁移。对氮素去除具有明显的效果。


图1为高效氮循环细菌人工筛选流程示意图;图2为氮循环细菌优势菌的富集培养装置结构示意图;图3为各种氮循环细菌培养基的成分组成;图4-氮循环细菌1号革兰氏阳性菌株(氨化细菌)形态图;图5-氮循环细菌2号革兰氏阴性菌株(硝化细菌)形态图;图6-氮循环细菌3号革兰氏阴性菌株(亚硝化细菌)形态图;
图7-氮循环细菌4号革兰氏阴性菌株(反硝化细菌)形态图。
具体实施例方式
以下通过实施例进一步说明本发明实施例11.采集细菌水样在湖泊等水体中的各种水生高等植物生长区,用已灭菌的无菌试管(15×1.5cm)伸入水面以下20~30cm水层取样,取样后立即封口,在实验室待接种。
2.第一次扩培分别配制硝化细菌、反硝化细菌、亚硝化细菌、氨化细菌培养基各200ml,(其中硝化细菌的培养基成分为NaNO31g,Na2CO31g,NaCl 0.5g,K2HPO40.5g,MgSO40.5g,FeSO40.4g,H2O 1000ml,pH值8.2;亚硝化细菌培养基成分为(NH4)2SO40.2g,K2HPO40.1g,MgSO40.05g,NaCl 0.2g,FeSO40.04g,CaCO30.5g,H2O 100ml,pH值7.2;氨化细菌的培养基成分为牛肉膏4.5g,蛋白胨9.0g,NaCl 4.5g,H2O 1000ml,pH值7.2~7.4;反硝化细菌培养基成分为KNO32g,柠檬酸钠5g,K2HPO41g,KH2PO41g,MgSO40.2g,H2O 1000ml,pH值7.2~7.6。每种培养基分别装入两个250ml锥形瓶中,每瓶100ml,121℃湿热灭菌20min,无菌条件下向每个锥形瓶中接入5ml水样,置于摇床上28℃培养48h,并观察菌种生长状态。
3.初步分离分别配置各种菌的固体培养基,将扩培后的菌种进行平板划线分离,每瓶液体培养基划4个平板。28℃培养48h,注意观察菌种生长状况。
4.富集根据平板上长出的单个微生物,选择其中长势较好的分别进行富集培养。这些单个微生物有可能是同种微生物,也有可能是不同种微生物。28℃培养48h,中间进行镜检观测。
5.分离纯化方法同初步分离
6.检测转化效果将分离纯化后的菌种投放待测水样中进行转化试验,分别测N的转化率,以转化率高的菌为优选菌,标记待混合。
7.第二次富集采用附图2氮循环细菌富集装置分别对分离纯化后的氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌进行第二次富集,以备固定化氮循环细菌之用。实验装置包括液体培养基贮存罐(1)、恒流泵(2)、溶解氧探头和溶解氧控制器(4)、恒温培养箱(3)和氮循环细菌搜集罐(5)。温度保持在28±1℃,pH值控制在7.2~8.5之间。基本富集流程如下分别按照氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌分类配制液体培养基,通过恒流泵控制进量,其中富集氨化细菌时pH控制在7.2~7.4之间,富集硝化细菌时pH控制在8.3~8.6之间,富集亚硝化细菌时pH控制在7.1~7.3之间,富集反硝化细菌时pH控制在7.2~7.6之间;通过溶解氧探头监测各种氮循环细菌富集过程中的DO值;氨化、硝化、亚硝化细菌富集时控制溶解氧5.0~8.0之间,反硝化细菌富集时控制溶解氧在1.0以下;各种氮循环细菌富集时温度保持在28±1℃,定期收集,在0~4℃温度条件下,7000r~12000r/min离心分别得到氮化、硝化、亚硝化和反硝化细菌备用。
8.固定化优选菌将富集后的氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌优选菌混合后,投入制备好的载体进行固定化。
实施例2高效固定化氮循环细菌(氨化-硝化-亚硝化-反硝化)应用于湖泊、水库等水体的富营养化生态工程和生态修复(以贵阳红枫湖为例)应用实施方法A.制备固定化氮循环细菌(包括固定化氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌)B.对生态工程实际布设区的周边自然环境与污染源进行调查,确定邻近水体的流态与进水水质,确定工程区的具体分布,并开始进行工程区水体水质监测。在红枫湖上流5600m2水域内,建设全年高效净化水质的生态工程区域,在生态工程区内布设4个25m2刚性浮岛和2个100m2软体浮岛,每一个生态浮岛悬挂一个固定化氮循环细菌释放装置,该装置将固定化氮循环细菌载体放置于特制的具有网眼的容器中,使得固定化细菌能够接触水体,并置于水面之下20~30cm处。采用固定化氮循环细菌作为贵阳红枫湖生态工程区的先锋种群,运用固定化高效氮循环细菌转化实验区水体氮素,另外通过载体的微孔结构形成的硝化-反硝化环境转化实验区水体氮素污染物;同时,载体中氮循环细菌的释放增加生态工程实验区单位体积水体中的氮循环细菌数量,并初步增加了水体中的硝化-反硝化界面,增强了实验区水体的氮素释放活动,为下一步引种水生高等植物创造了条件。
C.监测工程区水体水质和水温,当确定已经能够保证水生高等植物生长时,向人工浮岛引种水生高等植物。水生高等植物的引种,使水体中增加了许多根际微生态系统,而固定化氮循环细菌的释放,又使水生高等植物根际细菌明显增加,从而强化了氮循环细菌-水生植物互利共生净化实验区水质效果。
高效氮循环细菌人工筛选应用于湖泊、水库等天然水体的富营养化生态工程和生态修复与其它技术相比有以下明显优点A)采用固定化细菌技术,增强生态工程-固定化技术对恶劣环境的耐受能力,克服以往技术在秋冬季节基本失效或被迫停止的缺点,实现了生态工程在较低温度下的连续运行。
B)固定化氮循环细菌运行一定时间后在载体微孔中形成溶解氧梯度分布、表面好氧、内部厌氧的环境,使氮循环细菌在载体呈上梯度分布,为连续硝化-反硝化反应提供了条件;同时,在均一化水体中,载体的存在引入了大量硝化-反硝化界面,极大地增强了水体的不均一性,提供了湖泊、水库等水体硝化与反硝化条件,增强了硝化-反硝化效果。
C)因固定化氮循环细菌生长与繁殖较快,并向周围水体扩散,使引种的水生高等植物根际微生物数量比无固定化氮循环细菌人工浮岛处水生高等植物根际微生物高1~2个数量级,增加了固定化氮循环细菌-水生植物互利共生净化实验区水质效果。
D)固定化氮循环细菌作为先锋物种改善了荒漠化水体的水质,为水生高等植物等的引种提供了条件。
E)本方法以固定化氮循环菌的释放为基础,而释放出的氮循环菌将随水流进入下游水体,促进下游水体的氮素释放,并抑制大肠杆菌等有害菌群的生长,增强全流域的自净能力与生态系统的稳定性。
F)采用高效固定化氮循环细菌治理水体中氮污染,反应终产物主要为氮气,而不是停留在有害的中间产物状态,避免了对氮污染的治理仅仅成为氮素离子形态的转变和简单迁移。
经过固定化氮循环细菌治理后,实验区总氮、非离子氨和亚硝酸盐氮分别比工程前明显降低,工程后排入红枫湖的非离子氨<0.02mg/L,NO2--N≤0.1mg/L,工程后Chla平均值仅为3.5ug/L,达到了生态工程修复水体的效果。
实施例3高效固定化氮循环细菌(氨化-硝化-亚硝化-反硝化)应用于河流等流动水体(以贵阳后午湾为例)具体实施方案A.在天然水体水生植物生长根区取水样待接种B.按实施例1进行扩培、初步分离、富集、纯化、二次富集后,得到高效的硝化细菌、亚硝化细菌、氨化细菌、反硝化细菌。其中硝化细菌的培养基成分为NaNO31.1g,Na2CO31.2g,NaCl 0.7g,K2HPO40.6g,MgSO40.6g,FeSO40.5g,H2O 1000ml,pH值8.5;亚硝化细菌培养基成分为(NH4)2SO40.3g,K2HPO40.2g,MgSO40.06g,NaCl 0.3g,FeSO40.05g,CaCO30.6g,H2O 100ml,pH值7.5;氨化细菌的培养基成分为牛肉膏5.0g,蛋白胨10.0g,NaCl 5.0g,H2O 1000ml,pH值7.6;反硝化细菌培养基成分为KNO32.1g,柠檬酸钠5.2g,K2HPO41.1g,KH2PO41.1g,MgSO40.3g,H2O 1000ml,pH值7.8。
C.将四种氮循环细菌混合投入载体中,制成高效的固定化氮循环细菌(氨化-硝化-亚硝化-反硝化)D.对后午湾的周边自然环境与污染源进行调查,确定邻近水体的流态与进水水质,确定工程区的具体分布,并开始进行工程区水体水质监测。
E.在后午湾建立生态工程实验区,实验区分为对照区、固定化氮循环细菌实验区,水生植物+固定化氮循环细菌实验区,将20kg固定化氮循环细菌分为5kg,5kg,5kg,5kg四部分,分别用生态浮岛布置于固定化氮循环细菌实验区与水生植物+固定化氮循环细菌实验区的两端,每一个生态浮岛悬挂一个固定化氮循环细菌释放装置,该装置将固定化氮循环细菌载体放置于特制的具有网眼的容器中,并置于水面之下20~30cm处,使得固定化细菌能够接触水体。
F.载体中氮循环细菌的释放增加单位体积水体中的氮循环细菌数量,并初步增加了水体中的硝化-反硝化界面,增强了生态工程试验区水体的氮素释放活动,为下一步引种水生高等植物创造了条件。
G.监测工程区水体水质,当确定已经能够保证水生高等植物生长时,向人工浮岛引种水生高等植物。水生高等植物的引种,使水体中增加了许多根际微生态系统,强化了氮循环细菌的处理效果。而固定化氮循环细菌的释放,又使水生高等植物根际细菌明显增加;且随着水流的运动,氮循环细菌进一步向下游扩散,促进下游水体的氮素扩散,增强全流域的自净能力。
应用效果应用本方法释放氮循环细菌对后午湾试验区内水生植物根区细菌数量有明显的影响,生态浮岛内水生植物根区的反硝化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和氨化细菌数量均在4至6个数量级之间,明显高于无生态浮岛内的水生植物根区细菌数,平均高1~2个数量级,其中反硝化细菌、亚硝化细菌和氨化细菌MPN值达极显著水平(P<0.01);F检验结果表明,出水处反硝化细菌MPN值均极显著高于进水处MPN值(P<0.01);方差分析表明,上敞水区、下敞水区、距固定化氮循环细菌10cm、30cm处,以及出水处的亚硝化细菌MPN值均极显著高于进水处亚硝化细菌MPN值(P<0.005);试验区内各处的氨化细菌MPN值均极显著高于进水处的氨化细菌MPN值(P<0.005);释放的硝化细菌数在试验区内各处均明显高于进水处,其中距固定化氮循环菌人工浮岛10cm处的硝化细菌数最高,其MPN值极显著高于进水处(P<0.001)。试验期间,下游水域中氮循环细菌数也明显高于进水处。
经过固定化氮循环细菌治理后,实验区总氮、亚硝酸盐氮、非离子氨分别比工程前明显降低,TN、NO3-、NH3从工程前的最高值4.613mg/L、0.075mg/L、0.15mg/L工程后分别下降为0.21mg/L,0.008mg/L,和0.05mg/L,表明采用高效固定化氮循环细菌(氨化-硝化-亚硝化-反硝化细菌)技术对应用于河流等流动水体的氮素去除具有明显的效果。
实施例4高效固定化氮循环细菌(氨化-硝化-亚硝化-反硝化)应用于处理温度变化范围广的废水(能适应80℃的高温,并在7℃的冬季水体中仍能保持活性)a在天然水体水生植物生长根区取水样待接种b按实例1进行扩培、初步分离、富集、纯化、二次富集后,得到高效的硝化细菌、亚硝化细菌、氨化细菌、反硝化细菌。其中硝化细菌的培养基成分为NaNO30.8g,Na2CO30.9g,NaCl 0.4g,K2HPO40.4g,MgSO40.4g,FeSO40.3g,H2O 1000ml,pH值8.0;亚硝化细菌培养基成分为(NH4)2SO40.1g,K2HPO40.1g,MgSO40.04g,NaCl 0.1g,FeSO40.03g,CaCO30.4g,H2O 100ml,pH值7.0;氨化细菌的培养基成分为牛肉膏4.0g,蛋白胨8.0g,NaCl 4.0g,H2O 1000mlpH值7.0;反硝化细菌培养基成分为KNO31.8g,柠檬酸钠4.8g,K2HPO40.8g,KH2PO40.8g,MgSO40.1g,H2O 1000ml,pH值7.0。
c将四种氮循环细菌混合投入载体中,制成高效的固定化氮循环细菌(氨化-硝化-亚硝化-反硝化)d将固定化氮循环细菌投入废水处理装置中,当实验湖水温度下降至7℃时,出水的TN、NH4+-N的去除率分别比进水下降55.6%和58.9%,虽然呈现出一定的温度效应,但此结果表明固定化氮循环细菌在冬季低温条件下仍保持了较高的除氮能力;当实验湖水升到50℃时,载体内所含氮循环细菌MPN值比游离细菌高4个数量级;当实验水温上升到80℃高温时,载体内氮循环细菌仍保持了一定数量的存活数。
实施例5高效固定化氨化-硝化细菌应用于处理高浓度氮污染废水a取污水处理厂中好氧段水样和硝化污泥,用待处理废水进行驯化,得到高效氨化细菌和硝化细菌。
b将氨化细菌和硝化细菌按实例1分别进行二次富集后,混合投入载体中,制成高效的固定化氨化-硝化细菌。
c将固定化氨化-硝化细菌投入污水处理装置中,进水总氮(TN)为112mg/l,铵氮(NH4+-N)为60.5mg/L。工艺运行条件为缺氧搅拌3h,曝气7h,沉淀排水3h,滞留时间为13h。实验温度为(28±1)℃。结果表明,经过30d连续净化试验,合成废水经过高效固定化氨化-硝化细菌处理后,TN、NH4+-N浓度均有不同程度下降,净化效果逐步明显,试验第10天,每批次出水的TN和NH4+-N的去除率稳定在75%和92%左右。
实施例6高效固定化硝化-反硝化细菌应用于处理生活污水a取污水处理厂好氧段硝化污泥,用人工废水驯化后得到高效硝化细菌b取污水处理厂厌氧段反硝化污泥,用人工废水驯化后得到高效反硝化细菌c将得到的硝化细菌和反硝化细菌混合后固定化,制成高效固定化硝化-反硝化细菌。投入污水处理装置中,进水CODCr为240mg/L,BOD5为98mg/L,铵氮(NH4+-N)为23mg/L,pH值为6~9,控制滞流时间为8h,缺氧搅拌2h,曝气6h。经处理后污水CODCr去除率达78%,NH4+-N的去除率高达95%。
实施例7高效固定化硝化细菌应用于处理废水中的NH4+-N。
a.取污水处理厂好氧段硝化污泥,用人工废水驯化后得到供试硝化细菌。
b.将固定化硝化细菌投入污水处理装置中,进水NH4+-N为60.5mg/L,曝气时间为9h,沉淀、排水、闲置、进水时间共3h。结果表明,在30d的连续运行过程中,开始时NH4+-N的去除率逐日升高,10d后稳定达到每周期去除铵态氮95%。同时在进水时CODCr为340.7mg/L条件下,经过15d的连续运行,CODCr的去除率稳步增加到90%左右。
实施例8高效固定化反硝化细菌应用于处理废水中的硝酸盐a取污水处理厂生物脱氮缺氧段污泥,用合成废水(含甲醇、硝酸钠、硝酸钾及适量KH2PO4、NaMoO4等,控制pH值为8)驯化65d,得到反硝化菌。
b将固定化反硝化细菌投入污水处理装置中,在30d的连续运行过程中,NO3-态N的去除率稳定增加,20d后达到良好的去除效果,硝酸盐的去除率达78.5%并进入稳定的运行状态即在第20~30d的运行过程中硝酸盐的去除率稳定在78.5%左右。
实施例9高效氨化-硝化-亚硝化固定化细菌应用于处理高负荷有机质废水a取污水处理厂好氧段硝化污泥,按实例1进行分离纯化,用人工废水驯化后分别得到高效氨化细菌、硝化细菌和亚硝化细菌。
b将得到的氨化细菌、硝化细菌和亚硝化细菌混合后固定化,制成高效固定化氨化-硝化-亚硝化细菌。投入污水处理装置中,进水CODCr为473.8mg/L,经高效固定化氨化-硝化-亚硝化细菌处理后,出水CODCr大幅度降低,去除率达到76%。
权利要求
1.一种高效氮循环细菌人工筛选,其主要包括以下步骤(a)在天然水体中水生植物生长根区采集含有土著氮循环细菌的水样;(b)分别配制氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌及反硝化细菌培养基,接入水样置于摇床上培养,进行扩培;(c)再分别配置固体培养基,将四种扩培后的菌种转至平板培养;根据平板上长出的单个微生物,选择其中长势较好的分别进行富集培养,中间进行镜检观测;(d)用初步分离的方法再次分离纯化,将分离纯化后的菌种投放待测水样中进行转化试验,分别测N的转化率,以转化率高的菌为优选菌。
2.根据权利要求1所述的高效氮循环细菌人工筛选,其特征在于步骤(b)中可以根据需要配制氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌及反硝化细菌培养基的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的高效氮循环细菌人工筛选,其特征在于所述的步骤(b)和步骤(c)中的四种细菌培养基的确定以使四种细菌分别扩培为目的。
4.一种高效氮循环细菌人工筛选在水生态修复和水处理中的应用,其步骤包括(e)将权利要求1所述的高效氮循环细菌人工筛选得到的高效氮循环细菌进行富集;(f)将富集后的氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌优选菌混合后,投入制备好的载体进行固定化;(g)将制备好的固定化氮循环细菌投入废水处理装置中进行废水处理或将固定化氮循环细菌投入到自然水体中对自然水体进行生态修复。
5.根据权利要求4所述的高效氮循环细菌人工筛选在水生态修复和水处理中的应用,其特征在于步骤(e)中采用连续进水方式对优选菌进行富集培养,分别按照氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌分类配制液体培养基,通过恒流泵控制进量,通过溶解氧探头监测各种氮循环细菌富集过程中的D0值,温度保持在28±1℃,定期收集,在0~4℃温度条件下,7000r~12000r/min离心分别得到氨化、硝化、亚硝化和反硝化细菌。
6.根据权利要求5所述的高效氮循环细菌人工筛选在水生态修复和水处理中的应用,其特征在于氮循环细菌优势菌富集培养装置包括培养基贮罐(1)、恒流泵(2)、恒温培养箱(3)。
7.根据权利要求4~6所述的高效氮循环细菌人工筛选在水生态修复和水处理中的应用,其特征在于步骤(g)中可以在自然水体中布设浮岛,浮岛悬挂固定化氮循环细菌释放装置,该装置将固定化氮循环细菌载体放置于具有网眼的容器中,使得固定化细菌能够接触水体,从而通过这种方式将固定化氮循环细菌释放到自然水体中,对自然水体进行生态修复。
全文摘要
本发明属于微生物人工筛选技术领域,涉及微生物人工筛选及其在环境治理中的应用。高效氮循环细菌人工筛选,其步骤为(a)采集含有土著氮循环细菌的水样;(b)分别配制氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌及反硝化细菌培养基,进行扩培;(c)将四种扩培后的菌种转至平板培养;然后进行富集培养,中间进行镜检观测;(d)分离纯化,以转化率高的菌为优选菌。本发明增强了生态工程-固定化技术对恶劣环境的耐受能力,克服以往技术在秋冬季节基本失效或被迫停止的缺点,实现了生态工程在较低温度下的连续运行。通过四种细菌的作用,使自然水体、生活污水、工业废水中各种形态的氮按照氮循环反应逐步被去除,对氮素去除具有明显的效果。
文档编号C12N1/20GK1693449SQ20051003883
公开日2005年11月9日 申请日期2005年4月12日 优先权日2005年4月12日
发明者李正魁, 濮培民, 宁安, 洪宇宁 申请人:南京大学
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