固定化好氧微生物的营养剂、连续培养方法及连续培养装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种固定化好氧微生物的营养剂，由以下组分按照重量百分比组成：葡萄糖为0.1%～0.3%、氯化铵为0.5%～5%、硫酸镁为0.05%～0.1%、氯化钠为0.05%～0.1%、氯化钙为0.01%～0.1%、磷酸二氢钾为0.005%～0.05%、氯化钾为0.005%～0.05%、硫酸铁为0.001%～0.01%，碳酸氢钠为1～10%，余量为水。本发明还公开了一种固定化好氧微生物颗粒的连续培养方法和连续培养装置。本发明可以促进固定化颗粒内好氧微生物的迅速繁殖，提高单位体积内的微生物密度，并加快好氧微生物的环境适应过程。可以在较短的时间内恢复固定化好氧微生物的活性，并使处理效果好，成本低。
【专利说明】固定化好氧微生物的营养剂、连续培养方法及连续培养装
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种固定化微生物产品的连续驯化和培养富集的基质、方法和专用装置，应用于微生物固定化【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着水污染程度的加剧，自然水体中氮素污染严重，好氧微生物特别是硝化细菌对于自然界中氮的循环转换具有重要的意义，能将氨氮氧化成亚硝酸氮或硝酸氮，然后通过反硝化作用去除，对水体中氮污染的去除起着非常重要的作用。但是由于好氧微生物多事是自养细菌，生长缓慢，对环境因子变化敏感，极易被处理系统淘汰。微生物固定化技术可以提高反应器内微生物浓度、容易固液分离，抗有毒物质冲击能力以及可以降解难生化有机物的优点，成为最近几十年废水生物处理中的研究热点。因此采用固定化技术对好氧微生物进行固定富集，可以解决菌体流失、提高硝化细菌密度、提高菌体抗冲击负荷能力以及维持水处理系统的稳定运行。但在固定化过程中，载体或交联剂以及固定化过程对硝化菌的活性都有较大影响，为了保证微生物固定化技术在实际工程应用中取得较好的效果，有必要对硝化菌颗粒进行驯化，以恢复硝化菌颗粒的活性。因此在固定化硝化菌颗粒投入实际废水处理系统前，需要对固定化微生物颗粒进行连续驯化培养以恢复其活性，但目前对固定化微生物颗粒进行连续驯化培养的技术手段还不够理想，培养效果有限。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的缺陷，提供一种固定化好氧微生物的营养剂、连续培养方法及连续培养装置，可以促进固定化颗粒内好氧微生物的迅速繁殖，提高单位体积内的微生物密度，并加快好氧微生物的环境适应过程。可以在较短的时间内恢复固定化好氧微生物的活性，并可以快速连续的对固定化微生物颗粒及其他类似的固定化微生物制品提供一种连续培养，并使处理效果达到最好，成本较低。
[0004]为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案:
一种固定化好氧微生物的营养剂，由以下组分按照重量百分比组成:葡萄糖为0.1%~
0.3%、氯化铵为0.5%~5%、硫酸镁为0.05%~0.1%、氯化钠为0.05%~0.1%、氯化钙为0.01%~0.1%、磷酸二氢钾为0.005%~0.05%、氯化钾为0.005%~0.05%、硫酸铁为
0.001%~0.01%，碳酸氢钠为I~10%，余量为水。
[0005]通过调整营养剂中碳酸氢钠的重量百分比含量，优选控制营养剂的pH值为6~8。
[0006]本发明还提供了一种固定化好氧微生物颗粒的连续培养方法，具体为:在密闭培养器的反应腔中充入固定化好氧微生物的营养剂，并按占培养器的反应腔体积的5%~20%的比例，在密闭培养器的反应腔中填充了固定化好氧微生物颗粒，在密闭培养器的反应腔中，维持固定化好氧微生物颗粒连续培养的内部环境温度恒定在25~35°C之间，向密闭培养器的反应腔中连续投加补充固定化好氧微生物的营养剂，固定化好氧微生物的营养剂的残液不断从密闭培养器的反应腔中排出，在密闭培养器的反应腔中维持固定化好氧微生物的营养剂的体积总量平衡，对在固定化好氧微生物的营养剂中悬浮的固定化好氧微生物颗粒进行连续曝气培养，形成内循环，使固定化好氧微生物颗粒与固定化好氧微生物的营养剂充分混合，并维持固定化好氧微生物的营养剂的溶解氧浓度为4~6mg/L,对固定化好氧微生物颗粒完成14~28天的培养过程。
[0007]在密闭培养器的反应腔中，固定化好氧微生物的营养剂的投加流量优选控制为0.05~100 mL/minο
[0008]连续曝气培养优选采用24小时连续曝气。
[0009]本发明还提供了一种固定化好氧微生物颗粒的连续培养装置，由恒温系统、微生物营养剂连续换液系统和一系列反应器组成，一系列反应器采取并联方式或串联方式组合在一起，每个反应器的反应腔与一个曝气系统串联而成，在各反应腔的底部和顶部分别对应设置一个液体的进口和出口，在反应腔中充入固定化好氧微生物的营养剂，并按照设定比例，向对应的反应腔中填充了固定化好氧微生物颗粒；的曝气系统由曝气石、气体控制阀和空气压缩机串联而成，曝气石设置于反应器的反应腔内的底部，气体控制阀控制空气压缩机向反应器的反应腔提供的空气量，在反应腔内，固定化好氧微生物颗粒被曝气系统产生的气泡带起，并在重力作用下沉降，形成内循环，并与固定化好氧微生物的营养剂充分混合，的曝气系统维持反应器内的溶解氧浓度在设定值范围内；恒温系统由保温箱体、风机和温度继电器组成换风温控装置，微生物营养剂连续换液系统、各反应器和曝气系统皆设置在保温箱体内，控制培养温度在设定值范围内；的微生物营养剂连续换液系统由营养剂槽、蠕动泵和废液槽组成，通过蠕动泵的各分支管路，将营养剂槽内装载的固定化好氧微生物的营养剂分别输送到各反应器对应的入水口，固定化好氧微生物的营养剂向各反应器的投加流量控制在设定范围内，固定化好氧微生物的营养剂的残液不断从各反应器的反应腔通过对应的出口中排出，并通过各反应器对应分支管路被收集在废液槽中。
[0010]优选按照占上述反应器的反应腔体积的5%~20%的比例，向对应的反应腔中填充了固定化好氧微生物颗粒。
[0011 ] 上述恒温系统控制培养温度优选设定在25~35°C。
[0012]固定化好氧微生物的营养剂向各上述反应器的投加流量控制优选为0.05~100mL/minο
[0013]上述曝气系统维持反应器内的溶解氧浓度优选为4飞mg/L。
[0014]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明固定化好氧微生物颗粒的连续培养装置的每个反应器内充满了微生物营养剂，并按比例填充了好氧固定化微生物颗粒，空气是由反应器底部通过曝气石分散成细小气泡进入反应器，增加了气液传质的效果，在保持反应器内的溶解氧浓度同时，可将好氧固定化微生物颗粒带起，颗粒到达液面后在重力作用下沉降，形成内循环，与营养剂充分混合，提高了固定化微生物颗粒的驯化速度；
2.本发明固定化好氧微生物的营养剂的各组分浓度可根据需要配置，营养剂的流速和反应器的溶解氧浓度可以通过蠕动泵和气体控制阀分别调节到所需大小，易于操作和控制；
3.在本发明固定化好氧微生物颗粒的连续培养装置的每个反应器内部都形成了良好的内循环流态，在培养过程中，大大增加了微生物与营养剂的接触面积和时间，有利于固定化微生物颗粒的生长和增殖，进而缩短了好氧固定化硝化菌颗粒的活性恢复的时间，提高了驯化效率，大大方便了好氧固定化微生物颗粒的驯化培养实验；
4.采用本发明固定化好氧微生物颗粒的连续培养方法，在前一批次的好氧固定化硝化菌颗粒驯化完成后，从反应器中取出，将下一批次颗粒继续驯化培养，对固定化硝化菌颗粒产品的连续驯化培养以及微生物制品的连续化生产提供了条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例五固定化好氧微生物颗粒的连续培养装置的结构示意图。【具体实施方式】
[0016]本发明的优选实施例详述如下:
实施例一:
在本实施例中，一种固定化好氧微生物的营养剂，由以下组分按照重量百分比组成:
葡萄糖为0.1%、氯化铵为0.5%、硫酸镁为0.05%、氯化钠为0.05%、氯化钙为0.01%、磷酸二氢钾为0.005%、氯化钾为0.005%、硫酸铁为0.001%，碳酸氢钠为1%，水为98.28%。
[0017]经上述个原料组分混合均匀即得到本实施例固定化好氧微生物的营养剂。
[0018]实施例二:
在本实施例中，一种固定化好氧微生物的营养剂，由以下组`分按照重量百分比组成:
葡萄糖为0.2%、氯化铵为2.5%、硫酸镁为0.1%、氯化钠为0.07%、氯化钙为0.07%、磷酸二氢钾为0.025%、氯化钾为0.025%、硫酸铁为0.001%，碳酸氢钠为2%，水为95.01%。
[0019]经上述个原料组分混合均匀即得到本实施例固定化好氧微生物的营养剂。
[0020]实施例三:
在本实施例中，一种固定化好氧微生物的营养剂，由以下组分按照重量百分比组成:
葡萄糖为0.1%、氯化铵为3%、硫酸镁为0.05%、氯化钠为0.08%、氯化钙为0.05%、磷酸二氢钾为0.01%、氯化钾为0.01%、硫酸铁为0.05%，碳酸氢钠为3%，水为93.65%。
[0021]经上述个原料组分混合均匀即得到本实施例固定化好氧微生物的营养剂。
[0022]实施例四:
在本实施例中，一种固定化好氧微生物的营养剂，由以下组分按照重量百分比组成:
葡萄糖为0.3%、氯化铵为5%、硫酸镁为0.1%、氯化钠为0.1%、氯化钙为0.1%、磷酸二氢钾为0.05%、氯化钾为0.05%、硫酸铁为0.01%，碳酸氢钠为5%，水为89.29%。
[0023]经上述个原料组分混合均匀即得到本实施例固定化好氧微生物的营养剂。
[0024]实施例五:
在本实施例中，参见图1，一种固定化好氧微生物颗粒的连续培养装置，由恒温系统、微生物营养剂连续换液系统和4个反应器7组成，4个反应器7采取并联在一起，每个反应器7的反应腔与一个曝气系统串联而成，在各反应腔的底部和顶部分别对应设置一个液体的进口 8和出口 9，在反应腔中充入在实施例三中制备的固定化好氧微生物的营养剂，并按照反应器体积的10%比例，向对应的反应腔中填充了固定化好氧微生物颗粒13 ;的曝气系统由曝气石4、气体控制阀6和空气压缩机5串联而成，曝气石4设置于反应器7的反应腔内的底部，气体控制阀6控制空气压缩机5向反应器7的反应腔提供的空气量，开启空气压缩机5进行连续24小时曝气，在反应腔内，固定化好氧微生物颗粒13被曝气系统产生的气泡14带起，并在重力作用下沉降，形成内循环，并与固定化好氧微生物的营养剂充分混合，的曝气系统还维持反应器7内的溶解氧浓度为4mg/L ;恒温系统由保温箱体1、风机11和温度继电器12组成换风温控装置，微生物营养剂连续换液系统、各反应器7和曝气系统皆设置在保温箱体I内，控制培养温度并维持温度恒定在25V ;的微生物营养剂连续换液系统由营养剂槽2、蠕动泵3和废液槽10组成，将实施例三制备的固定化好氧微生物的营养剂注入营养剂槽2，通过蠕动泵3的4条分支管路，将营养剂槽2内装载的在固定化好氧微生物的营养剂分别以5 mL/min的流速输送到4个并联的反应器7对应的入水口 8，固定化好氧微生物的营养剂向各反应器7的投加流量控制在设定范围内，固定化好氧微生物的营养剂的残液不断从各反应器7的反应腔通过对应的出口 9中排出，并通过各反应器7对应分支管路被收集在废液槽10中。经过14天的培养，固定化好氧微生物颗粒的活性从最初的4 mg-02/L_pellet.η?η 提高到 24 mg-02/L_pellet.min,活性增强了 6 倍。本实施例通过固定化好氧微生物颗粒13与固定化好氧微生物的营养剂充分混合，提高了固定化微生物颗粒的驯化速度，同时并联多个反应器7，并设定不同的培养条件，并可以评价培养条件对驯化速度的影响，大大方便了好氧固定化微生物颗粒的驯化培养实验。[0025]实施例六:
本实施例与实施例五基本相同，特别之处在于:
在本实施例中，固定化好氧微生物颗粒的连续培养装置也由恒温系统、微生物营养剂连续换液系统和4个反应器7组成，设定保温箱体I内的温度为30°C，以风机11和温度继电器12设定并维持温度恒定，分别根据实施例一~实施例四制备的4种不同浓度和配比的固定化好氧微生物的营养剂，在4个营养剂槽2中分别注入不同浓度或配方的固定化好氧微生物的营养剂，通过4台螺动泵3以10mL/min的流速分别输送到4个并联的反应器7的入水口 8，反应器7中按照反应器体积的20%比例填充固定化硝化细菌颗粒，开启空气压缩机5进行曝气培养，维持反应器溶解氧浓度为6 mg/L。经过28天的培养，固定化好氧微生物颗粒的活性从最初的4 mg-02/L-pellet.min分别提高到18 mg-02/L-pellet.min、23mg-02/L-pellet.min、24 mg-02/L_pellet.min、26 mg-02/L_pellet.min，活性都有了不同程度的提高。采用本实施例涉及的固定化好氧微生物颗粒的连续培养方法，可方便快捷的评价各个培养条件对驯化速度的影响，进而确定最佳培养驯化条件，为固定化微生物颗粒产品的连续驯化培养提供了便利。培养方法中反应器7的数量和排列方式可根据具体的实验或生产要求做合理的选择。
[0026]上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明固定化好氧微生物的营养剂、连续培养方法及连续培养装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种固定化好氧微生物的营养剂，其特征在于，由以下组分按照重量百分比组成:葡萄糖为0.1%~0.3%、氯化铵为0.5%~5%、硫酸镁为0.05%~0.1%、氯化钠为0.05%~0.1%、氯化钙为0.01%~0.1%、磷酸二氢钾为0.005%~0.05%、氯化钾为0.005%~0.05%、硫酸铁为0.001%~0.01%，碳酸氢钠为I~10%，余量为水。
2.根据权利要求1所述的固定化好氧微生物的营养剂，其特征在于:通过调整营养剂中碳酸氢钠的重量百分比含量，控制营养剂的PH值为6~8。
3.一种利用权利要求1所述的固定化好氧微生物的营养剂的固定化好氧微生物颗粒的连续培养方法，其特征在于:在密闭培养器的反应腔中充入固定化好氧微生物的营养剂，并按占培养器的反应腔体积的5%~20%的比例，在密闭培养器的反应腔中填充了固定化好氧微生物颗粒，在密闭培养器的反应腔中，维持固定化好氧微生物颗粒连续培养的内部环境温度恒定在25~35°C之间，向密闭培养器的反应腔中连续投加补充固定化好氧微生物的营养剂，固定化好氧微生物的营养剂的残液不断从密闭培养器的反应腔中排出，在密闭培养器的反应腔中维持固定化好氧微生物的营养剂的体积总量平衡，对在固定化好氧微生物的营养剂中悬浮的固定化好氧微生物颗粒进行连续曝气培养，形成内循环，使固定化好氧微生物颗粒与固定化好氧微生物的营养剂充分混合，并维持固定化好氧微生物的营养剂的溶解氧浓度为4~6mg/L,对固定化好氧微生物颗粒完成14~28天的培养过程。
4.根据权利要求3所述的固定化好氧微生物颗粒的连续培养方法，其特征在于:在密闭培养器的反应腔中，固定化好氧微生物的营养剂的投加流量控制为0.05^100 mL/min。
5.根据权利要求3或4所述的固定化好氧微生物颗粒的连续培养方法，其特征在于:连续曝气培养采用24小时连续曝气。
6.一种利用权力要求I所述的固定化好氧微生物的营养剂的固定化好氧微生物颗粒的连续培养装置，由恒温系统、微生物营养剂连续换液系统和一系列反应器(7)组成，其特征在于:一系列所述反应器(7)采取并联方式或串联方式组合在一起，每个所述反应器(7)的反应腔与一个曝气系统串联`而成，在各反应腔的底部和顶部分别对应设置一个液体的进口(8)和出口(9)，在反应腔中充入固定化好氧微生物的营养剂，并按照设定比例，向对应的反应腔中填充了固定化好氧微生物颗粒(13)； 所述的曝气系统由曝气石(4)、气体控制阀(6)和空气压缩机(5)串联而成，所述曝气石(4 )设置于所述反应器(7 )的反应腔内的底部，所述气体控制阀(6 )控制所述空气压缩机(5)向所述反应器(7)的反应腔提供的空气量，在反应腔内，固定化好氧微生物颗粒(13)被曝气系统产生的气泡(14)带起，并在重力作用下沉降，形成内循环，并与固定化好氧微生物的营养剂充分混合，所述的曝气系统维持反应器(7)内的溶解氧浓度在设定值范围内； 所述恒温系统由保温箱体(I )、风机(11)和温度继电器(12)组成换风温控装置，所述微生物营养剂连续换液系统、各所述反应器(7)和曝气系统皆设置在保温箱体(1)内，控制培养温度在设定值范围内； 所述的微生物营养剂连续换液系统由营养剂槽(2)、蠕动泵(3)和废液槽(10)组成，通过蠕动泵(3)的各分支管路，将所述营养剂槽(2)内装载的固定化好氧微生物的营养剂分别输送到各反应器(7)对应的入水口(8),固定化好氧微生物的营养剂向各反应器(7)的投加流量控制在设定范围内，固定化好氧微生物的营养剂的残液不断从各反应器(7)的反应腔通过对应的出口(9)中排出，并通过各反应器(7)对应分支管路被收集在所述废液槽(10)中。
7.根据权利要求6所述的固定化好氧微生物颗粒的连续培养装置，其特征在于:按照占反应器(7)的反应腔体积的5%~20%的比例，向对应的反应腔中填充了固定化好氧微生物颗粒(13)。
8.根据权利要求6或7所述的固定化好氧微生物颗粒的连续培养装置，其特征在于:所述恒温系统控制培养温度设定在25~35°C。
9.根据权利要求6或7所述的固定化好氧微生物颗粒的连续培养装置，其特征在于:固定化好氧微生物的营养剂向各所述反应器(7)的投加流量控制为0.05^100 mL/min。
10.根据权利要求6或7所述的固定化好氧微生物颗粒的连续培养装置，其特征在于:所述曝气系统维持反应器(7)内的溶解氧浓度为4~6 mg/L。
【文档编号】C12M1/00GK103509780SQ201310480450
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】董亚梅, 王婷, 金彩虹, 何丹农 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司