一种悬浮型固定化藻菌共生颗粒及其制备方法和应用

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种悬浮型固定化藻菌共生颗粒及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氮(n)和磷(p)是近年来水质恶化的最重要来源。高浓度营养物质流入水生生态系统将导致水体富营养化，引发有毒有害藻类生长，降低水中溶解氧含量。

2、在过去几十年里，大量工艺技术被开发用于去除废水中n、p等营养物质，包括物理法、化学法和生物法。生物法被认为是相对更环保和经济的污水处理手段，其中又以活性污泥法为主要的脱氮除磷技术。传统活性污泥生物处理技术能够有效去除废水中营养物质，工艺技术也已十分成熟，但由于其污泥回流比大、曝气需求高、抗冲击负荷能力差以及低c/n比时处理效果低迷等问题，限制了活性污泥处理技术的应用。微藻水处理技术是目前被广泛使用且可以成为能源密集型传统生物处理工艺的可持续替代品。微藻能够利用废水中的有机碳或无机碳，并同时吸收n、p等污染物来维持生长，其优异的co2固定能力更是符合现阶段国家治污减碳的方针。此外，微藻固定化技术的开发为藻菌水处理技术开辟了新道路。固定化藻菌技术保留了生物原有的活性，提高了藻细胞浓度，具有脱氮除磷效率高、藻菌回收简便等优势。

3、目前藻菌固定化方法主要包括吸附和包埋两种。基于吸附或附着的微藻固定化模式具有较为直观的表现力，例如专利cn104370374a《一种高效固定化藻菌共生体系对城镇污水脱氮除磷的方法》中公开了一种利用弹性立体填料来固定化藻菌的方法，但基质附着量相对有限且生物膜存在不可控的脱落风险导致该技术发展受限。包埋法可有效避免生物膜脱落风险，专利cn106085997a《一种固定化藻菌球及其制备方法和应用》中公开了一种固定化藻菌球的制备方法，该方法选取海藻酸钠为固定化基质，利用溶胶凝胶法制备固定化颗粒，将藻、菌包埋于颗粒内部，但该方法制备的颗粒光能利用效率普遍较低。安装人工照明装置是弥补传统包埋颗粒这一缺陷的常规技术，但也成为现阶段微藻水处理技术最大的能源消耗之一，而提高固定化藻菌颗粒对自然光的捕获无疑是解决这一问题的关键。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是针对现有技术的不足，提供一种悬浮型固定化藻菌共生颗粒的制备方法，以解决在常规藻菌共生体系中前期活性污泥的驯化耗费大量时间、实际应用过程中光照受限、固定化颗粒处理性能欠佳的问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、步骤(1)、将普通小球藻(chlorella vulgaris，fachb-8)加入bg-11培养基，培养至对数期，得到小球藻液；将共生菌加入nb培养基，培养至对数期，得到菌液；

4、步骤(2)、将步骤(1)所得小球藻液与菌液混合，制得藻菌混合悬浮液；其中，所述小球藻液与菌液的体积比为1：(0.1-10)；

5、步骤(3)、将海藻酸钠sa溶于水得到海藻酸钠溶液，将步骤(2)所得藻菌混合悬浮液加入海藻酸钠溶液中得到藻菌凝胶溶液；其中，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为1-2％，藻菌混合悬浮液的体积为海藻酸钠溶液体积的10-15％；

6、步骤(4)、向步骤(3)所得藻菌凝胶溶液中加入悬浮材料，然后置于氯化钙cacl2溶液中进行固定，制得悬浮型固定化藻菌颗粒；其中，cacl2溶液的质量浓度为2-4％，固定时间为3-12h；

7、步骤(5)、向步骤(4)所得悬浮型固定化藻菌颗粒中加入吸附材料，制得所述悬浮型固定化藻菌共生颗粒；其中，所述吸附材料为粉末活性炭pac或粉末沸石pze。

8、作为优选，步骤(1)中所述共生菌为枯草芽孢杆菌、类产碱假单胞菌或门多萨假单胞菌中的一种，更优选为枯草芽孢杆菌。

9、作为优选，步骤(2)中所述小球藻液与菌液的体积比为1：1。

10、作为优选，步骤(3)中所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2％，藻菌混合悬浮液的体积为海藻酸钠溶液体积的15％。

11、作为优选，步骤(4)中cacl2溶液的质量浓度为2％，交联时间为12h。

12、作为优选，步骤(4)中所述悬浮材料为聚苯乙烯eps泡沫、珍珠岩或空心玻璃微珠中的一种。

13、作为优选，步骤(5)所述吸附材料的添加量为所述悬浮型固定化藻菌颗粒质量的1％。

14、本发明的第二个目的是提供一种悬浮型固定化藻菌共生颗粒，采用上述方法制备得到。

15、本发明的第三个目的是提供上述悬浮型固定化藻菌共生颗粒在废水处理上的应用。

16、本发明技术方案的有益效果是：

17、(1)本发明制备的藻菌共生颗粒选用小球藻与微生物菌剂进行包埋固定化，不同于以往的微藻与活性污泥固定化模式，节省了大量菌种培养驯化时间；

18、(2)本发明制备的悬浮型固定化藻菌共生颗粒具有良好的脱氮除磷效果；

19、(3)本发明利用悬浮材料制备固定化藻菌共生颗粒，减小了颗粒密度，使其具有自悬浮性能，增强其对自然光捕获能力，简化了微藻回收流程；

20、(4)本发明利用吸附材料制备固定化藻菌共生颗粒，所述吸附材料包括粉末活性炭pac或粉末沸石pze，加入吸附材料提升了其机械强度，使其具有结构稳定的特点，降低了颗粒内藻细胞泄露风险，同时提高了污染物处理能力；

21、(5)本发明制备过程简单易行，制备成本较为低廉，具备规模化应用的潜力。

技术特征：

1.一种悬浮型固定化藻菌共生颗粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述共生菌为枯草芽孢杆菌。

3.根据权利要1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述小球藻液与菌液的体积比为1：1。

4.根据权利要1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2％，藻菌混合悬浮液的体积为海藻酸钠溶液体积的15％。

5.根据权利要1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中cacl2溶液的质量浓度为2％，固定时间为12h。

6.根据权利要1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述悬浮材料为空心玻璃微珠。

7.根据权利要1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述吸附材料为粉末沸石pze。

8.根据权利要1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述吸附材料的添加量为所述悬浮型固定化藻菌颗粒质量的1％。

9.一种悬浮型固定化藻菌共生颗粒，采用权利要求1-8任一项所述方法制备得到。

10.权利要求9所述的悬浮型固定化藻菌共生颗粒在废水处理上的应用。

技术总结
本发明公开一种悬浮型固定化藻菌共生颗粒及其制备方法和应用，属于污水处理领域。本发明将球藻与水处理菌种混合，通过添加空心玻璃微珠使颗粒密度降至0.5‑0.6g/mL，实现固定化藻菌颗粒的自悬浮功能。通过添加200‑300目沸石粉，提高固定化藻菌颗粒的机械强度和污染物吸附能力。本发明制得的悬浮型固定化藻菌共生颗粒能够实现高自然光利用和简便回收功能，利用微生物将生活废水中的氮源、磷源转化为微藻可以利用的碳源，利用微藻的光合作用为共生微生物提供氧源，在生活废水处理过程实现净污与减碳的目的。该方法制备过程简单易行，成本较为低廉，具备较好的实际应用潜力。

技术研发人员：王繁,周宇航,李昕杰
受保护的技术使用者：杭州师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14