包埋劑固定化硝化細(xì)菌制備及其應(yīng)用性能研究

張燕 劉大偉 陳瑤

摘 要 硝化細(xì)菌是一類能降解氨和亞硝酸鹽的自養(yǎng)型細(xì)菌，主要通過亞硝化作用（氨氧化作用）將NH3氧化為NO2-，再由硝化作用將NO2-氧化為NO3-。在常規(guī)制備中，主要以包埋劑作為固定化制備裝置，以在應(yīng)用領(lǐng)域獲得諸如快速處理養(yǎng)殖廢水的功效。本研究基于不同包埋劑在固定化硝化細(xì)菌制備層面的應(yīng)用，探究OTC包埋劑固定化硝化細(xì)菌的制備工藝。

關(guān)鍵詞 包埋劑;硝化細(xì)菌;固定化;制備;應(yīng)用性能

我國(guó)水資源總量居世界第6位，但人均占有量只有2500m3，約為世界人均水量的1/4，在世界排第110位，已被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)貧水國(guó)家之一。國(guó)家環(huán)保局、材料安全數(shù)據(jù)表或化學(xué)材料安全評(píng)估報(bào)告的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，全世界每年約有超過4200億立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5萬(wàn)億立方米的淡水，即全球徑流總量的14%以上被浪費(fèi)而無法發(fā)揮工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價(jià)值[1]。

OTC（Optimal Cutting Temperature Compound）包埋劑是由高分子聚合物（主要材料為聚乙二醇和聚乙烯醇的水溶性混合物）組成的無色透明黏稠液體，驟冷時(shí)固化，其冰凍速度和軟硬韌度與組織細(xì)胞相近，因而能保證優(yōu)化的切片溫度，并具有支持填充、減少皺褶和斷裂等作用[2]。以O(shè)TC包埋劑制備固定化硝化細(xì)菌并研究其應(yīng)用性能，或可以利用固定化微生物技術(shù)更好地處理廢水，活化生物領(lǐng)域核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境系統(tǒng)的改善。

1材料與方法

1.1 材料與儀器

海藻酸鈉、聚乙烯醇、OTC包埋劑

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）海藻酸鈉/聚乙烯醇納米纖維作包埋劑

將2g海藻酸鈉加入98g去離子水中，室溫下攪拌2h，制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的海藻酸鈉溶液，將10g聚乙烯醇在90 ℃條件下加入90g去離子水中并攪拌4h。

固化硝化細(xì)菌的具體包埋方法

（2）OTC作包埋劑

具體包埋方法

2應(yīng)用性能對(duì)比

采用海藻酸鈉/聚乙烯醇納米纖維作包埋劑，為提高固定化顆粒的機(jī)械強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)固定化小球壽命的延長(zhǎng)，應(yīng)用1%海藻酸鈉（在聚乙烯醇凝膠中所占的百分比）、4%二氧化硅和0.3%碳酸鈣作為添加劑。聚乙烯醇包埋硝化細(xì)菌的成球效果較好，小球表現(xiàn)有較佳的機(jī)械強(qiáng)度以及傳質(zhì)性能[3]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚乙烯醇質(zhì)量濃度為10%，活性炭含量占聚乙烯醇凝膠的2%，交聯(lián)時(shí)間32h，包菌量值為1∶2的條件下，包埋固定化小球去除氨氮的效率最高，42h氨氮去除效率可達(dá)80%以上。

采用OTC作包埋劑，制備得到以聚乙烯醇 與聚乙二醇 的混合物為基質(zhì)的包埋劑。紅外分析、熱失重分析及差示掃描量熱法分析共同表明，將上述包埋劑置于-20 ℃冷凍條件下，具有極高的分散性，應(yīng)用于生物組織的效果良好。

具體的除氨氮性能[4]。

3實(shí)證分析

兩種包埋劑固定的硝化細(xì)菌都可以降解廢水中的有機(jī)物、減少高濃度有機(jī)物對(duì)硝化細(xì)菌的抑制，提高硝化作用。再次，兩種固定化制備工藝的聯(lián)合使用，或可在菌群之中提升最大利用效率，以進(jìn)一步促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展。

就水產(chǎn)養(yǎng)殖集約化管理中的水污染控制為例，應(yīng)用兩類包埋方法對(duì)硝化細(xì)菌進(jìn)行排污處理，則對(duì)養(yǎng)殖環(huán)節(jié)存在的廢料殘餌、動(dòng)物排泄物等超標(biāo)污染物進(jìn)行治療。制備工藝應(yīng)用后，對(duì)污水中的氨氮、亞硝酸鹽和有機(jī)物污染物濃度得以下降，同時(shí)嚴(yán)格水域內(nèi)化學(xué)需氧量COD小于6～10mg/L，非離子氨（以N計(jì)）小于0.06～0.10 mg/L?；诖耍捎孟趸?xì)菌處理后，氨氮和亞硝酸鹽分別降至2.09 mg/L和0.09 mg/L，降解率達(dá)到95%以上。

4討論

李芳芳等[5]利用改性沸石、聚乙烯醇、海藻酸鈉作為固定化載體材料，將硝化細(xì)菌和好氧反硝化細(xì)菌復(fù)合固定制備成微生物小球，其機(jī)械性能和吸水性能良好，氨氮去除率為82.32%;適宜條件下，去除率最高可達(dá)90.31%。賈燕等[6]以聚乙烯醇和海藻酸鈉作為復(fù)合包埋載體，固定巨大芽孢桿菌TN-1（Bacillus megaterium），制備得固定化球形顆粒。該顆粒在適宜條件下處理pH 7.0、氨氮濃度為88mg/L的試驗(yàn)水樣24h，氨氮去除率為96.2%;處理氨氮濃度為54mg/L的實(shí)際生活污水24h，氨氮去除率為80.6%。

5結(jié)束語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)通過制備固化硝化細(xì)菌顆粒，將聚乙烯醇、海藻酸鈉和二氧化硅的水混合物加熱充分溶解、混勻后制成包埋液包埋后，濾出效果明顯，去除氨氮和亞硝酸鹽的能力極高。具有降解效率高、降解時(shí)間快、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、維持生物活性的穩(wěn)定性特征。

參考文獻(xiàn)

[1] 苗娟，魏學(xué)鋒，賈曉平，等.3種包埋劑固定化硝化細(xì)菌的制備與性能[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2016，42（11）：61-63，82.

[2] 陳坦林，趙薇，朱雪琴，等.CMC-硅藻土復(fù)合固定硝化細(xì)菌降解養(yǎng)殖水體中的氨氮[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（7）：258-262.

[3] 竇赫喆，侯超，高鵬，等.高效凈水異養(yǎng)硝化細(xì)菌的篩選鑒定及固定化應(yīng)用研究[J].工業(yè)微生物，2014，44（6）：49-53.

[4] Uemoto H，Saiki H. Behavior of immobilized Nitrosomonas europaea and Paracoccus denitnficans in tubular gel for nitrogen removal in wastewater[J].Central Research Institute of Electric Power Industry，1996，（11）：622-632.

[5] 李芳芳，齊樹亭，石玉新，等.新型固定化硝化細(xì)菌和好氧反硝化細(xì)菌處理氨氮廢水[J].生態(tài)科學(xué)，2010，29（5）：467-471.

[6] 賈燕，江棟，劉永，等.固定化硝化細(xì)菌去除氨氮和氣相氨的試驗(yàn)研究[J].給水排水，2009，35（S1）：243-247.

作者簡(jiǎn)介

張燕（1990-），女，江蘇贛榆人;學(xué)歷：本科，助理工程師，現(xiàn)就職單位：連云港豪瑞生物技術(shù)有限公司，研究方向：微生物菌種篩選與培養(yǎng)。