利用磁性壳聚糖凝胶球固定化厌氧铁氨氧化菌的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用磁性壳聚糖凝胶球固定化厌氧铁氨氧化菌及处理氨氮废水的方法，具体涉及磁性壳聚糖凝胶球的制备方法及厌氧铁氨氧化菌的固定化及其处理废水中氨氮的方法，属于废水处理制备领域。本发明专利技术采用共沉淀法制备磁性壳聚糖凝胶球，再用吸附法将厌氧铁氨氧化菌吸附固定在磁性壳聚糖凝胶球上。本发明专利技术制备的磁性壳聚糖凝胶球兼具高分子材料和磁性粒子的双重特性，具有良好的生物吸附性，可以将厌氧铁氨氧化菌固定在磁性壳聚糖凝胶球上，提高细菌密度及抵御不利条件的能力，从而提高厌氧铁氨氧化菌去除氨氮的效率，为废水中氨氮去除提供了一个新的工艺。

【技术实现步骤摘要】
利用磁性壳聚糖凝胶球固定化厌氧铁氨氧化菌的方法
本专利技术涉及废水处理
，具体是涉及一种利用磁性壳聚糖凝胶球固定化厌氧铁氨氧化(Feammox)菌的方法。
技术介绍
氨氮是水体中的营养素与主要耗氧污染物，大量的氨氮排入水体，易导致水体富营养化，严重危害到水体生态系统和饮用水源健康。据2016年中国环境状况公报显示，由直排海工业污染源、生活污染源、综合排污口监测数据可知，我国污水排放总量约为657430万吨，其中氨氮15304吨，总氮64466吨；对108个湖泊(水库)进行营养状态监测，其中中营养及以上占90.8％，较2015年上升0.58个百分点。目前，污水大量排放对河流造成的危害日益严重，已经成为亟待解决的环境问题。生物脱氮是去除废水中氮素污染的较为经济有效的方法之一。厌氧铁氨氧化(Feammox)反应是近两年发现的氮循环新途径，它以铁氧化物作为电子受体，将氨作为电子供体，在缺氧条件下实现氨的氧化。厌氧铁氨氧化的发现打破了人们对传统脱氮观念的认识，该反应不需要曝气，只需要铁作为电子受体；它可以跟现有的脱氮工艺相结合，为新型废水生物脱氮工艺的推出提供了全新的方向。微生物固定化技术是通过物理或化学的方法将游离的微生物定位于限定的空间区域，使其保持活性并可反复利用的新技术。与传统悬浮系统相比，固定化微生物技术易于实现固液分离，不易流失，运行效率较高，成本较低。壳聚糖是几丁质的天然产物，其优异的性质如无毒性，生物相容性，粘液粘附和可生物降解等特性，可用于酶和细胞固定材料。壳聚糖本身不具磁性，将其与磁性材料(Fe3O4)有机结合，可以实现对材料的磁性化，用磁分离技术可达到快速分离的目的。因此，使用改性后壳聚糖固定化厌氧铁氨氧化菌能提高原有游离型细菌处理氨氮的能力，在处理氨氮废水行业中更具应用前景。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，提供了一种磁性壳聚糖凝胶球的制备方法，还提供利用磁性壳聚糖凝胶球固定化厌氧铁氨氧化菌并处理废水中氨氮的方法。本专利技术提供的技术方案如下：一种磁性壳聚糖凝胶球的制备方法，包括如下步骤：(1)于100mL体积分数为0.5％～1.5％的乙酸溶液中加入1.5～3.5g壳聚糖，制成壳聚糖溶液，再将三价铁盐和二价铁盐按照摩尔比2:1加入壳聚糖溶液中，搅拌使其混合均匀，得到含有Fe3O4浓度为0.04～0.15mol/L的单一分散壳聚糖铁盐混合物水溶胶；(2)将步骤(1)制得的水溶胶倒入特制的梨形分液漏斗中，再将水溶胶逐滴滴入NaOH溶液中，同时通氮气维持厌氧环境，制得黑色透亮的磁性壳聚糖凝胶球；磁性壳聚糖凝胶球在碱液中继续搅拌1～2h，静置0.5～1.5h，过滤并用超纯水将其洗涤至中性；(3)将上述湿凝胶球放在冷冻真空干燥仪中冷冻干燥24h，得到干燥的磁性壳聚糖凝胶球，备用。进一步地，在上述方案中，所述壳聚糖是普通的商用聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D，优选分子量为70000～80000，脱乙酰度≥90％。进一步地，在上述方案中，所述的三价铁盐为FeCl3·6H2O，所述的二价铁盐为FeCl2·4H2O。进一步地，在上述方案中，所述步骤(2)中NaOH浓度为0.5～0.8mol/L。进一步地，在上述方案中，所述步骤(3)中冷冻真空干燥仪的干燥条件为-86℃、1Pa。进一步地，在上述方案中，所述相应的溶液及蒸馏水均为氮气除氧超纯水。进一步地，上述制备方法中所使用的装是由磁力搅拌器1、三口烧瓶2、特制梨型分液漏斗4、不同直径规格的管套6、铁架台7组成，所述三口烧瓶2置于所述磁力搅拌器1上，通过所述铁架台7将所述特制梨型分液漏斗4进行固定，并使得特制梨型分液漏斗4位于三口烧瓶2上方，特制梨型分液漏斗4与三口烧瓶2之间通过不同直径规格的管套6相连通，在三口烧瓶2的左右上方设有N2进出口一3，在特制梨型分液漏斗4的左右上方设有N2进出口二5。一种磁性壳聚糖凝胶球固定化厌氧铁氨氧化菌的方法，包括如下步骤：(1)厌氧铁氨氧化菌为一种能将三价铁和氨氮联合反应的细菌；(2)厌氧铁氨氧化菌经前期筛选并在25℃恒温厌氧条件下富集培养；(3)将权利要求1制备的磁性壳聚糖凝胶球先用质量浓度为70％～75％的乙醇灭菌5min，然后加入含有培养液的血清瓶中，投加量为2.5～7.5g/L，再加入富集的厌氧铁氨氧化菌菌液；使得厌氧铁氨氧化菌菌液与细菌培养液的体积比为1:25～1:5；(4)厌氧条件下于气浴恒温振荡器(25℃，140r·min-1)中培养，让细菌吸附在磁性壳聚糖凝胶球表面，得到磁性壳聚糖固定化凝胶球，最后用磁铁收集磁性壳聚糖固定化凝胶球并用无菌超纯水洗涤数次备用。进一步地，所述的细菌培养液经121℃、20min高压蒸汽灭菌。进一步地，所述步骤(3)中培养时间为24～48h。一种磁性壳聚糖凝胶球固定化厌氧铁氨氧化菌的方法，具体方法如下：将氨氮废水放入血清瓶中，加入通过权利要求7所述的制备方法制备得到的磁性壳聚糖固定化凝胶球，恒温振荡培养14d。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下几点：(1)通过本专利技术方法制得的固定化凝胶球既可保持细菌的完整性和活性，又可以改善其生存环境，提高抵御不良环境的能力，稳定性强；(2)本专利技术将微生物固定在磁性壳聚糖凝胶球，再利用外部磁场定位或控制凝胶球运动方式和方向，替代传统的机械搅拌方式，提高处理效率；(3)通过本方法可以固定化厌氧铁氨氧化菌，使用改性后壳聚糖固定化厌氧铁氨氧化菌，能提高原有游离型细菌处理氨氮的能力，在利用厌氧铁氨氧化反应处理氨氮废水行业中更具应用前景。附图说明图1是本专利技术磁性壳聚糖凝胶球制备方法的装置示意图：其中：1-磁力搅拌器，2-三口烧瓶，3,5-N2进出口，4-特制梨型分液漏斗，6-不同直径规格的管套，7-铁架台。图2为本专利技术磁性壳聚糖凝胶球的X射线衍射图；图3为本专利技术磁性壳聚糖凝胶球固定化厌氧铁氨氧化菌的SEM图；图4-图8是游离细菌与固定化细菌对氨氮去除效果对比图；其中，图4是氨氮浓度变化对比图；图5是二价铁浓度变化对比图；图6是初始氨氮浓度对氨氮去除率的影响对比图；图7是pH对氨氮去除的影响对比图；图8是温度对氨氮去除的影响对比图；图9是不同形态氮元素的动态变化图；图10是铁元素的动态变化图。具体实施方式通过附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不限于所述内容。实施例1一种磁性壳聚糖凝胶球的制备方法，按照如下步骤进行：于100mL1％乙酸溶液中加入2g壳聚糖，制成2％壳聚糖溶液，再将三价铁盐(FeCl3·6H2O)和二价铁盐(FeCl2·4H2O)按照摩尔比2:1的比例加入壳聚糖溶液中，搅拌使其混合均匀、得到含Fe3O4浓度为0.09mol/L的单一分散壳聚糖铁盐混合物水溶胶。再将制得的水溶胶倒入特制的梨形分液漏斗(图1)中，再将水溶胶逐滴滴入0.5mol/LNaOH溶液中，制得黑色透亮的磁性壳聚糖凝胶球。滴加完毕后，让磁性壳聚糖凝胶球在碱液中继续搅拌1h，静置0.5h，过滤并用超纯水将其洗涤至中性。最后将上述湿凝胶球放在冷冻真空干燥仪(-86℃、1Pa)中冷冻干燥24h，得到干燥的磁性壳聚糖凝胶球，备用。实施例2一种磁性壳聚糖凝胶球的制备方法，按照如下步骤进行：于100mL0.5％乙酸溶液中加入3g壳聚糖，制成3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性壳聚糖凝胶球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)于100mL体积分数为0.5％～1.5％的乙酸溶液中加入1.5～3.5g壳聚糖，制成壳聚糖溶液，再将三价铁盐和二价铁盐按照摩尔比2:1加入壳聚糖溶液中，搅拌使其混合均匀，得到含有Fe3O4浓度为0.04～0.15mol/L的单一分散壳聚糖铁盐混合物水溶胶；(2)将步骤(1)制得的水溶胶倒入特制的梨形分液漏斗中，再将水溶胶逐滴滴入NaOH溶液中，同时通氮气维持厌氧环境，制得黑色透亮的磁性壳聚糖凝胶球；磁性壳聚糖凝胶球在碱液中继续搅拌1～2h，静置0.5～1.5h，过滤并用超纯水将其洗涤至中性；(3)将上述湿凝胶球放在冷冻真空干燥仪中冷冻干燥24h，得到干燥的磁性壳聚糖凝胶球，备用。

【技术特征摘要】
1.一种磁性壳聚糖凝胶球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)于100mL体积分数为0.5％～1.5％的乙酸溶液中加入1.5～3.5g壳聚糖，制成壳聚糖溶液，再将三价铁盐和二价铁盐按照摩尔比2:1加入壳聚糖溶液中，搅拌使其混合均匀，得到含有Fe3O4浓度为0.04～0.15mol/L的单一分散壳聚糖铁盐混合物水溶胶；(2)将步骤(1)制得的水溶胶倒入特制的梨形分液漏斗中，再将水溶胶逐滴滴入NaOH溶液中，同时通氮气维持厌氧环境，制得黑色透亮的磁性壳聚糖凝胶球；磁性壳聚糖凝胶球在碱液中继续搅拌1～2h，静置0.5～1.5h，过滤并用超纯水将其洗涤至中性；(3)将上述湿凝胶球放在冷冻真空干燥仪中冷冻干燥24h，得到干燥的磁性壳聚糖凝胶球，备用。2.根据权利要求1所述的磁性壳聚糖凝胶球的制备方法，其特征在于：所述壳聚糖是普通的商用聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D，优选分子量为70000～80000，脱乙酰度≥90％。3.根据权利要求1所述的磁性壳聚糖凝胶球的制备方法，其特征在于：所述的三价铁盐为FeCl3·6H2O，所述的二价铁盐为FeCl2·4H2O。4.根据权利要求1所述的磁性壳聚糖凝胶球的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中NaOH浓度为0.5～0.8mol/L。5.根据权利要求1所述的磁性壳聚糖凝胶球的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琛，彭晓春，刘志文，桑燕鸿，洪鸿加，欧英娟，汪元南，廖树妹，吴彦瑜，
申请(专利权)人：环境保护部华南环境科学研究所，广东华南环保产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44