生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂及其制备方法与应用于脱氮的方法技术

本发明专利技术公开了生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂及其制备方法与应用于脱氮的方法。该制备方法包括生物FeS纳米粒子和微生物菌剂的制备及其产品的应用。生物FeS纳米粒子的制备是在厌氧条件下，利用弗氏柠檬酸杆菌原位合成生物FeS纳米粒子。微生物菌剂包括施氏假单胞菌、脱氮副球菌、巨大芽孢杆菌、无色反硝化杆菌、枯草芽孢杆菌和乳酸菌，在好氧条件下培养。将FeS纳米粒子加入到微生物菌剂中，得到负载生物FeS纳米粒子的微生物菌剂。负载生物FeS纳米粒子的微生物菌剂经激活后，在异养好氧条件下实现水体中硝态氮和氨氮的有效去除，该微生物菌剂制备简单，可有效增强生物脱氮效果，在有机水体脱氮方面具有很大的应用潜力。体脱氮方面具有很大的应用潜力。体脱氮方面具有很大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂及其制备方法与应用于脱氮的方法


[0001]本专利技术涉及含氮废水处理领域，特别涉及生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂及其制备方法与应用于脱氮的方法。

技术介绍

[0002]水体中氮元素超标会引发水体富营养化，导致水质恶化，危害水中动植物生命，甚至威胁人类健康，实现水体氮污染的有效去除是备受全球关注的问题。生物脱氮具有高效、经济、绿色的特点，已被广泛研究和投入使用。
[0003]为了去除水中的氨氮和硝态氮，传统工艺上一般利用的是好氧硝化和厌氧反硝化。但是这两种传统工艺耗能大，微生物繁殖缓慢。另外，好氧硝化和厌氧反硝化所需条件差异大，需要严格的好氧、厌氧条件分离，增加了基建和运行的成本。随后发现了异养硝化
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好氧反硝化菌，如假单胞菌属(Pseudomonas sp.)、产碱杆菌属(Alcaligenes sp.)、芽孢杆菌属(Bacillus.sp)等，这些菌生长速率快，水中的碳源除了可以用于菌自身生长外，还可以作为异养硝化和好氧反硝化的能源。异养硝化和好氧反硝化可以在同一个反应器中运行，这大大节省了基建费用和运行成本，具有较大的工程意义。
[0004]异养硝化好氧反硝化的优势引起了众多关注和研究，且这些研究多聚焦于单菌的性能及其应用，然而在复杂的实际污废水中,单菌株作用往往是有局限性的且容易被演替，异养硝化好氧反硝化单菌的脱氮能力会受到抑制。且实际污废水中往往还有较高浓度的重金属，其容易使微生物的生长和代谢受到抑制甚至使微生物死亡。
[0005]纳米硫铁是一种新型的纳米材料，具有催化、吸附、导电等功能。相对于一些纳米贵金属，如纳米银、纳米金等，纳米硫铁无毒，具有很好的生物相容性。在缺氧环境中，一些微生物(如硫酸盐还原菌和铁还原菌)可以合成FeS纳米粒子，均匀分布在细胞内外及溶液中。细菌之间往往需要通过种间电子传递进行交流，完成自身代谢，但是细菌之间通过直接接触进行电子传递的效率很低，生物FeS纳米粒子可作为纳米导线类似物增加细胞之间的电子传递能力，促进不同菌之间的电子互营共生，增强细胞代谢与降解污染物的能力。生物FeS纳米粒子还会刺激细胞分泌胞外聚合物(EPS)，EPS中含有氧化还原酶和腐殖质等起到电子穿梭体作用的电活性组分，促进胞外电子传递。生物FeS纳米粒子还被证明具有去除水中重金属污染的性能，有效降低重金属等有毒物质对微生物的毒害作用，使得细胞在复杂的含重金属的实际废水中仍可保持较好活性。另外FeS中的铁离子又是微生物生长代谢所需的元素，可增加异养硝化好氧反硝化菌的丰度,进而促进异养硝化好氧反硝化。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在解决上述问题，提供生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂及其制备方法与应用于脱氮的方法，用于降解水中的有机污染物。生物FeS纳米粒子的引入，可以强化细胞间的电子传递，加快氮的去除速率。另外，本专利技术的处理方法可以降低废水处理工程中的
运行费用，实用性较高。
[0007]本专利技术提供了生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂脱氮的方法，微生物菌剂包括施氏假单胞菌、脱氮副球菌、巨大芽孢杆菌、无色反硝化杆菌、枯草芽孢杆菌和乳酸菌。
[0008]本专利技术技术方案如下。
[0009]生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂的制备方法，将生物合成的FeS纳米粒子加入到微生物菌剂中，得到负载生物FeS纳米粒子的微生物菌剂；所述生物FeS纳米粒子是在厌氧条件下利用弗氏柠檬酸杆菌原位合成生物FeS纳米粒子；所述微生物菌剂包括施氏假单胞菌、脱氮副球菌、巨大芽孢杆菌、无色反硝化杆菌、枯草芽孢杆菌和乳酸菌中的一种以上。生物FeS纳米粒子可强化微生物菌剂在异养好氧条件下对水体中硝态氮和氨氮的去除。
[0010]生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂的制备方法，具体包括以下步骤：
[0011](1)生物FeS纳米粒子的制备：
[0012]挑取两环购买的弗氏柠檬酸杆菌(Citrobacter freundii)接种到LB液体培养基(10g/L蛋白胨，10g/L NaCl,5g/L酵母粉，其余为水)中，于150rpm,30℃下培养1～2天，以1～2wt％的接种量将弗氏柠檬酸杆菌转移至弗氏柠檬酸杆菌培养基中，厌氧条件下，150rpm,30℃培养3～5天，得到由弗氏柠檬酸杆菌原位合成的生物FeS纳米粒子。
[0013](2)微生物菌剂的制备：
[0014]将购买的施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、无色反硝化杆菌(Achromobacter denitrificans)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和乳酸菌(Lactobacillus acetotoleran)分别在培养基中单独培养，得到施氏假单胞菌培养物、脱氮副球菌培养物、巨大芽孢杆菌培养物、无色反硝化杆菌培养物、枯草芽孢杆菌培养物和乳酸菌培养物，分别将培养物离心，弃去上清液，重悬得到施氏假单胞菌悬液、脱氮副球菌悬液、巨大芽孢杆菌悬液、无色反硝化杆菌悬液、枯草芽孢杆菌悬液和乳酸菌悬液，分别以1～2wt％，1～2wt％，0.5～1wt％，0.5～1wt％，0.3～0.5wt％和0.3～0.5wt％的接种量接种到异养硝化好氧反硝化培养基中，维持溶解氧为2～4mg/L,25～35℃下培养2～4天，得到微生物菌剂。
[0015](3)负载生物FeS纳米粒子的微生物菌剂的制备：
[0016]将步骤(1)制备的含有生物FeS纳米粒子的弗氏柠檬酸杆菌液，与步骤(2)中制备的微生物菌剂按照体积比为1:20～1:15的比例混合，得到负载生物FeS纳米粒子的微生物菌剂。
[0017]优选地，用于原位合成生物FeS纳米粒子的弗氏柠檬酸杆菌的培养基为：乳酸钠2.329g/L,NH4Cl 0.076g/L,Na2SO
4 1.33g/L,MgCl2·
6H2O 0.04g/L,CaCl
2 0.03g/L,KH2PO40.022g/L,Na2HPO4 0.053g/L,柠檬酸铁1.79g/L,其余为水，pH＝7～7.2。
[0018]优选地，所述施氏假单胞菌、脱氮副球菌、巨大芽孢杆菌培养基和无色反硝化杆菌的培养基LB液体培养基：10g/L蛋白胨，10g/L NaCl,5g/L酵母粉，其余为水，pH＝7。
[0019]优选地，所述枯草芽孢杆菌和乳酸菌的培养基为MRS培养基：蛋白胨10g/L,牛肉膏10g/L,酵母粉5g/L，K2HPO
4 2g/L,柠檬酸二铵2g/L,乙酸钠5g/L,葡萄糖20g/L,吐温80 1mL,MgSO4·
7H2O 0.58g/L,MnSO4·
4H2O 0.25g/L其余为水，pH 6.2～6.4。
[0020]优选地，如权利要求3所述的微生物菌剂的制备，其特征在于，所述异养硝化好氧反硝化培养基为：NH4Cl 0.3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂的制备方法，其特征在于，将生物合成的FeS纳米粒子加入到微生物菌剂中，得到负载生物FeS纳米粒子的微生物菌剂；所述生物FeS纳米粒子是在厌氧条件下利用弗氏柠檬酸杆菌原位合成生物FeS纳米粒子；所述微生物菌剂包括施氏假单胞菌、脱氮副球菌、巨大芽孢杆菌、无色反硝化杆菌、枯草芽孢杆菌和乳酸菌中的一种以上。2.根据权利要求1所述生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述生物FeS纳米粒子通过以下方法制得：挑取两环弗氏柠檬酸杆菌Citrobacter freundii接种到LB液体培养基中，于150rpm,30℃下培养1～2天，以1～2wt％的接种量将弗氏柠檬酸杆菌转移至弗氏柠檬酸杆菌培养基中，厌氧条件下，150rpm,30℃培养3～5天，得到由弗氏柠檬酸杆菌原位合成的生物FeS纳米粒子；所述LB液体培养基为10g/L蛋白胨，10g/L NaCl,5g/L酵母粉，其余为水。3.根据权利要求1所述生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述微生物菌剂通过以下方法制备获得：将施氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri、脱氮副球菌Paracoccus denitrificans、巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium、无色反硝化杆菌Achromobacter denitrificans、枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis和乳酸菌Lactobacillus acetotoleran分别在培养基中单独培养，得到施氏假单胞菌培养物、脱氮副球菌培养物、巨大芽孢杆菌培养物、无色反硝化杆菌培养物、枯草芽孢杆菌培养物和乳酸菌培养物，分别将培养物离心，弃去上清液，重悬得到施氏假单胞菌悬液、脱氮副球菌悬液、巨大芽孢杆菌悬液、无色反硝化杆菌悬液、枯草芽孢杆菌悬液和乳酸菌悬液，分别以1～2wt％，1～2wt％，0.5～1wt％，0.5～1wt％，0.3～0.5wt％和0.3～0.5wt％的接种量接种到异养硝化好氧反硝化培养基中，维持溶解氧为2～4mg/L,25～35℃下培养2～4天，得到微生物菌剂。4.根据权利要求1所述生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述生物合成的FeS纳米粒子与微生物菌剂的添加量满足体积比为1:20～1:15。5.根据权利要求2所述生物FeS纳米粒子强化微生物菌剂的制备方法，其特征在于，用于原位合成生物FeS纳米粒子的弗氏柠檬酸杆菌的培养基为：乳酸钠2.329g/L,NH4Cl 0.076g/L,Na2SO

【专利技术属性】
技术研发人员：陈元彩，王婧豪，林文敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：