包埋劑固定化硝化細菌制備及其應用性能研究

張燕 劉大偉 陳瑤

摘 要 硝化細菌是一類能降解氨和亞硝酸鹽的自養型細菌，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-。在常規制備中，主要以包埋劑作為固定化制備裝置，以在應用領域獲得諸如快速處理養殖廢水的功效。本研究基于不同包埋劑在固定化硝化細菌制備層面的應用，探究OTC包埋劑固定化硝化細菌的制備工藝。

關鍵詞 包埋劑;硝化細菌;固定化;制備;應用性能

我國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，已被聯合國列為13個貧水國家之一。國家環保局、材料安全數據表或化學材料安全評估報告的相關統計數據表明，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5.5萬億立方米的淡水，即全球徑流總量的14%以上被浪費而無法發揮工農業生產價值[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，驟冷時固化，其冰凍速度和軟硬韌度與組織細胞相近，因而能保證優化的切片溫度，并具有支持填充、減少皺褶和斷裂等作用[2]。以OTC包埋劑制備固定化硝化細菌并研究其應用性能，或可以利用固定化微生物技術更好地處理廢水，活化生物領域核心技術，實現對環境系統的改善。

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 實驗方法

（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，制得質量分數為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。

固化硝化細菌的具體包埋方法

（2）OTC作包埋劑

具體包埋方法

2應用性能對比

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械強度，實現固定化小球壽命的延長，應用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菌的成球效果較好，小球表現有較佳的機械強度以及傳質性能[3]。實驗結果表明，聚乙烯醇質量濃度為10%，活性炭含量占聚乙烯醇凝膠的2%，交聯時間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，應用于生物組織的效果良好。

具體的除氨氮性能[4]。

3實證分析

兩種包埋劑固定的硝化細菌都可以降解廢水中的有機物、減少高濃度有機物對硝化細菌的抑制，提高硝化作用。再次，兩種固定化制備工藝的聯合使用，或可在菌群之中提升最大利用效率，以進一步促進養殖業的健康發展。

就水產養殖集約化管理中的水污染控制為例，應用兩類包埋方法對硝化細菌進行排污處理，則對養殖環節存在的廢料殘餌、動物排泄物等超標污染物進行治療。制備工藝應用后，對污水中的氨氮、亞硝酸鹽和有機物污染物濃度得以下降，同時嚴格水域內化學需氧量COD小于6～10mg/L，非離子氨（以N計）小于0.06～0.10 mg/L。基于此，采用硝化細菌處理后，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，將硝化細菌和好氧反硝化細菌復合固定制備成微生物小球，其機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90.31%。賈燕等[6]以聚乙烯醇和海藻酸鈉作為復合包埋載體，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的試驗水樣24h，氨氮去除率為96.2%;處理氨氮濃度為54mg/L的實際生活污水24h，氨氮去除率為80.6%。

5結束語

本實驗通過制備固化硝化細菌顆粒，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、降解時間快、持續時間長、維持生物活性的穩定性特征。

參考文獻

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

[2] 陳坦林，趙薇，朱雪琴，等.CMC-硅藻土復合固定硝化細菌降解養殖水體中的氨氮[J].江蘇農業科學，2018，46（7）：258-262.

[3] 竇赫喆，侯超，高鵬，等.高效凈水異養硝化細菌的篩選鑒定及固定化應用研究[J].工業微生物，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.新型固定化硝化細菌和好氧反硝化細菌處理氨氮廢水[J].生態科學，2010，29（5）：467-471.

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

作者簡介

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