包埋剂固定化硝化细菌制备及其应用性能研究

张燕 刘大伟 陈瑶

摘 要 硝化细菌是一类能降解氨和亚硝酸盐的自养型细菌，主要通过亚硝化作用（氨氧化作用）将NH3氧化为NO2-，再由硝化作用将NO2-氧化为NO3-。在常规制备中，主要以包埋剂作为固定化制备装置，以在应用领域获得诸如快速处理养殖废水的功效。本研究基于不同包埋剂在固定化硝化细菌制备层面的应用，探究OTC包埋剂固定化硝化细菌的制备工艺。

关键词 包埋剂;硝化细菌;固定化;制备;应用性能

我国水资源总量居世界第6位，但人均占有量只有2500m3，约为世界人均水量的1/4，在世界排第110位，已被联合国列为13个贫水国家之一。国家环保局、材料安全数据表或化学材料安全评估报告的相关统计数据表明，全世界每年约有超过4200亿立方米的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，即全球径流总量的14%以上被浪费而无法发挥工农业生产价值[1]。

OTC（Optimal Cutting Temperature Compound）包埋剂是由高分子聚合物（主要材料为聚乙二醇和聚乙烯醇的水溶性混合物）组成的无色透明黏稠液体，骤冷时固化，其冰冻速度和软硬韧度与组织细胞相近，因而能保证优化的切片温度，并具有支持填充、减少皱褶和断裂等作用[2]。以OTC包埋剂制备固定化硝化细菌并研究其应用性能，或可以利用固定化微生物技术更好地处理废水，活化生物领域核心技术，实现对环境系统的改善。

1材料与方法

1.1 材料与仪器

海藻酸钠、聚乙烯醇、OTC包埋剂

1.2 实验方法

（1）海藻酸钠/聚乙烯醇纳米纤维作包埋剂

将2g海藻酸钠加入98g去离子水中，室温下搅拌2h，制得质量分数为2%的海藻酸钠溶液，将10g聚乙烯醇在90 ℃条件下加入90g去离子水中并搅拌4h。

固化硝化细菌的具体包埋方法

（2）OTC作包埋剂

具体包埋方法

2应用性能对比

采用海藻酸钠/聚乙烯醇纳米纤维作包埋剂，为提高固定化颗粒的机械强度，实现固定化小球寿命的延长，应用1%海藻酸钠（在聚乙烯醇凝胶中所占的百分比）、4%二氧化硅和0.3%碳酸钙作为添加剂。聚乙烯醇包埋硝化细菌的成球效果较好，小球表现有较佳的机械强度以及传质性能[3]。实验结果表明，聚乙烯醇质量浓度为10%，活性炭含量占聚乙烯醇凝胶的2%，交联时间32h，包菌量值为1∶2的条件下，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作包埋剂，制备得到以聚乙烯醇 与聚乙二醇 的混合物为基质的包埋剂。红外分析、热失重分析及差示扫描量热法分析共同表明，将上述包埋剂置于-20 ℃冷冻条件下，具有极高的分散性，应用于生物组织的效果良好。

具体的除氨氮性能[4]。

3实证分析

两种包埋剂固定的硝化细菌都可以降解废水中的有机物、减少高浓度有机物对硝化细菌的抑制，提高硝化作用。再次，两种固定化制备工艺的联合使用，或可在菌群之中提升最大利用效率，以进一步促进养殖业的健康发展。

就水产养殖集约化管理中的水污染控制为例，应用两类包埋方法对硝化细菌进行排污处理，则对养殖环节存在的废料残饵、动物排泄物等超标污染物进行治疗。制备工艺应用后，对污水中的氨氮、亚硝酸盐和有机物污染物浓度得以下降，同时严格水域内化学需氧量COD小于6～10mg/L，非离子氨（以N计）小于0.06～0.10 mg/L。基于此，采用硝化细菌处理后，氨氮和亚硝酸盐分别降至2.09 mg/L和0.09 mg/L，降解率达到95%以上。

4讨论

李芳芳等[5]利用改性沸石、聚乙烯醇、海藻酸钠作为固定化载体材料，将硝化细菌和好氧反硝化细菌复合固定制备成微生物小球，其机械性能和吸水性能良好，氨氮去除率为82.32%;适宜条件下，去除率最高可达90.31%。贾燕等[6]以聚乙烯醇和海藻酸钠作为复合包埋载体，固定巨大芽孢杆菌TN-1（Bacillus megaterium），制备得固定化球形颗粒。该颗粒在适宜条件下处理pH 7.0、氨氮浓度为88mg/L的试验水样24h，氨氮去除率为96.2%;处理氨氮浓度为54mg/L的实际生活污水24h，氨氮去除率为80.6%。

5结束语

本实验通过制备固化硝化细菌颗粒，将聚乙烯醇、海藻酸钠和二氧化硅的水混合物加热充分溶解、混匀后制成包埋液包埋后，滤出效果明显，去除氨氮和亚硝酸盐的能力极高。具有降解效率高、降解时间快、持续时间长、维持生物活性的稳定性特征。

参考文献

[1] 苗娟，魏学锋，贾晓平，等.3种包埋剂固定化硝化细菌的制备与性能[J].工业安全与环保，2016，42（11）：61-63，82.

[2] 陈坦林，赵薇，朱雪琴，等.CMC-硅藻土复合固定硝化细菌降解养殖水体中的氨氮[J].江苏农业科学，2018，46（7）：258-262.

[3] 窦赫喆，侯超，高鹏，等.高效净水异养硝化细菌的筛选鉴定及固定化应用研究[J].工业微生物，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，齐树亭，石玉新，等.新型固定化硝化细菌和好氧反硝化细菌处理氨氮废水[J].生态科学，2010，29（5）：467-471.

[6] 贾燕，江栋，刘永，等.固定化硝化细菌去除氨氮和气相氨的试验研究[J].给水排水，2009，35（S1）：243-247.

作者简介

张燕（1990-），女，江苏赣榆人;学历：本科，助理工程师，现就职单位：连云港豪瑞生物技术有限公司，研究方向：微生物菌种筛选与培养。