一种基于二氧化碳捕获的自养反硝化细菌固定化填料的制备及应用的制作方法

本发明属于环境工程，具体涉及一种基于二氧化碳捕获的自养反硝化细菌固定化填料的制备及应用。

背景技术：

1、为满足人类社会发展所带来的物质需求，大量氨通过工业手段被合成并使用，极大地破坏了地球表面原有的氮平衡，其中影响最为严重的是氮肥的大量施用。工业氮肥的产生虽然解决了粮食产量的问题，但是也导致海洋系统多承受了近一倍的氮素输入。除此之外，化工行业对化石燃料以及硝酸的消耗也造成了大量的氮排放。no3--n是氮元素在生物循环中的最高价形态，较容易在水生态系统中积累，且是引起水体富营养化的重要因素。随着人类氮排放量的逐年增加，水体中no3--n的积累日益加重，no3--n污染已经成为严重的、亟待解决的环境问题。

2、目前，no3--n污染的处理技术可根据反应原理分为物理技术、化学技术和生物技术三大类。物理技术只是对no3--n进行简单分离和浓缩，本质上是污染物的转移而不是去除；化学处理技术则会产生次级污染物(no2--n和nh4+-n)且成本较高。因此，实际工程应用中更倾向于采用生物处理技术进行脱氮，其中硫自养反硝化技术因无需外加碳源，节约运行成本、脱氮负荷高、无过量剩余污泥处理负担、操作维护简单等优点而得到了广泛应用。其反应原理是以无机碳源作为电子供体的硫氧化细菌，在缺氧或厌氧条件下从还原态的硫化物(s0、s2-、so32-、s4o62-、s2o32-等)处获取能量及电子，并将no3--n作为电子受体，将其还原为n2。因此，筛选具有高脱氮能力的硫自养反硝化菌群对提高废水中生物脱氮效率具有实际意义。

技术实现思路

1、[技术问题]

2、为应对全球气候危机，基于碳减排的污水和工业废水处理技术的需求也越来越旺盛。硫自养反硝化技术目前已经成为新兴的总氮削减技术，由于自养微生物利用无机碳源构建细胞结构，若将富含co2的废气(如火化烟气)添加到硫自养反硝化工艺中，不仅有助于富集硫自养反硝化菌群，强化工艺的脱氮性能，还可作为新型碳捕集与利用技术(cuu)，实现co2的固定与资源化，推动污水处理过程的减污降碳。因此，急需一种碳捕集和硫自养反硝化技术联用的方法。

3、[技术方案]

4、本发明基于硫自养反硝化工艺的性质，将富含co2的火化烟气通入到培养基中，得到外源co2强化的优势自养脱氮菌群，通过添加载体海藻酸钠、聚乙烯醇和蓝藻基生物炭，将菌液制备成颗粒态脱氮功能菌剂，以匹配现有工艺构筑物发挥含氮污染物的去除能力，同时系统还具备运行操作简便，降低维护难度的优势。

5、本发明提供一种基于二氧化碳环境下培养的自养反硝化细菌固定化填料的制备方法，包括如下步骤：

6、(1)制备培养基质，包括如下成分：硫单质填料，kno3，k2hpo4，ca(oh)2，nahco3，mgso4·7h2o以及微量元素溶液，其中微量元素溶液成分为fecl2·2h2o，cocl2·6h2o，mncl2·4h2o，cucl2·2h2o，zncl2，hbo3，(nh4)6mo7o24·4h2o，na2seo3，nicl2·6h2o，edta；

7、(2)取污水处理厂缺氧池活性污泥，加水稀释，得到泥水混合液，并置于培养器中，然后加入培养基质，在恒定温度下，培养硫自养反硝化菌；

8、(3)培养一段时间后，取培养器中的培养液测定no3--n浓度，取no3--n浓度最低的培养液接入新鲜的培养基质中，并注入含有co2的气体，在恒定温度下培养，获得脱氮菌液；

9、(4)取海藻酸钠、聚乙烯醇和蓝藻基生物炭溶解水中，之后加入步骤(3)得到的脱氮菌液搅拌成混合液，将混合液滴入氯化钙的饱和硼酸溶液中固化，取出静置，之后经生理盐水洗涤后，得到固定化填料。

10、进一步的，步骤(1)中的所述培养基质为每80ml含有硫单质填料10g，kno3 12mg，k2hpo4 0.16g，ca(oh)2 0.8mg，nahco3 0.16g，mgso4·7h2o 16mg以及2ml微量元素溶液，其中微量元素溶液具体成分为fecl2·2h2o 1.2g/l，cocl2·6h2o 1.2g/l，mncl2·4h2o 0.3g/l，cucl2·2h2o 0.018g/l，zncl2 0.03g/l，hbo3 0.03g/l，(nh4)6mo7o24·4h2o 0.054g/l，na2seo3 0.04g/l，nicl2·6h2o 0.03g/l，edta0.6g/l。

11、进一步的，步骤(1)中的所述培养基质的no3--n浓度为19-25mg/l。

12、进一步的，步骤(2)中缺氧池活性污泥和水的体积比为1：(8～10)，具体可选为1：9。

13、进一步的，步骤(2)中泥水混合液和培养基质的体积比为1：(3～5)，具体可选为1：4。

14、进一步的，步骤(2)中培养温度为30±5℃。

15、进一步的，步骤(2)中培养硫自养反硝化菌为避光培养。

16、进一步的，步骤(3)中no3--n浓度最低的培养液和新鲜的培养基质的体积比为1：(3～6)。具体可选为1：4。

17、进一步的，步骤(3)中含有co2的气体为纯co2或含有10％～50％的co2的废气。

18、优选的，步骤(3)中含有co2的气体为纯co2或含有10％～50％的co2的火化烟气、焚烧废气。

19、具体可选为，步骤(3)中含有co2的气体是指纯co2或殡仪馆所排放的废气，主要成分为10％～20％的co2、100mg/m3的so2和100mg/m3的nox以及氟化物和氯化物。

20、进一步的，步骤(3)中注入含有co2的气体后，瓶内co2浓度(v/v)为1～30％。具体可选为15％。

21、进一步的，步骤(3)中培养温度为30±5℃。

22、进一步的，步骤(4)中海藻酸钠和聚乙烯醇的质量比为1：(1～3)，具体可选为1：2。

23、进一步的，步骤(4)中海藻酸钠和蓝藻基生物炭的质量比为1：(0.1～0.5)，具体可选为1：0.2。

24、进一步的，步骤(4)中海藻酸钠和水的质量体积比为1g：(80～120)ml，具体可选为1g：100ml。

25、进一步的，步骤(4)中脱氮菌液和水的体积比为1：(2～3)，具体可选为1：2.5。

26、进一步的，步骤(4)中氯化钙的饱和硼酸溶液中氯化钙浓度为1～3％，具体可选为2％。

27、进一步的，步骤(4)中静置为放置在4℃冰箱中24h。

28、本发明提供一种根据上述方法制备得到的基于二氧化碳环境下培养的自养反硝化细菌固定化填料。

29、本发明提供的基于二氧化碳环境下培养的自养反硝化细菌固定化填料在污水处理、环境保护领域的应用

30、[有益效果]

31、1、本发明选用的殡仪馆所排放的火化烟气，进行资源化利用来作为硫自养反硝化工艺的无机碳源，强化自养反硝化菌群的脱氮能力。目前，还尚未有关于火化烟气资源化利用的研究，本发明开创性的将火化烟气和培养自养反硝化菌群相结合，实现了废气的回收再利用，为未来的治污减排，环境保护提供了新的治理思路。

32、2、本发明将所得的自养反硝化菌液固定化，投加海藻酸钠、聚乙烯醇和蓝藻基生物炭，在制备成颗粒态脱氮功能菌剂来强化菌群的脱氮能力的同时，实现了对太湖蓝藻的资源再利用，并且发现太湖蓝藻生物炭较其它生物炭和多孔微粒，能使得制备的固定化填料拥有更好的脱氮效果。

33、3、本发明所制备的颗粒态脱氮功能菌剂在通入15％ co2浓度后，可以实现99.87％的硝态氮去除率。同时，考察了颗粒态脱氮功能菌剂对环境因素温度、ph和不同浓度硝态氮的耐受性，发现固定化载体对自养反硝化菌群起到缓冲保护作用，使颗粒态脱氮功能菌剂对极端温度、弱酸和高浓度硝态氮的耐受能力较游离菌群明显提升，为菌群抵抗实际应用中的各种不利条件奠定基础。