本發(fā)明屬于環(huán)境生物技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種細(xì)菌菌劑的生產(chǎn)工藝及用于上述工藝的硝化細(xì)菌高密度發(fā)酵的分批培養(yǎng)發(fā)酵罐。

背景技術(shù)：

城市生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水、生活垃圾及初期雨水等各種點(diǎn)源、面源污染入侵城市水體，城市河道水環(huán)境受到不同程度的污染，氮、磷和有機(jī)污染物普遍超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的IV類標(biāo)準(zhǔn)(主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū))，水體呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，特別是氨氮污染物的超標(biāo)會(huì)造成浮游植物繁殖旺盛消耗水中的溶解氧，直接導(dǎo)致水體的發(fā)黑發(fā)臭，嚴(yán)重影響生態(tài)安全和人類健康。

自養(yǎng)型硝化細(xì)菌廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖水體、城市黑臭河道的生物脫氮技術(shù)中，它對(duì)于水體的氨氮降解、水環(huán)境修復(fù)具有舉足輕重的作用。但自養(yǎng)型硝化細(xì)菌一般以無機(jī)碳為碳源，生長(zhǎng)緩慢，相比較普通細(xì)菌世代時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)氧氣、pH、溫度、有毒物質(zhì)等環(huán)境條件變化敏感，且不易保存。在工程應(yīng)用中，向水中投加高細(xì)胞密度的硝化細(xì)菌菌劑可以克服硝化細(xì)菌的流失，提高菌劑的抗沖擊負(fù)荷能力。然而，高密度硝化細(xì)菌菌劑的生產(chǎn)工藝的缺乏，阻礙了硝化細(xì)菌的產(chǎn)品化和商業(yè)化進(jìn)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高密度硝化細(xì)菌復(fù)合絮凝劑及促生劑的分批培養(yǎng)生產(chǎn)工藝及用于上述工藝的硝化細(xì)菌高密度發(fā)酵的分批培養(yǎng)發(fā)酵罐，主要適用于城鎮(zhèn)污水處理、農(nóng)村分散式污水處理、養(yǎng)殖水體、自然水體和景觀水體中氨氮降解過程中所需的高細(xì)胞密度的硝化菌劑，同時(shí)還能滿足降低水體濁度的需求。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種利用納米磁粉作為載體固定化硝化細(xì)菌，并利用外加絮凝劑和勻強(qiáng)磁場(chǎng)回收硝化細(xì)菌菌劑；磁載硝化細(xì)菌經(jīng)過冷凍干燥后經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁鼓后，磁粉與細(xì)菌細(xì)胞得以分離；回收的磁粉經(jīng)烘干滅菌后再利用，而硝化細(xì)菌細(xì)胞干粉經(jīng)復(fù)配促生劑制成復(fù)合硝化細(xì)菌菌劑。

一種高密度復(fù)合硝化細(xì)菌菌劑的生產(chǎn)工藝，利用納米磁粉作為載體固定化硝化細(xì)菌，并利用外加絮凝劑和勻強(qiáng)磁場(chǎng)回收硝化細(xì)菌菌劑；磁載硝化細(xì)菌經(jīng)過冷凍干燥后經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁鼓后，磁粉與細(xì)菌細(xì)胞得以分離；回收的磁粉經(jīng)烘干滅菌后再利用，而硝化細(xì)菌細(xì)胞干粉經(jīng)復(fù)配促生劑制成復(fù)合硝化細(xì)菌菌劑。

優(yōu)選地，包括下述步驟：

1)硝化菌群的種子培養(yǎng)：取硝化污泥作為種子接入培養(yǎng)液中，接種量為培養(yǎng)液體積的1～10％，每升培養(yǎng)液含：NaHCO₃ 1.5～2.0g，CH₃COONa 0.5～1.0g，(NH₄)₂SO₄ 1.0～5.0g，NaCl 1.0g,FeSO₄ 0.2～0.4g，K₂HPO₄ 0.5～1.0g，MgSO₄ 0.2～0.5g，培養(yǎng)5～7d后作為種子液；

2)納米磁粉的制備：

采用共沉淀法制備：取Fe³⁺：Fe²⁺物質(zhì)的量之比為1.5:1～2:1并混入適量分散劑，進(jìn)行反應(yīng)，加入CTAB溶液，攪拌反應(yīng)15～30min，稀釋冷卻后得到納米磁粉；

3)硝化菌劑的接種發(fā)酵：

將通風(fēng)機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐滅菌，經(jīng)進(jìn)料口注入滅菌后的硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)液，培養(yǎng)液占發(fā)酵罐容積的60～70％，然后將含有硝化菌群的種子液經(jīng)通風(fēng)機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐的進(jìn)料口接種到已滅菌的通風(fēng)攪拌式發(fā)酵罐內(nèi)；再將滅菌納米磁粉經(jīng)過通風(fēng)機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的投藥口投加到罐體內(nèi)，調(diào)整pH為7.5～8.0，通入無菌空氣，啟動(dòng)攪拌和發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束后罐內(nèi)的混合液體構(gòu)成發(fā)酵液；發(fā)酵周期內(nèi)通過溶解氧DO電極、pH電極和溫度在線監(jiān)測(cè)發(fā)酵罐內(nèi)的溶解氧濃度、溫度和pH值，當(dāng)DO值小于2mg/L時(shí)，增加通風(fēng)量和攪拌轉(zhuǎn)速確保罐體內(nèi)的DO值不小于2mg/L，當(dāng)pH值小于7.5時(shí)，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵通過加藥管加入堿液調(diào)整發(fā)酵罐的pH值在7.5～8.0之間，發(fā)酵期間泡沫過多時(shí)通過加藥管加入消泡劑進(jìn)行泡沫的消除，當(dāng)罐體溫度超過31℃時(shí)，在發(fā)酵罐冷卻夾層內(nèi)通入冷卻水，保證罐內(nèi)溫度在25～31℃；

4)硝化菌劑的分批補(bǔ)料發(fā)酵：磁載硝化菌劑在通風(fēng)機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐內(nèi)高速攪拌發(fā)酵3h后停止攪拌、通電外加0.2～0.4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，靜止沉淀10min后，由排液口排放50％體積的發(fā)酵液，再由進(jìn)料口補(bǔ)充等體積即50％體積的滅菌后的硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)液，然后重新啟動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌發(fā)酵，此為分批補(bǔ)料發(fā)酵的1個(gè)周期；

5)硝化菌劑絮凝沉淀：硝化菌劑在發(fā)酵罐進(jìn)行20～30個(gè)周期的分批補(bǔ)料發(fā)酵后，由絮凝劑投藥口投入絮凝劑，絮凝劑投加量為10～100mg/L，進(jìn)行混合攪拌，停止攪拌后通電外加0.2～0.4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，靜止沉淀10min后，打開放料閥，排出含磁復(fù)合硝化菌劑，同時(shí)保留發(fā)酵液體積的10～20％的含磁復(fù)合硝化菌劑作為種子進(jìn)行下一批次的發(fā)酵；

6)復(fù)合硝化菌劑的制劑：將甘露醇加入排出的含磁復(fù)合硝化菌劑中，置于-30℃預(yù)凍2～4h，然后移入冷凍干燥機(jī)中，真空干燥，制成干粉后，菌劑經(jīng)過旋轉(zhuǎn)磁粉回收裝置進(jìn)行菌劑和磁粉的分離，菌劑干粉中則添加CH₃COONa 5～20g/kg菌劑，F(xiàn)eSO₄ 0.5g～1.0g/kg菌劑，混合攪拌均勻后制成復(fù)合硝化菌劑。

優(yōu)選地，所述步驟2)的反應(yīng)為，置于恒溫加熱磁力攪拌器上，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至75℃～90℃，恒溫8～10min后滴加NaOH調(diào)節(jié)pH為堿性條件下，反應(yīng)30～60min，自然冷卻至室溫，用去離子水洗滌三次，再次攪拌分散顆粒，并超聲震蕩15～30min，置于恒溫條件下加入油酸鈉水溶液，反應(yīng)30～60min，降溫至40～60℃。

優(yōu)選地，所述步驟3)的培養(yǎng)液，每升含NaHCO₃ 1.5～2.0g，CH₃COONa 0.5～1.0g，NaCl 1.0g，NaNO₂ 0.2～0.5g，(NH₄)₂SO₄ 1.0～5.0g，F(xiàn)eSO₄ 0.2～1.5g，MnSO₄ 0.05～0.1g，CaCl₂ 0.50～1.50g，K₂HPO₄ 0.5～1.0g，MgSO₄ 0.2～0.5g。

優(yōu)選地，所述步驟3)的攪拌和發(fā)酵，先以100～150rpm/min慢速攪拌，形成磁載硝化菌劑，再以400～500rpm/min快速攪拌發(fā)酵。

優(yōu)選地，所述步驟5)的絮凝劑為：無機(jī)絮凝劑、天然高分子絮凝劑或有機(jī)高分子絮凝劑；其中無機(jī)絮凝劑為硫酸鋁、硫酸亞鐵、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵或聚合氯化鐵；天然高分子絮凝劑為殼聚糖或明膠或淀粉；有機(jī)高分子絮凝劑為聚丙烯酰胺。

優(yōu)選地，所述步驟5)的混合攪拌為10～15min，攪拌程序?yàn)?80～240rpm/min 5min,然后100～120rpm/min 5～10min。

優(yōu)選地，所述步驟6)的真空干燥為在-20℃干燥10～20h，0℃干燥5～10h，30℃干燥5小時(shí)。

優(yōu)選地，所述步驟2)的pH值為9-11。

用于所述的一種高密度復(fù)合硝化細(xì)菌菌劑的生產(chǎn)工藝的一種硝化細(xì)菌高密度發(fā)酵的分批培養(yǎng)發(fā)酵罐系統(tǒng)，包括通風(fēng)攪拌罐罐體，所述通風(fēng)攪拌罐罐體安裝有進(jìn)料管、絮凝劑加藥管、磁粉投料管、出料管、排氣管、和排液管、pH調(diào)整液和消泡劑加藥管，冷卻夾層配有冷卻水進(jìn)入管和冷卻水排出管；

通風(fēng)攪拌罐還配有便于培養(yǎng)液和磁載硝化細(xì)菌充分混合的攪拌機(jī)，底部設(shè)置通入無菌空氣的布?xì)夤?，布?xì)夤芙?jīng)空氣過濾器連接鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)和布?xì)夤苤g設(shè)有氣體流量計(jì)；

通風(fēng)攪拌罐內(nèi)壁上裝有用于測(cè)量溶解氧DO的電極、和pH的電極，電極經(jīng)傳輸電纜與PID控制器相連，PID控制器與計(jì)算機(jī)相連；

絮凝劑加藥管和磁粉投料管連接在進(jìn)料管上，進(jìn)料管、消泡劑加藥管、排氣管、排液管和出料管直接連接在攪拌罐上，攪拌機(jī)置于攪拌罐的上部，攪拌漿內(nèi)置在攪拌罐內(nèi)，矩形電磁鐵外置于攪拌罐，位于罐體底部；

所述PID控制器集成有進(jìn)料繼電器、出料繼電器、通風(fēng)繼電器、進(jìn)料計(jì)量泵繼電器、攪拌機(jī)繼電器，進(jìn)料繼電器、出料繼電器、通風(fēng)繼電器、進(jìn)料計(jì)量泵繼電器、攪拌機(jī)繼電器分別與進(jìn)料計(jì)量泵、出料電磁閥門、空氣流量計(jì)、鼓風(fēng)機(jī)、和攪拌機(jī)相連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的積極效果是：

1)以改性的納米磁粉為載體固定化細(xì)胞進(jìn)行分批培養(yǎng)，硝化菌呈生物膜固定生長(zhǎng)，給生長(zhǎng)速率較慢的硝化菌創(chuàng)造了一個(gè)穩(wěn)定的生活環(huán)境，增加了發(fā)酵罐中硝化菌生物量，提高了細(xì)胞密度和抗性，能夠高效快速獲得高濃度的硝化菌菌體；

2)絮凝磁分離有效地濃縮了硝化細(xì)菌細(xì)胞，并能迅速實(shí)現(xiàn)細(xì)菌細(xì)胞的沉淀分離，得到高細(xì)胞密度的硝化細(xì)菌菌體；

3)分批培養(yǎng)單元在發(fā)酵罐中完成硝化細(xì)菌的發(fā)酵、絮凝及磁分離過程，減少了沉淀分離罐和絮凝攪拌罐，節(jié)約了設(shè)備投入；

4)硝化菌劑制劑過程復(fù)合了絮凝劑和促進(jìn)硝化細(xì)菌生長(zhǎng)的促生劑，方便在施用時(shí)減少水體濁度，提高硝化菌劑對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。

5)菌劑干燥后磁粉通過磁分離回收裝置得到回收再利用。

附圖說明

通過結(jié)合下面附圖對(duì)其實(shí)施例進(jìn)行描述，本發(fā)明的上述特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚和容易理解。

圖1高密度復(fù)合硝化菌劑的生產(chǎn)工藝流程。

圖2是高密度復(fù)合硝化菌劑的通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖來描述本發(fā)明所述的實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，并且相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。

下面結(jié)合圖1-2來詳細(xì)說明本實(shí)施例。

高密度復(fù)合硝化細(xì)菌菌劑的分批培養(yǎng)生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。整個(gè)工藝流程包括接種、發(fā)酵、混合攪拌、沉淀分離、冷凍干燥、磁鼓分離及復(fù)配制劑等步驟。其中接種、發(fā)酵、混合攪拌和沉淀分離著這五個(gè)步驟在通風(fēng)攪拌罐中分批完成。

一種硝化細(xì)菌高密度發(fā)酵的分批培養(yǎng)發(fā)酵罐系統(tǒng)，如圖2所示，攪拌罐9安裝有進(jìn)料管1、絮凝劑加藥管2、磁粉投料管3、出料管14、排氣管5、和排液管17、pH調(diào)整液和消泡劑加藥管4，冷卻夾層10配有冷卻水進(jìn)入管16和冷卻水排出管11。攪拌罐還配有便于培養(yǎng)液和磁載硝化細(xì)菌充分混合的攪拌機(jī)6，罐內(nèi)底部設(shè)置通入無菌空氣的布?xì)夤?2，布?xì)夤?2經(jīng)空氣過濾器13連接鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)和布?xì)夤?2之間設(shè)有氣體流量計(jì)，罐外底部還設(shè)置矩形電磁鐵15用于絮凝沉淀磁載硝化細(xì)菌。攪拌罐9內(nèi)壁上裝有用于測(cè)量溶解氧DO的電極7、和pH的電極8，電極7、8經(jīng)傳輸電纜與PID控制器相連，PID控制器與計(jì)算機(jī)相連；PID控制器集成有進(jìn)料繼電器、出料繼電器、通風(fēng)繼電器、進(jìn)料計(jì)量泵繼電器、攪拌機(jī)繼電器，上述這些繼電器分別與進(jìn)料計(jì)量泵、出料電磁閥門、空氣流量計(jì)、鼓風(fēng)機(jī)、和攪拌機(jī)相連接。

絮凝劑加藥管2和磁粉投料管3連接在進(jìn)料管1上，進(jìn)料管1、消泡劑加藥管4、排氣管5、排液管17和出料管14直接連接在攪拌罐9上，攪拌機(jī)6置于攪拌罐9的上部，攪拌漿內(nèi)置在攪拌罐9內(nèi)，矩形電磁鐵15外置于攪拌罐，位于罐體底部。攪拌罐9外側(cè)包有冷卻夾層10，冷卻水進(jìn)水管16和冷卻水排水管11連接在攪拌罐9外的冷卻夾層10內(nèi)。布?xì)夤?2一端直接接入攪拌罐，另一端在罐外通過空氣過濾器13連接鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)和布?xì)夤?2之間設(shè)有氣體流量計(jì)。攪拌罐9內(nèi)壁上裝有用于測(cè)量溶解氧DO的電極7、和pH的電極8，電極經(jīng)傳輸電纜與PID控制器相連，PID控制器與計(jì)算機(jī)相連；PID控制器集成有進(jìn)料繼電器、出料繼電器、通風(fēng)繼電器、進(jìn)料計(jì)量泵繼電器、攪拌機(jī)繼電器，上述這些繼電器分別與進(jìn)料計(jì)量泵、出料電磁閥門、空氣流量計(jì)、鼓風(fēng)機(jī)、和攪拌機(jī)相連接。所述PID控制器即Proportion IntegrationDifferentiation，比例-積分-微分控制器)，由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。

實(shí)施例1

1)硝化菌群的種子培養(yǎng)：取城市污水處理廠硝化污泥接種在1L三角瓶中，接種量為10％，三角瓶中盛滿300mL培養(yǎng)基，每升培養(yǎng)基含：NaHCO3 1.5g，CH₃COONa 0.5g，(NH4)₂SO₄ 5.0g，NaCl 1.0g,FeSO4 0.2g,K₂HPO₄ 1.0g,MgSO₄ 0.25g,培養(yǎng)5d后作為種子液；

2)采用共沉淀法制備：取43.2g FeCl₃·6H₂O和24.70g FeCl₂·4H₂O加入三頸瓶，并混入適量檸檬酸鈉(終濃度為0.02mol/L)作為分散劑，置于恒溫加熱磁力攪拌器上。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至60℃，1000r/min，恒溫?cái)嚢?～10min后滴加2mol/L NaOH溶液至溶液pH為11，繼續(xù)反應(yīng)60min，自然冷卻至室溫。用去離子水洗滌三次，再次攪拌分散顆粒，并超聲震蕩15min。置于恒溫(80℃)下加入油酸鈉(添加量為Fe₃O₄濕粉質(zhì)量的20％)，反應(yīng)30～60min，降溫至40～60℃，加入CTAB(溴化十六烷三甲基銨)溶液(添加量為Fe₃O₄濕粉質(zhì)量的40％)，攪拌反應(yīng)15～30min，稀釋冷卻后得到納米磁粉。

所述分散劑，可以是陰離子分散劑，如油酸，SDS和檸檬酸鈉，也可以是非離子型分散劑，如PVP等。

3)硝化菌劑的接種發(fā)酵：

10L通風(fēng)機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐離位滅菌15-20min，注入6L滅菌后的硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)液(每升培養(yǎng)液含NaHCO₃ 1.5g，CH₃COONa 0.5g，NaCl 1.0g，NaNO₂ 0.2g，(NH₄)₂SO₄ 5.0g，F(xiàn)eSO₄ 0.4g，MnSO₄ 0.05g，CaCl₂ 1.0g，K₂HPO₄ 1.0g，MgSO₄ 0.5g)，然后將含有硝化菌群的種子液1000mL接種到已滅菌的通風(fēng)攪拌式發(fā)酵罐內(nèi)。再將30g滅菌納米磁粉(5～10g/L·培養(yǎng)液)投加到罐體內(nèi)，調(diào)整pH為7.5～8.0，通入無菌空氣，啟動(dòng)攪拌機(jī)先以100rpm/min慢速攪拌10min，再以400rpm/min快速攪拌發(fā)酵。發(fā)酵周期內(nèi)通過溶解氧(DO)電極、pH電極和溫度在線監(jiān)測(cè)發(fā)酵罐內(nèi)的溶解氧濃度、溫度和pH值，當(dāng)DO值小于2mg/L時(shí)，增加通風(fēng)量和攪拌轉(zhuǎn)速確保罐體內(nèi)的DO值不小于2mg/L，當(dāng)pH值小于7.5時(shí)，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵加入堿液(氨水或NaOH)調(diào)整發(fā)酵罐的pH值在7.5～8.0之間。發(fā)酵期間泡沫過多時(shí)加入消泡劑進(jìn)行泡沫的消除。當(dāng)罐體溫度超過30℃時(shí)，在發(fā)酵罐冷卻夾層10內(nèi)通入冷卻水，保證罐內(nèi)溫度在25～30℃。

4)硝化菌劑的分批補(bǔ)料發(fā)酵：硝化菌劑在通風(fēng)機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐內(nèi)高速攪拌發(fā)酵3h后停止攪拌、通電外加0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，靜止沉淀10min后，排放3.5L的發(fā)酵液，再補(bǔ)充3.5L滅菌后的硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)液，然后重新啟動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌發(fā)酵，此為分批補(bǔ)料發(fā)酵的1個(gè)周期。

5)硝化菌劑絮凝沉淀：硝化菌劑在發(fā)酵罐進(jìn)行20～30個(gè)周期的分批補(bǔ)料發(fā)酵后，稱取1g殼聚糖，加入100mL l％的HC1溶液，不斷震蕩或攪拌使之溶解，然后加蒸餾水至1000mL，混勻，得到l g/L的殼聚糖鹽酸溶液,向發(fā)酵罐內(nèi)加入此殼聚糖鹽酸溶液35mL，進(jìn)行混合攪拌10～15min，攪拌程序?yàn)?00rpm/min 5min,然后100rpm/min 5min，停止攪拌后通電外加0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，靜止沉淀10min后，打開放料閥，排出含磁復(fù)合硝化菌劑1.5L，排出發(fā)酵液3.5L，同時(shí)保留500mL的含磁復(fù)合菌劑作為種子進(jìn)行下一批次的發(fā)酵。

6)復(fù)合硝化菌劑的制劑：將甘露醇(10～15g/L)加入排出的含磁復(fù)合硝化菌劑中，置于-30℃預(yù)凍2h，然后移入冷凍干燥機(jī)中，真空干燥，分別在-20℃干燥10h，0℃干燥5h，30℃干燥5h。制成干粉后，菌劑經(jīng)過旋轉(zhuǎn)磁粉回收裝置進(jìn)行菌劑和磁粉的分離，磁粉經(jīng)回收后再利用。菌劑干粉中則添加CH3COONa 5～20g/kg·菌劑，F(xiàn)eSO4 0.5g～1.0g/kg·菌劑，混合攪拌均勻后制成復(fù)合硝化菌劑。

利用本生產(chǎn)工藝生產(chǎn)硝化細(xì)菌菌劑的結(jié)果表明，在發(fā)酵罐采用分批補(bǔ)料的培養(yǎng)方式培養(yǎng)20～30個(gè)周期后，硝化細(xì)菌濃度可達(dá)到1×10⁸cfu/mL以上(MPN法檢測(cè)細(xì)菌濃度，其中CFU為Colony-Forming Units，菌落形成單位，指單位體積中的活菌個(gè)數(shù))，利用絮凝磁分離收集的細(xì)菌菌劑經(jīng)冷凍干燥磁分離后稱重得到37.32g菌劑(細(xì)菌密度達(dá)到5.33g DCW/L，菌體濃度采用測(cè)量菌體干重法，即dry cell weight)。對(duì)添加了促生劑的復(fù)合硝化細(xì)菌菌劑干粉進(jìn)行存活率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，每克干菌粉的有效活菌數(shù)達(dá)到1.26×10⁷CFU/g，比對(duì)照實(shí)驗(yàn)的活菌數(shù)提高了近100倍。

實(shí)施例2

1)硝化菌群的種子培養(yǎng)：取城市污水處理廠硝化污泥接種在1L三角瓶中，接種量為10％，三角瓶中盛滿300mL培養(yǎng)基，每升培養(yǎng)基含：NaHCO₃ 1.5g，CH₃COONa 0.5g，(NH₄)₂SO₄5.0g，NaCl 1.0g,FeSO₄ 0.2g,K₂HPO₄ 1.0g,MgSO₄ 0.25g,培養(yǎng)5d后作為種子液；

2)采用共沉淀法制備：取43.2g FeCl₃·6H₂O和24.70g FeCl₂·4H₂O加入三頸瓶，并混入適量檸檬酸鈉(終濃度為0.02mol/L)作為分散劑，置于恒溫加熱磁力攪拌器上。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至60℃，1000r/min，恒溫?cái)嚢?～10min后滴加2mol/L NaOH溶液至溶液pH為11，繼續(xù)反應(yīng)60min，自然冷卻至室溫。用去離子水洗滌三次，再次攪拌分散顆粒，并超聲震蕩15min。置于恒溫(80℃)下加入油酸鈉(添加量為Fe₃O₄濕粉質(zhì)量的20％)，反應(yīng)30～60min，降溫至40～60℃，加入CTAB(溴化十六烷三甲基銨)溶液(添加量為Fe₃O₄濕粉質(zhì)量的40％)，攪拌反應(yīng)15～30min，稀釋冷卻后得到納米磁粉。

3)硝化菌劑的接種發(fā)酵：

5L通風(fēng)機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐離位滅菌15-20min，注入3L滅菌后的硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)液(每升培養(yǎng)液含NaHCO₃ 1.5g，CH₃COONa 0.5g，NaCl 1.0g，NaNO₂ 0.2g，(NH4)₂SO4 5.0g，F(xiàn)eSO4 0.4g，MnSO₄ 0.05g，CaCl₂ 1.0g，K₂HPO₄ 1.0g，MgSO₄ 0.5g)，然后將含有硝化菌群的種子液1000mL接種到已滅菌的通風(fēng)攪拌式發(fā)酵罐內(nèi)。再將20g滅菌納米磁粉投加到罐體內(nèi)，調(diào)整pH為7.5～8.0，通入無菌空氣，啟動(dòng)攪拌機(jī)先以100rpm/min慢速攪拌10min，再以400rpm/min快速攪拌發(fā)酵。發(fā)酵周期內(nèi)通過溶解氧(DO)電極、pH電極和溫度在線監(jiān)測(cè)發(fā)酵罐內(nèi)的溶解氧濃度、溫度和pH值，當(dāng)DO值小于2mg/L時(shí)，增加通風(fēng)量和攪拌轉(zhuǎn)速確保罐體內(nèi)的DO值不小于2mg/L，當(dāng)pH值小于7.5時(shí)，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵加入堿液(氨水或NaOH)調(diào)整發(fā)酵罐的pH值在7.5～8.0之間。發(fā)酵期間泡沫過多時(shí)加入消泡劑進(jìn)行泡沫的消除。當(dāng)罐體溫度超過30℃時(shí)，在發(fā)酵罐冷卻夾層10內(nèi)通入冷卻水，保證罐內(nèi)溫度在25～30℃。

4)硝化菌劑的分批補(bǔ)料發(fā)酵：硝化菌劑在通風(fēng)機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐內(nèi)高速攪拌發(fā)酵3h后停止攪拌、通電外加0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，靜止沉淀10min后，排放3L的發(fā)酵液，再補(bǔ)充3L滅菌后的硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)液，然后重新啟動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌發(fā)酵，此為分批補(bǔ)料發(fā)酵的1個(gè)周期。

5)硝化菌劑絮凝沉淀：硝化菌劑在發(fā)酵罐進(jìn)行20～30個(gè)周期的分批補(bǔ)料發(fā)酵后，發(fā)酵罐內(nèi)加入1g/L殼聚糖鹽酸溶液20mL，進(jìn)行混合攪拌10～15min，攪拌程序?yàn)?00rpm/min 5min,然后100rpm/min 5～10min，停止攪拌后通電外加0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，靜止沉淀10min后，打開放料閥，排出含磁復(fù)合硝化菌劑1.5L，排出發(fā)酵液2L，同時(shí)保留500mL的含磁復(fù)合菌劑作為種子進(jìn)行下一批次的發(fā)酵。

6)復(fù)合硝化菌劑的制劑：將甘露醇(10～15g/L)加入排出的含磁復(fù)合硝化菌劑中，-30℃預(yù)凍2h，然后移入冷凍干燥機(jī)中，真空干燥，分別在-20℃干燥10h，0℃干燥5h，30℃干燥2h。制成干粉后，菌劑經(jīng)過旋轉(zhuǎn)磁粉回收裝置進(jìn)行菌劑和磁粉的分離，磁粉經(jīng)回收后再利用。菌劑干粉中則添加CH₃COONa 5～20g/kg·菌劑，F(xiàn)eSO₄ 0.5g～1.0g/kg·菌劑，混合攪拌均勻后制成復(fù)合硝化菌劑。

結(jié)果表明，在發(fā)酵罐采用分批補(bǔ)料的培養(yǎng)方式培養(yǎng)20～30個(gè)周期后，硝化細(xì)菌濃度可達(dá)到1×10⁸cfu/mL以上(MPN法檢測(cè)細(xì)菌濃度)，利用絮凝磁分離收集的細(xì)菌菌劑經(jīng)冷凍干燥磁分離后稱重得到28.93g菌劑(細(xì)菌密度達(dá)到7.23g DCW/L)。對(duì)添加了促生劑的復(fù)合硝化細(xì)菌菌劑干粉進(jìn)行存活率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，每克干菌粉的有效活菌數(shù)達(dá)到5.33×10⁷CFU/g，比對(duì)照實(shí)驗(yàn)的活菌數(shù)提高了100多倍。

實(shí)施例3復(fù)合硝化細(xì)菌菌劑對(duì)城市水體的氨氮降解

1)參照實(shí)施例2的步驟1～6獲得復(fù)合硝化細(xì)菌菌劑。

2)取馬鞍山市東湖地表水，主要水質(zhì)參數(shù)COD、BOD、氨氮、總氮、總磷濃度分別為74～139mg/L、34.8～41mg/L、6.47～12.16mg/L、9.50～13.2mg/L、0.35～0.86mg/L。向2000～5000mL的試驗(yàn)水中投加復(fù)合硝化細(xì)菌菌劑干粉，投加濃度為2～4mg/L，曝氣充氧，保證水中溶解氧濃度不小于2mg/L，5～7日后，水中氨氮降解率達(dá)到91.2～98.7％，水體濁度由原來的22.6～23.9NTU下降到8.4～8.6NTU(NTU相當(dāng)于1L的水中含有1mg的SiO₂或是非曲直mg白陶土、硅藻土?xí)r，所產(chǎn)生的渾濁程度為1度，或稱杰克遜。濁度單位為NTU，1NTU＝1mg/L的白陶土懸浮體)。

3)7日后，將試驗(yàn)水混合均勻，進(jìn)行硝化細(xì)菌計(jì)數(shù)

MPN法檢測(cè)細(xì)菌濃度，結(jié)果表明有效活菌數(shù)達(dá)到1×10⁵CFU/mL以上，硝化菌劑在試驗(yàn)水中實(shí)現(xiàn)了緩慢的增殖。

4)7日后，每日更換1000～2500mL的試驗(yàn)水，保證水中溶解氧濃度不小于2mg/L，30日后，水中氨氮降解率穩(wěn)定在87.2～96.3％；將試驗(yàn)水混合均勻，進(jìn)行硝化細(xì)菌計(jì)數(shù)(MPN法檢測(cè)細(xì)菌濃度)，結(jié)果表明有效活菌數(shù)穩(wěn)定在1×103CFU/mL以上，硝化菌群在試驗(yàn)水中保有數(shù)量上的優(yōu)勢(shì)，穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)了良好的氨氮降解效果。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。