CN101519632B

CN101519632B - 工程化包埋固定微生物球体的装置及工艺

Info

Publication number: CN101519632B
Application number: CN 200910068330
Authority: CN
Inventors: 刘涉江; 刘秀丽; 赵林; 谭欣; 游璐华
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: CN101519632A

Abstract

本发明涉及工程化包埋固定微生物球体的装置及工艺。将包埋剂釜中包埋剂溶液打入混合釜，将吸附剂生物釜中吸附剂和微生物溶液打入混合釜，两种溶液充分混合后，经隔流阀进入分流头，再喷洒进入交联剂釜中。固化交联后得到的球形颗粒，即为本发明的微生物包埋固体球。本发明克服了当前利用包埋法固定微生物技术无法大规模批量生产的缺陷，通过隔流阀将阀前所连接的管道中连续流动的液体“分割”，从而间断式地供给分流头料液；再利用分流头的分流作用将隔流阀所供给的料液进一步分流，从而保证来自混合釜的混合液以喷洒形式进入交联剂溶液中，形成固体球形颗粒沉淀。本发明实现了利用包埋固定化技术大批量制造稳定性优良的微生物包埋固体球。

Description

工程化包埋固定微生物球体的装置及工艺

技术领域

本发明涉及利用微生物降解作用修复污染水环境技术领域，具体地说涉及工程化包埋固定微生物球体的装置及工艺。

背景技术

地表水以及地下水等水环境污染已经成为全球重视的热点问题。在传统的污染水生物处理工艺中，微生物通常是在水中以悬浮态生长，因而易从反应器中流失。另外，微生物菌体与水的密度差小，从反应器中流出的水中回收微生物进行重复利用较为困难，而微生物固定化技术的发展为这一问题的解决提供了新的途径。

微生物固定化技术是20世纪70年代发展起来的一项新兴技术，它是利用生物或化学多聚体材料将微生物包埋起来，不仅可以大幅度提高参加反应的微生物浓度，使微生物不易流失和抗毒、耐受力增加，而且固液分离容易，二次污染少，因而显示出良好的应用前景。包埋固定化是使微生物包埋在半透明的聚合物或膜内，或使微生物扩散进入多孔性的载体内部，小分子底物及代谢产物可自由出入这些载体的孔道，而微生物细胞不能自由移动的一种方法。尽管当前利用包埋法固定化微生物的研究很多，但其主要是实验室研究，不能用于大批量工业化生产。因此，研究和开发一种高效、廉价、适于大批量生产的微生物包埋固定化技术已成为促进该技术推广应用的关键。

发明内容

针对现有利用包埋法固定化微生物技术无法大规模工程化的缺点，本发明的目的在于提供一种新颖、高效、经济可行的工程化包埋固定微生物球体的装置及工艺，从而达到推广应用微生物包埋固定化技术的目的。

本发明的工程化包埋固定微生物球体的装置，包括：包埋剂釜、吸附剂生物釜、混合釜、隔流阀、分流头和交联剂釜；其中包埋剂釜和吸附剂生物釜分别与混合釜连接；混合釜再与隔流阀连接；隔流阀由变速电机驱动，隔流阀再与分流头连接。

本发明用到的隔流阀是通过法兰与管道连接，隔流阀由变速电机驱动，隔流阀叶片的厚度由阀芯向外逐渐增大，其最大厚度大于隔流阀的法兰所连接的管道的内径。

本发明用到的分流头，其分流板的开孔率大于65％，且分流板上的分流孔的总面积大于分流头所连接的管道截面积的10倍。

本发明的工程化包埋固定微生物球体的具体工艺条件如下：

包埋剂釜输送泵将包埋剂釜中质量百分比含量为0.5％～6％或5％～10％的包埋剂溶液打入混合釜，吸附剂生物釜输送泵将吸附剂生物釜中吸附剂质量百分比含量为0.5％～4.5％和微生物质量百分比含量为5％～50％的溶液打入混合釜，控制包埋剂釜输送的溶液和吸附剂生物釜输送的溶液的质量流量比为1∶1～5∶1；两种溶液充分混合后，经隔流阀进入分流头，再喷洒进入盛有质量百分比含量为0.5％～7％的氯化钙溶液或饱和硼酸溶液的交联剂釜中。由分流头喷洒的混合液与交联剂溶液接触后形成固体球形颗粒沉淀，固化交联8～24小时后，收集上述步骤得到的球形颗粒，并用0.5％～1.5％的盐水洗涤，即得到本发明工程化包埋固定微生物球体的装置及工艺制备的微生物包埋固体球。

所述的包埋剂为现在对微生物所使用的所有包埋剂，本发明优选包埋剂溶液为质量百分比含量为0.5％～6％的海藻酸钠溶液或质量百分比含量为5％～10％的聚乙烯醇溶液。

所述的吸附剂为现在对微生物所使用的所有吸附剂的一种或几种混合，本发明优选活性炭、活性炭纤维或纤维素。

所述的微生物为现在所涉及的所有类型的微生物，包括具有降解污染物功能的细菌，来自假单胞菌属、不动杆菌属、微球菌属等的一种或几种。

本发明的独特之处就在于克服了当前利用包埋法固定微生物技术无法大规模批量生产的缺陷，通过隔流阀将阀前所连接的管道中连续流动的液体“分割”，从而间断式地供给分流头料液；再利用分流头的分流作用将隔流阀所供给的料液进一步分流，从而保证来自混合釜的混合液以喷洒形式进入交联剂溶液中，形成固体球形颗粒沉淀。本发明实现了利用包埋固定化技术大批量制造稳定性优良的微生物包埋固体球。

附图说明

图1：本发明的工艺流程示意图；

图2：本发明的隔流阀的内部结构主视示意图；

图3：本发明的分流头的内部结构主视示意图；

图4：分流板的俯视示意图；

其中：1-包埋剂釜，2-1-包埋剂釜输送泵、2-2-吸附剂生物釜输送泵，3-混合釜，4-隔流阀，5-变速电机，6-分流头，7-交联剂釜，8-吸附剂生物釜，9-法兰，10-叶片，11-分流板，12-分流孔。

具体实施方式

采用如图1～4的所示的装置的连接方式，包括包埋剂釜1、混合釜3、隔流阀4、分流头6、交联剂釜7和吸附剂生物釜8等。包埋剂釜1通过包埋剂釜输送泵2-1与混合釜3连接；吸附剂生物釜8通过吸附剂生物釜输送泵2-2与混合釜3连接；混合釜3与隔流阀4连接；隔流阀4由变速电机5驱动，隔流阀4与分流头6连接。其中隔流阀4通过法兰9与管道连接，且隔流阀叶片10的厚度由阀芯向外逐渐增大，其最大厚度大于隔流阀的法兰所连接的管道的内径。分流头6的分流板11开孔率大于65％，且分流孔12的总面积大于分流头6所连接的管道截面积的10倍。

本发明通过如下实施例进一步说明：

实施例1：

包埋剂釜输送泵2-1将包埋剂釜1中质量百分比含量为0.5％的海藻酸钠溶液打入混合釜3，吸附剂生物釜输送泵2-2将吸附剂生物釜8中活性炭质量百分比含量为0.5％和铜绿假单胞菌质量百分比含量为5％的溶液打入混合釜3，控制包埋剂釜1输送的溶液和吸附剂生物釜8输送的溶液的质量流量比为1∶1；两种溶液充分混合后，经隔流阀4进入分流头6，再喷洒进入盛有质量百分比含量为0.5％的氯化钙溶液的交联剂釜7中。由分流头6喷洒的混合液与交联剂釜7中的交联剂溶液接触后形成固体球形颗粒沉淀，固化交联8小时后，收集上述步骤得到的球形颗粒，并用0.5％的盐水洗涤，即得到本发明工程化包埋固定微生物球体的制造工艺及装置制备的微生物包埋固体球。

实施例2：

包埋剂釜输送泵2-1将包埋剂釜1中质量百分比含量为3％的海藻酸钠溶液打入混合釜3，吸附剂生物釜输送泵2-2将吸附剂生物釜8中活性炭质量百分比含量为2％和鲍式不动杆菌质量百分比含量为25％的溶液打入混合釜3，控制包埋剂釜1输送的溶液和吸附剂生物釜8输送的溶液的质量流量比为5∶1；两种溶液充分混合后，经隔流阀4进入分流头6，再喷洒进入盛有质量百分比含量为7％的氯化钙溶液的交联剂釜7中。由分流头6喷洒的混合液与交联剂釜7中的交联剂溶液接触后形成固体球形颗粒沉淀，固化交联15小时后，收集上述步骤得到的球形颗粒，并用1％的盐水洗涤，即得到本发明工程化包埋固定微生物球体的制造工艺及装置制备的微生物包埋固体球。

实施例3：

包埋剂釜输送泵2-1将包埋剂釜1中质量百分比含量为6％的海藻酸钠溶液打入混合釜3，吸附剂生物釜输送泵2-2将吸附剂生物釜8中活性炭质量百分比含量为4.5％和恶臭假单胞菌质量百分比含量为50％的溶液打入混合釜3，控制包埋剂釜1输送的溶液和吸附剂生物釜8输送的溶液的质量流量比为3∶1；两种溶液充分混合后，经隔流阀4进入分流头6，再喷洒进入盛有质量百分比含量为4％的氯化钙溶液的交联剂釜7中。由分流头6喷洒的混合液与交联剂釜7中的交联剂溶液接触后形成固体球形颗粒沉淀，固化交联24小时后，收集上述步骤得到的球形颗粒，并用1.5％的盐水洗涤，即得到本发明工程化包埋固定微生物球体的制造工艺及装置制备的微生物包埋固体球。

实施例4：

包埋剂釜输送泵2-1将包埋剂釜1中质量百分比含量为5％的海藻酸钠溶液打入混合釜3，吸附剂生物釜输送泵2-2将吸附剂生物釜8中纤维素质量百分比含量为4.5％、铜绿假单胞菌质量百分比含量为10％和鲍式不动杆菌质量百分比含量为30％的溶液打入混合釜3，控制包埋剂釜1输送的溶液和吸附剂生物釜8输送的溶液的质量流量比为2.5∶1；两种溶液充分混合后，经隔流阀4进入分流头6，再喷洒进入盛有质量百分比含量为3％的氯化钙溶液的交联剂釜7中。由分流头6喷洒的混合液与交联剂釜7中的交联剂溶液接触后形成固体球形颗粒沉淀，固化交联10小时后，收集上述步骤得到的球形颗粒，并用1.5％的盐水洗涤，即得到本发明工程化包埋固定微生物球体的制造工艺及装置制备的微生物包埋固体球。

实施例5：

包埋剂釜输送泵2-1将包埋剂釜1中质量百分比含量为5％的聚乙烯醇溶液打入混合釜3，吸附剂生物釜输送泵2-2将吸附剂生物釜8中活性炭纤维质量百分比含量为2％和恶臭假单胞菌质量百分比含量为25％的溶液打入混合釜3，控制包埋剂釜1输送的溶液和吸附剂生物釜8输送的溶液的质量流量比为4∶1；两种溶液充分混合后，经隔流阀4进入分流头6，再喷洒进入盛有饱和硼酸溶液的交联剂釜7中。由分流头6喷洒的混合液与交联剂釜7中的交联剂溶液接触后形成固体球形颗粒沉淀，固化交联10小时后，收集上述步骤得到的球形颗粒，并用1％的盐水洗涤，即得到本发明工程化包埋固定微生物球体的制造工艺及装置制备的微生物包埋固体球。

实施例6：

包埋剂釜输送泵2-1将包埋剂釜1中质量百分比含量为10％的聚乙烯醇溶液打入混合釜3，吸附剂生物釜输送泵2-2将吸附剂生物釜8中活性炭质量百分比含量为1.5％、活性炭纤维质量百分比含量为1％、鲍式不动杆菌质量百分比含量为3％、恶臭假单胞菌质量百分比含量为7％和铜绿假单胞菌质量百分比含量为5％的溶液打入混合釜3，控制包埋剂釜1输送的溶液和吸附剂生物釜8输送的溶液的质量流量比为2∶1；两种溶液充分混合后，经隔流阀4进入分流头6，再喷洒进入盛有饱和硼酸溶液的交联剂釜7中。由分流头6喷洒的混合液与交联剂釜7中的交联剂溶液接触后形成固体球形颗粒沉淀，固化交联13小时后，收集上述步骤得到的球形颗粒，并用1.5％的盐水洗涤，即得到本发明工程化包埋固定微生物球体的制造工艺及装置制备的微生物包埋固体球。

实施例7：

包埋剂釜输送泵2-1将包埋剂釜1中质量百分比含量为7％的聚乙烯醇溶液打入混合釜3，吸附剂生物釜输送泵2-2将吸附剂生物釜8中活性炭质量百分比含量为0.5％、活性炭纤维质量百分比含量为1％、纤维素质量百分比含量为2.5％、恶臭假单胞菌质量百分比含量为20％和铜绿假单胞菌质量百分比含量为10％的溶液打入混合釜3，控制包埋剂釜1输送的溶液和吸附剂生物釜8输送的溶液的质量流量比为2∶1；两种溶液充分混合后，经隔流阀4进入分流头6，再喷洒进入盛有质量百分比含量为5％的氯化钙溶液的交联剂釜7中。由分流头6喷洒的混合液与交联剂釜7中的交联剂溶液接触后形成固体球形颗粒沉淀，固化交联18小时后，收集上述步骤得到的球形颗粒，并用1％的盐水洗涤，即得到本发明工程化包埋固定微生物球体的制造工艺及装置制备的微生物包埋固体球。

本发明提出的工程化包埋固定微生物球体的装置及工艺，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的制作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.工程化包埋固定微生物球体的装置，包括：包埋剂釜、吸附剂生物釜、混合釜、隔流阀、分流头和交联剂釜；其特征是包埋剂釜和吸附剂生物釜分别与混合釜连接；混合釜再与隔流阀连接；隔流阀由变速电机驱动，隔流阀再与分流头连接；隔流阀通过法兰与管道连接，隔流阀由变速电机驱动，隔流阀叶片的厚度由阀芯向外逐渐增大，其最大厚度大于隔流阀的法兰所连接的管道的内径；分流头的分流板开孔率大于65％，且分流板上的分流孔的总面积大于分流头所连接的管道截面积的10倍。

2.使用权利要求1所述的工程化包埋固定微生物球体的装置包埋固定微生物球体的方法，其特征是包埋剂釜输送泵将包埋剂釜中包埋剂溶液打入混合釜，吸附剂生物釜输送泵将吸附剂生物釜中吸附剂质量百分比含量为0.5％～4.5％和微生物质量百分比含量为5％～50％的溶液打入混合釜，控制包埋剂釜输送的溶液和吸附剂生物釜输送的溶液的质量流量比为1∶1～5∶1；两种溶液充分混合后，经隔流阀进入分流头，再喷洒进入盛有质量百分比含量为0.5％～7％的氯化钙溶液或饱和硼酸溶液的交联剂釜中；由分流头喷洒的混合液与交联剂溶液接触后形成固体球形颗粒沉淀，固化交联8～24小时后，收集上述步骤得到的球形颗粒，并用0.5％～1.5％的盐水洗涤，即得到微生物包埋固体球；所述包埋剂溶液为质量百分比含量为0.5％～6％的海藻酸钠溶液或质量百分比含量为5％～10％的聚乙烯醇溶液；所述的吸附剂为活性炭、活性炭纤维或纤维素的一种或几种混合。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是所述的微生物为具有降解污染物功能的细菌。

4.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的降解污染物功能的细菌是来自假单胞菌属、不动杆菌属或微球菌属的一种或几种。