CN102249401B - 多用途复合型光催化生物细胞载体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用途复合型光催化生物细胞载体的制备方法，该方法以大肠埃希氏杆菌T偶数噬菌体处理大肠埃希氏杆菌，使大肠埃希氏杆菌只剩下一个空壳。将经无水乙醇、柠檬酸、蒸馏水超声洗涤的大肠埃希氏杆菌空壳浸没入沉积反应液中，然后将反应液放入微波炉中，以300W辐照5～10min。取出后用蒸馏水充分洗涤，直到无明显TiO₂脱落为止，自然风干,得到多用途复合型光催化生物细胞载体。本发明的方法简便易行，所采用原材料均为普通化工及生物材料，生产方便，适用广泛。既适用于无泡曝气曝气生物滤池的具有光催化功能的悬浮载体，又能满足复合膜生物反应器内的悬浮载体。

Description

多用途复合型光催化生物细胞载体的制备方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种多用途复合型光催化生物细胞载体的制备方法。

背景技术

近年来，以生物膜法为基础得以发展起来的生物滤池工艺得以广泛应用。曝气生物滤池简称BAF，是80年代末在欧美发展起来的一种新型生物膜法污水处理工艺，于90年代初得到较大发展，该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX（有害物质）的作用。曝气生物滤池集生物氧化和截留悬浮固体一体，节省了后续沉淀池(二沉池)，具有容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好，运行能耗低，运行费用少的特点。因此，该工艺广泛应用于中水回用或污水深度处理中。作为一种崭新的水处理工艺—曝气生物滤池正处在推广之中。但是，生物滤池中核心介质――悬浮载体的研究阻碍了这两种工艺的大范围的应用。 

已有公知的悬浮载体，多为页岩陶粒、活性炭颗粒等，其直径3-5mm。这些滤料的优点是使用简便、易得。但又有挂膜效果差，生物膜易脱落等问题。

而同时满足适用于无泡曝气曝气生物滤池的具有光催化功能的悬浮载体，又能满足复合膜生物反应器内的悬浮载体则未见报道。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明目的是提供一种多用途复合型光催化生物细胞载体的制备方法，该方法制备的多用途复合型光催化生物细胞载体是一种具有光催化功能的悬浮载体，适用于无泡曝气曝气生物滤池的复合膜生物反应器内的悬浮载体。

为了实现上述任务，本发明采用的技术解决方案是：

一种多用途复合型光催化生物细胞载体的制备方法，其特征在于，该方法预先将经无水乙醇、质量浓度0.1%的柠檬酸、蒸馏水超声洗涤的大肠埃希氏杆菌空壳浸没入沉积反应液中，然后将沉积反应液放入微波炉中，以300 W 辐照5 min～10min；取出后用蒸馏水充分洗涤，直到无明显TiO₂ 脱落为止，自然风干，得到多用途复合型光催化生物细胞载体；

所述的大肠埃希氏杆菌空壳制备方法是，以大肠埃希氏杆菌T偶数噬菌体处理大肠埃希氏杆菌，即将大肠埃希氏杆菌T偶数噬菌体与大肠埃希氏杆菌以数量比1:100制成悬浊液，大肠埃希氏杆菌T偶数噬菌体释放后在细菌外壳上打一个小孔，深入到细菌细胞内部，损坏细胞质和细胞核，使细菌只剩下一个空壳；

所述的沉积反应液的制备方法是，将氟钛酸铵水溶液逐渐加入硼酸水溶液中，氟钛酸铵水溶液和硼酸水溶液混合前的浓度分别为0.01mol/L和0.03mol/L，然后按0.1g/L加入纳米TiO₂ P25粉末作为结晶诱导剂，搅拌30min，过滤得到透明的沉积反应液。

本发明制得的多用途复合型光催化生物细胞载体，是一种纳米级的光催化膜材料覆盖的生物细胞载体。由于采用了微波辅助的方法，使得TiO₂ 颗粒均匀的沉积到载体内外表面上，得到了光催化剂TiO₂ 覆盖层，这一薄层使得生物细胞载体表面更加均匀，利于生物挂膜，从而实现了悬浮载体的功效，此外，生物载体外部负载光催化剂，而内部适于生长生物膜。

将该多用途复合型光催化生物细胞载体应用于膜曝气生物滤池反应器中，可以在反应器中增加紫外光源，实现在无泡曝气的同时将难降解有机污染物同时加以催化去除的目的。

将该多用途复合型光催化生物细胞载体用于复合载体光催化生物反应器中，复合载体颗粒外层固载一定量的光化学催化剂，在外加紫外光源照射下，进行载体颗粒外层光催化降解；复合载体内部发生好氧生化反应，实现光催化和生化的有效结合。同时紫外光的照射可以减缓膜污染的发生，是一种复合载体光催化生物膜协同作用新技术。

本发明的创新点在于：

（1）本发明采用微波辅助沉积的方法，使得TiO₂ 颗粒均匀的沉积到大肠埃希式杆菌内外表面上，得到了光催化剂TiO₂ 覆盖层。覆盖层不仅是光催化剂的载体，同时由于光催化剂TiO₂ 覆盖层的存在，使得生物细胞载体内外表面更加均匀，利于生物挂膜。

（2）生物载体外部负载光催化剂，可以实现光催化效能，而生物载体内部适于生长生物膜，可以抵挡紫外光照射，实现光催化和生化作用的有机结合。

（3）生物悬浮载体应用于膜曝气生物滤池反应器中，可以在反应器中增加紫外光源，实现在无泡曝气的同时将难降解有机污染物同时加以催化去除的目的。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）实现光催化和生化作用的的有机结合。

（2）本发明用途较多，既适用于无泡曝气曝气生物滤池的具有光催化功能的悬浮载体，又能满足复合膜生物反应器内的悬浮载体。

（3）制备简便易行。本发明所采用原材料均为普通化工、及生物原材料，生产方便，适用广泛。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的详细描述。

本发明的方法制得的多用途复合型光催化生物细胞载体，主要由以下原料组成：

    大肠埃希氏菌T偶数噬菌体，大肠埃希式杆菌；光催化材料沉积反应液（氟钛酸铵水溶液逐渐加入硼酸水溶液，混合前的浓度分别为0.01 和0.03 mol/L。然后加入0.1g/L纳米TiO₂ P25 粉末作为结晶诱导剂，搅拌30 min 后过滤得到透明的沉积用反应液）。

所用材料：

蒸馏水，市售或自制；

无水乙醇，分析纯，市售；

柠檬酸，分析纯，市售；配成质量浓度0.1%的柠檬酸溶液；

氟钛酸铵水溶液，浓度为0.01mol/L；硼酸水溶液，浓度为0.03mol/L；

TiO₂ P25粉末，为锐钛型晶型，市售，技术指标：二氧化钛含量：≥90%，晶型锐钛型，平均粒径：≤20nm；PH值：偏酸性，晶型：锐钛型；外观：白色粉末，光催化效率：≥60%；水分：≤1%；

大肠埃希氏菌T偶数噬菌体和大肠埃希式杆菌，按已知的方法自制。

配制沉积反应液：将氟钛酸铵水溶液逐渐加入硼酸水溶液，然后按0.1g/L加入纳米TiO₂ P25粉末作为结晶诱导剂，搅拌30min，过滤得到透明的沉积反应液。

    制备大肠埃希氏杆杆菌空壳：用大肠埃希氏杆菌T偶数噬菌体处理大肠埃希氏杆菌（大肠埃希氏杆菌T偶数噬菌体与大肠埃希氏杆菌数量比为1:100，制成悬浊液）。大肠埃希氏杆菌T偶数噬菌体释放后在大肠埃希氏杆菌外壳上打一个小孔，深入到大肠埃希氏杆菌细胞内部，损坏大肠埃希氏杆菌的细胞质和细胞核，使大肠埃希氏杆菌只剩下一个空壳。

将预先经柠檬酸（质量浓度，0.1%）、蒸馏水超声洗涤的大肠埃希氏杆菌空壳浸没入沉积反应液中，然后将装有沉积反应液的容器放入微波炉中，以300 W 辐照5min～10min。取出后用蒸馏水充分洗涤，直到无明显TiO₂ 脱落为止，自然风干, 即可得到多用途复合型光催化生物细胞载体。

以下是发明人给出的应用实施例：

实施例1：

将预先经无水乙醇、柠檬酸（质量浓度，1%）、蒸馏水超声洗涤的大肠埃希氏杆菌空壳浸没入沉积反应液中，然后将反应液容器放入微波炉中，以300 W 辐照5min。取出后用蒸馏水充分洗涤，直到无明显TiO₂ 脱落为止，自然风干, 得到样品加入固液分离型膜生物反应器形成复合膜生物反应器处理生活污水。生活污水的主要污染物指标COD=200mg/L～300mg/L，BOD₅=100-200mg/L，NH₃-N=40-50mg/L，TN=40-50mg/L。生物载体内外表面易于挂膜，附着的生物膜起到了去除污染物和脱除总氮的作用。同时由于生物载体的冲刷作用，使膜清洗周期比同类材料膜生物反应器膜清洗周期延长一倍。处理后出水COD=15-20mg/L，BOD₅=5-10mg/L，NH₃-N≈0mg/L，TN=10-15mg/L。出水水质远低于国家标准（GB18918-2002）规定的城镇污水处理厂污染物排放标准。

实施例2：

将预先经无水乙醇、柠檬酸（质量浓度，1%）、蒸馏水超声洗涤的大肠埃希氏杆菌空壳浸没入沉积反应液中，然后将反应液容器放入微波炉中，以300 W 辐照10min。取出后用蒸馏水充分洗涤，直到无明显TiO₂ 脱落为止，自然风干, 得到样品加入固液分离型膜生物反应器形成光催化型复合膜生物反应器处理某硝基苯废水。硝基苯废水的主要污染物指标COD=1000mg/L，BOD₅=200mg/L，NH₃-N=60mg/L，硝基苯=100mg/L。生物载体外表面的光催化剂TiO₂ 覆盖层起到光催化去除难降解污染物作用，生物载体内表面附着的生物膜起到了去除污染物的作用。同时由于生物载体的冲刷和紫外光杀菌作用，使膜清洗周期比同类材料膜生物反应器膜清洗周期延长两倍。处理后出水COD<100mg/L，BOD₅<30mg/L，NH₃-N≈0mg/L，硝基苯<2mg/L。出水水质达到国家标准（GB8978-1996）规定的污水综合排放1级标准。

实施例3：

将预先经无水乙醇、柠檬酸（质量浓度，1%）、蒸馏水超声洗涤的大肠埃希氏杆菌空壳浸没入沉积反应液中，然后将反应液容器放入微波炉中，以300 W 辐照15min。取出后用蒸馏水充分洗涤，直到无明显TiO₂ 脱落为止，自然风干, 得到样品作为膜曝气生物滤池反应器悬浮载体预处理某焦化废水。焦化废水的主要污染物指标COD=2000mg/L，BOD₅=200mg/L，NH₃-N=200mg/L，TN=250mg/L。在紫外灯照射下，生物载体外表面的光催化剂TiO₂ 覆盖层起到光催化去除难降解污染物作用，生物载体内表面附着的生物膜起到了去除污染物的作用。经处理后出水COD<100mg/L，BOD₅<25mg/L，NH₃-N<20mg/L，TN<20mg/L。出水达到国家标准（GB8978-1996）规定的污水综合排放2级标准。

Claims (1)

1.一种多用途复合型光催化生物细胞载体的制备方法，其特征在于，该方法预先将经无水乙醇、质量浓度0.1%的柠檬酸、蒸馏水超声洗涤的大肠埃希氏杆菌空壳浸没入沉积反应液中，然后将沉积反应液放入微波炉中，以300 W 辐照5 min～10min；取出后用蒸馏水充分洗涤，直到无明显TiO₂ 脱落为止，自然风干，得到多用途复合型光催化生物细胞载体；

所述的大肠埃希氏杆菌空壳制备方法是，以大肠埃希氏杆菌T偶数噬菌体处理大肠埃希氏杆菌，即将大肠埃希氏杆菌T偶数噬菌体与大肠埃希氏杆菌以数量比1:100制成悬浊液，大肠埃希氏杆菌T偶数噬菌体释放后在大肠埃希氏杆菌外壳上打一个小孔，深入到大肠埃希氏杆菌细胞内部，损坏大肠埃希氏杆菌的细胞质和细胞核，使大肠埃希氏杆菌只剩下一个空壳；

所述的沉积反应液的制备方法是，将氟钛酸铵水溶液逐渐加入硼酸水溶液中，氟钛酸铵水溶液和硼酸水溶液混合前的浓度分别为0.01mol/L和0.03mol/L，然后按0.1g/L加入纳米TiO₂ P25粉末作为结晶诱导剂，搅拌30min，过滤得到透明的沉积反应液。