CN102424819B

CN102424819B - 光合细菌固化颗粒及其制备方法

Info

Publication number: CN102424819B
Application number: CN 201110451766
Authority: CN
Inventors: 李建; 张戈; 龙波; 王显勇
Original assignee: SICHUAN QINGHE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN QINGHE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: CN102424819A

Abstract

本发明涉及光合细菌固化颗粒及其制备方法，属于环保技术领域。本发明解决的技术问题是现有的光合细菌固化颗粒制备过程耗时长，制备的光合细菌固化颗粒浓缩程度不够，光合细菌固化颗粒粘合不好，沉降过程中菌体流失大，投入水体后发散面积小，净化效果不佳。本发明的技术方案是提供一种光合细菌固化颗粒，由下述重量配比的成分组成：硅藻土900～1000份、膨润土30～50份和光合细菌菌液1000份。

Description

光合细菌固化颗粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及光合细菌固化颗粒及其制备方法，属于环保技术领域。

背景技术

光合细菌(Photosynthetic bacteria，PSB)是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物。按照《伯杰细菌鉴定手册》(1974年第8版)将不产氧光合作用的光合细菌列为细菌门真细菌纲红螺菌目(Rhodospirillales)，细菌门真细菌纲红螺菌目又下分为红螺菌亚目(Rhodospirillineae)和绿菌亚目(Chlorobiineae)，红螺菌亚目下分为红螺菌科(Rhodospirillaceae)和着色菌科(Chlorobiaceae)，绿菌亚目下分为绿硫杆菌(Chlorobiaceae)和绿色丝状杆菌(Chloroflexaceae)共18属，约45种。光合细菌能降解水体中的亚硝酸盐、硫化物等有毒物质，能忍耐高浓度的有机废水，忍受和分解酚氰等有毒物质，使其在水处理方面具有其它微生物无法替代的优势。由于光合细菌菌体较小，自然沉降困难，在实际应用中存在菌体流失和固液分离两个问题。为了解决这两个问题，就需要不断地培养和添加新鲜菌体，还需要进行固液分离的处理工作，由此造成处理工艺流程复杂，增加处理成本，严重影响了它在生产中的推广应用。为了更好的发挥光合细菌的优势，因此产生了光合细菌固化技术。固定光合细菌是通过一定的技术手段将光合细菌固定在载体上，避免菌体流失，提高菌体利用率，简化处理工艺。目前常用的有吸附法、交联法、包埋法。其中，吸附法是生产应用前景最好的方法，该方法依靠载体与菌体间的分子力、疏水力或离子键力将两者结合在一起，具有操作简单、反应条件温和、不影响细胞活性等优点。固定光合细菌关键在于选择适当的固定材料作为载体，将光合细菌固定在载体上，并保持生物活性。吸附材料可采用无机或有机材料，例如：沸石、多孔陶瓷、软性纤维等。

目前已有的制备光合细菌固化颗粒的技术有：利用沸石粉、矿渣等无机材料与光合细菌结合；利用海藻酸钠、琼脂等有机材料与光合细菌结合；利用生物材料如活性污泥与光合细菌交联。如：申请号为200610018362.9，发明名称为“光合细菌的固定化方法”的中国专利申请公开了一种光合细菌的固定化方法。该方法选择粒度为120～200目的沸石粉，按质量比为1∶0.03～0.05∶0.2～0.3的比例加入粘度为500～1000mpa·s的海藻酸钠和光合细菌浓缩液，混和拌匀，制粒，置于浓度为20～40g/L的CaCl₂溶液中硬化，清水漂洗后得成品。在该发明方法中，制备过程持续时间长，含水量高，CaCl₂对菌体活性影响大，制备得到光合细菌固化颗粒粘合不紧密，沉降过程中菌体流失大，光合细菌固化颗粒浓缩程度不够，单位体积所含光合细菌数量较少，投入水体后发散面积小，净化效果不佳。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种光合细菌固化颗粒及其制备方法。本发明解决的技术问题是现有的光合细菌固化颗粒制备过程耗时长，制备得到光合细菌固化颗粒浓缩程度不够，光合细菌固化颗粒粘合不好，沉降过程中菌体流失大，投入水体后发散面积小，净化效果不佳。

本发明提供了一种光合细菌固化颗粒，由下述重量配比的成分组成：硅藻土900～1000份、膨润土30～50份和光合细菌菌液1000份。

优选的，上述光合细菌固化颗粒由下述重量配比的成分组成：硅藻土950份、膨润土30份和光合细菌菌液1000份。

其中，上述光合细菌优选红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌。

其中，上述膨润土优选钠基膨润土。

其中，上述光合细菌菌液浓度为20～50亿个/mL。

本发明还提供了光合细菌固化颗粒的制备方法，包括如下步骤：

a、将硅藻土加入到光合细菌菌液中，搅拌，过滤，制备含水量在50～60％的光合细菌浓缩液；

b、将硅藻土、膨润土加入到步骤a得到的光合细菌浓缩液中，搅拌，制备光合细菌物料；

c、对步骤b得到的光合细菌物料进行造粒，即得光合细菌固化颗粒。

其中，上述硅藻土、膨润土、光合细菌菌液、重量配比为：900～1000份∶30～50份∶1000份。

其中，上述硅藻土的使用方法为：步骤a中取50～100份所述的硅藻土加入到光合细菌菌液中，在步骤b中将剩余硅藻土加入到光合细菌浓缩液中。

其中，步骤b中光合细菌物料的含水量在5.5～6％。

其中，步骤c中造粒标准为：每粒光合细菌固化颗粒质量为5g，体积为3cm³。

本发明中光合细菌固化颗粒耐储藏、保质期长达12个月，运输方便，沉降迅速，可在沉底后5分钟内开始发散，发散面积扩大3～5倍，形成大面积菌膜。本发明方法所采用的原料易于获得，操作简单，生产成本低，不添加任何化学成分；以膨润土作为粘结剂，由于其兼具吸附作用，可以提供更大的比表面积吸附光合细菌，使得1000公斤光合细菌菌液可对应生产约1000公斤光合细菌固化颗粒，浓度可达到约30亿个/g，极大地提高了光合细菌固化颗粒中有效成分的含量。经检测发现，本发明光合细菌固化颗粒可以迅速降低水体底泥中化学需氧量(COD)和氨氮(NH₃-N)含量，使底泥溶氧量(DO)升高。由此可见，本发明中光合细菌固化颗粒能够迅速净化污染水体，抑制其他有害藻类及好养细菌的生长(例如：蓝藻等)，达到治理水污染的效果，具有广阔的市场前景。

具体实施方式

本发明的光合细菌固化颗粒，由下述重量配比的成分组成：硅藻土900～1000份、膨润土30～50份和光合细菌菌液1000份。

其中，上述膨润土优选钠基膨润土。

其中，上述光合细菌菌液浓度为20～50亿个/mL。

b、将硅藻土、膨润土加入到a中光合细菌浓缩液中，搅拌，制备光合细菌物料；

c、对b中光合细菌物料进行造粒，即得光合细菌固化颗粒。

其中，上述硅藻土、膨润土、光合细菌菌液的重量配比为：900～1000份∶30～50份∶1000份。

其中，步骤b中光合细菌物料的含水量在5.5～6％。

本发明中光合细菌(Photosynthetic bacteria)简称PSB，是地球上最古老的一类细菌，其菌体营养丰富，蛋白质含量高达65％，且富含多种维生素、辅酶等生物活性物质和微量元素，适应性强，能忍耐高浓度的有机废水，具有较强的分解转化能力，在水处理方面具有其它微生物无法替代的优势。适用于本发明的光合细菌可选用红螺菌科(Rhodospirillaceae)红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)的光合细菌。在实际生产中，可以根据生产条件、产品的应用范围等选择合适的光合细菌。光合细菌菌液浓度达到20～50亿个/mL即可用于本发明，制备得到的光合细菌固化颗粒单位体积含菌量高，具有较好的污水净化能力。

本发明中膨润土用作粘结剂。膨润土可吸附8～15倍于自身体积的水，体积膨胀可达数倍至30倍。在多水条件下，膨润土晶体结构非常微细，使其具有许多优良特性，如高分散性、悬浮性、膨润性、粘结性、吸附性、阳离子交换性等。膨润土的主要成分是蒙脱石。蒙脱石是典型的层状硅酸盐矿物之一。在本发明中膨润土不仅可用于粘结光合细菌，还可以吸附光合细菌，在光合细菌固化颗粒投放到水体后还可以吸附水体中的污染物，辅助性提高净水效果。膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型：层间阳离子为Na⁺时称钠基膨润土；层间阳离子为Ca²⁺时称钙基膨润土；层间阳离子为H⁺时称氢基膨润土；层间阳离子为有机阳离子时称有机膨润土。其中，钠基膨润土物理化学性质和工艺技术性能较优越，主要表现在：吸水率和膨胀倍数大；阳离子交换量高；在水介质中分散性好，胶质价高；有较高的可塑性和较强的粘结性。为了使制备得到的光合细菌固化颗粒的使用效果更好，在本发明中使用钠基膨润土。

本发明中硅藻土的主要成分是含水的非品质SiO₂，显微镜下可观察到天然硅藻土的特殊多孔性构造，使其具有一些独特的性能，如：多孔性、较低的浓度、较大的比表面积、相对的不可压缩性及化学稳定性。硅藻土的PH值中性、无毒，体重轻软，孔隙度大，吸附性能强，适于用作制备光合细菌固化颗粒的吸附剂。为了使制备得到的光合细菌固化颗粒的使用效果更好，在本发明中采用精致硅藻土。

本发明制备方法中硅藻土分两步使用，先加入一部分硅藻土到光合细菌菌液中，是为了让硅藻土充分吸附光合细菌，然后通过过滤去除菌液中的部分水分，得到光合细菌浓缩液；再向光合细菌浓缩液中加入剩余硅藻土和膨润土，是为了得到粘结良好的光合细菌物料用于造粒。在实际生产中，可根据所选用的光合细菌的大小、硅藻土的吸附能力及过滤设备的孔径等条件来调整加入到光合细菌菌液中的硅藻土的重量。将一部分硅藻土加入到光合细菌菌液后，要均匀搅拌使硅藻土充分吸附光合细菌，然后经过滤将硅藻土吸附光合细菌后剩余的水分去除，过滤时可根据所选用的光合细菌的大小及产品其它的要求来选择过滤设备。控制光合细菌物料的含水量在5.5～6％是为了造粒得到的光合细菌固化颗粒的粘结良好，同时又不会影响光合细菌固化颗粒在投放后的发散效果。造粒的标准为每粒光合细菌固化颗粒质量为5g，体积为3cm³，造粒可用机械或者手工等方式进行，采用机械方式可以提高生产效率。

为了说明本发明的有益效果，以申请号为200610018362.9，发明名称为“光合细菌的固定化方法”的中国专利申请作为对比，按照该专利申请公开的光合细菌的固定化方法制备光合细菌固化颗粒，用来与本发明的制备方法制备的光合细菌固化颗粒作比较。

本发明对制备得到的光合细菌固化颗粒的沉降时间、发散开始时间、发散结束时间、发散面积进行了测定。沉降时间、发散开始时间、发散结束时间均以投放时间作为计时起点。发散面积根据比表面积进行对比。

本发明还测定了光合细菌固化颗粒对水体底泥的净化能力。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述。

下述实施例中光合细菌选用沼泽红假单胞菌(Rhodopseudanonas palustris)，属于红螺菌科、红假单胞菌属，可用于水质净化、污水处理、饲料级微生物添加剂等，其菌液浓度为30亿个/mL。其中，菌株来源：农业部沼气科学研究所；菌株保藏编号：00309。

下述实施例中使用钠基膨润土，其主要成分为60～88％(wt/wt)的蒙脱石，膨胀容为25～50ml/g，胶质价≥99ml/15g，2h吸水率为250～350％，水分≤12％，湿压强度≥0.23(Mpa)，吸蓝量≥80mmol/g，Na₂O≥1.28％。

下述实施例中使用细度为200目的硅藻土，其主要成分为70％(wt/wt)的二氧化硅、15～18％(wt/wt)的三氧化二铝、4％(wt/wt)的三氧化二铁、8～10％(wt/wt)的水，松密度为0.40g/cm3。

下述实施例中使用的0.001～0.1微米的滤膜为PP中空纤维超滤膜。PP中空纤维超滤膜是利用高分子材料采用特殊工艺制成的不对称半透膜。它呈中空毛细管状，管壁密布微孔，超滤膜的孔径大约在0.001～0.1微米范围内，截留分子量约在1000～500000道尔顿，在压力的作用下，原液在膜内或膜外流动，其中的溶剂或小分子可以透过膜，收集为超滤液，而其中的大分子物质(蛋白质、各类酶、核酸、多糖等)以及胶体粒子(乳胶、微粒子)、细菌等被截留在膜外，被循环流动的原液带走成为浓缩液，从而实现物质的分离、浓缩和提纯。

下述实施例中采用对辊造粒机进行造粒。

实施例1光合细菌固化颗粒的制备

a、将50公斤硅藻土加入1000公斤光合细菌菌液中，充分搅拌，使硅藻土充分吸附光合细菌，0.001～0.1微米的PP中空纤维超滤膜过滤，得含水量在50％的光合细菌浓缩液；

b、将850公斤硅藻土、30公斤的膨润土加入到步骤a得到的光合细菌浓缩液中，搅拌，得到含水量在6％的光合细菌物料；

c、按每粒光合细菌固化颗粒质量为5g，体积为3cm³的标准，用对辊造粒机对步骤b得到的光合细菌物料进行造粒，即得光合细菌固化颗粒。

制备得到的光合细菌固化颗粒的沉降时间、发散开始时间、发散结束时间、发散面积见表1。

实施例2光合细菌固化颗粒的制备

a、将50公斤硅藻土加入1000公斤光合细菌菌液中，充分搅拌，使硅藻土粉充分吸附光合细菌，0.001～0.1微米的PP中空纤维超滤膜过滤，得含水量在55％的光合细菌浓缩液；

b、将900公斤硅藻土、30公斤的膨润土加入到步骤a得到的光合细菌浓缩中，搅拌，得到含水量在5.8％的光合细菌物料；

实施例3光合细菌固化颗粒的制备

a、将50公斤硅藻土加入1000公斤光合细菌菌液中，充分搅拌，使硅藻土粉充分吸附光合细菌，0.001～0.1微米的PP中空纤维超滤膜过滤，得含水量在60％的光合细菌浓缩液；

b、将950公斤硅藻土、50公斤的膨润土加入到步骤a得到的光合细菌浓缩液中，搅拌，得到含水量在5.5％的光合细菌物料；

对比例

以申请号为200610018362.9，发明名称为“光合细菌的固定化方法”的中国专利申请公开的方法制备光合细菌固化颗粒：

a、将浓度为5g/L的磷酸氢钙溶液加到光合细菌培养液中，过夜，使菌体絮凝，虹吸法吸去上清液，获得光合细菌浓缩液；

b、取粒度为140目的沸石粉50kg，添加粘度为800mpa·s的海藻酸钠2.5kg，拌匀，再加入光合细菌浓缩液10kg，混匀，用制粒机造粒成形，成型后的颗粒置于浓度为30g/L的CaCl₂溶液中硬化6h，硬化后取出用自来水漂洗两次，即得光合细菌固化颗粒。

表1实施例1～3、对比例中制备的光合细菌固化颗粒沉降速度和发散面积测定

表1中沉降时间、发散开始时间、发散结束时间均以投放时间作为计时起点，发散面积按照比表面积进行对比。从表1中数据可看出：对比例中的光合细菌固化颗粒由于粘合力度不够，颗粒比较蓬松，下沉过程中就已经开始发散，导致菌体流失大；又因受海藻酸钙固化的缘故，发散面积不大，光合细菌附着面积小。实施例1～3中光合细菌固化颗粒沉降快，粘合好、在沉降过程中不发散、不会造成菌体流失，发散面积扩大3～5倍、能形成大面积的菌膜。

实施例4实施例1～3、对比例中制备的光合细菌固化颗粒的净化能力测定

抽取某池塘里的底泥来进行对比实验，底泥的污染指标如下：pH为6.89，化学需氧量(COD)为78.5mg/L，底泥溶氧量(DO)为2.95mg/L，氨氮(NH₃-N)含量为1.13mg/L。

实验分组：实施例1中光合细菌固化颗粒、实施例2中光合细菌固化颗粒、实施例3中光合细菌固化颗粒、对比例中光合细菌固化颗粒、光合细菌菌液共5组。取此底泥5份，各组使用1分底泥进行对比实验，结果见表2。

水质指标测定方法：pH采用pH计(上海雷磁PHBJ-260便携式PH计)直接测量；COD采用重铬酸钾法测定(参照GB/T 11914-1989)；DO采用便携式溶解氧分析仪(上海雷磁JPBJ-608型便携式溶解氧测定仪)直接测定；NH₃-N含量采用纳氏试剂分光光度法测定(参照GB/T 7479-1987)。

表2实施例1～3、对比例中制备的光合细菌固化颗粒的净化能力测定

从表2中数据可以看出：经实施例1～3的光合细菌固化颗粒、对比例的光合细菌固化颗粒和光合细菌菌液处理7天后，水体底泥的化学需氧量(COD)和氨氮(NH₃-N)含量有了降低，同时溶氧量(DO)有了提高，说明对水体底泥起到了净化作用。进一步分析发现：在处理的第7天，经实施例1～3的光合细菌固化颗粒处理后，水体底泥的COD分别降低了45.73％、57.20％、51.08％，明显高于对比例的24.95％以及光合细菌菌液的32.73％；经实施例1～3的光合细菌固化颗粒处理后，水体底泥的DO分别增加了44.07％、79.32％、64.74％，明显高于对比例的31.53％以及光合细菌菌液的38.98％；经实施例1～3的光合细菌固化颗粒处理后水体底泥的NH₃-N含量分别降低了39.82％、60.18％、49.56％，高于对比例的27.43％以及光合细菌菌液的31.86％。，此外，从上述数据发现，尤其以实施例2中光合细菌固化颗粒的净化效果最为理想。

Claims

1.光合细菌固化颗粒，其特征在于：由下述重量配比的成分组成：硅藻土900~1000份、膨润土30~50份和光合细菌菌液1000份；所述的光合细菌为红假单胞菌属光合细菌，菌液浓度为20~50亿个/mL。

2.根据权利要求1所述的光合细菌固化颗粒，其特征在于：由下述重量配比的成分组成：硅藻土950份、膨润土30份和光合细菌菌液1000份。

3.根据权利要求1或2所述的光合细菌固化颗粒，其特征在于：所述的膨润土为钠基膨润土。

4.光合细菌固化颗粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、将硅藻土加入到光合细菌菌液中，搅拌，过滤，制备含水量在50~60%的光合细菌浓缩液；所述的光合细菌为红假单胞菌属光合细菌，菌液浓度为20~50亿个/mL；

c、对步骤b得到的光合细菌物料进行造粒，即得光合细菌固化颗粒；

所述的硅藻土、膨润土、光合细菌菌液的重量配比为：900~1000份︰30~50份︰1000份。

5.根据权利要求4所述的光合细菌固化颗粒的制备方法，其特征在于：所述硅藻土的使用方法为：在步骤a中取50~100份硅藻土加入到光合细菌菌液中，在步骤b中将剩余硅藻土加入到光合细菌浓缩液中。

6.根据权利要求4所述的光合细菌固化颗粒的制备方法，其特征在于：步骤b中光合细菌物料的含水量在5.5~6%。

7.根据权利要求4所述的光合细菌固化颗粒的制备方法，其特征在于：步骤c造粒标准为：每粒光合细菌固化颗粒质量为5g，体积为3cm³。