CN103789296A

CN103789296A - 用于场地修复的固定化微生物小球及其制备方法

Info

Publication number: CN103789296A
Application number: CN201410014392.7A
Authority: CN
Inventors: 李辉; 林匡飞; 刘勇弟; 周雅珍; 杨洁
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明公开了一种用于场地修复的固定化微生物小球及其制备方法，所述用于场地修复的固定化微生物小球，包括如下重量百分比的组分：聚乙烯醇30-65%，海藻酸钠1-4%，活性炭粉末2-10%，还原铁粉1-10%氯代烃降解浓缩污泥15-60%。本发明的优点在于，具有强度高、化学稳定性好、对微生物无毒、价格低廉，使污染物的处理效果得到了明显的提高，而且能够延长小球的使用寿命，使小球具有更好的工程化潜，对有机物污染的地下水具有高效、经济、无二次污染的特点。

Description

用于场地修复的固定化微生物小球及其制备方法

技术领域

本发明涉及采用生物法治理土壤和地下水有机物污染的方法。

背景技术

氯代烃是指烃分子中的氢原子被氯原子取代后的化合物，在自然界中存在较少，大部分是人工合成的，具有较强的穿透性和化学稳定性。氯代烃类有机物广泛用于工业清洗剂和化学溶剂，由于管理不善和处置不当，造成了普遍的土壤和地下水环境污染。氯代烃不仅具有较高的毒性，具有致癌和致突变作用，对人体的肝、肾、心血管和胃肠等器官都有极强的毒害作用，还会影响中枢神经系统；而且在环境中难以降解，这些对生态环境和人体健康构成极大威胁。氯代烃的广泛存在及其危害性已经引起全世界的广泛关注。有必要尽快采取措施处理氯代烃造成的土壤和地下水污染。

现有的土壤和地下水污染修复方法中，生物法具有较大优势，能耗低、成本低、无二次污染，处理效果好，是目前认为最有发展前景的修复技术。其中，固定化微生物技术采用物理或化学方法将微生物限定在一定的空间结构内，不易扩散到环境当中，不会造成地下水生物污染，并且能够保持微生物活性，便于连续、多次使用。同时，微生物细胞被固定在载体上，也可以大大提高微生物对有毒物质的承受能力，可用于高浓度污染物的处理。

现有固定化技术当中，常用海藻酸钠作为包埋载体，它具有固化、成形方便、对微生物毒性小等优点，但其形成的小球机械强度较低、稳定性差、使用寿命短、处理效果较差；

发明内容

本发明的目的是提供一种用于场地修复的固定化微生物小球及其制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，满足相关领域的需要。

所述的用于场地修复的固定化微生物小球，包括如下重量百分比的组分：

优选的，所述的用于场地修复的固定化微生物小球，包括如下重量百分比的组分：

范围2：

优选的，由如下重量百分比的组分组成：

还原铁粉的目数为100-400目；活性炭粉末的目数为100-400目；

聚乙烯醇粘均分子量为110000～130000；海藻酸钠粘均分子量为4000～185000；

所述氯代烃厌氧降解菌浓缩污泥，MLVSS为8-10mg/L，可采用重力浓缩法，沉降后的污泥体积为原来的1/4时，即为浓缩污泥（可参考《水污染控制工程》）文献报道的方法制备。所述氯代烃厌氧降解菌剂来自实验制备，制备方法见发明专利“一种氯代烃厌氧降解菌剂的制备方法及应用（ZL201210232794.5）”；

术语“MLVSS”指的是混合液挥发性悬浮固体浓度，本项指标所表示的是混合液活性污泥中有机性固体物质部分的浓度；

所述用于场地修复的固定化微生物小球的制备方法，包括如下步骤：

（1）将聚乙烯醇和海藻酸钠在95-100℃加热溶解，加入活性炭粉末和还原铁粉，搅拌混合，获得混合液；

（2）将获得的混合液降至室温，加入氯代烃降解浓缩污泥，搅拌混合；

（3）将步骤（2）的产物，加入CaCl₂溶液和饱和硼酸溶液混合配置成的交联剂中，2～6℃优选4℃下，在所述交联剂中浸泡18-24h，交联固定，然后从反应产物中，收集所述的固定化微生物小球

优选的，将步骤（2）的产物，采用滴加的方式，加入重量浓度为1%CaCl₂溶液及饱和硼酸溶液的交联剂中，滴加时间为20～40分钟；

所述的CaCl₂ ^-饱和硼酸混合交联剂的pH值为6～7，可用1mol/L Na₂CO₃溶液调节；

交联剂的用量与聚乙烯醇、海藻酸钠、活性炭粉末、还原铁粉和氯代烃降解浓缩污泥的量没有直接关系，一般为步骤（2）的产物的体积的5～10%；

本发明的优点在于，小球具有机械强度高，降解氯代烃效果好，稳定性好、使用寿命长，降解菌不易扩散，对生物无毒、对环境无害，制作成本低，在处理氯代烃有机物污染的土壤和地下水方面具有良好的工程化应用潜力。

小球具有较好的机械强度，在优选条件下制备的小球较难破碎，其机械强度表征方法为：1）将制备好的固定化小球取出大小形状相近的15粒，放置于天平上；2）在小球上面放一个载玻片，天平归零，然后慢慢地压载玻片，观察小球直至变形且不能恢复为止，读出小球所能承受的最大质量Mi，然后换算成压力Fi(mN)；3）单个小球的机械强度(用压力表示)为Fi=10Mi/15，分别测量3组取平均值，即为小球的平均机械强度。所有小球中，最容易被破坏的机械强度记作1，最难被破坏的记作5。小球的机械强度值见表1。

表1不同活性炭浓度下小球机械强度

附图说明

图1制备完成的小球图。

图2固定化小球降解性能图。

图3固定化小球重复利用图。

具体实施方式

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

配方：（重量）

聚乙烯醇粘均分子量为110,000，所述海藻酸钠粘均分子量为185,000；

制备方法：

（1）将聚乙烯醇和海藻酸钠在95℃的水浴中加热溶解，加入活性炭粉末和还原铁粉混匀；

（2）待步骤（1）中获得的混合液温度降至30℃，加入氯代烃降解浓缩污泥，混合；

（3）用注射器将步骤（2）中获得的混合液逐滴滴加到重量浓度为1%CaCl₂溶液及饱和硼酸溶液的混合交联剂中，滴加时间为20分钟，然后置于4℃冰箱内，小球在交联剂中浸泡24h充分交联固定；

（4）将步骤（3）中获得的固定化微生物小球取出，用生理盐水冲洗3遍，充分洗去CaCl₂和硼酸，放入冰箱以4℃保存待用；

还原铁粉的目数为400目，活性炭粉末的目数为400目；

所述氯代烃降解浓缩污泥，MLVSS为8mg/L；

重量浓度为1%CaCl₂ ^-饱和硼酸混合交联剂的pH值为7.0；混合交联剂的重量用量为聚乙烯醇、海藻酸钠、活性炭粉末、还原铁粉和氯代烃降解浓缩污泥总体积的10%；

本方法制备的用于污染场地修复的固定化微生物小球，在厌氧条件下TCA降解效率高，均达到80%以上。

制备出的小球如图1所示。

实施例2

配方：（重量）

聚乙烯醇粘均分子量为130,000，所述海藻酸钠粘均分子量为4,000；

制备方法：

（2）待步骤（1）中获得的混合液温度降至25℃，加入氯代烃降解浓缩污泥，混合；

（3）用注射器将步骤（2）中获得的混合液逐滴滴加到重量浓度为1%CaCl₂溶液及饱和硼酸溶液的混合交联剂中，滴加时间为40分钟，然后置于4℃冰箱内，小球在交联剂中浸泡20h小时充分交联固定；

还原铁粉的目数为400目，活性炭粉末的目数为400目；

所述氯代烃降解浓缩污泥，MLVSS为10mg/L；

实施例3

固定化微生物小球的降解性能

将实施例1制备好的固定化微生物小球从无菌水中取出后，放入增殖培养基中进行培养，30℃下，摇床转速100r/min，增殖时间为24小时，共增殖3次。增殖培养基的配方为：MgCl₂·6H₂O：0.4g.L^-1，KH₂PO₄：0.2g.L^-1，KCl：0.5g.L^-1，NH₄Cl：0.25g.L^-1，NaHCO₃：3g.L^-1，CaCl₂·2H₂O：0.075g.L^-1，葡萄糖：1g.L^-1，TCA：80mg.L^-1，用1mol/L Na₂CO₃溶液调节pH至7.0。

取5g固定化微生物小球和5g MLVSS为9.5g/L的浓缩污泥，置于120ml血清瓶中，加入无机盐培养基，配方为：MgCl₂·6H₂O：0.4g.L^-1，KH₂PO₄：0.2g.L^-1，KCl：0.5g.L^-1，NH₄Cl：0.25g.L^-1，NaHCO₃：3g.L^-1，CaCl₂·2H₂O：0.075g.L^-1。加入三氯乙烷（TCA），使每个血清瓶中的TCA浓度为80ppm。置于生化培养箱30℃下，摇床转速100r/min，每24小时取样检测剩余TCA浓度。

如图2所示，经过14天的降解，固定化微生物小球对TCA的降解率为90%。

实施例4

采用实施例2的制备好的固定化微生物小球从无菌水中取出后，采用与实施例3相同的方法进行试验，经过14天的降解，固定化微生物小球对TCA的降解率为85%。

实施例5

固定化微生物小球的可重复性试验

在120ml的血清瓶中加入5g实施例1制备的固定化微生物小球，并加入无机盐培养基，配方为：MgCl₂·6H₂O：0.4g.L^-1，KH₂PO₄：0.2g.L^-1，KCl：0.5g.L^-1，NH₄Cl：0.25g.L^-1，NaHCO₃：3g.L^-1，CaCl₂·2H₂O：0.075g.L^-1。加入TCA，使每个血清瓶中的TCA浓度为80ppm。置于生化培养箱30℃下，摇床转速100r/min，每24小时取样检测剩余TCA浓度。培养至污染物几乎降解完视为一个周期。

取出固定化微生物小球，用蒸馏水和生理盐水清洗干净，进行下一批次试验。

如图3所示，第一批固定化微生物小球16天降解85%的TCA；第二批小球10天降解86%的TCA；第三批小球8天降解85%的TCA；第四批小球7天降解85%的TCA。且经历了4个周期之后小球并没有溶胀瓦解，并保持一定的形状。

用本发明制备的固定化微生物小球对于氯代烃有较好的降解能力，能够在较短的时间内降解浓度为80ppm的TCA，且降解率都保持在85%以上。并且具有较好的重复利用性和工程化潜力。

Claims

1.用于场地修复的固定化微生物小球，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：

2.根据权利要求1所述的用于场地修复的固定化微生物小球，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：

3.根据权利要求1所述的用于场地修复的固定化微生物小球，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：

4.根据权利要求1所述的用于场地修复的固定化微生物小球，其特征在于，还原铁粉的目数为100-400目；活性炭粉末的目数为100-400目。

5.根据权利要求1～4任一项所述的用于场地修复的固定化微生物小球，其特征在于，所述氯代烃降解浓缩污泥，MLVSS为8-10mg/L。

6.根据权利要求1～4任一项所述的用于场地修复的固定化微生物小球，其特征在于，所述聚乙烯醇粘均分子量为110000～130000，所述海藻酸钠粘均分子量为4000～185000。

7.根据权利要求5所述的用于场地修复的固定化微生物小球，其特征在于，所述聚乙烯醇粘均分子量为110000～130000，所述海藻酸钠粘均分子量为4000～185000。

8.根据权利要求1～7任一项所述的用于场地修复的固定化微生物小球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将聚乙烯醇和海藻酸钠加热溶解，加入活性炭粉末和还原铁粉，搅拌混合，获得混合液；

（3）将步骤（2）的产物，加入CaCl₂溶液和饱和硼酸溶液的混合交联剂中，在所述混合交联剂中浸泡，交联固定，然后从反应产物中，收集所述的固定化微生物小球。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，将步骤（2）的产物，加入CaCl₂溶液和饱和硼酸溶液的混合交联剂中，2～6℃下，在所述混合交联剂中浸泡18-24h，交联固定。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将步骤（2）的产物，采用滴加的方式，加入重量浓度为1%CaCl₂溶液及饱和硼酸溶液的混合交联剂中，滴加时间为20～40分钟，所述的CaCl₂ ^-饱和硼酸混合交联剂的pH值为6～7，混合交联剂的用量为步骤（2）的产物体积的5～10%。