CN104911173A

CN104911173A - 一种用于处理水中有机物和氨氮的磁性生物微胶囊的制备方法

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Publication number: CN104911173A
Application number: CN201410088965.0A
Authority: CN
Inventors: 刘新续; 史俊; 王琳; 蒋立群
Original assignee: SHANGHAI ENERGY SCIENCE AND TECHNOLOGY Ltd Co
Current assignee: SHANGHAI ENERGY SCIENCE AND TECHNOLOGY Ltd Co
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: CN104911173B

Abstract

本发明公开了一种用于处理水中有机物和氨氮的磁性生物微胶囊的制备方法。该方法为：（1）假丝酵母菌活细胞加入灭菌后的YPD培养基中培养，150-200rpm，25-28℃，5-6h后取培养至对数期的菌种液，低温干燥冷冻离心洗涤；用生理盐水悬浮提取出菌种制成假丝酵母菌悬浮液，OD值1.5-1.8；（2）按19-21g/L海藻酸钠和1.8-2.2g/LFe₃O₄的加量将海藻酸钠与Fe₃O₄粉末混合后加入去离子水中，加热至海藻酸钠完全溶解后冷却待用；（3）将酵母菌悬浮液和海藻酸钠-铁粉溶液按体积比1:9-1:11混合均匀后滴入氯化钙溶液中，固化30-40min滤出微胶囊。本发明制得的磁性生物微胶囊能高效降解水中有机物和氨氮，同时可保持菌体活力，将菌体与外界不良环境分开,利于在水中的均匀分布和分离,储存和使用时更稳定。

Description

一种用于处理水中有机物和氨氮的磁性生物微胶囊的制备方法

技术领域

本发明属于环境水处理和生物工程领域，涉及一种用于处理水中有机物和氨氮的磁性生物微胶囊的制备方法。

背景技术

我国水资源贫乏，污染日益严重，在淡水紧缺的情况下，水厂不得不使用微污染原水作为饮用水源。微污染原水的主要污染物是有机物和氨氮，针对微污染水体的众多处理技术中，生物技术因处理效率高，无二次污染被认为是最有前景的技术之一。其中，上个世纪七十年代发展出的酵母菌水处理技术已被广泛应用于重金属、石油、食品、印染废水的处理中。

在饮用水处理中，生物处理技术由于经济高效，无二次污染正受到越来越多的重视。针对需要去除的污染物，培养驯化优势菌种并选择良好的固定化生物载体才可能使处理效果达到最佳。微胶囊技术是近年来发展迅速、用途广泛的一种微生物固定化技术,它能较好地提高细菌存活率。包埋在微胶囊内的细菌由于与外界环境相隔离,可以免受环境的影响,从而保持稳定,而在适当条件下,被包封物质又可以释放出来。所以微胶囊技术在医药、食品、农药、印染等行业得到了广泛应用。但现有微胶囊技术中普遍存在微生物不稳定，受环境影响大的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有微胶囊生物处理技术中存在微生物不稳定，受环境影响大的问题，提供一种用于处理水中有机物和氨氮的磁性生物微胶囊的制备方法。

本发明一种用于处理水中有机物和氨氮的磁性生物微胶囊的制备方法，按如下步骤进行：

（1）YPD培养基灭菌后加入假丝酵母菌(CandidaYeast)活细胞,YPD培养基与假丝酵母菌菌种液体积比为1：140-1:160，接种假丝酵母菌菌种液浓度OD 值（光密度）在1.5以上，置于恒温气浴培养箱中培养，150-200rpm，25-28℃，5-6h后取培养至对数期的菌种液（OD值1.2-1.4），低温干燥冷冻离心，3000-4000rpm，5-6min。倒去上清液，并用生理盐水洗涤3-4次。用质量浓度为6%-8%的生理盐水悬浮提取出菌种，并在涡旋振荡器上振荡使混合均匀，制成假丝酵母菌菌种悬浮液，OD值在1.5-1.8左右；

（2）按19-21g/L海藻酸钠和1.8-2.2g/LFe₃O₄粉末的投加量，将海藻酸钠与Fe₃O₄粉末混合后加入去离子水中，加热至海藻酸钠完全溶解，冷却后的海藻酸钠-铁粉溶液待用；

（3）将培养至对数期的假丝酵母菌悬浮液和海藻酸钠-铁粉溶液按体积比1:9-1:11左右混合均匀。用注射器吸取一定体积的菌种混合液匀速滴入质量浓度为1.9-2.1%的氯化钙溶液中，为得到粒径均匀，大小一致的球形胶囊，滴定高度控制在5-7cm。固化30-40min后用150目筛网滤出微胶囊，并用去离子水洗涤去除胶囊表面的残余的氯化钙膜。

本发明的有益效果：

本发明方法制备的新型磁性生物微胶囊具有如下优点：

（1）是保护菌体活力最为有效和实用的方法，可将菌体与外界的不良环境分开,免受微量元素的损害,减缓受温度和压力的影响。形成磁性固体微胶囊,有利于在水中的均匀分布和分离,也有利于储存和使用时的稳定性。

（2）微胶囊粒径均匀，呈圆滑球形，表面结构疏松，有很多孔隙；内部结构也较松散且多孔道，具有良好的吸附和渗透性能。微胶囊中的纳米Fe₃O₄具有良好的生物相容性，对酵母菌的生长繁殖影响较小，酵母细胞并未出现皱变、结构塌陷、空壳等严重的金属中毒现象。

（3）微胶囊可有效吸附去除分子量500000Da以上大分子有机物，同时直接降解1000Da以下的小分子有机物。对于1000-5000Da之间的有机物，则可以被酵母菌胞外酶裂解后再降解。同时也可以有效降解水体中的氨氮。相对于散态酵母菌，微胶囊提高了菌体抗酸碱，抗毒能力。

本发明制备的磁性生物微胶囊将经过驯化的假丝酵母菌种固定在海藻酸钠-铁粉溶液与氯化钙溶液反应形成的凝胶微球内，为菌体提供了微小液态空间，提高了其抵抗外界环境干扰的能力。具有良好的生物相容性，结合了酵母水处理技术与微胶囊技术的各自优势，进一步提高了对水中有机物和氨氮的去除效率。此外，微胶囊中由于加入了纳米Fe₃O₄，使得微胶囊具有磁性而成为磁性生物微胶囊，这种磁性生物微胶囊便于分离，可以多次重复利用，具有较高的实用价值和应用潜力。

本发明的制备方法简单易行，影响因素少，对于处理水中有机物和氨氮方面有较大的潜力和应用价值。

附图说明

图1是本发明的磁性生物微胶囊的电镜扫描图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：本发明一种磁性生物微胶囊的制备方法如下：

预先配制好2%的氯化钙溶液，7.0%的生理盐水，均为质量浓度。

（1）将1ml假丝酵母菌菌种液加入150mlYPD培养基中，其中接种假丝酵母菌菌种液浓度，以OD值计，在1.5以上为宜，置于恒温气浴培养箱中培养，180rpm，26℃，5.5h后取对数时期的菌种液20ml，OD值为1.3，低温干燥冷冻离心，3500rpm，5.5min。倒去上清液，并用7%的生理盐水洗涤3次。用10ml生理盐水悬浮提取出的菌种，并在涡旋振荡器上振荡使混合均匀，制成酵母菌菌种悬浮液，OD值在1.6左右。

（2）称取0.2g海藻酸钠与0.02g Fe₃O₄粉末混合后加入约9ml去离子水，加热至海藻酸钠完全溶解，冷却后定容至10ml。所有药品与所用的器材均要121℃高温蒸汽灭菌15min。

（3）将酵母菌悬浮液和含有2g/L铁粉的海藻酸钠溶液按体积比1:10混合均匀。用20ml注射器吸取一定体积的菌种混合液匀速滴入2%的氯化钙溶液中，为得到粒径均匀，大小一致的球形胶囊，滴定高度控制在5-7cm左右。固化30min后用150目筛网滤出微胶囊，并用去离子水洗涤3次，去除胶囊表面的残余的氯化钙膜。

图1是按上述方法制得的磁性生物微胶囊内部电镜扫描图。从图1可看出，制得的磁性生物微胶囊粒径均匀（3-5mm），呈圆滑球形，表面结构疏松，有很多孔隙。

实施例2：本发明一种磁性生物微胶囊的制备方法：

预先配制好2.1%的氯化钙溶液，6%的生理盐水，均为质量浓度。

（1）将1ml假丝酵母菌菌种液加入140mlYPD培养基中，其中接种假丝酵母菌菌种液浓度，以OD值计，在1.5以上为宜，置于恒温气浴培养箱中培养，200rpm，25℃，5h后取对数时期的菌种液20ml，OD值为1.2，低温干燥冷冻离心，4000rpm，5min。倒去上清液，并用6%的生理盐水洗涤3.5次。用10ml生理盐水悬浮提取出的菌种，并在涡旋振荡器上振荡使混合均匀，制成酵母菌菌种悬浮液，OD值在1.5左右。

（2）称取0.19g海藻酸钠与0.018g Fe₃O₄粉末混合后加入约9ml去离子水，加热至海藻酸钠完全溶解，冷却后定容至10ml。所有药品与所用的器材均要121℃高温蒸汽灭菌15min。

（3）将酵母菌悬浮液和含有1.8g/L铁粉的海藻酸钠溶液按体积比1:9混合均匀。用20ml注射器吸取一定体积的菌种混合液匀速滴入2.1%的氯化钙溶液中，为得到粒径均匀，大小一致的球形胶囊，滴定高度控制在5-7cm左右。固化35min后用150目筛网滤出微胶囊，并用去离子水洗涤3次，去除胶囊表面的残余的氯化钙膜。

实施例3：本发明一种磁性生物微胶囊的制备方法：

预先配制好1.9%的氯化钙溶液，8%的生理盐水，均为质量浓度。

（1）将1ml假丝酵母菌菌种液加入160mlYPD培养基中，其中接种假丝酵母菌菌种液浓度，以OD值计，在1.5以上为宜，置于恒温气浴培养箱中培养，150rpm，28℃，6h后取对数时期的菌种液20ml，OD值为1.4，低温干燥冷冻离心，3000rpm，6min。倒去上清液，并用8%的生理盐水洗涤4次。用10ml生理盐水悬浮提取出的菌种，并在涡旋振荡器上振荡使混合均匀，制成酵母菌菌种悬浮液，OD值在1.8左右。

（2）称取0.21g海藻酸钠与0.022g Fe₃O₄粉末混合后加入约9ml去离子水，加热至海藻酸钠完全溶解，冷却后定容至10ml。所有药品与所用的器材均要121℃高温蒸汽灭菌15min。

（3）将酵母菌悬浮液和含有2.2g/L铁粉的海藻酸钠溶液按体积比1:11混合均匀。用20ml注射器吸取一定体积的菌种混合液匀速滴入1.9%的氯化钙溶液中，为得到粒径均匀，大小一致的球形胶囊，滴定高度控制在5-7cm左右。固化40min后用150目筛网滤出微胶囊，并用去离子水洗涤3次，去除胶囊表面的残余的氯化钙膜。

实施例4：应用试验和对比试验

将实施例1制得的磁性生物微胶囊应用于处理水中有机物和氨氮的效果如下：

以1：100的体积比（微胶囊体积以滴入氯化钙溶液形成凝胶微球的海藻酸钠-铁粉溶液量计），将磁性生物微胶囊投加入水体后，该磁性生物微胶囊在水体中分布均匀，迅速吸附UV₂₅₄和UV₄₁₀，对腐植酸浓度为8mg/L的模拟微污染原水，10min内对UV₂₅₄和UV₄₁₀的去除率分别达到83%和92%左右；对腐植酸浓度为10mg/L的模拟微污染原水，10min内对UV₂₅₄和UV₄₁₀的去除率可分别达到80%和95%左右。

以1：100的体积比将磁性生物微胶囊投加入水体，对氨氮初始浓度为2mg/L的原水，投加微胶囊4h左右其对氨氮的去除率已达到了90%；对氨氮初始浓度为5mg/L的原水，投加微胶囊4h左右对氨氮的去除率达到82%，有较好的处理效果。

对比处理水中的氨氮和有机物常规使用的硝化细菌，该磁性生物微胶囊对氨氮的去除效果提高约15%，同时对低温（6-10℃）和极端pH（酸性3-5、碱性9-11）有较好的耐受性。胶囊投入水中即可发挥效能，大大缩短了常规微生物处理方法的挂膜时间。

此外，这种磁性生物微胶囊能够很方便地从水体中分离出来，可以多次重复利用，提高了经济性和实用性。

Claims

1.一种用于处理水中有机物和氨氮的磁性生物微胶囊的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：

（1）YPD培养基灭菌后加入假丝酵母菌活细胞,YPD培养基与假丝酵母菌菌种液体积比为1：140-1:160，接种假丝酵母菌菌种液浓度OD值在1.5以上，置于恒温气浴培养箱中培养，150-200rpm，25-28℃，5-6h后取培养至对数期OD值为1.2-1.4的菌种液，低温干燥冷冻离心，3000-4000rpm，5-6min；倒去上清液，并用生理盐水洗涤3-4次；用质量浓度为6%-8%的生理盐水悬浮提取出菌种，并在涡旋振荡器上振荡使混合均匀，制成假丝酵母菌悬浮液，OD值在1.5-1.8；

（3）将培养至对数期的假丝酵母菌悬浮液与海藻酸钠-铁粉溶液按体积比1:9-1:11混合均匀；用注射器吸取一定体积的菌种混合液匀速滴入质量浓度为1.9-2.1%的氯化钙溶液中，滴定高度控制在5-7cm左右；固化30-40min后用150目筛网滤出微胶囊，并用去离子水洗涤去除胶囊表面的残余的氯化钙膜。

2.如权利要求1所述的用于处理水中有机物和氨氮的磁性生物微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，按20g/L海藻酸钠与2g/LFe₃O₄粉末的投加量，将海藻酸钠与Fe₃O₄粉末混合后加入去离子水中，加热至海藻酸钠完全溶解后冷却待用。

3.如权利要求1所述的用于处理水中有机物和氨氮的磁性生物微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，将酵母菌悬浮液和海藻酸钠-铁粉溶液按体积比1:10混合均匀后滴入氯化钙溶液中，固化30min滤出微胶囊。