CN105087541A

CN105087541A - 微生物的固定化方法

Info

Publication number: CN105087541A
Application number: CN201510563078.9A
Authority: CN
Inventors: 乔瑞平; 乔丽丽; 张伦梁; 蒋玮
Original assignee: Poten Environment Group Co Ltd
Current assignee: Poten Environment Group Co Ltd
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2035-09-07
Also published as: CN105087541B

Abstract

本发明实施例公开了微生物的固定化方法，包括以下步骤：将助型剂与水混合，在60～100℃下搅拌，得到浆液；助型剂为糊精、聚乙烯醇、淀粉、羧甲基纤维素、海藻酸钠和聚乙二醇中一种或多种；助型剂与水的质量比为(3～15):100；将浆液冷却到0～40℃后，向浆液中加入微生物菌剂，搅拌混匀，再与粒度为100～500目的活性炭混合；继续搅拌混匀，得到含有微生物菌剂的载体基质；助型剂与粒度为100～500目的活性炭质量比为(3～15):(200～300)；将含有微生物菌剂的载体基质进行造粒处理，制成活性炭固定化微生物颗粒。本发明的方法对微生物损害小，获得的微生物颗粒机械强度高，不易破损，使用寿命长。

Description

微生物的固定化方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及微生物的固定化方法。

背景技术

固定化微生物技术是用化学或物理的手段和方法，将游离的细胞或者酶定位至某一特定空间范围内，保留其固有的催化活性，且能够被重复和连续使用的现代生物工程技术。固定化微生物技术克服了生物细胞太小，与水溶液分离较难，易造成二次污染的缺点，并且具有效率高、稳定性强和保持高效菌种的优点。目前，该项技术被广泛应用在水处理领域，成为研究热点。

微生物的固定化方法包括：吸附法、共价结合法、包埋法和交联法，其中以包埋法最为常用。包埋法固定化微生物的载体材料主要有两类，一类是天然高分子多糖类，如海藻酸钠、琼脂等，具有固定化成形方便，对微生物毒性小及固定化密度高等优点，但抗微生物分解能力差，机械强度较低，并且使用寿命短，通常为2～3个月；另一类是合成的高分子化合物，如聚乙烯醇、聚丙烯酞胺等，具有抗微生物分解性能强、机械强度高、化学稳定性好等优点，但在包埋过程中，聚合物载体网络的形成条件比较剧烈，对微生物损害较大，而且成形多样结构可控性差。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例公开了微生物的固定化方法，用于解决在包埋过程中对微生物损害大，形成微生物固定化颗粒后抗微生物分解能力差，机械强度较低，导致使用寿命短的问题。技术方案如下：

微生物的固定化方法，包括以下步骤：

将助型剂与水混合，在60～100℃下搅拌，得到浆液；所述助型剂为糊精、聚乙烯醇、淀粉、羧甲基纤维素、海藻酸钠和聚乙二醇中一种或多种；所述助型剂与所述水的质量比为(3～15):100；

将所述浆液冷却到温度为0～40℃后，向所述浆液中加入微生物菌剂，搅拌混匀，再将含有微生物菌剂的浆液加入到粒度为100～500目的活性炭中，继续搅拌混匀，得到含有微生物菌剂的载体基质；所述助型剂与所述粒度为100～500目的活性炭质量比为(3～15):(200～300)；

将所述含有微生物菌剂的载体基质进行造粒处理，制成活性炭固定化微生物颗粒。

在本发明的一种优选实施方式中，所述助型剂与所述粒度为100～500目的活性炭质量比为1:(25～30)。

在本发明的一种优选实施方式中，所述微生物菌剂为微生物混悬液和活性污泥。

在本发明的一种优选实施方式中，对微生物菌剂离心处理，将离心后的沉淀加入到浆液中。

在本发明的一种优选实施方式中，所述活性炭的粒度为400-500目。

在本发明的一种更为优选实施方式中，所述助型剂为聚乙烯醇、海藻酸钠或聚乙二醇中的一种。

在本发明的一种更为优选实施方式中，所述活性炭为果壳活性炭。

在本发明的一种更为优选实施方式中，所述果壳活性炭为椰壳活性炭；所述椰壳活性炭的碘值约为800mg/L，亚甲兰值为100-150mg/cm³，比表面积为800-900m²/g。

在本发明的一种优选实施方式中，将所述浆液冷却到温度为5～30℃。

在本发明的一种更为优选实施方式中，将所述浆液冷却到温度为10～25℃。

本发明的技术方案，在制备过程中，主要以活性炭为载体，减少助型剂的使用量，包埋过程不涉及化学反应，包埋条件温合，对微生物损害小，利于微生物存活，获得的活性炭固定化微生物颗粒的机械强度为(80～100)N/粒，机械强度高，不易破损，并且不会被微生物分解，增加了使用寿命。此外，本发明的方法实现了集活性炭吸附和微生物降解于一体，提高了废水降解效率。

具体实施方式

本发明的技术方案：微生物的固定化方法，包括以下步骤：

在本发明的技术方案中，所使用的微生物菌剂为目标微生物(有益菌)经过工业化扩繁之后，加工制成高浓度的微生物混悬液和以活性污泥形式存在的活菌制剂。

本领域的技术人员可以想到，在利用此方法制备活性炭固定化微生物颗粒的过程中，为了不产生气泡，在搅拌时速率不能过快，可以为60～100rmp。本发明在此不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况自行确定搅拌速率。

在本发明的技术方案中，需将搅拌均匀的浆液冷却到0～40℃后，再将微生物菌剂加入到浆液中，优选5～30℃，更优选为10～25℃，可使菌保持很好的活性，又能使微生物菌剂与浆液快速混匀。

在实际应用中，对微生物菌剂离心处理，通常为2000-5000rmp，离心2-5min，将离心后的沉淀(菌和活性污泥)加入到浆液中，以提高活性炭固定化微生物颗粒中菌的含量，从而提高废水的降解效率。当然本领域的技术人员也可以采取超滤、反渗透等方法对微生物菌剂进行富集培养，之后再将微生物菌剂加入到浆液中。

在本发明的技术方案中，优选所述助型剂与所述粒度为100～500目的活性炭质量比为1:(25～30)，可获得机械强度更高的活性炭固定化微生物颗粒。

本发明使用的助型剂可以为糊精、聚乙烯醇、淀粉、羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚乙二醇中一种或多种；优选为聚乙烯醇、海藻酸钠、或聚乙二醇。其中，聚乙烯醇的平均聚合度大于1500，聚乙二醇的平均分子量为2000-8000，以使助型剂与水可形成粘稠的液体，使活性炭容易造粒，这是本领域常规选择，在此本发明不作具体限定。

在实际应用中，活性炭的粒度越小，比表面积越大，孔隙率越高，吸附性能越强，越利于微生物在活性炭固定化微生物颗粒中增殖，提高对废水中污染物的降解效率。因此，活性炭的粒度逐级优化为粒度为200～500目活性炭，300～500目活性炭，400～500目活性炭。

本发明所使用的活性炭优选为果壳活性炭，更优选为椰壳活性炭。当椰壳活性炭的碘值约为800mg/L，亚甲兰值为100-150mg/cm³，比表面积为800-900m²/g时，椰壳活性炭具有极其丰富的孔隙构造，从而具有优良的吸附性能，为菌提供更多的附着位点。

在本发明的技术方案中，助型剂与活性炭的质量比为1:(25～30)，能够使活性炭固定化颗粒快速成型。

本发明所说的微生物为微生物菌，具有细胞结构且人肉眼看不见的微小的细菌或真菌。

本发明所使用的水可以为蒸馏水、双蒸水和去离子水等化学实验常用到的水。

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

仪器和试剂

微生物菌剂来源于博天环境集团股份有限公司研发中心，其中，COD_Cr强化降解菌液为在COD_Cr浓度为200mg/L的工业废水驯化5天的菌液；苯酚降解菌液为在315.4mg/L苯酚废水中驯化6天的菌液；氨氮降解菌液为在氨氮浓度为274.5mg/L的氨氮废水中驯化5天的菌液；YHKC-2A型颗粒强度测定仪为姜堰市银河仪器厂生产。

实施例所用到的试剂均市售可得。

实施例1

(1)、微生物菌剂为氨氮降解菌液：将氨氮降解菌液2500rmp，离心3min，取离心后沉淀(氨氮降解菌和活性污泥)备用。

(2)、200目椰壳活性炭粉的制备：活性炭经过粉碎、研磨、过筛获得粒度为200目的椰壳活性炭粉。

(3)、椰壳活性炭固定化微生物的制备：称取5g聚乙烯醇加入到50ml蒸馏水中，70℃下，以60rmp的转速连续搅拌1小时，制得粘稠的浆液。将浆液冷却到5℃，向其中加入步骤(1)中的沉淀，即氨氮降解菌和活性污泥，搅拌混匀，再将含有氨氮降解菌和活性污泥的浆液加入到100g200目椰壳活性炭粉中，继续搅拌混匀，制得含有微生物菌剂的载体基质，在室温下于模具中干燥造粒，制成直径为8-10mm的圆球颗粒，即得到椰壳活性碳固定化微生物颗粒，颗粒机械强度为89N/粒。

(4)、椰壳活性碳固定化微生物废水处理试验：博天环境集团股份有限公司某工程项目的含氨氮废水，氨氮含量为274.5mg/L。取30g(3)中制备的椰壳活性炭固定化微生物颗粒，置于300mL氨氮废水中30℃下震荡培养处理，处理48h后取样检测废水中氨氮值。氨氮浓度为21.31mg/L，去除率为92.2％，椰壳活性碳固定化微生物颗粒硬度良好，颗粒没有出现破碎迹象。

实施例2

(1)、微生物菌剂为COD_Cr强化降解菌液：将COD_Cr强化降解菌液5000rmp，离心2min，取离心后沉淀(COD_Cr强化降解菌和活性污泥)备用。

(2)、300目杏壳活性炭粉的制备：活性炭经过粉碎、研磨、过筛获得粒度为300目的杏壳活性炭粉。

(3)、杏壳活性炭固定化微生物的制备：称取3.5g淀粉加入到50ml蒸馏水中，60℃下，以70rmp的转速连续搅拌50min，制得粘稠的浆液。将浆液冷却到30℃，向其中加入实施例2步骤(1)中的沉淀，即COD_Cr强化降解菌和活性污泥，搅拌混匀，再将含有COD_Cr强化降解菌和活性污泥的浆液加入到150g300目杏壳活性炭粉中，继续搅拌混匀，制得含有微生物菌剂的载体基质；在室温下于模具中干燥造粒，制成直径约5mm，高为8-11mm柱形颗粒，即得到杏壳活性炭固定化微生物颗粒，颗粒机械强度为94N/粒。

(4)杏壳活性炭固定化微生物废水处理试验：博天环境集团股份有限公司某工程项目的含COD_Cr浓度为139.5mg/L的废水样品。取12g(3)中制备的杏壳活性炭固定化微生物颗粒，置于300mL废水中30℃下震荡培养处理，震荡反应18小时取样检测废水中COD_Cr值。COD_Cr的浓度为24.1mg/L，去除率为82.7％，杏壳活性炭固定化微生物颗粒硬度良好。

实施例3

(1)、微生物菌剂为COD_Cr强化降解菌液：将COD_Cr强化降解菌液3000rmp，离心3min，取离心后沉淀(COD_Cr强化降解菌和活性污泥)备用。

(2)、100目核桃壳活性炭粉的制备：活性炭经过粉碎、研磨、过筛获得粒度为100目的核桃壳活性炭粉。

(3)、核桃壳活性炭固定化微生物的制备：称取0.5g聚乙烯醇和1g海藻酸钠加入到50ml蒸馏水中，80℃下，以80rmp的转速连续搅拌40min，制得粘稠的浆液。将浆液冷却到20℃，向其中加入实施例3步骤(1)中的沉淀，即COD_Cr强化降解菌和活性污泥，搅拌混匀，再将含有COD_Cr强化降解菌和活性污泥的浆液加入到110g100目核桃壳活性炭粉中，继续搅拌混匀，制得含有微生物菌剂的载体基质；在室温下于模具中干燥造粒，制成直径为8-10mm圆球颗粒，即得到核桃壳活性炭固定化微生物颗粒,颗粒机械强度为97N/粒。

(4)、核桃壳活性炭固定化微生物废水处理试验：博天环境集团股份有限公司某工程项目的含COD_Cr浓度为734.7mg/L的废水。取15g(3)中制备的核桃壳活性炭固定化微生物颗粒，置于300mLCOD_Cr废水中30℃下震荡培养处理，震荡反应36小时取样检测废水中COD_Cr值。COD_Cr的浓度为78.3mg/L，去除率为97.1％，核桃壳活性炭固定化微生物颗粒硬度良好。

实施例4

(1)、微生物菌剂为苯酚降解菌液：将苯酚降解菌液2000rmp，离心5min，取离心后沉淀(苯酚降解菌和活性污泥)备用。

(2)、400目枣壳活性炭粉的制备：活性炭经过粉碎、研磨、过筛获得粒度为400目的枣壳活性炭粉。

(3)、枣壳活性炭固定化微生物的制备：称取6g聚乙二醇加入到50ml蒸馏水中，90℃下，以90rmp的转速连续搅拌30min，制得粘稠的浆液。将浆液冷却到40℃，向其中加入实施例4步骤(1)中的沉淀，即苯酚降解菌液和活性污泥，搅拌混匀，再将含有苯酚降解菌液和活性污泥的浆液加入到100g400目枣壳活性炭粉中，继续搅拌混匀，制得含有微生物菌剂的载体基质；在室温下于模具中干燥造粒，制成直径为8-10mm圆球颗粒，即得到枣壳活性炭固定化微生物颗粒，颗粒机械强度为82N/粒。

(4)、枣壳活性炭固定化微生物废水处理试验：博天环境集团股份有限公司某工程项目的高浓度含苯酚废水，苯酚浓度为315.4mg/L。取24g(3)中制备的枣壳活性炭固定化微生物颗粒，置于300mL此含苯酚废水中30℃下震荡培养处理，震荡反应44小时取样检测废水中苯酚值。苯酚的浓度为37.1mg/L，去除率为88.2％，枣壳活性炭固定化微生物颗粒硬度良好。

实施例5

(1)、微生物菌剂为苯酚降解菌液：将苯酚降解菌液4000rmp，离心2min，取离心后沉淀(苯酚降解菌和活性污泥)备用。

(2)、500目木质活性炭粉的制备：活性炭经过粉碎、研磨、过筛获得粒度为500目的木质活性炭粉。

(3)、木质活性炭固定化微生物的制备：称取3g海藻酸钠加入到50ml蒸馏水中，100℃下，以100rmp的转速连续搅拌20min，制得粘稠的浆液。将浆液冷却到10℃，向其中加入实施例5步骤(1)中的沉淀，即苯酚降解菌液和活性污泥，搅拌混匀，再将含有苯酚降解菌液和活性污泥的浆液加入到150g500目木质活性炭粉中，继续搅拌混匀，制得含有微生物菌剂的载体基质；在室温下于模具中干燥造粒，制成直径为8-10mm圆球颗粒，即得到木质活性炭固定化微生物颗粒，颗粒机械强度为98N/粒。

(4)木质活性炭固定化微生物废水处理试验：博天环境集团股份有限公司某工程项目的高浓度含苯酚废水，苯酚浓度为315.4mg/L。将(3)中制备的木质活性炭固定化微生物颗粒装填到内径为15cm、高度为80cm的小型反应柱内，木质活性炭固定化微生物颗粒的装填高度为65cm；含苯酚废水通过提升泵打入到反应柱内，水浴循环加热控制反应柱温度为25℃，通过提升泵控制反应柱内的水力停留时间为20h，以进行废水处理，处理结束后出水为完成处理的废水。经多次取样检测出水，苯酚的浓度皆低于25mg/L，去除率皆在90％以上，连续运行三个月木质活性炭固定化微生物颗粒硬度良好，磨损率低于2％。依此计算，连续运行2年，固定化微生物颗粒磨损率仅为16％。

从实施例5可知，本发明的方法制备的催化剂在连续运行三个月，固定化微生物颗粒磨损率仅为2％，依次推算，连续运行2年，固定化微生物颗粒磨损率仅为16％。说明本方法制备的催化剂硬度良好，机械强度高，磨损率低，使用寿命长。

从实施例1至5中可以看出，本发明的微生物的固定化方法，采用活性炭作为微生物的固定化载体，助型剂的用量少，包埋过程不涉及化学反应，包埋条件温合，对微生物损害小，利于微生物存活，机械强度高，不易破损，并且不会被微生物分解，增加了活性炭固定化微生物颗粒的使用寿命。

需要说明的是，COD_Cr是指用重铬酸钾为氧化剂测出的需氧量，是用重铬酸钾法测出COD的值，实际应用中COD_Cr表示COD，本发明亦用COD_Cr表示COD。

需要说明的是，核桃壳活性炭是采用野生核桃壳为原料，经过精选，碳化，灼烧，再筛选等一系列活性炭生产工艺生产出的一种新型活性炭净水材料。枣壳活性炭主要以枣核为原料，经高温炭化、活化、精制加工而成。杏壳活性炭主要以杏核皮为原料，经高温炭化、活化、精制加工而成。木质活性炭以优质的薪材，木屑，桃核，椰壳等为原材料，按照木质活性炭的国家标(GB/T13803.2-1999)，采用当今比较流行的工艺：比如磷酸法，氯化锌法进行加工生产而成。

综上所述，利用本发明的微生物固定化方法制备的活性炭固定化微生物颗粒具有很好的生物活性和水力机械强度，对不同浓度的水质耐受性好，便于工业化应用，该活性炭固定化微生物颗粒在曝气生物反应器中可连续使用2年以上，解决了固定化包埋运行时间短的问题。可以预见，该微生物固定化方法将成为环境修复工程治理的一项高效而实用的技术，并将发挥巨大的作用。

以上对本发明所提供的微生物的固定化方法进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其中心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护。

Claims

1.微生物的固定化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的微生物的固定化方法，其特征在于，所述助型剂与所述粒度为100～500目的活性炭质量比为1:(25～30)。

3.如权利要求1所述的微生物的固定化方法，其特征在于，所述微生物菌剂为微生物混悬液和活性污泥。

4.如权利要求1所述的微生物的固定化方法，其特征在于，对微生物菌剂进行离心处理，之后将离心后的沉淀加入到浆液中。

5.如权利要求1所述的微生物的固定化方法，其特征在于，所述活性炭的粒度为400-500目。

6.如权利要求1至5任一项所述的微生物的固定化方法，其特征在于，所述助型剂为聚乙烯醇、海藻酸钠或聚乙二醇中的一种。

7.如权利要求6所述的微生物的固定化方法，其特征在于，所述活性炭为果壳活性炭。

8.如权利要求7所述的微生物的固定化方法，其特征在于，所述果壳活性炭为椰壳活性炭；所述椰壳活性炭的碘值约为800mg/L，亚甲兰值为100-150mg/cm³，比表面积为800-900m²/g。

9.如权利要求8所述的微生物的固定化方法，其特征在于，将所述浆液冷却到温度为5～30℃。

10.如权利要求9所述的微生物的固定化方法，其特征在于，将所述浆液冷却到温度为10～25℃。