CN105483114A - 一种微生物固定化丝瓜络及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术，特别涉及一种微生物固定化丝瓜络及其制备方法和应用，将好氧污泥作为接种污泥，密闭状态下静置，沉淀后取底泥，加入营养液稀释，制成微生物悬浊液，30℃恒温驯化培养，形成厌氧颗粒污泥；将洗净的高密度天然丝瓜络于48-52℃烘22-25小时，冷却后干燥保存，制成丝瓜络载体，备用；将制备的厌氧颗粒污泥与营养液的混合形成混合液，将制备好的丝瓜络载体浸泡在混合液中，密封30℃恒温培养即可。本发明微生物固定化丝瓜络的磨损系数小，具有很好的机械耐磨性，使用寿命长，降低了使用成本。该微生物固定化丝瓜络应用于废水处理中，对于有机物的清除效果非常好，废水处理效率高，对环境无危害。

Description

一种微生物固定化丝瓜络及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于水处理技术，特别涉及一种微生物固定化丝瓜络及其制备方法和应用。

背景技术

固定化微生物技术是用化学或物理的手段，将游离细胞或酶定位于限定的区域，使其保持活性并可反复利用的方法。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，保持了效率高、稳定性强、能纯化和保持高效菌种的优点，在废水处理领域有广阔的应用前景。

但在实际应用过程中，如何固定、使用何种载体使固定化微生物较长时间的保持一定强度和活性，降低固定化的成本，延长固定微生物的使用寿命，是该技术在污水处理中得到广泛应用的关键。现阶段常用的载体有无机载体、天然高分子载体和合成有机高分子载体。无机载体有多孔玻璃、硅藻土、活性炭、石英砂等，无机载体常用于吸附法，高质量无机载体的指标之一是具有较大的表面积，但吸附法中微生物与无机载体结合不牢固，易脱落，吸附数量不多；天然高分子载体有琼脂、海藻酸钙、角叉莱胶等，它们无生物毒性，传质性好，但强度较低，在厌氧条件下易被生物分解；合成有机高分子载体有ACAM、PVA、聚乙酰几丁酯、光敏聚乙烯醇等，一般强度较好，但传质性能较差，包埋后对细胞活性有影响。

综上所述，这些已有的载体材料作为微生物固定化载体，一方面固定化效果不够好、易损耗、易失活，另一方面人工载体的生产和使用过程中对环境容易造成危害，不环保。所以选择合适的载体固定微生物在现阶段工业废水、生活污水处理领域显得尤为重要，而且在地下水污染原位修复技术领域：微生物渗透性反应墙技术，微生物固定在多孔网格框架结构载体中是这一技术应用的关键，目前还没有人使用这一技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种高密度天然丝瓜络为微生物固定化载体处理废水的方法，以多孔丝瓜络为载体介质，以厌氧微生物作为固定化菌源，通过吸附的方法固定游离微生物，固定化效果好，不易损耗、不易失活、价格低廉、对环境无危害而且应用领域不受限制，可广泛应用在工业废水、生活污水以及地下水的修复处理中。

本发明的目的可以通过以下方案来实现：

一种微生物固定化丝瓜络的制备方法，其步骤包括：

(1)将好氧污泥作为接种污泥，密闭状态下静置，沉淀后取底泥，加入营养液稀释，制成微生物悬浊液，30℃恒温驯化培养，形成厌氧颗粒污泥；

(2)将洗净的高密度天然丝瓜络于48-52℃烘22-25小时，冷却后干燥保存，制成丝瓜络载体，备用；优选的，将洗净的高密度天然丝瓜络50℃烘24小时，冷却后干燥保存，制成丝瓜络载体。

(3)将步骤(1)中制备的厌氧颗粒污泥与营养液的混合形成混合液，将步骤(2)中制备的丝瓜络载体浸泡在混合液中，密封30℃恒温培养14-17天，形成微生物固定化丝瓜络。

所述步骤(1)中，恒温驯化培养的过程为，每7天为一个周期，将体积百分比为20-25％微生物悬浮液替换成营养液，同时加入有机溶液储备液，持续2个月即可驯化完成；后期保存，以一个月为周期，将体积百分比为45-50％的微生物悬浮液替换成营养液，同时加入有机溶液储备液，此过程可长期保存该驯化污泥。所述有机溶液储备液中的有机物为实际应用于废水处理中的欲清除的有机物。

所述步骤(2)中，高密度天然丝瓜络的洗净过程为，将高密度天然丝瓜络浸没于去离子水中22-26小时后用去离子水洗涤1-2次，超声震荡后用去离子洗涤1-2次，以便完全去除丝瓜络表面杂质和灰尘。

所述步骤(2)中，高密度天然丝瓜络的最高保水量为10-11g水/g载体，脱水时的保水量为3-4g水/g载体，悬浮物附着量为0.2-0.3g/g载体。

所述步骤(2)中，高密度丝瓜络的不规则蜂窝孔的直径为185-205μm，沟壑宽度为18-22μm，这对于微生物的固定和寄宿提供了很好的天然条件，有利于微生物的固定。

所述步骤(3)中，厌氧颗粒污泥悬浮液、营养液和丝瓜络载体的加入量配比为1L：1L：10-20g；优选的，厌氧颗粒污泥悬浮液、营养液和丝瓜络载体的加入量配比为1L：1L：10g。该厌氧颗粒污泥悬浮液的浓度为3.43g/L。

合适的配比，有利于微生物的固定。

所述营养液中含有无机盐溶液，微量元素溶液、乳酸钠及质量浓度为10％的酵母膏溶液。

以每升营养液计，微量元素溶液为6.7mL、乳酸钠为0.72mL，酵母膏溶液为1mL，其余为无机盐溶液。

其中，每升营养液中，无机盐溶液的各组分浓度为：NH₄Cl(0.32g·L^-1)，KH₂PO₄(0.5g·L^-1)，CaCl₂(0.1g·L^-1)，MgSO₄·7H₂O(0.4g·L^-1)，NaHCO₃(1.2g·L^-1)；

其中，每升营养液中，微量元素溶液的各组分浓度为：FeSO₄·7H₂O(0.4g·L^-1)，CoCl₂·6H₂O(0.32g·L^-1)，H₃BO₃(0.01g·L^-1)，ZnSO₄·7H₂O(0.2g·L^-1)，CuSO₄·5H₂O(0.04g·L^-1)，NiSO₄·6H₂O(0.2g·L^-1)，MnCl₂·4H₂O(0.1g·L^-1)，(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O(0.025g·L^-1)。

通过上述制备方法可制备获得微生物固定化丝瓜络。

上述微生物固定化丝瓜络在废水处理中的应用。优选的，所述微生物固定化丝瓜络和废水的用量比为5g：1L。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用高密度天然丝瓜络作为微生物载体，具有非常优异的亲水性，能很快吸水并沉入水底，不会漂浮在水面上。而且比高分子载体具有更好的稳定性，这对于微生物的固定更有优势。而且本发明采用的高密度天然丝瓜络在脱水条件还是没有脱水的条件下，始终具有非常高的保水量，其保水量明显高于目前使用最多的高分子商业载体；同时高密度天然丝瓜络具有致密、复杂交错的网状结构，SS附着量高，所以，采用高密度天然丝瓜络作为微生物载体，对于微生物的固定效果更佳。从而提高了废水的处理能力。

2、本发明微生物固定化丝瓜络的磨损系数小，具有很好的机械耐磨性，使用寿命长，降低了使用成本。

3、本发明微生物固定化丝瓜络可应用于废水处理中，对于有机物的清除效果非常好，而且原料成本低、废水处理效率高，对环境无危害，环保。

附图说明

图1为实施例1中微生物固定化丝瓜络的电镜图，其中图1a和图1b分别为空白丝瓜络的截面和表面电镜图，图1c和图1d分别为固定化厌氧颗粒污泥微生物后的丝瓜络的截面和表面电镜图，图1e为表固定化上清液游离微生物后的丝瓜络表面电镜图。

图2为实施例2中四种不同载体固定微生物后对TCA的去除效果对比图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步说明：

本实施例中用到的接种污泥采用上海闵行水质净化厂二次沉淀池的回流好氧污泥作为接种污泥。

以每升营养液计，微量元素溶液为6.7mL、乳酸钠为0.72mL，酵母膏溶液为1mL，其余为无机盐溶液。每升营养液中，无机盐溶液的各组分浓度为：NH₄Cl(0.32g·L^-1)，KH₂PO₄(0.5g·L^-1)，CaCl₂(0.1g·L^-1)，MgSO₄·7H₂O(0.4g·L^-1)，NaHCO₃(1.2g·L^-1)；每升营养液中，微量元素溶液的各组分浓度为：FeSO₄·7H₂O(0.4g·L^-1)，CoCl₂·6H₂O(0.32g·L^-1)，H₃BO₃(0.01g·L^-1)，ZnSO₄·7H₂O(0.2g·L^-1)，CuSO₄·5H₂O(0.04g·L^-1)，NiSO₄·6H₂O(0.2g·L^-1)，MnCl₂·4H₂O(0.1g·L^-1)，(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O(0.025g·L^-1)。

实施例1

(1)厌氧颗粒污泥的制备：

从水质净化厂取回的好氧污泥在密闭状态下放在室内静置3天，倒掉上清液，取下部底泥1500mL，用新鲜的营养液500mL稀释底泥，制成微生物悬浊液装入三角烧瓶中，用橡胶塞塞住瓶口，并用封口膜密封，另在橡胶筛上插一注射器针头供排气，于30℃的恒温培养箱中，驯化培养，形成厌氧颗粒污泥。

菌种的驯化培养过程：

微生物的驯化在约2200mL的三角烧瓶中进行，瓶中含2000mL的微生物悬浊液以及200mL的液上空间，瓶子用含有聚氯乙烯衬垫的橡胶塞和封口膜密封，另在橡胶筛上插一注射器针头供排气，放置在30℃的恒温培养箱中培养。驯化程序如下：以7天为一周期，持续2个月，每周从瓶子中倒掉500mL的微生物悬浊液，加入500mL新鲜的营养液，同时加入2uL的三氯乙烷(1,1,1-TCA)储备液(1442mg·/mL)，加入的TCA储备液的量每次递加2uL。2个月后即可完成驯化，后期保存，将微生物培养瓶移入室内避光放置，每月一次，以1000mL新鲜的营养液置换出1000mL的微生物悬浊液，并且每次加入20uL的TCA储备液，此过程可长期保存该驯化污泥。在驯化微生物的过程中，大约一周一次用气密针抽取液上空间的气体检测。在这种情况下，TCA完全转变成一氯乙烷，一氯乙烯，乙酸和甲烷的过程被观察到。

(2)载体制备：

将高密度天然丝瓜络加工成0.5×0.5×0.5cm³立方体块状，浸没于去离子水中24小时，再用去离子水洗涤1-2次。置于超声波振荡器中25℃恒温震荡10分钟后，用去离子水洗涤1-2次，以便完全去除表面杂质和灰尘。

将洗净后的小立方块丝瓜络置于50℃烘箱烘24小时，取出冷却后置于干燥器中保存备用，具体如图1中的a和b所示，其中图1a和图1b分别为空白丝瓜络的截面和表面电镜图，根据扫描电镜图，我们发现高密度丝瓜络具有直径200μm的不规则蜂窝孔和20μm宽的沟壑微观结构，这对于微生物的固定和寄宿提供了很好的天然条件。

(3)固定微生物

取驯化培养后的底泥沉积物中的厌氧颗粒微生物作为固定化菌源。微生物的固定化采用表面吸附固定的方法，在100mL的厌氧瓶中进行，取经TCA驯化后的50mL成熟厌氧颗粒污泥、50mL新鲜营养液和制备好的丝瓜络载体0.5g，依次加入厌氧瓶中，使丝瓜络载体完全浸泡在菌液中，容器封口密闭于30℃恒温培养箱中培养15天，可形成良好的微生物固定化丝瓜络。具体固定化效果如图1中的c、d、e所示，其中，图1c和图1d分别为固定化厌氧颗粒污泥微生物后的丝瓜络的截面和表面电镜图。从图中可看出，厌氧颗粒污泥微生物很好地固定在丝瓜络的表面。图1e为固定化上清液微生物后的丝瓜络表面电镜图，从图中可看出，丝瓜络载体上固定了大量的游离微生物，说明丝瓜络对于游离微生物的固定效果也很好。

(5)将步骤(4)中制备的微生物固定化丝瓜络应用于TCA(三氯乙烷)废水中。取0.5g高密度丝瓜络在完成微生物固定化后，放入0.1L的含TCA的模拟废水中，TCA在废水中的浓度为14.42mg/L。经过4小时的实验，本发明制备的微生物固定化丝瓜络对TCA的去除率增长稳定，最后去除率持续增加达到78.5％以上。

实施例2：对比测试：

(1)对于高密度天然丝瓜络、普通天然丝瓜络、AQUAPOROUSGEL(商用的高分子载体)和聚氨酯海绵进行吸水性、结构和SS附着量比较，具体如下表1所示：

表1：各类载体的吸水性、结构和SS附着量比较表

*:H₂O-g·drycarrier-g^-1

脱水条件:100rpm,5min

AQUAPOROUSGEL:一种成熟的高分子商业载体(日本)

从表1中可看出，无论在脱水条件还是没有脱水的条件下，高密度天然丝瓜络始终有最高的保水量，而且高于AQUAPOROUSGEL这种成熟的商业载体；同时高密度天然丝瓜络具有致密、复杂交错的网状结构，有最大的SS附着量。

(2)、选取AQUAPOROUSGEL、高密度天然丝瓜络、普通丝瓜络和聚氨酯海绵四种载体各0.32g，置于磨损仪中，实验条件:25000rpm,60s。结果如表2所示。

表2各类载体的磨损系数比较表

从表2可以看出高密度天然丝瓜络具有最小的磨损系数k，相对于AQUAPOROUSGEL这种成熟的商业载体来说具有更好的机械性能。所以，用高密度天然丝瓜络作为微生物载体制备的微生物固定化丝瓜络的耐磨性高，使用寿命比较长，生产成本低。

(3)、AQUAPOROUSGEL,高密度天然丝瓜络(HDLS)，普通天然丝瓜络(OLS)和聚氨酯海绵(PS)四种载体各取0.5g，采用实施例1中的制备方法，固定厌氧颗粒微生物后，用于处理14.42mg/L的TCA模拟废水。

结果表明相对于AQUAPOROUSGEL来说，微生物固定化的高密度天然丝瓜络(HDLS)对TCA的去除率增长稳定，最后持续增加达到78.5％超过了AQUAPOROUSGEL。而其他两种载体在实际应用中表现不及高密度天然丝瓜络。但是高密度天然丝瓜络的价格比商用高分子载体便宜很多，而AQUAPOROUSGEL作为一种工业产品，不仅价格昂贵，而且其本身在生产过程中不够环保，在使用过程中对环境也存在一定的危害，而高密度天然丝瓜络对于环境没有危害，更加环保。

Claims (10)

1.一种微生物固定化丝瓜络的制备方法，其步骤包括：

(1)将好氧污泥作为接种污泥，密闭状态下静置，沉淀后取底泥，加入营养液稀释，制成微生物悬浊液，30℃恒温驯化培养，形成厌氧颗粒污泥；

(2)将洗净的高密度天然丝瓜络于48-52℃烘22-25小时，冷却后干燥保存，制成丝瓜络载体，备用；

(3)将步骤(1)中制备的厌氧颗粒污泥与营养液的混合形成混合液，将步骤(2)中制备的丝瓜络载体浸泡在混合液中，密封30℃恒温培养14-17天，形成微生物固定化丝瓜络。

2.根据权利要求1所述的微生物固定化丝瓜络的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，恒温驯化培养的过程为，每7天为一个周期，将体积百分比为20-25％微生物悬浮液替换成营养液，同时加入有机溶液储备液，持续2个月即可驯化完成；后期保存，以一个月为周期，将体积百分比为45-50％的微生物悬浮液替换成营养液，同时加入有机溶液储备液，此过程可长期保存该驯化污泥。

3.根据权利要求1所述的微生物固定化丝瓜络的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，高密度天然丝瓜络的洗净过程为，将高密度天然丝瓜络浸没于去离子水中22-26小时后用去离子水洗涤1-2次，超声震荡后用去离子洗涤1-2次。

4.根据权利要求1所述的微生物固定化丝瓜络的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，高密度天然丝瓜络呈致密、复杂交错的网状结构，其高密度天然丝瓜络的最高保水量为10-11g水/g载体，脱水时保水量为3-4g水/g载体，悬浮物附着量为0.2-0.3g/g载体。

5.根据权利要求1所述的微生物固定化丝瓜络的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，高密度丝瓜络横截面的不规则蜂窝孔的直径为185-205μm，表面沟壑宽度为18-22μm。

6.根据权利要求1所述的微生物固定化丝瓜络的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，厌氧颗粒污泥悬浮液、营养液和丝瓜络载体的加入量配比为1L：1L：10-20g。

7.根据权利要求1所述的微生物固定化丝瓜络的制备方法，其特征在于：所述营养液中含有无机盐溶液，微量元素溶液、乳酸钠及质量浓度为10％的酵母膏溶液。

8.一种微生物固定化丝瓜络，其特征在于，根据权利要求1-7中任一项权利要求所述的制备方法制备而得。

9.一种微生物固定化丝瓜络在废水处理中的应用。

10.根据权利要求9所述的微生物固定化丝瓜络在废水处理中的应用，其特征在于：所述微生物固定化丝瓜络和废水的用量比为5g：1L。