CN105734040B - 生物改性竹炭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是生物改性竹炭的制备方法，包括如下步骤：1）竹炭微生物固化装置装填了在900‑1100℃条件下烧制的竹炭；2）烧制的竹炭经破碎后，筛分出直径为4~5mm的颗粒；3）将筛分出来的竹炭放在竹炭微生物固化装置中的真空接种箱内；4）在真空接种箱内引进工程微生物HI‑DEM菌剂，菌剂与原水混合比例为1/1000体积比，使稀释培养液浸没竹炭颗粒，投菌量与竹炭比例为40mL培养液/10g竹炭；5）采用循环增减大气压方法处理接种箱；6）采用静止培养的方法处理接种箱，为7‑10天。优点：制备得到固定化微生物竹炭，采用脂磷法对生物量进行测定，结果表明本方法有效，可满足生物竹炭接触过滤床固定化微生物数量需求。
Description
技术领域
本发明是一种生物改性竹炭的制备方法，属于生物改性竹炭制备技术领域，乃是通过培养高效的微生物菌群，采用循环增减大气压与静止培养相结合的方法，将其固定在竹炭表面和内部孔隙上，制备得到固定化微生物竹炭。
背景技术
固定化微生物技术是70年代末由固定化酶技术发展起来的，它是指通过物理或化学手段将游离的微生物固定在限定的空间区域并使其保持活性、可反复利用的方法；固定微生物的方法大致可以分为包埋法、吸附法、共价结合法和交联法。
其中吸附法具有反应温和、对细胞活性影响较小、操作简单、载体可重复利用等优点，是传统的固定微生物的方法；由于竹炭具有较大的比表面积和合理的孔径分布，所以吸附法也是其固定化微生物最常用的方法。
发明内容
本发明提出的是一种新的生物改性竹炭的制备方法，其目的在于，将游离的微生物固定在竹炭表面和内部孔隙上，通过培养高效的微生物菌群，采用循环增减大气压与静止培养相结合的方法，将其固定在竹炭表面和内部孔隙上，制备得到固定化微生物竹炭。
本发明的技术解决方案：生物改性竹炭的制备方法，包括如下步骤：
1）竹炭微生物固化装置装填了在900-1100℃条件下烧制的竹炭；
2） 将烧制的毛竹竹炭经破碎后，筛分出直径为4~5mm的颗粒；
3）将筛分出来的毛竹竹炭颗粒放在竹炭微生物固化装置中的真空接种箱8内；
4）在真空接种箱8内引进工程微生物HI-DEM菌剂，菌剂与原水混合比例为1/1000（体积比），使稀释培养液浸没竹炭颗粒，投菌量与竹炭比例为40mL培养液/10g竹炭；
5）采用循环增减大气压方法处理接种箱；
6）采用静止培养的方法处理接种箱，时间为7-10天。
本发明的优点：
1）采用毛竹竹炭，由于毛竹竹炭能够为各种具备功能多样性的微生物提供培育和生长的优良载体，并且其孔隙结构具备良好的复杂性和稳定性，在最佳炭化温度900℃的条件下，毛竹竹炭相关性能指标（比表面积357.6m2/g、炭得率29.9%、大孔率64%、灰分4.69%、挥发分2.64%以及充填密度0.71g/mL）优于绿竹、雷竹和大木竹制备的竹炭，因此毛竹更适合作为炭化材料；
2）本发明以HI-DEM菌剂为稀释培养液，以正负1个大气压循环作用与静止培养相结合的方法对竹炭进行微生物固定化。培养3d后通过脂磷法测得单位质量竹炭负载的微生物量达到了6.3×1010个/g，制备得到有效的固定化微生物竹炭。
附图说明
图1是竹炭微生物固化装置的结构示意图。
图中的1是真空抽气泵、2是A阀门、3是B阀门、4是A限压阀、5是C阀门、6是B限压阀、7是空气阀门盖、8是真空接种箱。
具体实施方式
如图所示，竹炭微生物固化装置，为密闭有机玻璃结构，规格为80cm×80cm×80cm的正方体，留有真空抽气孔和加压进气孔，装填了在900℃条件下制备的竹炭颗粒；
竹炭微生物固化装置的结构是真空抽气泵1一路通过阀门5、B限压阀6进入真空接种箱8；
真空抽气泵1的另一路通过B阀门3、A限压阀4进入真空接种箱8；
真空抽气泵1与B阀门3间是A阀门2, 真空接种箱8上设空气阀门盖7。
实施例
制备生物改性竹炭，包括如下步骤：
1）竹炭微生物固化装置装填了在900℃或 1000℃或1100℃条件下烧制的竹炭；
2） 将烧制的毛竹竹炭经破碎后，筛分出直径为4mm或4. 5mm或5mm的颗粒；
3）将筛分出来的毛竹竹炭颗粒放在竹炭微生物固化装置中的真空接种箱8内；
4）在真空接种箱8内引进工程微生物HI-DEM菌剂，菌剂与原水混合比例为1/1000（体积比），使稀释培养液浸没竹炭颗粒，投菌量与竹炭比例为40mL培养液/10g竹炭；
5）采用循环增减大气压方法处理接种箱；
6）采用静止培养的方法处理接种箱，时间为7天或8天或10天。
所述采用循环增减大气压方法处理接种箱，包括如下步骤：
1）通过真空抽气泵1对竹炭微生物固定装置进行抽负压；
2）关闭真空接种箱8的空气阀门、A阀门2和C阀门5，打开B阀门3，开启抽真空装置；
3）由A限压阀4控制接种箱内真空度为负1个大气压4小时；
4）进行加正压，打开A阀门2和C阀门5，关闭B阀门3，向接种箱8内压入空气，由B限压阀6控制接种箱8内压力为正1个大气压4小时；
5）重复步骤1）至4），循环5次，持续时间为3天。
将烧制的竹炭经破碎后，筛分出直径为4~5mm的颗粒；然后将筛分出来的竹炭放在竹炭微生物固化装置中的真空接种箱8内，同时在真空接种箱8内引进工程微生物HI-DEM菌剂，菌剂与原水混合比例为1/1000（体积比），使稀释培养液浸没竹炭颗粒，投菌量与竹炭比例为40mL培养液/10g竹炭。
本发明采用脂磷法对生物量进行测定。
采用原位法来测定单位质量竹炭所固定的微生物数量。原位法测定不需要将生物膜与载体进行分离以及将菌胶团破碎成单细胞悬浊液，而是多采用生物化学和物理方法等，本发明采用脂磷法作为原位测定方法。其结果显示当前单位竹炭质量负载的固定化微生物量达到6.3×1010个/g，满足生物竹炭接触过滤床固定化微生物数量需求。
脂磷存在于所有的生物细胞内，其含量常常作为系统内的活性生物量的指标，所以脂磷法是一种具有较高精确度和适用性的方法并在当前众多测定微生物数量的水处理研究中得到了广泛应用，本发明采用1g载体所能固定的微生物（大肠杆菌大小）的个数来表示脂磷的含量。
实验选取经过3d左右培养的固定化微生物竹炭（取自上层竹炭反应器，位于表面以下10cm处），肉眼可观察到竹炭表面形成了一层黄褐色的生物膜。
Claims (1)
1.生物改性竹炭的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）竹炭微生物固化装置装填了在900-1100℃条件下烧制的竹炭；
2）将烧制的毛竹竹炭经破碎后，筛分出直径为4~5mm的颗粒；
3）将筛分出来的毛竹竹炭颗粒放在竹炭微生物固化装置中的真空接种箱内；
4）在真空接种箱内引进工程微生物HI-DEM菌剂，菌剂与原水混合比例为1/1000体积比，使稀释培养液浸没竹炭颗粒，投菌量与竹炭比例为40mL培养液/10g竹炭；
5）采用循环增减大气压方法处理接种箱；
6）采用静止培养的方法处理接种箱，时间为7-10天；
所述采用循环增减大气压方法处理接种箱，包括如下步骤：
1）通过真空抽气泵对竹炭微生物固定装置进行抽负压；
2）关闭真空接种箱的空气阀门、A阀门和C阀门，打开B阀门，开启抽真空装置；
3）由A限压阀控制接种箱内真空度为负1个大气压4小时；
4）进行加正压，打开A阀门和C阀门，关闭B阀门，向接种箱内压入空气，由B限压阀控制接种箱内压力为正1个大气压4小时；
5）重复步骤1）至4），循环5次；
竹炭微生物固化装置，其结构是：真空抽气泵一路通过C阀门、B限压阀进入真空接种箱；
所述竹炭微生物固化装置其结构是真空抽气泵的另一路通过B阀门、A限压阀进入真空接种箱；真空抽气泵与B阀门间是A阀门，真空接种箱上设空气阀门盖。
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