CN107177480B - 用于制备固定化微生物的搅拌液压装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于制备固定化微生物的搅拌液压装置及方法，其中，所述搅拌液压装置包括机架，所述机架的上部设有控制面板以及时间继电器，所述机架的下部设有机台，所述控制面板上间隔设有搅拌机构以及压料机构，所述机台上设有物料缸，所述物料缸通过传送板往复传送于所述搅拌机构与所述压料机构之间的对应位置，所述机台的内部设有物料盘以供盛放由所述物料缸所挤压出的物料，所述物料盘通过传送轴传送，所述时间继电器同时控制所述压料机构以及所述传送轴的运行速度。本发明解决了如何实现自动化控制物料混合均匀搅拌和挤压成型的问题，并进一步简化包埋技术工艺，满足高产量化加工要求，确保产品品质。

Description

用于制备固定化微生物的搅拌液压装置及方法

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体涉及一种适合用于制备固定化微生物的一体化搅拌液压装置。

背景技术

为了应对日益严峻的污染问题，世界各国科学家都在努力寻找低成本、低能耗、二次污染低的水处理技术。其中，由于微生物在去除污染物中的独特作用，生物降解被视为相对有效、经济节能的水处理技术。

目前，现有传统的微生物技术在处理污水时，通常直接将微生物接种在待处理的污水中，通过微生物的生长、吸收、代谢将污染物质浓度降低。然而，由于环境因素、竞争作用、易流失等原因，致使传统方法处理效果不是十分理想。与固定化微生物法的去除率相比，传统方法可能相差数倍之多。相较之下，固定化微生物技术更是由于出众的费效比而得到各国科学家的高度重视，近年来新的研究成果不断涌现，新的应用领域不断拓展，被视为二十一世纪最有潜力的水处理技术之一。

对于固定化微生物技术，主要通过物理、化学作用把游离的生物定位于限定区域。这与传统的悬浮生物处理相比，能够纯化和保持高效菌种。但是，由于缺少生产制备固定化微生物材料的工艺设备，限制了固定化微生物材料的加工生产。固定化微生物的现有生产工艺相对落后，不仅生产效率低，而且微生物活性低。

例如，在公开号为CN101693775A的中国专利文献中，公开了一种固定化微生物橡胶颗粒填料制备以及其应用。其生产制备固定化微生物所用方法为：橡胶颗粒胶体与PVA-海藻酸混合并发生交联反应，所述橡胶颗粒由80％的旧轮胎粉末和20％的添加剂混合并压缩成颗粒制得，将所述固定化微生物橡胶颗粒填料按10％-15％的比例投加到生物膜流化床池内，再将污水引入到污水处理装置中，对于氨氮去除效率达到92％。然而，这种方法主要是把微生物固定在橡胶球表面，其单位质量载体固定量较低。

由此可见，现有固定化微生物的加工工艺不成熟，需要进一步研究和完善出一种新的适用的加工设备或装置。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种用于制备固定化微生物的一体化搅拌液压装置及方法，以解决如何实现自动化控制物料混合均匀搅拌和挤压成型的问题，并进一步简化包埋技术工艺，满足高产量化加工要求，确保产品品质。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

首先提供一种用于制备固定化微生物的一体化搅拌液压装置，包括机架，所述机架的上部设有控制面板以及时间继电器，所述机架的下部设有机台，所述控制面板上间隔设有搅拌机构以及压料机构，所述机台上设有物料缸，所述物料缸通过传送板往复传送于所述搅拌机构与所述压料机构之间的对应位置，所述机台的内部设有物料盘以供盛放由所述物料缸所挤压出的物料，所述物料盘通过传送轴传送，所述时间继电器同时控制所述压料机构以及所述传送轴的运行速度。

优选地，所述搅拌机构包括搅拌电机以及搅拌机伸缩轴，所述搅拌电机安装于所述控制面板内部，所述搅拌机伸缩轴向下伸出所述控制面板以供搅拌所述物料缸内的物料，所述压料机构包括液压驱动泵、液压轴以及压料板，所述液压驱动泵安装于所述控制面板内部，所述液压轴向下伸出所述控制面板，所述压料板安装于所述液压轴上以供压出物料。

优选地，所述物料缸的底部设有可拆卸的实心底板，所述实心底板上间隔设有镂空底板，所述镂空底板上开设有压料孔以供挤出物料，所述实心底板上开设有出料口。

优选地，所述传送板平铺安装于所述机台的表面，所述物料缸放置于所述传送板上以水平传送，所述机台的内部设有传送板电机以供控制所述传送板的运行速度。

优选地，所述传送轴为水平设置的螺旋传送轴且对应安装于所述压料机构之下，所述传送轴下设有支撑轴以供调节所述传送轴的高度，所述机台的内部设有螺旋轴电机以供控制所述传送轴的运行速度。

优选地，所述时间继电器控制所述液压驱动泵、所述传送板电机以及所述螺旋轴电机在同频率下运行。

本发明还提供一种利用上述装置制备固定化微生物的方法，包括以下步骤：

提供一物料缸并往缸内注水，开始搅拌，加入聚乙烯醇，直至搅拌均匀；

在所述物料缸中加入载体材料，搅拌均匀后得到微生物固定化载体；

在所述物料缸中继续加入微生物菌剂，搅拌后得到初步固定的微生物材料；

暂停搅拌，将物料缸传送并进行压料工序；

提供一物料盘以供盛放由所述物料缸所挤压出的物料；

在所述物料盘中加入交联反应液，控制所述物料缸以及所述物料盘在同频率下运行传送；

当所述物料盘内部的所述交联反应液达到一定盘深位置时，更换物料盘，待所述物料盘内交联反应持续24h后取出，在烘箱内烘干备用。

优选地，所加入的所述微生物菌剂的含量为40％；所加入的所述交联反应液的液体体积占物料总体积的1/3。

优选地，所述物料缸的缸深越深，所述物料缸的底部所开设的压料孔的孔径越大且搅拌时间越长。

优选地，还包括以下步骤：

提供如上所述任一的搅拌液压装置；

通过所述搅拌液压装置的搅拌机构对所物料缸进行搅拌；

待暂停搅拌后，通过传送板将物料缸传送至压料机构对应的位置下；

待所述物料盘中加入交联反应液后，启动所述搅拌液压装置的传送轴以及液压驱动泵，通过调节时间继电器控制所述压料机构以及所述传送轴在同频率下运行。

本发明的有益效果包括：

1)本发明通过挤压法进行生产，微生物菌剂含量占比较高，单位载体材料固定量比传统“滴定法”提高10-30倍；

2)本发明的固定化产品形状较好，采用机械化设备，基本实现自动化生产，效率高；

3)本发明工艺简单，占地面积小，运行管理方便，投资和运行费用低，适应条件范围广，可在固定化材料制备中广泛应用。

附图说明

图1为本发明一体化搅拌液压装置的整体结构示意图；

图2为对应于图1中物料缸的立面结构示意图；

图3为对应于图2中楼板底板的平面局部放大结构示意图。

附图标记：

1--控制面板；2--搅拌电机；3--液压驱动泵；4--搅拌机伸缩轴；5--液压轴；6--压料板；7--物料缸；8--支撑轴；9--物料缸传送板；10--物料盘；11--物料盘螺旋轴；12--螺旋支撑轴；13--传送板电；14--螺旋轴电机；15--固定式脚轮；16--活动式脚轮。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以说明。

结合图1和图2所示，本发明首先提供了一种用于制备固定化微生物的一体化搅拌液压装置，包括：控制面板1、搅拌电机2、液压驱动泵3、搅拌机伸缩轴4、液压轴5、压料板6、物料缸7、支撑轴8、物料缸传送板9、物料盘10、物料盘螺旋轴11、螺旋支撑轴12、传送板电机13、螺旋轴电机14、固定式脚轮15、活动式脚轮16。其中：

控制面板1用于控制搅拌电机2、液压驱动泵3、螺旋轴电机14的运转频率。

搅拌电机2用于搅拌混合物料，搅拌速度控制范围200至1500r/min，优选为搅拌速度500至1250r/min，搅拌时间15至60min，优选为30至45min。

物料缸7底部设有镂空底板70和实心底板72两层，缸深500至1000mm，优选为500至700mm，缸壁厚度15至30mm，优选为20至25mm，底板直径250至400mm，镂空底板孔径3至10mm。

物料缸传送板9用于传送物料缸7，物料缸传送板9固定在支撑台面上。物料进行搅拌时，物料缸7放置在物料缸传送板9上，物料在完成搅拌后，通过物料缸传送带转移至压料板6下。物料缸转移至液压装置下之后，需要把实心板72拆卸，物料缸传送板9的运行由物料缸传送板电机13控制，传送速度控制范围0.2至1m/min。

液压装置由液压驱动系统、液压轴5和压料板6组成。液压驱动系统采用液压驱动泵4，该方式驱动系统环节少，结构简单，压强能按所需的工作力自动增减，减少了电能消耗。压料板6的厚度为20至50mm，优选为30至35mm。在材料生产制备过程中，压力范围1至25吨，优选为3至15吨。液压装置的运行由时间继电器控制。

物料盘10固定于物料盘螺旋轴11之上，用于盛放物料缸挤压出的物料，物料盘10内有硼酸等交联反应药剂，药剂容量占物料盘10体积的1/3。物料盘10的放置高度低于物料缸7底板下沿和/或出料口，优选为低于物料缸7底板下沿和/或出料口3至5cm。物料盘10的运行同样由时间继电器控制。因为时间继电器同时控制液压装置和物料盘10，所以能够保障物料缸7压出物料速度与物料盘10的传送速度一致。

根据实际工艺需要，可以调整物料盘螺旋轴11的高度，物料缸传送板9、物料盘10、物料盘螺旋轴11、传送板电机13、螺旋轴电机14均可以进行拆卸。

以下结合实施例对本发明的制备方法作进一步的说明。上述各实施例的各组分的重量份在各自的范围内可以任意组合并应用于其它实施例中。

实施例1

本实施例提供了一种用于制备固定化微生物的装置，其中，物料缸7缸深600mm，缸壁厚度25mm，底板直径360mm，镂空底板孔径5mm；压料板厚度30mm，液压过程控制压力为7吨。操作方法包括如下步骤：

(1)、在物料缸7内注水2/3，开启搅拌电机2，调节搅拌速率为500r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下搅拌30min，直至混合均匀；

(2)、在物料缸中继续加入其它载体材料，在1000r/min的搅拌速率下搅拌20min，直至混合均匀后得到微生物固定化载体；

(3)、在物料缸中继续加入40％微生物菌剂，并在600r/min的搅拌速率下搅拌20min，，得到初步固定的微生物材料；

(4)、步骤(3)结束后获得搅拌均匀的物料，关闭搅拌电机2，搅拌轴上升。开启控制面板上的物料缸传送板旋钮，物料缸传送板9把物料缸转移至液压装置下。传送速度控制在0.5m/min。

(5)、在物料盘10内加入交联反应液，液体体积占物料总体积的1/3。先启动物料盘螺旋轴11，再启动液压驱动泵3，通过调节时间继电器，控制液压驱动泵3和螺旋轴电机14在同频率下运行。

(6)、当物料盘内部液体达到盘深的2/3时，及时更换物料盘10，物料盘内交联反应24h后取出，在25℃烘箱内烘干备用。

实施例2

本实施例提供了一种用于制备固定化微生物的装置，其中，物料缸7缸深500mm，缸壁厚度25mm，底板直径360mm，镂空底板孔径3mm；压料板厚度30mm，液压过程控制压力为7吨。操作方法包括如下步骤：

(1)、在物料缸7内注水2/3，开启搅拌电机2，调节搅拌速率为500r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下搅拌30min，直至混合均匀；

(2)、在物料缸中继续加入其它载体材料，在1000r/min的搅拌速率下搅拌20min，直至混合均匀后得到微生物固定化载体；

(3)、在物料缸中继续加入40％微生物菌剂，并在600r/min的搅拌速率下搅拌20min，，得到初步固定的微生物材料；

(4)、步骤(3)结束后获得搅拌均匀的物料，关闭搅拌电机2，搅拌轴上升。开启控制面板上的物料缸传送板旋钮，物料缸传送板9把物料缸转移至液压装置下。传送速度控制在0.5m/min。

(5)、在物料盘10内加入交联反应液，液体体积占物料总体积的1/3。先启动物料盘螺旋轴11，再启动液压驱动泵3，通过调节时间继电器，控制液压驱动泵3和螺旋轴电机14在同频率下运行。

(6)、当物料盘内部液体达到盘深的2/3时，及时更换物料盘10，物料盘内交联反应24h后取出，在25℃烘箱内烘干备用。

实施例3

本实施例提供了一种用于制备固定化微生物的装置，其中，物料缸7缸深1000mm，缸壁厚度25mm，底板直径360mm，镂空底板孔径10mm；压料板厚度30mm，液压过程控制压力为7吨。操作方法包括如下步骤：

(1)、在物料缸7内注水2/3，开启搅拌电机2，调节搅拌速率为500r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下搅拌30min，直至混合均匀；

(2)、在物料缸中继续加入其它载体材料，在1000r/min的搅拌速率下搅拌20min，直至混合均匀后得到微生物固定化载体；

(3)、在物料缸中继续加入40％微生物菌剂，并在600r/min的搅拌速率下搅拌20min，，得到初步固定的微生物材料；

(4)、步骤(3)结束后获得搅拌均匀的物料，关闭搅拌电机2，搅拌轴上升。开启控制面板上的物料缸传送板旋钮，物料缸传送板9把物料缸转移至液压装置下。传送速度控制在0.5m/min。

(5)、在物料盘10内加入交联反应液，液体体积占物料总体积的1/3。先启动物料盘螺旋轴11，再启动液压驱动泵3，通过调节时间继电器，控制液压驱动泵3和螺旋轴电机14在同频率下运行。

(6)、当物料盘内部液体达到盘深的2/3时，及时更换物料盘10，物料盘内交联反应24h后取出，在25℃烘箱内烘干备用。

实施例4

本实施例提供了一种用于制备固定化微生物的装置，其中，物料缸7缸深1000mm，缸壁厚度25mm，底板直径360mm，镂空底板孔径10mm；压料板厚度30mm，液压过程控制压力为7吨。操作方法包括如下步骤：

(1)、在物料缸7内注水2/3，开启搅拌电机2，调节搅拌速率为500r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下搅拌45min，直至混合均匀；

(2)、在物料缸中继续加入其它载体材料，在1000r/min的搅拌速率下搅拌30min，直至混合均匀后得到微生物固定化载体；

(3)、在物料缸中继续加入40％微生物菌剂，并在600r/min的搅拌速率下搅拌30min，，得到初步固定的微生物材料；

(4)、步骤(3)结束后获得搅拌均匀的物料，关闭搅拌电机2，搅拌轴上升。开启控制面板上的物料缸传送板旋钮，物料缸传送板9把物料缸转移至液压装置下。传送速度控制在0.5m/min。

(5)、在物料盘10内加入交联反应液，液体体积占物料总体积的1/3。先启动物料盘螺旋轴11，再启动液压驱动泵3，通过调节时间继电器，控制液压驱动泵3和螺旋轴电机14在同频率下运行。

(6)、当物料盘内部液体达到盘深的2/3时，及时更换物料盘10，物料盘内交联反应24h后取出，在25℃烘箱内烘干备用。

以下结合实验对本发明作进一步的说明。

实验一：固定化微生物产品的微生物释放速率测试：

本实验的目的在于检测固定化微生物产品的微生物释放速率，若释放速率较小，则说明微生物已经很好地被固定。

本实验包括如下步骤：

(1)、配备0.1mol/L的碘标准溶液，采用哈希色度仪测色度，并作色度—淀粉标准曲线。

(2)、在标号为1(1#)的200ml烧杯中加0.1mol/L碘液200ml，再向烧杯加入固定化微生物产品10g。

(3)、在标号为2(2#)的100ml烧杯中加0.1mol/L碘液100ml，再向烧杯加入固定化微生物产品10g，并在转速1000r/min的转自搅拌器上进行试验。分别在24h、48h、72h后通过比色计算释放量。实验结果如下表1所示：

表1 实验一的结果比较表

该实验证明，本发明的固定化微生物产品具有较低的释放率，提示微生物已经得到了很好的固定。

实验二：固定化微生物产品的微生物活性测试

本实验的目的在于检测固定化微生物产品的微生物的活性，固定微生物微高效硝化菌和好氧反硝化细菌(比例2:1)若固定化的微生物与游离的微生物的活性相差不大，则说明本发明的固定化微生物产品中的微生物仍基本能保持原有的活性，从而能够适用于工业化应用。

本实验为污染水体净化实验，其包括如下步骤：

(1)、在标号为1(1#)的500ml烧杯中加200ml污水20ml，作为空白；

(2)、在标号为2(2#)的500ml烧杯中加200ml污水20ml，再向烧杯加入固定化微生物10g；

(3)、在标号为3(2#)的500ml烧杯中加200ml污水20ml，再向烧杯加入固定化微生物20g；

(4)、48h后测试水质指标变化情况，结果如下表2所示。

表2 实验二的结果比较表

该实验证明，本发明在对微生物进行固定化的过程中并没有大幅度减损微生物的活性，使微生物仍然保持一定的污水净化活性。

完成上述实施过程后，应能体现出本发明的以下特点：

本发明的一体化搅拌液压装置操作简单、易行、对物料固定化效果好，生产工艺技术成熟、集成化程度高、操作易于控制，可以满足工业化生产需求。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于制备固定化微生物的搅拌液压装置，其特征在于：包括机架，所述机架的上部设有控制面板以及时间继电器，所述机架的下部设有机台，所述控制面板上间隔设有搅拌机构以及压料机构，所述机台上设有物料缸，所述物料缸通过传送板往复传送于所述搅拌机构与所述压料机构之间的对应位置，所述机台的内部设有物料盘以供盛放由所述物料缸所挤压出的物料，所述物料盘通过传送轴传送，所述时间继电器同时控制所述压料机构以及所述传送轴的运行速度；

所述搅拌机构包括搅拌电机以及搅拌机伸缩轴，所述搅拌电机安装于所述控制面板内部，所述搅拌机伸缩轴向下伸出所述控制面板以供搅拌所述物料缸内的物料；

所述压料机构包括液压驱动泵、液压轴以及压料板，所述液压驱动泵安装于所述控制面板内部，所述液压轴向下伸出所述控制面板，所述压料板安装于所述液压轴上以供压出物料；

所述物料缸的底部设有可拆卸的实心底板，所述实心底板上间隔设有镂空底板，所述镂空底板上开设有压料孔以供挤出物料，所述镂空底板的压料孔孔径为3至10mm。

2.根据权利要求1所述的搅拌液压装置，其特征在于：所述实心底板上开设有出料口。

3.根据权利要求2所述的搅拌液压装置，其特征在于：所述传送板平铺安装于所述机台的表面，所述物料缸放置于所述传送板上以水平传送，所述机台的内部设有传送板电机以供控制所述传送板的运行速度。

4.根据权利要求3所述的搅拌液压装置，其特征在于：所述传送轴为水平设置的螺旋传送轴且对应安装于所述压料机构之下，所述传送轴下设有支撑轴以供调节所述传送轴的高度，所述机台的内部设有螺旋轴电机以供控制所述传送轴的运行速度。

5.根据权利要求4所述的搅拌液压装置，其特征在于：所述时间继电器控制所述液压驱动泵、所述传送板电机以及所述螺旋轴电机在同频率下运行。

6.一种如权利要求1至5任一所述搅拌液压装置的固定化微生物制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一物料缸并往缸内注水，开始搅拌，加入聚乙烯醇，直至搅拌均匀；

在所述物料缸中加入载体材料，搅拌均匀后得到微生物固定化载体；

在所述物料缸中继续加入微生物菌剂，搅拌后得到初步固定的微生物材料；

暂停搅拌，将物料缸传送并进行压料工序；

提供一物料盘以供盛放由所述物料缸所挤压出的物料；

在所述物料盘中加入交联反应液，控制所述物料缸以及所述物料盘在同频率下运行传送；

当所述物料盘内部的所述交联反应液达到一定盘深位置时，更换所述物料盘，待所述物料盘内交联反应持续24h后取出，在烘箱内烘干备用。

7.根据权利要求6所述的固定化微生物制备方法，其特征在于：所加入的所述微生物菌剂的含量为40%；所加入的所述交联反应液的液体体积占物料总体积的1/3。

8.根据权利要求6所述的固定化微生物制备方法，其特征在于：所述物料缸的缸深越深，所述物料缸的底部所开设的压料孔的孔径越大且搅拌时间越长。

9.根据权利要求6所述的固定化微生物制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

提供如权利要求1至5任一所述的搅拌液压装置；

通过所述搅拌液压装置的搅拌机构对所物料缸进行搅拌；

待暂停搅拌后，通过传送板将物料缸传送至压料机构对应的位置下；

待所述物料盘中加入交联反应液后，启动所述搅拌液压装置的传送轴以及液压驱动泵，通过调节时间继电器控制所述压料机构以及所述传送轴在同频率下运行。