CN107188306B - 固定化微生物生产设备及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种固定化微生物生产设备及生产方法，其中，生产设备包括支撑架、物料搅拌桶、至少两个反应池以及水箱，所述物料搅拌桶以及所述水箱相邻设于所述支撑架的上部，两个所述反应池相邻设于所述支撑架的下部且相互循环流通，所述水箱分别连通于所述物料搅拌桶以及所述反应池以供分别进行供水和补水，所述物料搅拌桶的底部设有可开关的出料管，所述出料管对准所述反应池以供物料滴落。本发明通过物料混合均匀搅拌和物料颗粒成型实现自动化控制，进一步简化包埋技术工艺，加大高产量化，确保稳定运行和产品品质。

Description

固定化微生物生产设备及生产方法

技术领域

本发明属于环保机械技术领域，涉及一种固定化微生物生产设备及生产方法。

背景技术

目前，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。

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。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甚理想。与固定化微生物法的去除率相比，两者可能相差数倍之多。更鉴于出众的费效比，固定化微生物技术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。

具体地，固定化微生物技术通过物理、化学作用把游离的生物定位于限定区域，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，固定化微生物的生产工艺还相对落后，不仅生产效率低，而且固定化微生物的活性低。

例如，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及其制备以及其应用。其生产制备固定化微生物所用的方法为：橡胶颗粒胶体与PVA至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％至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％。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。

有鉴于此，现有的固定化微生物的加工工艺尚不成熟，需要进一步研究和完善。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种固定化微生物生产设备及生产方法，通过物料混合均匀搅拌和物料颗粒成型实现自动化控制，进一步简化包埋技术工艺，加大高产量化，确保稳定运行和产品品质。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：首先提供一种固定化微生物生产设备，包括支撑架、物料搅拌桶、至少两个反应池以及水箱，所述物料搅拌桶以及所述水箱相邻设于所述支撑架的上部，两个所述反应池相邻设于所述支撑架的下部且相互循环流通，所述水箱分别连通于所述物料搅拌桶以及所述反应池以供分别进行供水和补水，所述物料搅拌桶的底部设有可开关的出料管，所述出料管对准所述反应池以供物料滴落。

优选地，所述物料搅拌桶上设有密封盖以及搅拌电机，所述搅拌电机的搅拌杆由所述密封盖外伸入所述搅拌桶内部，所述搅拌杆上设有逐层伞状撑开的搅拌爪。

优选地，所述密封盖上设有压力表以供检测显示所述物料搅拌桶上部的空气压力，所述密封盖上开设有进料仓口以供向所述物料搅拌桶内添加不同比例的物料，所述密封盖的边缘开槽并通过法兰与所述物料搅拌桶的上端边缘连接。

优选地，所述反应池包括第一交联反应池以及第二交联反应池，所述第二交联反应池内设有潜水泵并通过所述潜水泵致使所述第二交联反应池内的液体流入所述第一交联反应池，所述第一交联反应池临近于所述第二交联反应池的一侧设有溢流板，所述第一交联反应池内的液体通过所述溢流板回流至所述第二交联反应池，所述第二交联反应池内设有过滤筛网。

优选地，所述物料搅拌桶的底部的中心以及四周分别均匀开设有若干出料孔，每个所述出料孔对应安装一个所述出料管，所述出料管包括相互可拆卸连通的阀门以及扩大转接头，所述阀门焊接于所述物料搅拌桶的底部进而控制所述出料管与所述出料孔之间的启闭连通。

优选地，所述支撑架上设有空压机，所述空压机对所述物料搅拌桶的内部加压以致所述物料滴落。

为更好地实现上述目的，本发明还提供一种固定化微生物生产方法，包括以下步骤：

提供一支撑架，于所述支撑架上设置搅拌物料桶以及水箱，于支撑架下分别设置相互流通的至少两个反应池，将所述水箱分别连通于所述搅拌物料桶以及所述反应池以供分别进行注水和补水，将所述搅拌物料桶底部所设的可开关的出料管对准所述反应池；

开启所述水箱以向所述搅拌物料桶内注水，开启所述搅拌物料桶进行搅拌，加入聚乙烯醇，直至混合搅拌均匀；

在所述搅拌物料桶中继续加入其它载体材料，匀速搅拌直至混合均匀后得到微生物固定化载体；

在所述搅拌物料桶中继续加入微生物菌剂，匀速搅拌以得到初步固定的微生物材料；

停止搅拌，对所述搅拌物料内部加压，缓慢开启所述出料管，使所述微生物材料的液体均匀滴落至所述反应池；

将所述微生物材料的液体反复循环回流于两个所述反应池内；

待循环回流反应结束后取出所述微生物材料并烘干备用。

优选地，将所述微生物材料的液体反复循环回流的过程包括以下步骤：

将两个所述反应池分别设定为第一交联反应池以及二交联反应池，于所述第二交联反应池内设置一潜水泵并通过所述潜水泵致使所述第二交联反应池内的液体流入所述第一交联反应池，于所述第一交联反应池临近于所述第二交联反应池的一侧设置溢流板，于所述第二交联反应池内设置过滤筛网，所述第一交联反应池内的液体通过所述溢流板回流至所述第二交联反应池。

优选地，设置所述搅拌物料桶以及底部所述出料管的过程包括以下步骤：

在所述物料搅拌桶的底部的中心以及四周分别均匀开设若干出料孔，于每个所述出料孔对应安装一个所述出料管，所述出料管包括相互可拆卸连通的阀门以及扩大转接头，将所述阀门焊接于所述物料搅拌桶的底部进而控制所述出料管与所述出料孔之间的启闭连通。

优选地，设置所述搅拌物料桶还包括以下过程：

于所述物料搅拌桶上设置密封盖以及搅拌电机，于所述密封盖上设置压力表以检测显示所述物料搅拌桶上部的空气压力，于所述密封盖上开设有进料仓口以向所述物料搅拌桶内添加不同比例的物料，于所述密封盖的边缘开槽并通过法兰与所述物料搅拌桶的上端边缘连接。

本发明固定化微生物生产设备及生产方法的有益效果包括：

a.本发明通过“滴落法”进行生产固定化效率高，比传统单管滴定提高了45至60倍；

b.本发明的固定化产品形状较好，采用机械化设备，基本实现自动化高效生产；

c.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为本发明固定化微生物生产设备及生产方法的整体结构示意图；

图2为对应于图1中物料桶底部的平面结构示意图；

图3为对应于图1中筛网的结构示意图。

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。

如图1所示，本发明首先提供了一种固定化微生物生产设备，包括：支撑架1、搅拌电机2、压力表3、密封盖4、物料桶5、搅拌爪6、阀门7，转接头8、出料钢管9、第一交联反应池10、进料仓口11、水箱12、水箱出水管13、第一潜水泵14、空压机15、溢流板16、第二交联反应池17、滤网18以及第二潜水泵19。其中：

支撑架1为物料桶5、第一交联反应池、第二交联反应池和水箱12提供支撑。

搅拌电机2用于搅拌混合物料，搅拌速度控制范围750至900r/min，优选为搅拌速度800 至850r/min，搅拌时间45至60min，优选为55至60min。

压力表3用于显示物料桶5上部空气压力，量程范围0至50MPa。空压机15所能提供压力为0至35Mpa，优选为3.5至5Mpa。

密封盖4上设有进料仓，用于向物料桶5内添加不同比例物料，密封盖4和下面物料桶 5的上边沿分别开槽，槽宽10mm，采用密封圈密封；密封盖和下面物料桶5上边沿采用法兰连接。进料仓直径为100至150mm，优选为120mm。

如图2所示，物料桶5直径范围350mm至600mm，优选为400mm至550mm，深度范围500mm至1000mm，优选为700至900mm。物料桶5底部设置九个出料孔20，孔直径范围20至40mm，优选为25至30mm。其中一孔20位于物料桶底板中心，其余八孔空心与中心孔空心等距。阀门7和物料桶底板为焊接；阀门7和转接头8之间为螺丝连接，转换头8 小口径和出料空径相同，大口径为30至70mm，优选为40至50mm；转接头8和出料钢管9 为螺丝连接，出料钢管9管径2至10mm，优选为3至5mm。

第一交联反应池10液面高度距离出料钢管9距离300至700mm，优选为450至500mm，第一交联反应池10内液面高度与溢流板16平齐。第一交联反应池10和第二交联反应池17液面高度差为10至50mm，优选为30至45mm。如图3所示，第二交联反应池17内筛网孔径为20至60目，优选为25至30目。

第一潜水泵14和第二潜水泵19出水流量范围0.1至0.2m3/h，优选为0.15至0.2m3/h，功率0.55Kw，潜水泵进水管和出水管采用D25mmPVC管。

水箱体积为0.25m3，长×宽×高＝0.5×0.5×1m3，用于向搅拌桶5内部注水和第二交联反应池17补水。

根据实际工艺需要，可以出料钢管9的高度，转接头8和出料钢管9可以进行拆卸。

在具有上述结构特征后，为更好地实现本发明的目标，本发明还公开一种固定化微生物生产方法，上述的固定化微生物生产装置亦可通过该方法进行实施，以下举几个稍加改变的例子对该生产方法的具体过程做介绍：

实施方式一、

本实施例提供了一种用于制备固定化微生物的装置，其中，物料桶5桶深800mm，桶，缸壁厚度20mm，底板直径400mm，物料桶5底部孔径28mm，转换头8小口径28mm，大口径为50mm，出料钢管9管径5mm，筛网30目。

具体操作过程如下：

(1)、开启第一潜水泵14，向物料桶5内注水，使水体积占物料桶体积的1/3，开启搅拌电机2，调节搅拌速率为700r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下搅拌20min，直至混合均匀；

(2)、在物料缸中继续加入其它载体材料，在800r/min的搅拌速率下搅拌15min，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10％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，开启空压机15，缓慢开启阀门7，使液滴均匀滴落。

(5)、开启第二潜水泵19，控制出水流量0.15m3/h。

(6)、颗粒物料在第二交联反应池17内反应24h后取出，在25℃烘箱内烘干备用。

实施方式二、

本实施例提供了一种用于制备固定化微生物的装置，其中，物料桶5桶深800mm，桶，缸壁厚度20mm，底板直径400mm，物料桶5底部孔径28mm，转换头8小口径28mm，大口径为50mm，出料钢管9管径3mm，筛网30目。

操作过程包括如下步骤：

(1)、开启第一潜水泵14，向物料桶5内注水，使水体积占物料桶体积的1/3，开启搅拌电机2，调节搅拌速率为700r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下搅拌20min，直至混合均匀；

(2)、在物料缸中继续加入其它载体材料，在800r/min的搅拌速率下搅拌15min，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10％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，开启空压机15，缓慢开启阀门7，使液滴均匀滴落。

(5)、开启第二潜水泵19，控制出水流量0.15m3/h。

(6)、颗粒物料在第二交联反应池17内反应24h后取出，在25℃烘箱内烘干备用。

实施例方式三、

本实施例提供了一种用于制备固定化微生物的装置，其中，物料桶5桶深800mm，桶，缸壁厚度20mm，底板直径400mm，物料桶5底部孔径28mm，转换头8小口径28mm，大口径为50mm，出料钢管9管径3mm，筛网25目。

操作过程包括如下步骤：

(1)、开启第一潜水泵14，向物料桶5内注水，使水体积占物料桶体积的1/3，开启搅拌电机2，调节搅拌速率为700r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下搅拌20min，直至混合均匀；

(2)、在物料缸中继续加入其它载体材料，在800r/min的搅拌速率下搅拌15min，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10％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，开启空压机15，缓慢开启阀门7，使液滴均匀滴落。

(5)、开启第二潜水泵19，控制出水流量0.15m3/h。

(6)、颗粒物料在第二交联反应池17内反应24h后取出，在25℃烘箱内烘干备用。

实施方式四、

本实施例提供了一种用于制备固定化微生物的装置，其中，物料桶5桶深800mm，桶，缸壁厚度20mm，底板直径400mm，物料桶5底部孔径28mm，转换头8小口径28mm，大口径为50mm，出料钢管9管径5mm，筛网30目。

操作过程包括如下步骤：

(1)、开启第一潜水泵14，向物料桶5内注水，使水体积占物料桶体积的1/3，开启搅拌电机2，调节搅拌速率为700r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下搅拌20min，直至混合均匀；

(2)、在物料缸中继续加入其它载体材料，在800r/min的搅拌速率下搅拌15min，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10％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，开启空压机15，缓慢开启阀门7，使液滴均匀滴落。

(5)、开启第二潜水泵19，控制出水流量0.15m3/h。

(6)、颗粒物料在第二交联反应池17内反应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。

(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3:1)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)、72h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

标号	COD(mg/L)	氨氮(mg/L)	总氮(mg/L)
				初始	162	24	27
1#	150	22	26
				2#	83	11	18
3#	72	4	14

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、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 (6)

1.一种固定化微生物生产设备，其特征在于：包括支撑架、物料搅拌桶、至少两个反应池以及水箱，所述物料搅拌桶以及所述水箱相邻设于所述支撑架的上部，两个所述反应池相邻设于所述支撑架的下部且相互循环流通，所述水箱分别连通于所述物料搅拌桶以及所述反应池以供分别进行供水和补水，所述物料搅拌桶的底部设有可开关的出料管，所述出料管对准所述反应池以供物料滴落；

所述物料搅拌桶上设有密封盖以及搅拌电机，所述搅拌电机的搅拌杆由所述密封盖外伸入所述搅拌桶内部，所述搅拌杆上设有逐层伞状撑开的搅拌爪；

所述密封盖上设有压力表以供检测显示所述物料搅拌桶上部的空气压力，所述密封盖上开设有进料仓口以供向所述物料搅拌桶内添加不同比例的物料，所述密封盖的边缘开槽并通过法兰与所述物料搅拌桶的上端边缘连接；

所述反应池包括第一交联反应池以及第二交联反应池，所述第二交联反应池内设有潜水泵并通过所述潜水泵致使所述第二交联反应池内的液体流入所述第一交联反应池，所述第一交联反应池临近于所述第二交联反应池的一侧设有溢流板，所述第一交联反应池内的液体通过所述溢流板回流至所述第二交联反应池，所述第二交联反应池内设有过滤筛网。

2.根据权利要求1所述的固定化微生物生产设备，其特征在于：所述物料搅拌桶的底部的中心以及四周分别均匀开设有若干出料孔，每个所述出料孔对应安装一个所述出料管，所述出料管包括相互可拆卸连通的阀门以及扩大转接头，所述阀门焊接于所述物料搅拌桶的底部进而控制所述出料管与所述出料孔之间的启闭连通。

3.根据权利要求2所述的固定化微生物生产设备，其特征在于：所述支撑架上设有空压机，所述空压机对所述物料搅拌桶的内部加压以致所述物料滴落。

4.一种固定化微生物生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一支撑架，于所述支撑架上设置搅拌物料桶以及水箱，于支撑架下分别设置相互流通的至少两个反应池，将所述水箱分别连通于所述搅拌物料桶以及所述反应池以供分别进行注水和补水，将所述搅拌物料桶底部所设的可开关的出料管对准所述反应池；

开启所述水箱以向所述搅拌物料桶内注水，开启所述搅拌物料桶进行搅拌，加入聚乙烯醇，直至混合搅拌均匀；

在所述搅拌物料桶中继续加入其它载体材料，匀速搅拌直至混合均匀后得到微生物固定化载体；

在所述搅拌物料桶中继续加入微生物菌剂，匀速搅拌以得到初步固定的微生物材料；

停止搅拌，对所述搅拌物料内部加压，缓慢开启所述出料管，使所述微生物材料的液体均匀滴落至所述反应池；

将所述微生物材料的液体反复循环回流于两个所述反应池内；

待循环回流反应结束后取出所述微生物材料并烘干备用；

将所述微生物材料的液体反复循环回流的过程包括以下步骤：

将两个所述反应池分别设定为第一交联反应池以及第 二交联反应池，于所述第二交联反应池内设置一潜水泵并通过所述潜水泵致使所述第二交联反应池内的液体流入所述第一交联反应池，于所述第一交联反应池临近于所述第二交联反应池的一侧设置溢流板，于所述第二交联反应池内设置过滤筛网，所述第一交联反应池内的液体通过所述溢流板回流至所述第二交联反应池。

5.根据权利要求4所述的固定化微生物生产方法，其特征在于，设置所述搅拌物料桶以及底部所述出料管的过程包括以下步骤：

在所述物料搅拌桶的底部的中心以及四周分别均匀开设若干出料孔，于每个所述出料孔对应安装一个所述出料管，所述出料管包括相互可拆卸连通的阀门以及扩大转接头，将所述阀门焊接于所述物料搅拌桶的底部进而控制所述出料管与所述出料孔之间的启闭连通。

6.根据权利要求5所述的固定化微生物生产方法，其特征在于，设置所述搅拌物料桶还包括以下过程：

于所述物料搅拌桶上设置密封盖以及搅拌电机，于所述密封盖上设置压力表以检测显示所述物料搅拌桶上部的空气压力，于所述密封盖上开设有进料仓口以向所述物料搅拌桶内添加不同比例的物料，于所述密封盖的边缘开槽并通过法兰与所述物料搅拌桶的上端边缘连接。

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