CN108085312A - 一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法 - Google Patents

一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法，涉及一种废水净化剂的制备方法，本发明固定化黑曲霉是由海藻酸钠结合生物炭固定化黑曲霉制得。制备方法包括（1）制备生物炭；（2）将海藻酸钠和制备好的生物炭加入水中混合均匀，制备固定化基质；（3）将驯化后的黑曲霉与固定化基质混合均匀后，逐滴滴加到氯化钙溶液中进行反应，得到固定化黑曲霉净化剂。本发明的固定化黑曲霉净化剂对溴氰菊酯不仅具有快速吸附能力，同时具有高效降解能力和重复利用率高的优势。该净化剂工艺方法简单，产品质量稳定性好，成本低廉，应用效果好，具有良好的经济效益和环境效益。

Description

一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种废水净化剂的制备方法，特别是涉及一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法。
背景技术
我国是农业大国，农药一直是我国农业经济的支柱产业，对国民经济的发展作出了突出贡献。菊酯类农药因其在防治农业害虫方面具有经济、高效、方便等特点，成为国内外大量生产和广泛使用的主要品种。溴氰菊酯作为人工合成的第三代拟除虫菊酯类杀虫剂，具有活性高、用量少和光稳定的特性，成为防治农牧渔林业遭受虫害的主要品种。但随着农药工业的飞速发展、生产规模的扩大、农耕者对农药的不合理使用，致使地下水资源和生态环境受到了严重破坏，同时通过食物链的富集，引发食品安全问题，给人类健康带来巨大威胁。因此，开发有效治理高浓度菊酯类废水的技术已成为世界环保技术领域亟待解决的问题。
近几十年来，利用物理、化学方法治理菊酯类农药污染废水的方法取得了很大发展并被成功地应用，主要包括沉淀法、吸附法、萃取法、超声波法、水解反应法和氧化还原反应的治理方法。但这些方法存在治理费用高、效率低下、处理过程缺乏选择性及容易带来二次污染等缺点。因而努力寻求新的方法来治理菊酯类农药污染变得极为迫切。作为环境友好型的生物修复技术在治理菊酯类农药污染废水中具有重要的意义，研究发现：在有机物污染地区生存的微生物能够进化出一系列的自保手段来应对有机污染物的环境压力。有机污染物的生物修复法的关键就是微生物通过自身的新陈代谢活动分解有机污染物，达到治理环境的目的。因此，如何筛选驯化出对菊酯类农药耐性强的微生物、并开发出能有效处理菊酯类农药污染废水的生物净化剂和生物修复技术成为当务之急。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法，该方法包括固定化黑曲霉的制备，固定化黑曲霉是由海藻酸钠结合生物炭固定化黑曲霉制备得到；生物炭是由农耕废弃物玉米芯在无氧环境下煅烧后制得，黑曲霉为发酵工业废弃菌种；本发明对疏水性有机物富集能力强、稳定性好、能高效去除废水中的溴氰菊酯且重复利用率高的固定化黑曲霉净化剂。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法，所述方法包括固定化黑曲霉的制备，固定化黑曲霉是由海藻酸钠结合生物炭固定化黑曲霉制备得到；生物炭是由农耕废弃物玉米芯在无氧环境下煅烧后制得，黑曲霉为发酵工业废弃菌种；
黑曲霉悬液的制备，包括如下步骤：
（1）马铃薯培养基：马铃薯去皮，取100 g切成小块，加入500 mL蒸馏水，煮沸30 min后过6层纱布，在滤液中加入10.0 g蔗糖并补足水分到500 mL；准备10个250 mL锥形瓶，分别加入10.0 mL马铃薯培养液和90.0 mL蒸馏水，用12层纱布封好，放入预热好的蒸汽灭菌器中，锥形瓶上端口用牛皮纸封好；灭菌条件：压力0.13 MPa，温度120 ℃，时间20 min，灭菌完成，冷却至室温后取出，备用；
（2）黑曲霉悬液：在灭菌30 min的净化工作台内将斜面上的黑曲霉菌种转接到马铃薯培养基中，每瓶均转接3环黑曲霉真菌种子，将转接好的锥形瓶放入摇床培养，温度30 ℃，转速150 r/min，30 h后，利用4层医用纱布过滤菌液收集黑曲霉菌体，备用；
固定化黑曲霉净化剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）生物炭粉末的制备：设置升温速率10 ℃/min，氮气流速200 mL/min，在管式炉中煅烧农耕废弃物玉米芯，在500 ℃下煅烧1h，降至室温后取出分别用无水乙醇和蒸馏水清洗3次，清洗完毕转移至干燥箱中80 ℃低温干燥直至质量稳定为止；研磨干燥后的生物炭，并过100目筛，收集粉末备用；
（2）固定化基质的制备：将海藻酸钠和步骤（1）得到的生物炭加入水中混合，搅拌均匀并灭菌，得到固定化基质；每100.0 mL固定化基质中海藻酸钠和生物炭分别为0.5～5.0 g和0.01～0.50 g；
（3）固定化黑曲霉净化剂的制备：将培养30 h的湿体黑曲霉加入到步骤（2）所得固定化基质中，每100.0 mL固定化基质中加入湿体黑曲霉2.0～20.0 g，搅拌均匀后，在10 cm左右的高度，用直径为1～8 mm的制球器将混合液逐滴滴入浓度为5.0～50.0g/L的氯化钙溶液中进行反应，反应时间为1～5 h，得到固定化黑曲霉净化剂；固定化结束后滤出小球，用无菌水清洗2～3次。
所述的一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法，所述制备步骤的操作均在室温无菌环境下进行。
所述的一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法，所述步骤（2）中，海藻酸钠和生物炭与固定化基质的比例为2.0 g:100.0 mL(m:V)和0.2 g:100.0 mL(m:V)。
所述的一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法，所述步骤（3）中，湿体黑曲霉与固定化基质的比例为10.0 g:100.0 mL，制球器粒径为4 mm，氯化钙浓度为20.0g/L，反应时间为2 h。
本发明的优点与效果是：
1. 本发明的固定化黑曲霉净化剂首次利用海藻酸钠结合生物炭固定化黑曲霉制成一种净化剂，是一种重复利用率高的新型生物净化剂，有效解决了现行生物净化剂所存在的缺陷，本发明的生物净化剂对溴氰菊酯废水的处理效果相当不错，经过120 h的生物降解后，溴氰菊酯的去除率可高达95%。
2．本发明的固定化黑曲霉净化剂制备过程简单易行，易于控制，生产周期短，重复利用率高，技术通用性好。
附图说明
图1是固定化黑曲霉扫描电子显微镜图；
图2是固定化黑曲霉净化剂降解废水中溴氰菊酯的效果图。
图中：A：海藻酸钙+黑曲霉小球表面结构图；B：海藻酸钙+生物炭+黑曲霉小球表面结构图；C：海藻酸钙+黑曲霉小球内部结构图；D：海藻酸钙+生物炭+黑曲霉小球内部结构图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
以下各实施例中，采用的实验设备、药剂和测定方法等如下：
1．实验设备及仪器
本发明将对驯化后黑曲霉进行固定化制得一种新型的生物净化剂，通过处理实验室模拟溴氰菊酯废水，探讨了生物净化剂的最佳制备条件及净化效果。
实验中需要使用的实验设备有管式炉、净化工作台、生化培养箱、高压灭菌锅、恒温震荡摇床等。实验中需要使用的实验仪器有：紫外-可见分光光度计、高低真空扫描电镜、电子分析天平等。
2．实验材料与药剂
本实验中需要使用到的药剂均为分析纯试剂。
3．测定方法
溴氰菊酯浓度的测定：分光光度法。
利用紫外-可见分光光度计在波长268.0 nm处测量废水中溴氰菊酯的吸光度值，依据标准曲线计算溴氰菊酯的初始质量浓度和降解后浓度，并计算去除率。
（1）
式（1）中，-溴氰菊酯初始浓度，mg/L；-降解后溶液的浓度，mg/L。
实施例1：海藻酸钠用量对固定化效果的影响
配制海藻酸钠和生物炭的固定化基质，海藻酸钠与固定化基质的比例(m:V)分别为0.5、1.0、2.0、3.0和5.0 g:100.0 mL，生物炭与固定化基质的比例(m:V)为0.2 g:100.0mL。将培养30 h的湿体黑曲霉加入到固定化基质中，使湿体黑曲霉与固定化基质的比例(m:V)为6.0 g:100.0 mL，将上述溶液混合均匀后，进行固定化操作，在距液面10 cm左右高度处，用直径为4 mm的制球器将混合好的溶液逐滴滴入20.0 g/L的氯化钙溶液中，固定化2 h后滤出小球，用无菌水洗2～3次，收集，备用。
将固定化黑曲霉按照20.0 g/100.0 mL的比例加入到浓度为50.0 mg/L的溴氰菊酯废水中，在温度30 ℃，转速100 r/min，pH自然，通气量为150 mL/250 mL的条件下进行实验，当反应进行72 h时测定废水中溴氰菊酯的残留量，并计算去除率，每组设置3个平行。以溴氰菊酯的去除率为指标，评价不同海藻酸钠浓度对固定化效果的影响。所确定的最佳值用于下一条件。
实施例2：氯化钙浓度对固定化效果的影响
利用已确定的最佳条件并在其他条件不变的情况下，将混合好的溶液逐滴滴入质量浓度分别为5.0、10.0、20.0、30.0和50.0 g/L的氯化钙溶液中，固定2 h后滤出小球，用无菌水洗2～3次，收集，备用。
实验方法和评价指标同上。
实施例3：生物炭用量对固定化效果的影响
利用已确定的最佳条件并在其他条件不变的情况下，研究生物炭用量对固定化黑曲霉性能的影响，设定生物炭与固定化基质的比例(m:V)分别为0.01、0.05、0.10、0.20和0.50g:100.0 mL，制备方法同上。
实施例4：制球器粒径对固定化效果的影响
利用已确定的最佳条件并在其他条件不变的情况下，研究制球器粒径对固定化黑曲霉性能的影响，设定制球器粒径分别为1、2、4、6和8 mm，制备方法同上。
实验方法和评价指标同上。
实施例5：黑曲霉用量对固定化效果的影响
利用已确定的最佳条件并在其他条件不变的情况下，研究黑曲霉浓度对固定化黑曲霉性能的影响，设定湿体黑曲霉与固定化基质的比例(m:V)分别为2.0、6.0、10.0、15.0和20.0g:100.0 mL，制备方法同上。
实施例6：包埋时间对包埋效果的影响
利用已确定的最佳条件并在其他条件不变的情况下，研究固定化时间对固定化黑曲霉性能的影响，设定反应时间分别为1、2、3、4和5 h，制备方法同上。
实验方法和评价指标同上。根据上述实验确定固定化黑曲霉净化剂的最佳制备条件为每100.0 mL固定化基质中含海藻酸钠2.0 g、生物炭0.2 g、湿体黑曲霉10.0 g；氯化钙浓度为20.0 g/L；制球器粒径为4 mm；反应时间为2 h。
为考察本发明的固定化黑曲霉净化剂对含溴氰菊酯废水的处理效果，进行了以下效果实验。
将制备的配比最佳的固定化黑曲霉净化剂投放到模拟溴氰菊酯废水中，溴氰菊酯初始浓度为50.0 mg/L、固定化黑曲霉与溴氰菊酯废水的投放比例为20.0 g:100.0 mL、在反应温度30 ℃、pH为中性范围、转速为100 r/min、250 mL锥形瓶通气量为150 mL、反应时间120 h的条件下处理溴氰菊酯废水。反应结束后，收集固定化黑曲霉，并用无菌水冲洗3次，之后转移到下一个锥形瓶中继续进行实验，反应条件不变。按此方法连续重复实验，研究固定化黑曲霉在溴氰菊酯废水修复过程中的使用寿命。以第一次溴氰菊酯的去除率为本底值，后续实验所得结果均与第一次去除率相比，用相对去除率表示固定化黑曲霉的使用寿命，每组实验重复3次。结果显示：固定化黑曲霉经过7次的重复使用后，其对溴氰菊酯的相对去除率仍然在80%以上，说明本发明制备出的固定化黑曲霉净化剂具有很好的重复利用性能，稳定性好，可重复利用率高。
以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述建立的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括固定化黑曲霉的制备，固定化黑曲霉是由海藻酸钠结合生物炭固定化黑曲霉制备得到；生物炭是由农耕废弃物玉米芯在无氧环境下煅烧后制得，黑曲霉为发酵工业废弃菌种；
黑曲霉悬液的制备，包括如下步骤：
（1）马铃薯培养基：马铃薯去皮，取100 g切成小块，加入500 mL蒸馏水，煮沸30 min后过6层纱布，在滤液中加入10.0 g蔗糖并补足水分到500 mL；准备10个250 mL锥形瓶，分别加入10.0 mL马铃薯培养液和90.0 mL蒸馏水，用12层纱布封好，放入预热好的蒸汽灭菌器中，锥形瓶上端口用牛皮纸封好；灭菌条件：压力0.13 MPa，温度120 ℃，时间20 min，灭菌完成，冷却至室温后取出，备用；
（2）黑曲霉悬液：在灭菌30 min的净化工作台内将斜面上的黑曲霉菌种转接到马铃薯培养基中，每瓶均转接3环黑曲霉真菌种子，将转接好的锥形瓶放入摇床培养，温度30 ℃，转速150 r/min，30 h后，利用4层医用纱布过滤菌液收集黑曲霉菌体，备用；
固定化黑曲霉净化剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）生物炭粉末的制备：设置升温速率10 ℃/min，氮气流速200 mL/min，在管式炉中煅烧农耕废弃物玉米芯，在500 ℃下煅烧1h，降至室温后取出分别用无水乙醇和蒸馏水清洗3次，清洗完毕转移至干燥箱中80 ℃低温干燥直至质量稳定为止；研磨干燥后的生物炭，并过100目筛，收集粉末备用；
（2）固定化基质的制备：将海藻酸钠和步骤（1）得到的生物炭加入水中混合，搅拌均匀并灭菌，得到固定化基质；每100.0 mL固定化基质中海藻酸钠和生物炭分别为0.5～5.0 g和0.01～0.50 g；
（3）固定化黑曲霉净化剂的制备：将培养30 h的湿体黑曲霉加入到步骤（2）所得固定化基质中，每100.0 mL固定化基质中加入湿体黑曲霉2.0～20.0 g，搅拌均匀后，在10 cm左右的高度，用直径为1～8 mm的制球器将混合液逐滴滴入浓度为5.0～50.0g/L的氯化钙溶液中进行反应，反应时间为1～5 h，得到固定化黑曲霉净化剂；固定化结束后滤出小球，用无菌水清洗2～3次。
2.根据权利要求1所述的一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法，其特征在于，所述制备步骤的操作均在室温无菌环境下进行。
3.根据权利要求1所述的一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，海藻酸钠和生物炭与固定化基质的比例为2.0 g:100.0 mL(m:V)和0.2 g:100.0 mL(m:V)。
4.根据权利要求1所述的一种环保型有机废水生物净化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，湿体黑曲霉与固定化基质的比例为10.0 g:100.0 mL，制球器粒径为4 mm，氯化钙浓度为20.0g/L，反应时间为2 h。
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