CN110628754A - 微生物泡沫型载体及其制备方法、水面石油污染的原位处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微生物泡沫型载体及其制备方法、水面石油污染的原位处理方法，所述制备方法包括：提供一发泡腔，将含有凝胶材料、增稠剂和起泡剂的水溶液置于所述发泡腔中；向所述发泡腔的水溶液中注入微生物菌剂悬液形成混合液，并向所述混合液中通入空气搅拌混合，使所述混合液发泡成为含微生物的空气泡沫凝胶；通过高速气流将所述空气泡沫凝胶经由喷嘴喷出形成泡沫颗粒，泡沫颗粒在空气中冷却，得到微生物泡沫型载体。本发明制备方法得到的微生物泡沫型载体密度小于水，能分散并漂浮于水面，且随着凝胶材料在水环境中的逐步破碎和降解，微生物逐步释放并与水面的石油充分接触，降解石油，具有良好的原位修复作用。

Description

微生物泡沫型载体及其制备方法、水面石油污染的原位处理 方法
技术领域
本发明涉及生态修复技术领域，特别是涉及微生物泡沫型载体及其制备方法、水面石油污染的原位处理方法。
背景技术
当前，微生物固定化降解石油，其固定颗粒密度较大，主要是在水面下进行微生物修复。如：发明专利CN201611121360.2涉及一种固定化微生物溢油修复剂，该修复剂是以海藻酸钠-CaCl2-生物基活性碳为载体包埋微生物制成。发明专利CN201410190244.0涉及一种固定化微生物溢油修复剂，该固定化微生物溢油修复剂其载体组分包括贻贝壳、海藻酸钠、CaCl2。发明专利CN201310016703.9涉及一种固定化微生物溢油修复剂，该修复剂是以海藻酸钠-CaCl2-花生壳基活性碳作为载体进行包埋得到固定化微生物微球。发明专利CN201110299829.2涉及一种降解水中石油的固定化微生物颗粒，由包埋材料与活性污泥组成，包埋材料由载体、SiO2、表面活性剂和交联剂组成，载体为聚乙烯醇和海藻酸钠，表面活性剂为Tween-80和/或鼠李糖脂。
但是，海洋或河道的溢油，绝大部分均分散、漂浮于水面，并且随波浪扩散。这就要求针对水面溢油的微生物能够漂浮且足够分散，才能同水面的油滴充分接触，发挥降油的功能。而以上专利均没有提到水面漂浮型微生物降解菌的固定化颗粒，当前，水面漂浮型的石油降解微生物的缓释颗粒极少。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种微生物泡沫型载体及其制备方法、水面石油污染的原位处理方法；所述制备方法得到的微生物泡沫型载体密度小于水，能分散并漂浮于水面，且随着凝胶材料在水环境中的逐步破碎和降解，微生物逐步释放并与水面的石油充分接触，降解石油，具有良好的原位修复作用。
本发明的第一方面，提供一种溢油修复剂的制备方法，包括：
S1，提供一发泡腔，将含有凝胶材料、增稠剂和起泡剂的水溶液置于所述发泡腔中；
S2，向所述发泡腔的水溶液中注入微生物菌剂悬液形成混合液，并向所述混合液中通入空气搅拌混合，使所述混合液发泡成为含微生物的空气泡沫凝胶；
S3，通过高速气流将所述空气泡沫凝胶经由喷嘴喷出形成泡沫颗粒，泡沫颗粒在空气中冷却，得到微生物泡沫型载体，所述微生物泡沫型载体的密度小于水的密度。
步骤S1中，所述凝胶材料包括琼脂、明胶、魔芋胶中的一种或几种。其中，琼脂是一种机械强度好、天然无毒的温度敏感型材料，且与水接触后，琼脂可以逐渐破碎和生物降解，在该过程中，微生物泡沫型载体能够逐步释放出微生物，从而达到了缓释微生物的作用，使得微生物能够持续降解石油，达到原位修复的目的。所以，所述凝胶材料可以优选为琼脂。
所述增稠剂包括卡拉胶、黄原胶、瓜儿豆胶、阿拉伯胶、槐豆胶、海藻酸钠中的一种或几种。
为了使所述混合液能够发泡成为含微生物的空气泡沫凝胶，所述起泡剂需要具有较好的起泡性能，包括皂粉、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、Tween-20、Tween-60、Tween-80、辛基酚聚氧乙烯醚-100、辛基酚聚氧乙烯醚-45、槐糖脂、乙氧基化烷基硫酸钠、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、单月桂基磷酸酯、月桂醇醚磷酸酯、单十二烷基磷酸酯钾、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯中的一种或几种。
进一步地，所述水溶液的温度为35℃～65℃，所述水溶液中凝胶材料的浓度为5.0g/L～30g/L，增稠剂的浓度为0.5g/L～5g/L，所述起泡剂的浓度为0.1g/L～2g/L。
步骤S2中，所述微生物菌剂悬液为市售，其中的微生物为能够降解石油的微生物。
进一步地，注入微生物菌剂悬液形成混合液中，微生物的密度为104～108CFU/g。
进一步地，通入空气后以50rpm～3000rpm的速度进行搅拌，以使所述混合液的体积膨胀5～200倍而形成所述空气泡沫凝胶。
可以理解，所述发泡腔为一空腔，至少具有空气输送入口、水溶液输送入口和微生物菌剂悬液输送入口，水溶液、微生物菌剂悬液和空气分别通过单独的输送入口置于所述发泡腔中。
步骤S3中，所述喷嘴具有0.5mm～5mm的小孔，所述气流的流速为2m/s～30m/s，从而得到密度小于水的微生物泡沫型载体，以使微生物泡沫型载体能够分散并漂浮于水面。
本发明的第二方面，提供一种如上述制备方法得到微生物泡沫型载体。
进一步地，所述微生物泡沫载体的平均粒径为0.5mm～5mm，密度小于水的密度。
本发明的第三方面，提供一种水面石油污染的原位处理方法，将所述的微生物泡沫型载体分散于水面与石油接触，于原位将所述石油降解。
所述微生物泡沫型载体的密度小于水的密度，所以，将该微生物泡沫型载体分散于海洋、河道的水面时，微生物泡沫型载体可以分散漂浮于水面与石油接触。随后，微生物泡沫型载体的凝胶材料在水的环境中逐步破碎和降解，从而逐步释放出微生物并与石油接触，持续降解石油，进而使水面的石油能够被原位处理。
本发明的第四方面，提供另一种水面石油污染的原位处理方法，包括：
提供一发泡腔，将含有凝胶材料、增稠剂和起泡剂的水溶液置于所述发泡腔中；
向所述发泡腔的水溶液中注入微生物菌剂悬液形成混合液，并向所述混合液中通入空气搅拌混合，使所述混合液发泡成为含微生物的空气泡沫凝胶；
通过高速气流将所述空气泡沫凝胶经由喷嘴喷出形成泡沫颗粒，泡沫颗粒在空气中冷却并降落至水面，以使微生物泡沫型载体与水面的石油接触，于原位将所述石油降解。
该水面石油污染的原位处理方法中，通过气流直接将制备得到的微生物泡沫型载体吹散于水面并与石油接触，可以随时制备随时使用，简单、高效。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一、微生物泡沫型载体的密度小于水的密度，可分散漂浮于水面而不是沉浸在水面之下，从而可同水面漂浮的石油充分接触，达到石油的原位修复。
第二、微生物泡沫型载体的凝胶材料在海洋环境中能够逐步降解，从而缓慢释放出微生物，从而可以持续降解石油，效果良好。
第三、本发明可将原料在制成微生物泡沫型载体的同时将微生物泡沫型载体分散于水面与石油接触，可以随时制备随时使用，简单、高效。
第四、本发明所用材料均为天然可降解材料，微生物泡沫型载体原位降解石油后，不需要回收分散在水面的微生物泡沫型载体，微生物泡沫型载体可以自然降解。
附图说明
图1为实施例5中的微生物泡沫型载体在水面漂浮的情形图；
图2为实施例5中的微生物泡沫型载体作为溢油修复剂降解水面油污的效果图，其中石油类型为柴油，石油在水面的密度为5000mg/m2。
具体实施方式
以下，将通过以下具体实施例对所述溢油修复剂及其制备方法、溢油的原位修复方法做进一步的说明。
实施例1
首先，称取3000g琼脂作为温度敏感型凝胶材料和50g卡拉胶作为增稠剂，加入50L水，加热至90℃后再通入120℃水蒸气进行热融化，加入常温水50L进行搅拌以调节温度待冷却降至65℃，此时的琼脂浓度为30g/L，卡拉胶的浓度为0.5g/L，加入10g十二烷基硫酸钠SDS作为起泡剂，水溶液中其浓度为0.1g/L，以50rpm的转速搅拌30min使其混合均匀，此水溶液于65℃保温。
然后，将市售或自制的微生物菌剂配制悬液，浓度为105CFU/mL，菌剂悬液保持自然温度。
最后，将上述含有温度敏感型凝胶材料、增稠剂和起泡剂的65℃水溶液导入发泡腔，并同时将微生物菌剂悬液通过另一管路输入发泡腔内，两者体积比为10:1，这样混合后其中微生物的密度约为104CFU/g混合物，通入空气，以3000rpm的搅拌转速，将水溶液、微生物菌剂和空气搅拌混合并发泡约10s，体积膨胀到原体积的约5倍时，再通过2m/s的气流将空气泡沫凝胶经由布满直径为0.5mm孔洞的喷嘴喷出形成泡沫颗粒，泡沫颗粒在空气中冷却，分散降落到自然水面上形成微生物泡沫型载体，该微生物泡沫型载体可于原位处理石油。
实施例2
首先，称取1000g琼脂作为温度敏感型凝胶材料和100g黄原胶作为增稠剂，加入50L水，加热至95℃后再通入120℃水蒸气进行热融化，加入常温水50L进行搅拌以调节温度冷却至35℃，此时的琼脂浓度约为10g/L，黄原胶的浓度为1.0g/L，加入100g皂粉作为起泡剂，水溶液中其浓度为1.0g/L，以100rpm的转速搅拌10min使其混合均匀，此水溶液于35℃保温。
然后，将市售或自制的微生物菌剂配制悬液，浓度为106CFU/mL，菌剂悬液保持自然温度。
最后，将上述含有温度敏感型凝胶材料、增稠剂和起泡剂的35℃水溶液导入发泡腔，并同时将微生物菌剂悬液通过另一管路输入发泡腔内，两者体积比为10:1，这样混合后其中微生物的密度约为105CFU/g混合物，通入空气，以500rpm的搅拌转速，将水溶液、微生物菌剂和空气搅拌混合并发泡约30s，体积膨胀到原体积的约50倍时，再通过10m/s的气流将空气泡沫凝胶经由布满直径为1.0mm孔洞的喷嘴喷出形成泡沫颗粒，泡沫颗粒在空气中冷却，分散降落到自然水面上形成微生物泡沫型载体，该微生物泡沫型载体可于原位处理石油。
实施例3
首先，称取1000g明胶作为温度敏感型凝胶材料，称取50g瓜儿豆胶、50g阿拉伯胶作为增稠剂，加入50L水，加热至90℃进行热融化，加入常温水50L进行搅拌以调节温度待冷却降至40～45℃，此时的明胶浓度为10g/L，增稠剂的总浓度为1.0g/L，加入10g Tween-80和10g辛基酚聚氧乙烯醚-100作为起泡剂，水溶液中起泡剂的总浓度为1.0g/L，以200rpm的转速搅拌30min使其混合均匀，此水溶液于45℃保温。
然后，将市售或自制的微生物菌剂配制悬液，浓度为2×106CFU/mL，菌剂悬液保持自然温度。
最后，将上述含有温度敏感型凝胶材料、增稠剂和起泡剂的水溶液导入发泡腔，并同时将微生物菌剂悬液通过另一管路输入发泡腔内，两者体积比为10:2，这样混合后其中微生物的密度约为3×105CFU/g混合物，通入空气，以1000rpm的搅拌转速，将水溶液、微生物菌剂和空气搅拌混合并发泡约10s，体积膨胀到原体积的约100倍时，再通过20m/s的气流将空气泡沫凝胶经由布满直径为2mm孔洞的喷嘴喷出形成泡沫颗粒，泡沫颗粒在空气中冷却，分散降落到自然水面上形成微生物泡沫型载体，该微生物泡沫型载体可于原位处理石油。
实施例4
首先，称取明胶和魔芋胶各1000g作为温度敏感型凝胶材料，称取黄原胶和槐豆胶各250g作为增稠剂，均加入80L水，加热至95℃进行热融化，加入常温水约20L进行搅拌以调节温度待冷却降至65℃，此时的凝胶材料总浓度为20g/L，增稠剂的总浓度为5.0g/L，加入150g月桂醇醚磷酸酯作为起泡剂，水溶液中起泡剂的总浓度为1.5g/L，以500rpm的转速搅拌10min使其混合均匀，此水溶液于60℃保温。
然后，将市售或自制的微生物菌剂配制悬液，浓度为106CFU/mL，菌剂悬液保持自然温度。
最后，将上述含有温度敏感型凝胶材料、增稠剂和起泡剂的水溶液导入发泡腔，并同时将微生物菌剂悬液通过另一管路输入发泡腔内，两者体积比为1:9，这样混合后其中微生物的密度约为9×105CFU/g混合物，通入空气，以2000rpm的搅拌转速，将水溶液、微生物菌剂和空气搅拌混合并发泡约60s，体积膨胀到原体积的约200倍时，再通过20m/s的气流将空气泡沫凝胶经由布满直径为2mm孔洞的喷嘴喷出形成泡沫颗粒，泡沫颗粒在空气中冷却，分散降落到自然水面上形成微生物泡沫型载体，该微生物泡沫型载体可于原位处理石油。
实施例5
首先，称取琼脂、明胶和魔芋胶各1000g作为温度敏感型凝胶材料，称取黄原胶和海藻酸钠各250g作为增稠剂，均加入80L水，加热至95℃后再通入120℃水蒸气进行热融化，加入常温水约20L进行搅拌以调节温度待冷却降至65℃，此时的凝胶材料总浓度为30g/L，增稠剂的总浓度为5.0g/L，加入槐糖脂和脂肪醇聚氧乙烯醚各100g作为起泡剂，水溶液中起泡剂的总浓度为2.0g/L，以500rpm的转速搅拌30min使其混合均匀，此水溶液于65℃保温。
然后，将市售或自制的微生物菌剂配制悬液，浓度为108CFU/mL，菌剂悬液保持自然温度。
最后，将上述含有温度敏感型凝胶材料、增稠剂和起泡剂的水溶液导入发泡腔，并同时将微生物菌剂悬液通过另一管路输入发泡腔内，两者体积比为1:4，这样混合后其中微生物的密度约为8×107CFU/g混合物，通入空气，以2000rpm的搅拌转速，将水溶液、微生物菌剂和空气搅拌混合并发泡约30s，体积膨胀到原体积的约200倍时，再通过20m/s的气流将空气泡沫凝胶经由布满直径为5mm孔洞的喷嘴喷出形成泡沫颗粒，泡沫颗粒在空气中冷却，分散降落到自然水面上形成如图1所示的微生物泡沫型载体，如图2所示，该微生物泡沫型载体可于原位处理柴油，且柴油10天左右就能完全降解。
实施例6
首先，称取明胶和魔芋胶各1500g作为温度敏感型凝胶材料，称取黄原胶、槐豆胶、海藻酸钠各100g作为增稠剂，均加入80L水，加热至95℃热融化，加入常温水约20L进行搅拌以调节温度待冷却降至65℃，此时的凝胶材料总浓度为30g/L，增稠剂的总浓度为3.0g/L，再加入十二烷基硫酸钠和单月桂基磷酸酯各100g作为起泡剂，水溶液中起泡剂的总浓度为2.0g/L，以100rpm的转速搅拌30min使其混合均匀，此水溶液于65℃保温。
然后，将市售或自制的微生物菌剂配制悬液，浓度为109CFU/mL，菌剂悬液保持自然温度。
最后，将上述含有温度敏感型凝胶材料、增稠剂和起泡剂的水溶液导入发泡腔，并同时将微生物菌剂悬液通过另一管路输入发泡腔内，两者体积比为9:1，这样混合后其中微生物的密度约为1×108CFU/g混合物，通入空气，以3000rpm的搅拌转速，将水溶液、微生物菌剂和空气搅拌混合并发泡约10s，体积膨胀到原体积的约200倍时，再通过30m/s的气流将空气泡沫凝胶经由布满直径为5mm孔洞的喷嘴喷出形成泡沫颗粒，泡沫颗粒在空气中冷却，分散降落到自然水面上形成微生物泡沫型载体，该微生物泡沫型载体可于原位处理石油。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微生物泡沫型载体的制备方法，其特征在于，包括：
提供一发泡腔，将含有凝胶材料、增稠剂和起泡剂的水溶液置于所述发泡腔中；
向所述发泡腔的水溶液中注入微生物菌剂悬液形成混合液，并向所述混合液中通入空气搅拌混合，使所述混合液发泡成为含微生物的空气泡沫凝胶；
通过高速气流将所述空气泡沫凝胶经由喷嘴喷出形成泡沫颗粒，泡沫颗粒在空气中冷却，得到微生物泡沫型载体，所述微生物泡沫型载体的密度小于水的密度。
2.根据权利要求1所述的微生物泡沫型载体的制备方法，其特征在于，所述凝胶材料包括琼脂、明胶、魔芋胶中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的微生物泡沫型载体的制备方法，其特征在于，所述增稠剂包括卡拉胶、黄原胶、瓜儿豆胶、阿拉伯胶、槐豆胶、海藻酸钠中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的微生物泡沫型载体的制备方法，其特征在于，所述起泡剂包括皂粉、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、Tween-20、Tween-60、Tween-80、辛基酚聚氧乙烯醚-100、辛基酚聚氧乙烯醚-45、槐糖脂、乙氧基化烷基硫酸钠、椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、单月桂基磷酸酯、月桂醇醚磷酸酯、单十二烷基磷酸酯钾、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的微生物泡沫型载体的制备方法，其特征在于，所述水溶液的温度为35℃～65℃，所述水溶液中凝胶材料的浓度为5.0g/L～30g/L，增稠剂的浓度为0.5g/L～5g/L，所述起泡剂的浓度为0.1g/L～2g/L，所述混合液中微生物的密度为104～108CFU/g。
6.根据权利要求1所述的微生物泡沫型载体的制备方法，其特征在于，通入空气后以50rpm～3000rpm的速度进行搅拌，以使所述混合液的体积膨胀5～200倍而形成所述空气泡沫凝胶。
7.根据权利要求1所述的微生物泡沫型载体的制备方法，其特征在于，所述喷嘴具有0.5mm～5mm的小孔，所述气流的流速为2m/s～30m/s。
8.一种微生物泡沫型载体，其特征在于，所述微生物泡沫型载体由权利要求1～7任一项所述制备方法得到。
9.一种水面石油污染的原位处理方法，其特征在于，将权利要求8所述的微生物泡沫型载体分散于水面与石油接触，于原位将所述石油降解。
10.一种水面石油污染的原位处理方法，其特征在于，包括：
提供一发泡腔，将含有凝胶材料、增稠剂和起泡剂的水溶液置于所述发泡腔中；
向所述发泡腔的水溶液中注入微生物菌剂悬液形成混合液，并向所述混合液中通入空气搅拌混合，使所述混合液发泡成为含微生物的空气泡沫凝胶；
通过高速气流将所述空气泡沫凝胶经由喷嘴喷出形成泡沫颗粒，泡沫颗粒在空气中冷却并降落至水面，以使微生物泡沫型载体与水面的石油接触，于原位将所述石油降解。
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