CN110642392A - 一种牡蛎壳基水体净化生物制剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境治理与修复领域，具体涉及到应用于水体净化的一种生物制剂及其制备方法。本发明公开的水体净化生物制剂由以下重量份数的原料制备而成：牡蛎壳粉80‑100份，浓氨水3‑5份，乙二胺5‑10份，微生物菌粉10‑15份，阳离子聚丙烯酰胺50‑80份。本发明针对目前日益严重的水体污染问题，以水产行业中大量存在且难以处理的牡蛎壳为原料，经粉碎、煅烧后与乙二胺及氨水反应，在其表面接枝带正电荷的胺基，然后通过多层自封装技术将微生物固定在牡蛎壳粉基质上，形成牡蛎壳基多层自封装微生物微球，用于水体的净化。

Description

一种牡蛎壳基水体净化生物制剂及其制备方法

技术领域

本发明属于环境治理与修复领域，具体涉及到应用于水体净化的一种生物制剂及其制备方法。

背景技术

20 世纪90 年代以来，我国近海水产养殖业的迅猛发展，集约式工业化养殖的规模日益扩大，集约化高密度的养殖模式虽然带来了较高的养殖产出，却给养殖水体带来了大量的残留饲料和排泄物，使水中氮素的含量迅速增加，从而影响水体中溶解氧含量降低，pH降低、亚硝酸盐含量高等情况，造成养殖环境的迅速恶化。这些改变不仅会严重影响对水产品的生长和生存，例如较高浓度的亚硝态氮会对导致对虾肝胰腺、胃、中肠和鳃组织出现坏死、肿胀和空泡化等病变，还容易滋生病毒和细菌，例如水体pH降低会导致副溶血弧菌滋生。除此之外，排泄掉的养殖废水还会影响周边水域生物群落的丰度和结构，破坏生态环境。而沉积入池底的多余饵料以及对水产品的排泄物等分解需要消耗大量溶氧同时产生有机酸，使底质缺氧酸化并产生一系列有害物质，如SO₂等会降低养殖生物的抗病能力。与此同时，大量生活污水、工业废水的排放以及农药和化肥的过量施用和散失，也会造成天然水域的严重污染。因此如何经济有效地去除水体中的污染物，修复水体水质成为当前研究的热点。

应用于污染水体的常规修复方法往往会引入新的物质，且未能在根本上修复生态系统，因此作用周期较短，需要频繁进行修复。在这样得背景下，固定化微生物技术应运而生。微生物固定化技术，是使用物化方式把微生物固定在载体上，并使之限定在某一特定空间或区域内，使其高度富集，以满足废水处理需求的一种新型生物处理技术。与传统污水处理工艺相比，固定化微生物技术具有很强的抗冲击负荷和抗毒害能力、稳定性强、可重复使用，具有良好的生态安全性，具有很大的潜力和前景，受到国内外的广泛关注。

但传统固定化微生物技术方法存在种种缺陷，如表面吸附法制备简单，但牢固性差，微生物的结合量低；包埋法操作简单，固定化粒子强度高，适合于小分子底物与产物的反应；交联法结合强度高、稳定性好，但反应激烈，细胞的活力不强，制作难，普遍应用性差；共价结合法具有较高的稳定性，其缺点也是对细胞活性的负面影响；无载体固定法是利用微生物具有的自絮能力，使其形成颗粒使微生物产生自固定，这种方法保证了微生物形成适宜的生态环境，有利于微生物代谢之间的协调，但对微生物的选择性较强。因此，综合目前存在的微生物固定化方法，开发一种效率更高、成本更低、微生物活力更强的微生物固定技术并将其应用于水体净化有着巨大的市场和潜力。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前日益严重的水体污染问题，以水产行业中大量存在且难以处理的牡蛎壳为基质，提出一种多层自封装技术固定微生物用于制备新型水体净化生物制剂，用于改善养殖水体、景观水体及自然水体的水质情况，实现以废治废的循环经济和绿色经济。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种牡蛎壳基水体净化生物制剂，其由以下重量份数的原料制备而成：

牡蛎壳粉 80-100 份；

浓氨水 3-5 份；

乙二胺 5-10份；

微生物菌粉 10-15份；

阳离子聚丙烯酰胺 40-80份。

本发明还提供了所述牡蛎壳基水体净化生物制剂的制备方法，

包括以下步骤。

1）将牡蛎壳洗净，晾干，粉碎为牡蛎壳粉末。

2）取80-100 份牡蛎壳粉，置于马弗炉中进行煅烧，煅烧完成后取出置于干燥皿中，待其冷却。

3）将煅烧后的牡蛎壳粉加入到反应釜中，随后分别加入3-5 份的浓氨水、5-10 份乙二胺以及200-300 份的去离子水，搅拌均匀后将反应釜密封，加热反应一段时间后，过滤，取滤渣进行热风干燥，即制得氨基化牡蛎壳粉。

4）取10-15 份微生物菌粉，加入到400-500 份的去离子水中，混合均匀后加入上步制得的氨基化牡蛎壳粉，缓慢搅拌，由于微生物表面带负电荷，会自发吸附在带正电荷的氨基化牡蛎壳粉表面。

5）将上步所得滤渣加入到阳离子聚丙烯酰胺溶液中，缓慢搅拌，阳离子聚丙烯酰胺会自发吸附在微生物表面，形成正电荷凝胶层，将微生物封装在内，然后过滤，得滤渣，即完成一次自封装。

6）将步骤5）中滤渣加入到步骤4）中剩余滤液中，缓慢搅拌，滤液中的微生物再次被吸附到步骤5）中形成的正电荷凝胶层表面，然后过滤，得滤渣。

7）将步骤6）中形成的滤渣加入到步骤5）中的滤液中，缓慢搅拌，滤液中阳离子聚丙烯酰胺形成第二层正电荷凝胶层，完成微生物的第二次自封装。

8）重复步骤6）与步骤7），即完成多次自封装，形成多层自封装微生物微球。

9）将步骤8）中的多层自封装微生物微球冷冻干燥，即得牡蛎壳基水体净化生物制剂。

步骤1）粉碎后牡蛎壳粉粒径为60-100 目。

步骤2）煅烧温度为500-600 ℃，煅烧时间为1-3 h。

步骤3）反应温度为80-95 ℃，反应时间为8-12 h。

步骤4）搅拌时间10-20 min。

步骤5）阳离子聚丙烯酰胺溶液浓度为5-20 wt %，搅拌时间10-20 min。

步骤6）搅拌时间10-20 min。

步骤7）搅拌时间10-20 min。

本发明采用以上技术方案，以牡蛎壳为原料（本方案同样适用于生蚝等其他贝类为原料），通过多层自封装技术固定的微生物（包括硝化细菌、反硝化细菌、光合菌、芽孢杆菌、乳酸菌等，分别用于脱氮、增氧、抑制藻类生长、调节水体pH等作用），制备一种用于水体净化的新型生物制剂。

本发明具有以下优点：

1、本发明综合了吸附法、交联法及包埋法等传统微生物固定化方法各项优势，创造性地提出多层自封装技术固定微生物，相较于传统方法，固定率高、稳定性好、微生物活力高。

2、本发明以水产养殖中大量产生的、难以处理的牡蛎壳为原料，制备的水质净化剂，实现“从哪里来，到哪里去”，制备材料与方法均为绿色无污染，且不会产生二次污染。

3、牡蛎壳基多层自封装微生物微球中的有益菌群可以持续改善水质环境，同时牡蛎壳粉又能缓慢溶解于水体从而长期调节水体pH，充分发挥牡蛎壳粉特性。

附图说明

图1为本发明的技术原理图。

具体实施方式

一种牡蛎壳基水体净化生物制剂，其由以下重量份数的原料制备而成：

牡蛎壳粉 80-100 份；

浓氨水 3-5 份；

乙二胺 5-10份；

微生物菌粉 10-15份；

阳离子聚丙烯酰胺 40-80份。

本发明还提供了所述牡蛎壳基水体净化生物制剂的制备方法，包括以下步骤：

1）将牡蛎壳洗净，晾干，粉碎至60-100 目。

2）取80-100 份牡蛎壳粉，置于马弗炉中，在500-600 ℃下煅烧1-3 h后，取出置于干燥皿中，待其冷却。

3）将煅烧后的牡蛎壳粉加入到反应釜中，随后分别加入3-5 份的浓氨水、5-10 份乙二胺以及200-300 份的去离子水，搅拌均匀后将反应釜密封，升温至80-95 ℃，反应8-12h后，过滤，热风干燥，即制得氨基化牡蛎壳粉。

4）取10-15 份微生物菌粉，加入到400-500 份的去离子水中，搅拌均匀后加入上步制得的氨基化牡蛎壳粉缓慢搅拌10-20 min后，由于微生物表面带负电荷，会自发吸附在带正电荷的氨基化牡蛎壳粉表面。

5）将上步所得滤渣加入到5-20 wt %的阳离子聚丙烯酰胺溶液中，缓慢搅拌10-20min，阳离子聚丙烯酰胺会自发吸附在微生物表面，形成正电荷凝胶层，将微生物封装在内，然后过滤，得滤渣，即完成一次自封装。

6）将步骤5）中滤渣加入到步骤4）中剩余滤液中，缓慢搅拌10-20 min，滤液中的微生物再次被吸附到步骤5）中形成的正电荷凝胶层表面，然后过滤，得滤渣。

7）将步骤6）中形成的滤渣加入到步骤5）中的滤液中，缓慢搅拌10-20 min,滤液中阳离子聚丙烯酰胺形成第二层正电荷凝胶层，完成微生物的第二次自封装。

8）重复步骤6）与步骤7），即完成多次自封装，形成多层自封装微生物微球。

9）将步骤8）中的多层自封装微生物微球冷冻干燥，即得牡蛎壳基水体净化生物制剂。

实施例1

一种牡蛎壳基水体净化生物制剂，其由以下重量份数的原料制备而成：

牡蛎壳粉 100 份；

浓氨水 5 份；

乙二胺 10份；

硝化细菌菌粉 10份；

阳离子聚丙烯酰胺 50份。

本发明还提供了所述牡蛎壳基水体净化生物制剂的制备方法，包括以下步骤。

1）将牡蛎壳洗净，晾干，粉碎至60 目。

2）取100 份牡蛎壳粉，置于马弗炉中，在550 ℃下煅烧2 h后，取出置于干燥皿中，待其冷却。

3）将煅烧后的牡蛎壳粉加入到反应釜中，随后分别加入5 份的浓氨水、10 份乙二胺以及300 份的去离子水，搅拌均匀后将反应釜密封，升温至95 ℃，反应12 h后，过滤，热风干燥，即制得氨基化牡蛎壳粉。

4）取10 份硝化细菌菌粉，加入到400 份的去离子水中，搅拌均匀后加入上步制得的氨基化牡蛎壳粉缓慢搅拌10 min后，由于微生物表面带负电荷，会自发吸附在带正电荷的氨基化牡蛎壳粉表面。

5）将上步所得滤渣加入到10 wt %的阳离子聚丙烯酰胺溶液中，缓慢搅拌10 min，阳离子聚丙烯酰胺会自发吸附在微生物表面，形成正电荷凝胶层，将微生物封装在内，然后过滤，得滤渣，即完成一次自封装。

6）将步骤5）中滤渣加入到步骤4）中剩余滤液中，缓慢搅拌10 min，滤液中的微生物再次被吸附到步骤5）中形成的正电荷凝胶层表面，然后过滤，得滤渣。

7）将步骤6）中形成的滤渣加入到步骤5）中的滤液中，缓慢搅拌10 min,滤液中阳离子聚丙烯酰胺形成第二层正电荷凝胶层，完成微生物的第二次自封装。

8）重复步骤6）与步骤7），即完成多次自封装，形成多层自封装微生物微球。

9）将步骤8）中的多层自封装微生物微球冷冻干燥，即得牡蛎壳基水体净化生物制剂。

本实施例中，水体净化生物制剂主要有降低水体中氮素含量的作用。

实施例2

一种牡蛎壳基水体净化生物制剂，其由以下重量份数的原料制备而成：

牡蛎壳粉 100 份；

浓氨水 5 份；

乙二胺 10份；

光合菌菌粉 10份；

阳离子聚丙烯酰胺 50份。

具体制备方法同实施例1。

本实施例中，水体净化生物制剂主要有增加水体中氧气含量的作用。

实施例3

一种牡蛎壳基水体净化生物制剂，其由以下重量份数的原料制备而成：

牡蛎壳粉 100 份；

浓氨水 5 份；

乙二胺 10份；

枯草芽孢杆菌菌粉 10份；

阳离子聚丙烯酰胺 50份。

具体制备方法同实施例1。

本实施例中，水体净化生物制剂有抑制水体中藻类生长繁殖的作用。

实施例4

一种牡蛎壳基水体净化生物制剂，其由以下重量份数的原料制备而成：

牡蛎壳粉 100 份；

浓氨水 3 份；

乙二胺 5 份；

硝化细菌菌粉 10份；

阳离子聚丙烯酰胺 50份。

具体制备方法同实施例1。

本实施例中，由于浓氨水与乙二胺使用量较低，牡蛎壳粉表面接枝的胺基含量较低，自封装的微生物含量较低，制成的水体净化剂脱氮能力较差。

实施例5

一种牡蛎壳基水体净化生物制剂，其由以下重量份数的原料制备而成：

牡蛎壳粉 100 份；

浓氨水 5 份；

乙二胺 10份；

硝化细菌菌粉 10份；

阳离子聚丙烯酰胺 50份。

本发明还提供了所述牡蛎壳基水体净化生物制剂的制备方法，包括以下步骤：

1）将牡蛎壳洗净，晾干，粉碎至60 目。

2）取100 份牡蛎壳粉，置于马弗炉中，在500 ℃下煅烧1 h后，取出置于干燥皿中，待其冷却。

3）将煅烧后的牡蛎壳粉加入到反应釜中，随后分别加入5 份的浓氨水、10 份乙二胺以及300 份的去离子水，搅拌均匀后将反应釜密封，升温至95 ℃，反应12 h后，过滤，热风干燥，即制得氨基化牡蛎壳粉。

4）取10 份硝化细菌菌粉，加入到400 份的去离子水中，搅拌均匀后加入上步制得的氨基化牡蛎壳粉缓慢搅拌10 min后，由于微生物表面带负电荷，会自发吸附在带正电荷的氨基化牡蛎壳粉表面。

5）将上步所得滤渣加入到10 wt %的阳离子聚丙烯酰胺溶液中，缓慢搅拌10 min，阳离子聚丙烯酰胺会自发吸附在微生物表面，形成正电荷凝胶层，将微生物封装在内，然后过滤，得滤渣，即完成一次自封装。

6）将步骤5）中滤渣加入到步骤4）中剩余滤液中，缓慢搅拌10 min，滤液中的微生物再次被吸附到步骤5）中形成的正电荷凝胶层表面，然后过滤，得滤渣。

7）将步骤6）中形成的滤渣加入到步骤5）中的滤液中，缓慢搅拌10 min,滤液中阳离子聚丙烯酰胺形成第二层正电荷凝胶层，完成微生物的第二次自封装。

8）重复步骤6）与步骤7），即完成多次自封装，形成多层自封装微生物微球。

9）将步骤8）中的多层自封装微生物微球冷冻干燥，即得牡蛎壳基水体净化生物制剂。

本实施例中，由于煅烧温度较低，煅烧时间较端，煅烧过程中分解的CaCO3较少，牡蛎壳粉粉末中形成的微孔较少，比表面积较小，能够吸附的微生物含量较低。

实施例6

一种牡蛎壳基水体净化生物制剂，其由以下重量份数的原料制备而成：

牡蛎壳粉 100 份；

浓氨水 5 份；

乙二胺 10份；

硝化细菌菌粉 10份；

阳离子聚丙烯酰胺 50份。

本发明还提供了所述牡蛎壳基水体净化生物制剂的制备方法，包括以下步骤：

1）将牡蛎壳洗净，晾干，粉碎至60 目。

2）取100 份牡蛎壳粉，置于马弗炉中，在600 ℃下煅烧3 h后，取出置于干燥皿中，待其冷却。

3）将煅烧后的牡蛎壳粉加入到反应釜中，随后分别加入5 份的浓氨水、10 份乙二胺以及300 份的去离子水，搅拌均匀后将反应釜密封，升温至95 ℃，反应12 h后，过滤，热风干燥，即制得氨基化牡蛎壳粉。

4）取10 份硝化细菌菌粉，加入到400 份的去离子水中，搅拌均匀后加入上步制得的氨基化牡蛎壳粉缓慢搅拌10 min后，由于微生物表面带负电荷，会自发吸附在带正电荷的氨基化牡蛎壳粉表面。

5）将上步所得滤渣加入到10 wt %的阳离子聚丙烯酰胺溶液中，缓慢搅拌10 min，阳离子聚丙烯酰胺会自发吸附在微生物表面，形成正电荷凝胶层，将微生物封装在内，然后过滤，得滤渣，即完成一次自封装。

6）将步骤5）中滤渣加入到步骤4）中剩余滤液中，缓慢搅拌10 min，滤液中的微生物再次被吸附到步骤5）中形成的正电荷凝胶层表面，然后过滤，得滤渣。

7）将步骤6）中形成的滤渣加入到步骤5）中的滤液中，缓慢搅拌10 min,滤液中阳离子聚丙烯酰胺形成第二层正电荷凝胶层，完成微生物的第二次自封装。

8）重复步骤6）与步骤7），即完成多次自封装，形成多层自封装微生物微球。

9）将步骤8）中的多层自封装微生物微球冷冻干燥，即得牡蛎壳基水体净化生物制剂。

本实施例中，由于煅烧温度较高，煅烧时间较长，牡蛎壳中大量CaCO₃分解乃至碎裂，不利于牡蛎壳粉形成疏松多孔结构，其吸附的微生物含量较低。

实施例7

一种牡蛎壳基水体净化生物制剂，其由以下重量份数的原料制备而成：

牡蛎壳粉 100 份；

浓氨水 5 份；

乙二胺 10份；

硝化细菌菌粉 10份；

阳离子聚丙烯酰胺 40份。

具体制备方法同实施例1。

本实施例中，阳离子聚丙烯酰胺添加量较低，形成的凝胶层较薄，多层自封装微生物微球在水体中更容易分解。

实施例8

一种牡蛎壳基水体净化生物制剂，其由以下重量份数的原料制备而成：

牡蛎壳粉 100 份；

浓氨水 5 份；

乙二胺 10份；

硝化细菌菌粉 10份；

阳离子聚丙烯酰胺 80份。

具体制备方法同实施例1。

本实施例中，阳离子聚丙烯酰胺添加量较高，形成的凝胶层较厚，多层自封装微生物微球的稳定性较好。

Claims (3)

1.一种牡蛎壳基水体净化生物制剂，其特征在于：其由以下重量份数的原料制备而成：牡蛎壳粉80-100份，浓氨水3-5份，乙二胺5-10份，微生物菌粉10-15份，阳离子聚丙烯酰胺50-80份。

2.如权利要求1所述的一种牡蛎壳基水体净化生物制剂的制备方法，其特征在于，其通过多层自封装技术将有益微生物菌群固定在牡蛎壳粉表面。

3.如权利要求1所述的一种牡蛎壳基水体净化生物制剂的制备方法的制备方法为多层自封装微生物固定化技术，其特征在于：其包括以下步骤：

1）将牡蛎壳洗净，晾干，粉碎至60-100 目；

2）取80-100 份牡蛎壳粉，置于马弗炉中，在500-600 ℃下煅烧1-3 h后，取出置于干燥皿中，待其冷却；

3）将煅烧后的牡蛎壳粉加入到反应釜中，随后分别加入3-5 份的浓氨水、5-10 份乙二胺以及200-300 份的去离子水，搅拌均匀后将反应釜密封，升温至80-95 ℃，反应8-12 h后，过滤，热风干燥，即制得氨基化牡蛎壳粉；

4）取10-15 份微生物菌粉，加入到400-500 份的去离子水中，搅拌均匀后加入上步制得的氨基化牡蛎壳粉缓慢搅拌10-20 min后，由于微生物表面带负电荷，会自发吸附在带正电荷的氨基化牡蛎壳粉表面；

5）将上步所得滤渣加入到5-20 wt %的阳离子聚丙烯酰胺溶液中，缓慢搅拌10-20min，阳离子聚丙烯酰胺会自发吸附在微生物表面，形成正电荷凝胶层，将微生物封装在内，然后过滤，得滤渣，即完成一次自封装；

6）将步骤5）中滤渣加入到步骤4）中剩余滤液中，缓慢搅拌10-20 min，滤液中的微生物再次被吸附到步骤5）中形成的正电荷凝胶层表面，然后过滤，得滤渣；

7）将步骤6）中形成的滤渣加入到步骤5）中的滤液中，缓慢搅拌10-20 min,滤液中阳离子聚丙烯酰胺形成第二层正电荷凝胶层，完成微生物的第二次自封装；

8）重复步骤6）与步骤7），即完成多次自封装，形成多层自封装微生物微球；

9）将步骤8）中的多层自封装微生物微球冷冻干燥，即得牡蛎壳基水体净化生物制剂。

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