CN111333200A - 一种包埋固定化微生物颗粒、制备方法及污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包埋固定化微生物颗粒、制备方法及污水处理方法，其制备方法包括以下步骤：步骤1、将微生物悬浮于液体培养基中，得微生物悬浮溶液；然后缓慢倒入到吸附剂中，同时搅拌、并静置2h,待吸附剂充分吸附微生物悬浮溶液后，离心，得吸附有微生物的吸附剂；步骤2、将聚乙烯醇、琼脂用水溶解后，加入吸附有微生物的吸附剂，搅拌至均匀后，冷却，然后切割成颗粒，得固定化微生物颗粒；步骤3、先将水泥、多孔矿、多孔碳纤维、有机硅交联剂混合均匀后，向其中加入水，继续搅拌至混合均匀后，喷涂于固定化微生物颗粒表面，固化，即可。采用本发明方法对微生物进行包埋固定化后，其在污水中的存活率高，污水处理效果好。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种包埋固定化微生物颗粒、制备方法及污水处理方法。
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。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。传统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，但是由于环境因素、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。
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，目前的固定化微生物的生产工艺通常还是将微生物菌种用聚乙烯醇或海藻酸钠直接进行包埋，由于其机械强度不够理想，往往需要置于网状金属壳中进行使用，而当将其应用于自然水体中时，金属壳很难回收，因此限制了其在自然界黑臭水体中的使用，加之采用多聚体固定化微生物，微生物在包埋体中还会持续增长，使得包埋体的破损率较高，一定程度上也限制了其在城市污水生物处理中的大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种包埋固定化微生物颗粒、制备方法及污水处理方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
技术方案一：
一种包埋固定化微生物颗粒的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、微生物的吸附
步骤1-1、吸附剂的准备与活化，
将纳米碳，用1mol/L的盐酸溶液浸泡48小时，用蒸馏水冲洗到中性后抽虑，然后将其放入烘箱中于105℃烘干至恒重，即为吸附剂，将其放入干燥器中备用；
步骤1-2、微生物菌体的悬浮
将微生物菌剂与液体培养基质量比1:8～10，将微生物悬浮于液体培养基中，得微生物悬浮溶液；
步骤1-3、吸附
按微生物菌剂与吸附剂1：1，将微生物悬浮溶液缓慢倒入到吸附剂中，同时搅拌、并静置2h,待吸附剂充分吸附微生物悬浮溶液后，离心，得吸附有微生物的吸附剂；
步骤2、固定化微生物颗粒的制备：
按聚乙烯醇、琼脂、水质量比3:1：45，将聚乙烯醇、琼脂混合均匀后，加入水，于搅拌条件下加热至溶解，冷却至45～55摄氏度，然后加入吸附有微生物的吸附剂，继续搅拌至均匀后，冷却至20摄氏度以下使其凝固，然后切割成颗粒，得固定化微生物颗粒；
步骤3、固定化微生物颗粒的包埋
按水泥、多孔复合材料、有机硅交联剂和水质量比1:3.5:0.5:7，先将水泥、多孔矿、多孔碳纤维、有机硅交联剂混合均匀后，向其中加入水，继续搅拌至混合均匀后，喷涂于10～20摄氏度的固定化微生物颗粒表面，固化24h，得包埋固定化微生物颗粒。
进一步的，所述多孔复合材料包括多孔矿和贝壳粉中的一种或两种，还包括多孔碳纤维按，所述多孔碳纤维占所述多孔复合材料总质量的25～30％。
进一步的，所述多孔碳纤维采用竹炭纤维；
所述多孔矿选自麦饭石、沸石、火山岩、凹凸棒石、蒙脱石任意一种或组合。
进一步的，所述微生物菌剂选自硝化细菌、氨氧化细菌、芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌、枯草芽孢杆菌、假单胞菌中的一种或多种。
进一步的，所述有机硅交联剂选自环氧基硅烷、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷中的一种或几种。
技术方案二
一种包埋固定化微生物颗粒，由上述的包埋固定化微生物颗粒的制备方法制备而成。
技术方案三：
一种利用包埋固定化微生物颗粒进行污水处理的方法，具体包括如下步骤：
将所述包埋固定化微生物颗粒直接投入到待处理的污水或黑臭水体中，然后通入气体搅动水流，使所述包埋固定化微生物颗粒悬浮即可。
进一步的，所述气体为空气或氧气。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：
1、本发明通过在由聚乙烯醇固定化的微生物颗粒外包覆一层包埋层，且该包埋层采用多孔材料，其能够吸附污水中的有害物质到包埋固定化微生物颗粒的表面，微生物释放的代谢物在未被污水稀释前，即可直接将吸附于包埋固定化微生物颗粒的表面的有害物质进行降解处理，提高了与有害物质直接接触的代谢物的浓度，从而提高了其有害物质的净化效果。
2、本发明包埋层采用多孔矿石、多孔炭纤维、为主要材料，并配合水泥粘结剂和有机硅交联剂，将多孔矿石和多孔碳纤维粘结为一个整体，提高了其硬度，此外，所述包埋层的主要成份来源于大自然，材料天然环保，有机物质用量低，使用时，只需直接投入到污水或天然水体中，即可，不需要额外的固定装置比如篦子进行固定，微生物失效后，包埋层可以与水体底部的污泥融为一体，不会对水体造成二次污染，也不需要进行单独的回收，其使用方便简单。
3、本发明包埋层中由于加入了多孔碳纤维，利用多孔碳纤维质轻且多孔的特性，降低了包埋层的密度，更利于包埋固定化颗粒的悬浮，使用时，只需向污水中通入气体，在气体对水流的搅动作用下，即可使包埋固定化颗粒悬浮于污水中，避免了其全部沉入水底而影响处理效果。
4、本发明微生物固定化时，先将微生物悬浮于液体培养基中，再将其采用纳米活性炭进行吸附，为微生物的正常生长提供的充足的营养。
5、本发明在固定化载体聚乙烯醇中加入了琼脂，用于调节聚乙烯醇凝胶的硬化温度，由于琼脂的加入，固定化微生物在10～20摄氏度即可进行切割，形成颗粒。
具体实施方式
施式假单胞菌：购自通派(上海)生物科技有限公司；
所述液体培养基为KNO32g，K2HPO41g，KH2PO41g，MgSO40.2g，柠檬酸钠5g，七水硫酸锌0.22g；四水合钼酸铵0.010g；蒸馏水1000mL；
以下结合实施例对本发明进行进一步详细的叙述。
实施例1
一种包埋固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、微生物的吸附
步骤1-1、吸附剂的准备与活化，
将纳米碳，用1mol/L的盐酸溶液浸泡48小时，用蒸馏水冲洗到中性后抽虑，然后将其放入烘箱中于105℃烘干至恒重，即为吸附剂，将其放入干燥器中备用；
步骤1-2、微生物菌体的悬浮
将施式假单胞菌活化、发酵后的种子液离心，获得假单胞菌菌体，按假单胞菌菌体(以干重计)与液体培养基质量比1:9，将微生物悬浮于液体培养基中，得微生物悬浮溶液；
步骤1-3、吸附
按微生物菌剂与吸附剂1：1，将微生物悬浮溶液缓慢倒入到吸附剂中，同时搅拌、并静置2h,待吸附剂充分吸附微生物悬浮溶液后，离心，得吸附有微生物的吸附剂；
步骤2、固定化微生物颗粒的制备：
按聚乙烯醇、琼脂、水质量比3:1：45，将聚乙烯醇、琼脂混合均匀后，加入水，于搅拌条件下加热至溶解，冷却至45～55摄氏度，然后加入吸附有微生物的吸附剂，继续搅拌至均匀后，冷却至20摄氏度以下使其凝固，然后切割成颗粒，得固定化微生物颗粒；
步骤3、固定化微生物颗粒的包埋
按水泥、多孔矿、竹炭纤维、有机硅交联剂和水质量比1:2.5:1：0.5:7，先将水泥、多孔矿(沸石粉)、竹炭纤维、有机硅交联剂(环氧基硅烷和甲基三氯硅烷按1:1复配而成)混合均匀后，向其中加入水，继续搅拌至混合均匀后，喷涂于10～20摄氏度的固定化微生物颗粒表面，固化24h，得包埋固定化微生物颗粒。
实施例2
一种包埋固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、微生物的吸附
步骤1-1、吸附剂的准备与活化，
将纳米碳，用1mol/L的盐酸溶液浸泡48小时，用蒸馏水冲洗到中性后抽虑，然后将其放入烘箱中于105℃烘干至恒重，即为吸附剂，将其放入干燥器中备用；
步骤1-2、微生物菌体的悬浮
将施式假单胞菌活化、发酵后的种子液离心，获得假单胞菌菌体，按假单胞菌菌体(以干重计)与液体培养基质量比1:9，将微生物悬浮于液体培养基中，得微生物悬浮溶液；
步骤1-3、吸附
按微生物菌剂与吸附剂1：1，将微生物悬浮溶液缓慢倒入到吸附剂中，同时搅拌、并静置2h,待吸附剂充分吸附微生物悬浮溶液后，离心，得吸附有微生物的吸附剂；
步骤2、固定化微生物颗粒的制备：
按聚乙烯醇、琼脂、水质量比3:1：45，将聚乙烯醇、琼脂混合均匀后，加入水，于搅拌条件下加热至溶解，冷却至45～55摄氏度，然后加入吸附有微生物的吸附剂，继续搅拌至均匀后，冷却至20摄氏度以下使其凝固，然后切割成颗粒，得固定化微生物颗粒；
步骤3、固定化微生物颗粒的包埋
按水泥、贝壳粉、竹炭纤维、有机硅交联剂和水质量比1:2.5:1：0.5:7，先将水泥、贝壳粉、竹炭纤维、有机硅交联剂(甲基苯基二氯硅烷)混合均匀后，向其中加入水，继续搅拌至混合均匀后，喷涂于10～20摄氏度的固定化微生物颗粒表面，固化24h，得包埋固定化微生物颗粒。
实施例3
一种包埋固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、微生物的吸附
步骤1-1、吸附剂的准备与活化，
将纳米碳，用1mol/L的盐酸溶液浸泡48小时，用蒸馏水冲洗到中性后抽虑，然后将其放入烘箱中于105℃烘干至恒重，即为吸附剂，将其放入干燥器中备用；
步骤1-2、微生物菌体的悬浮
将施式假单胞菌活化、发酵后的种子液离心，获得假单胞菌菌体，按假单胞菌菌体(以干重计)与液体培养基质量比1:9，将微生物悬浮于液体培养基中，得微生物悬浮溶液；
步骤1-3、吸附
按微生物菌剂与吸附剂1：1，将微生物悬浮溶液缓慢倒入到吸附剂中，同时搅拌、并静置2h,待吸附剂充分吸附微生物悬浮溶液后，离心，得吸附有微生物的吸附剂；
步骤2、固定化微生物颗粒的制备：
按聚乙烯醇、琼脂、水质量比3:1：45，将聚乙烯醇、琼脂混合均匀后，加入水，于搅拌条件下加热至溶解，冷却至45～55摄氏度，然后加入吸附有微生物的吸附剂，继续搅拌至均匀后，冷却至20摄氏度以下使其凝固，然后切割成颗粒，得固定化微生物颗粒；
步骤3、固定化微生物颗粒的包埋
按水泥、多孔矿、贝壳粉、竹炭纤维、有机硅交联剂和水质量比1：1.5：1：1：0.5：7，先将水泥、多孔矿材料、竹炭纤维、有机硅交联剂(甲基苯基二氯硅烷)混合均匀后，向其中加入水，继续搅拌至混合均匀后，喷涂于10～20摄氏度的固定化微生物颗粒表面，固化24h，得包埋固定化微生物颗粒。
对比例1
一种固定化微生物的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1：将施式假单胞菌活化、发酵后的种子液离心，获得假单胞菌菌体，
步骤2：按聚乙烯醇与水质量比1：10，将聚乙烯醇加入水中，于搅拌条件下加热至溶解，冷却至45～55摄氏度，然后加入步骤1获得的假单胞菌菌体，继续搅拌至均匀后，冷却至4摄氏度以下使其凝固，然后切割成颗粒，得固定化微生物颗粒。
对比例2
一种微生物的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
将施式假单胞菌活化、发酵后的种子液离心，获得假单胞菌菌体。
效果实验1
实施例1～3制得的包埋固定化微生物颗粒、对比例1制得的固定化微生物颗粒、和对比例2制得的施式假单胞菌菌体分别投入1000立方的污水中进行污水处理(来源于城镇生活污水)，并采用曝气装置向污水处理池中通入氧气；曝气量60L/h；以微生物活菌计，各实施例和各对比例投入污水处理中的微生物总量相等，分别于投入前、投入后48h进行污水取样测试，结果见表1；
由表中数据可知：本实施例1～3中污水处理效果最好，对比例1次之，对比例2最差。
效果试验2
实施例1～3制得的包埋固定化微生物颗粒、对比例1制得的固定化微生物颗粒、和对比例2制得的施式假单胞菌菌体分别投入500mL的污水中进行污水处理(所述污水取自农药厂的生产废水，其中含有有机磷农药)，于30摄氏度摇床振荡培养，对比例1中的固定化微生物颗粒于第12～15h之间被完全振碎，实施例1～3中的包埋固定化微生物颗粒直至第24小时仍旧完好，于投入后2h、11h、16h、24h对各瓶污水中的微生物进行活菌计数，结果见表2；投料前对各实施例和各对比例中的有效活菌数进行检测，以保证各实施例和各对比例中投加的活菌量理论值近似相等；
有效活菌数检测方法，具体操作如下。
将各实施例和各对比例中的污水进行离心分离，获得固体和污水废液，然后分别采用平板计数法对固体中的活菌数和废液中的活菌数进行活菌计数，然后将固体中的活菌数与废液中的活菌数相加，即为投入后72h每瓶污水中的活菌总量，实施例1～3中的固体进行平板计数时先采用无菌锤对包埋的固定化微生物颗粒进行敲击破碎。增值或死亡倍数＝(活菌总量-投加理论值)/投加理论值；
表2
试验结果表明：本发明实施例1～3中的包埋固定化微生物能够为微生物菌的增值提供良好的微环境，避免其受外界环境(污水中有机磷农药)的影响而死亡；而对比例1由于没有采用任何包埋固定化技术，微生物菌体投入污水后，直接暴露于污水的高有机磷农药环境中，导致其大量死亡，仅仅很小一部分可能发生突变或其他原因存活下来，但其增殖很慢，无法满足污水处理的要求；而对比例1中，由于微生物仅仅采用聚乙烯醇进行固定化，其强度很低，在摇床震荡过程中的不断撞击下，聚乙烯醇在第12～15小时之间逐渐散落，从而使微生物菌大量释放，并暴露于高浓度有机磷农药的污水中，从而使其出现大量死亡现象，同样影响了污水中微生物的总量。
Claims (8)
1.一种包埋固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、微生物的吸附
步骤1-1、吸附剂的准备与活化，
将纳米碳，用1mol/L的盐酸溶液浸泡48小时，用蒸馏水冲洗到中性后抽虑，然后将其放入烘箱中于105℃烘干至恒重，即为吸附剂，将其放入干燥器中备用；
步骤1-2、微生物菌体的悬浮
将微生物菌剂与液体培养基质量比1:8～10，将微生物悬浮于液体培养基中，得微生物悬浮溶液；
步骤1-3、吸附
按微生物菌剂与吸附剂1：1，将微生物悬浮溶液缓慢倒入到吸附剂中，同时搅拌、并静置2h,待吸附剂充分吸附微生物悬浮溶液后，离心，得吸附有微生物的吸附剂；
步骤2、固定化微生物颗粒的制备：
按聚乙烯醇、琼脂、水质量比3:1：45，将聚乙烯醇、琼脂混合均匀后，加入水，于搅拌条件下加热至溶解，冷却至45～55摄氏度，然后加入吸附有微生物的吸附剂，继续搅拌至均匀后，冷却至20摄氏度以下使其凝固，然后切割成颗粒，得固定化微生物颗粒；
步骤3、固定化微生物颗粒的包埋
按水泥、多孔复合材料、有机硅交联剂和水质量比1:3.5:0.5:7，先将水泥、多孔矿、多孔碳纤维、有机硅交联剂混合均匀后，向其中加入水，继续搅拌至混合均匀后，喷涂于10～20摄氏度的固定化微生物颗粒表面，固化24h，得包埋固定化微生物颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种包埋固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，
所述多孔复合材料包括多孔矿和贝壳粉中的一种或两种，还包括多孔碳纤维，所述多孔碳纤维占所述多孔复合材料总质量的25～30％。
3.根据权利要求2所述的一种包埋固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，
所述多孔碳纤维采用竹炭纤维；
所述多孔矿选自麦饭石、沸石、火山岩、凹凸棒石、蒙脱石任意一种或组合。
4.根据权利要求1所述的一种包埋固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，所述微生物菌剂选自硝化细菌、氨氧化细菌、芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌、枯草芽孢杆菌、假单胞菌中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种包埋固定化微生物颗粒的制备方法，其特征在于，所述有机硅交联剂选自环氧基硅烷、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷中的一种或几种。
6.一种包埋固定化微生物颗粒，其特征在于，由权利要求1～5任一项所述的包埋固定化微生物颗粒的制备方法制备而成。
7.一种利用包埋固定化微生物颗粒进行污水处理的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
将权利要求6制得的包埋固定化微生物颗粒直接投入到待处理的污水或黑臭水体中，然后通入气体搅动水流，使所述包埋固定化微生物颗粒悬浮即可。
8.根据权利要求7所述的一种利用包埋固定化微生物颗粒进行污水处理的方法，其特征在于，所述气体为空气或氧气。
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