CN113562850A - 一种环保微生物絮凝剂的制备方法、装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及絮凝剂制备技术领域，公开了一种环保微生物絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1)、将克雷伯氏菌KS‑21微生物菌种接种到种子培养基中，制备种子液；步骤2)、将上述种子液接种入克雷伯氏发酵培养基中连续培养72h,收集培养液；步骤3)、培养液过滤后利用乙醇提取法将上述培养液进行处理，得到胞外聚合物；步骤4)、将上述胞外聚合物冷冻干燥，制备得到白色粉末状的微生物絮凝剂。本发明还提供一种环保微生物絮凝剂的制备装置和采用该制备方法得到的环保微生物絮凝剂在污水处理中的应用。本发明制备工艺简单，且制备生产成本低廉，能够得到性能稳定及高产的、环保的、安全的微生物絮凝剂菌株，具有很好的市场前景。

Description

一种环保微生物絮凝剂的制备方法、装置及其应用
技术领域
本发明属于絮凝剂制备技术领域，具体涉及一种环保微生物絮凝剂的制备方法、装置及其应用。
背景技术
絮凝剂是污水处理中使用最多的药剂之一，同时也广泛应用于其他行业中。期主要分为三类：无机絮凝剂、有机絮凝剂、天然高分子絮凝剂。目前多数人对无机絮凝剂和天然高分子絮凝剂较为了解，它们便宜但存在二次污染问题，而天然高分子絮凝剂虽然环保，但是价格昂贵，不为人所熟悉，但也有例外比如：微生物絮凝剂。人们很早就发现微生物存在絮凝作用。微生物絮凝剂是利用生物技术,从微生物或其代谢产物中提取、纯化而获得的一种安全、高效,且能自然降解的新型水处理剂,成分包括糖蛋白、纤维素、蛋白质和DNA等。也其越来越受到人们的重视,且已呈现出逐步取代传统絮凝剂之趋势。目前市面上微生物絮凝剂主要用于处理高COD有机废水及染料废水的脱色及恢复活性污泥沉降能力等方面。
然而，目前市面上关于微生物絮凝剂的工业化生产存在较多问题：1、絮凝剂本色稳定性较差；2、生产成本过高。因此寻找性能稳定及高产的、环保的、安全的微生物絮凝剂菌株是解决以上问题的重要途径。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在絮凝剂本色稳定性较差，生产成本过高的缺点，而提出的一种环保微生物絮凝剂的制备方法、装置及其应用。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种环保微生物絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)、将克雷伯氏菌KS-21微生物菌种接种到种子培养基中，制备种子液；
步骤2)、将上述种子液接种入克雷伯氏发酵培养基中连续培养72h,收集培养液；
步骤3)、培养液过滤后利用乙醇提取法将上述培养液进行处理，得到胞外聚合物；
步骤4)、将上述胞外聚合物冷冻干燥，制备得到白色粉末状的微生物絮凝剂；
进一步的，所述步骤1)中，种子培养基为基础LB培养基，其组分为：蛋白胨10g/l、氯化钠5g/l、酵母粉5g/l、pH7.0，并于121℃灭菌半小时。
进一步的，所述步骤2)中，克雷伯氏发酵培养基组分为：葡萄糖6g/L,KH2PO42g/L，Na2HP04.12H2010.0g/L，NaCl0.05g/L，MgS04.7H200.5g/L，FeS04.7H200.01g/L，尿素2.5g/L,调节pH值为7。
进一步的，所述步骤3)中，乙醇提取法，具体步骤如下：
S1、取发酵培养液，按1％加入NaCl搅拌均匀，在4℃，5000rpm下离心15min，弃去菌体沉淀，保留上清液备用；
S2、向上述S1中得到的上清液中加入无水乙醇按1:3混合摇匀，取上层团块进行风干备用；
S3、将上述S2中团块风干后溶于50mL蒸馏水，30℃水浴中不断搅拌，待完全溶解后将溶液于4℃下静置24h，加蒸馏水至100mL，在4℃，5000rpm离心15min，取上清液备用；
S4、将上述S3中得到的上清液按2％加入NaCl搅拌均匀，与无水乙醇按1:3混合，取上层团块用无水乙醇反复洗三次，分装于2mL离心管中，即得到胞外聚合物。
本发明还提供了一种环保微生物絮凝剂的制备装置，包括第一培养皿、第二培养皿、乙醇提取装置和冷冻干燥机；
第一培养皿、第二培养皿和乙醇提取装置之间通过移液管相连，所述乙醇提取装置与冷冻干燥机通过固相载具相连；
所述第一培养皿和第二培养皿的外侧设有防护装置；
所述防护装置包括底盘，所述底盘的周向上设有多个立柱，底盘的上方设有可上下活动的罩体，所述罩体的边缘对应立柱的位置均设有滑块，所述滑块以滑动的方式连接在立柱上，所述底盘与罩体之间设有扣合件；
所述罩体的中心上设有用于插入移液管的橡胶密封板，所述橡胶密封板上设有“十”字形开口；
所述乙醇提取装置包括箱体，所述箱体内设有用于溶液离心的离心机和用于溶液混合的搅拌器。
进一步的，所述扣合件包括卡扣和卡槽，所述卡扣固定设置在底盘上，所述卡槽设置在罩体的罩壁上，所述卡槽与卡扣相适配。
进一步的，所述箱体上设有还设有风干装置，所述风干装置包括风干风机和排风口，所述风干风机设置在箱体一侧，排风口设置在箱体的另一侧。
采用所述的制备方法得到的环保微生物絮凝剂可应用在污水处理中。
本发明提出的一种环保微生物絮凝剂的制备方法、装置及其应用，有益效果在于：本发明通过微生物菌种接种得到种子液，再由种子液发酵培养得到培养液，然后再对培养液采用乙醇提取法得到胞外聚合物，最后对胞外聚合物采用冷冻干燥的方式进行干燥，得到稳定的微生物絮凝剂，此制备工艺简单，制备生产成本低廉，能够得到性能稳定及高产的、环保的、安全的微生物絮凝剂菌株，具有很好的市场前景。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明关于环保微生物絮凝剂的制备方法的流程图；
图2是本发明关于环保微生物絮凝剂的制备装置的结构示意图；
图3是本发明关于防护装置的结构示意图；
图中标记为：第一培养皿11、第二培养皿12、防护装置2、底盘21、立柱22、罩体23、滑块24、卡扣25、卡槽26、橡胶密封板27、乙醇提取装置3、箱体31、离心机32、搅拌器33、风干风机34、排风口35、冷冻干燥机4。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。
实施例1
参见图1，一种环保微生物絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将克雷伯氏菌KS-21微生物菌种接种到种子培养基中，制备种子液；
其中，种子培养基为基础LB培养基，其组分为：蛋白胨10g/l、氯化钠5g/l、酵母粉5g/l、pH7.0，并于121℃灭菌半小时。
(2)、将上述种子液接种入克雷伯氏发酵培养基中连续培养72h,收集培养液；
其中，发酵培养基组分为：葡萄糖6g/L,KH2PO42g/L，Na2HP04.12H2010.0g/L，NaCl0.05g/L，MgS04.7H200.5g/L，FeS04.7H200.01g/L，尿素2.5g/L,调节pH值为7。
(3)、培养液过滤后利用乙醇提取法将上述培养液进行处理，得到胞外聚合物；
其中，乙醇提取法：取发酵培养液一定量，按1％加入NaCl搅拌均匀，在4℃，5000rpm下离心15min，弃去菌体沉淀，保留上清液，加入无水乙醇按1:3混合摇匀，取上层团块进行风干，风干后溶于50mL蒸馏水，30℃水浴中不断搅拌，待完全溶解后将溶液于4℃下静置24h，加蒸馏水至100mL，在4℃，5000rpm离心15min，取上清液按2％加入NaCl搅拌均匀，与无水乙醇按1:3混合，取上层团块用无水乙醇反复洗三次，分装于2mL离心管中，即得到胞外聚合物。
(4)、将上述胞外聚合物冷冻干燥，制备得到白色粉末状的微生物絮凝剂，即得到微生物絮凝剂产品。
参见图2，本发明还提供了一种用于上述方法的环保微生物絮凝剂的制备装置，包括用于微生物菌种接种得到种子液的第一培养皿11、用于种子液接种发酵培养得到培养液的第二培养皿12、用于乙醇提取法的乙醇提取装置3和用于冷冻干燥的冷冻干燥机4。
第一培养皿11、第二培养皿12和乙醇提取装置3之间通过移液管相连，第一培养皿11培养得到的种子液通过移液管转移至第二培养皿12内，第二培养皿12内培养得到的培养液通过移液管转移至乙醇提取装置3，乙醇提取装置3对培养液进行提取得到胞外聚合物，最后乙醇提取装置3与冷冻干燥机4通过固相载具相连，通过固相载具入玻璃烧杯将乙醇提取装置3得到的胞外聚合物转移至冷冻干燥机4进行干燥处理得到白色粉末状的微生物絮凝剂。
第一培养皿11和第二培养皿12的外侧设有防护装置2，防护装置2包括底盘21，底盘21的周向上设有多个立柱22，底盘21的上方设有可上下活动的罩体23，罩体23的边缘对应立柱22的位置均设有滑块24，滑块24以滑动的方式连接在立柱22上，底盘21与罩体23之间设有扣合件，扣合件包括卡扣25和卡槽26，卡扣25固定设置在底盘21上，卡槽26设置在罩体23的罩壁上，卡槽26与卡扣25相适配，罩体23的中心上设有用于插入移液管的橡胶密封板27，橡胶密封板27上设有“十”字形开口，通过在第一培养皿11和第二培养皿12的外侧设置防护装置2，可有效避免外接菌种对微生物菌种培养带来的干扰，可提高微生物菌种培养的纯度，并且移液时，只需要通过移液管穿过橡胶密封板27进行采液，可以避免培养液暴露在空气中，确保了外界对培养的干扰，通过上下滑动罩体23来实现第一培养皿11和第二培养皿12封闭操作，便于日常使用。
乙醇提取装置3包括箱体31，箱体31内设有用于溶液离心的离心机32和用于溶液混合的搅拌器33，在使用过程中，先通过离心机32对发酵培养液进行离心处理，得到上清液，上清液加入无水乙醇后在搅拌器33上进行搅拌，得到上层团块，然后将上层团块用蒸馏水溶解并放置在搅拌器33进行加热溶解搅拌，搅拌器33带有加热棒，完全溶解后静置，静置完毕后再次加入蒸馏水放置在离心机32上进行离心处理，取上清液加入NaCl和无水乙醇放置在搅拌器33上进行搅拌得到上层团块，然后对上层团块在搅拌器33内用无水乙醇反复清洗多层，便得到了目标产物。
箱体31上设有还设有风干装置，风干装置包括风干风机34和排风口35，风干风机34设置在箱体31一侧，排风口35设置在箱体31的另一侧，采用风干风机34实现对上述上层团块进行内置式风干，这样无需对上层团块进行转移风干，可有效提高提取效率。
本发明的环保微生物絮凝剂的制备方法、装置，通过微生物菌种接种得到种子液，再由种子液发酵培养得到培养液，然后再对培养液采用乙醇提取法得到胞外聚合物，最后对胞外聚合物采用冷冻干燥的方式进行干燥，得到稳定的微生物絮凝剂，此制备工艺简单，制备生产成本低廉，能够得到性能稳定及高产的、环保的、安全的微生物絮凝剂菌株，具有很好的市场前景。
实施例2
微生物絮凝剂絮凝效果验证试验：
1、取0.2％高岭土悬浊液500mL，加入1mg的本微生物絮凝剂，在200r/min下搅拌10min后，静置10min,测量上层清液550nm吸光度值。以滴加纯水作为对照。计算微生物絮凝剂对高岭土悬液的絮凝效果。
其中絮凝率的计算方法：
絮凝率＝(对照的OD550nm值-样品的OD550nm值/对照的OD550nm值)X100％，测得本实施例中的微生物絮凝剂对该悬浊液的絮凝率为98.6％。
实施例3
采用上述的制备方法得到的环保微生物絮凝剂可应用在污水处理中，具体在餐饮废水絮凝处理中的应用,包括：
向C0D浓度为15000mg/L的餐饮废水(100mL)中加入实施例l中的微生物絮凝剂1mg，在200r/min下搅拌10min后，静置10min，测量废水上清液的C0D浓度。
室温条件下，测得实际COD去除率达到87.5％，具有较好的去除效果，说明本微生物絮凝剂在常温，中性pH条件下，具备较好的应用前景，且其对环境条件要求较低。
实施例4
采用上述的制备方法得到的环保微生物絮凝剂可应用在污水处理中，具体在餐饮废水絮凝处理中的应用,包括：向C0D浓度为15000mg/L的餐饮废水(100mL)中加入实施例l中的微生物絮凝剂1mg、聚丙烯酰胺10mg、聚合氯化铝20mg,对所述三种絮凝剂均以200rpm的搅拌速度，搅拌60s后静置10min，测量废水上清液的COD浓度,COD去除率的结果(见表1)。
表1不同絮凝剂对餐饮废水的COD去除效果
类别 絮凝率(％)
微生物絮凝剂 89.56
聚丙烯酰胺 59.23
聚合氯化铝 63.24
从表中可以看出,本发明制备的生物絮凝剂相比其他絮凝剂对餐饮废水有很好的处理效率,絮凝率达到了89.56％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种环保微生物絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)、将克雷伯氏菌KS-21微生物菌种接种到种子培养基中，制备种子液；
步骤2)、将上述种子液接种入克雷伯氏发酵培养基中连续培养72h,收集培养液；
步骤3)、培养液过滤后利用乙醇提取法将上述培养液进行处理，得到胞外聚合物；
步骤4)、将上述胞外聚合物冷冻干燥，制备得到白色粉末状的微生物絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种环保微生物絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，种子培养基为基础LB培养基，其组分为：蛋白胨10g/l、氯化钠5g/l、酵母粉5g/l、pH7.0，并于121℃灭菌半小时。
3.根据权利要求1所述的一种环保微生物絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，克雷伯氏发酵培养基组分为：葡萄糖6g/L,KH2PO42g/L，Na2HP04.12H2010.0g/L，NaCl0.05g/L，MgS04.7H200.5g/L，FeS04.7H200.01g/L，尿素2.5g/L,调节pH值为7。
4.根据权利要求1所述的一种环保微生物絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，乙醇提取法，具体步骤如下：
S1、取发酵培养液，按1％加入NaCl搅拌均匀，在4℃，5000rpm下离心15min，弃去菌体沉淀，保留上清液备用；
S2、向上述S1中得到的上清液中加入无水乙醇按1:3混合摇匀，取上层团块进行风干备用；
S3、将上述S2中团块风干后溶于50mL蒸馏水，30℃水浴中不断搅拌，待完全溶解后将溶液于4℃下静置24h，加蒸馏水至100mL，在4℃，5000rpm离心15min，取上清液备用；
S4、将上述S3中得到的上清液按2％加入NaCl搅拌均匀，与无水乙醇按1:3混合，取上层团块用无水乙醇反复洗三次，分装于2mL离心管中，即得到胞外聚合物。
5.一种用于权利要求1-4任一项所述方法的环保微生物絮凝剂的制备装置，其特征在于，包括第一培养皿(11)、第二培养皿(12)、乙醇提取装置(3)和冷冻干燥机(4)；
第一培养皿(11)、第二培养皿(12)和乙醇提取装置(3)之间通过移液管相连，所述乙醇提取装置(3)与冷冻干燥机(4)通过固相载具相连；
所述第一培养皿(11)和第二培养皿(12)的外侧设有防护装置(2)；
所述防护装置(2)包括底盘(21)，所述底盘(21)的周向上设有多个立柱(22)，底盘(21)的上方设有可上下活动的罩体(23)，所述罩体(23)的边缘对应立柱(22)的位置均设有滑块(24)，所述滑块(24)以滑动的方式连接在立柱(22)上，所述底盘(21)与罩体(23)之间设有扣合件；
所述罩体(23)的中心上设有用于插入移液管的橡胶密封板(27)，所述橡胶密封板(27)上设有“十”字形开口；
所述乙醇提取装置(3)包括箱体(31)，所述箱体(31)内设有用于溶液离心的离心机(32)和用于溶液混合的搅拌器(33)。
6.根据权利要求1所述的环保微生物絮凝剂的制备装置，其特征在于，所述扣合件包括卡扣(25)和卡槽(26)，所述卡扣(25)固定设置在底盘(21)上，所述卡槽(26)设置在罩体(23)的罩壁上，所述卡槽(26)与卡扣(25)相适配。
7.根据权利要求1所述的环保微生物絮凝剂的制备装置，其特征在于，所述箱体(31)上设有还设有风干装置，所述风干装置包括风干风机(34)和排风口(35)，所述风干风机(34)设置在箱体(31)一侧，排风口(35)设置在箱体(31)的另一侧。
8.采用如权利要求1所述的制备方法得到的环保微生物絮凝剂在污水处理中的应用。
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