CN114032233A - 一种缓释型微生物菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种缓释型微生物菌剂及其制备方法和应用。所述缓释型微生物菌剂包括：微生物菌剂载体以及包埋在所述微生物菌剂载体中的复合菌液；其中，所述微生物菌剂载体包括由硅藻土、膨润土、水泥、硅藻酸钠、聚乙烯醇构成的混合物，本发明采用固定化微生物技术，通过固定化载体和微生物共同作用，实现了缓释时间长，机械强度高的缓释型微生物菌剂，并且其制备工艺简单，可用于工业化大规模生产。本发明提供的缓释型微生物菌剂主要应用于工业废水处理。

Description

一种缓释型微生物菌剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物技术领域，特别是涉及一种缓释型微生物菌剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，近年来，废水排放量，特别是工业废水的排放量增加，水中污染物过多，处理难度增加，生物处理工艺被人们逐渐重视，如生物脱氮技术，COD、BOD去除技术等。
在处理污水时，现有技术通常是直接将微生物制剂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、容易流失等原因，致使传统方法有较大的局限性，处理效果也不够理想，并且若微生物浓度低，还可能造成其负荷过大，剩余污泥量大等不利影响，导致二次污染问题。
近年来，固定化微生物废水处理技术逐渐发展，通过将有益菌固定在特定载体上，来防止工业废水处理过程中的有益菌稀释，并且，固定在载体上的微生物可以与所处理的废水分隔开来，使得有限的空间区域内微生物具有较好的活性并提高菌体的利用率，实现提高污水处理效率的目的；同时，固定化微生物技术不存在二次污染问题，对处理高浓度有机物、含污染物较多的废水具有一定的优势。然而，现有的固定化载体稳定性较差，受力易破碎。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种缓释型微生物菌剂及其制备方法和应用。具体内容如下：
第一方面，本发明提供了一种缓释型微生物菌剂，所述缓释型微生物菌剂包括：微生物菌剂载体以及包埋在所述微生物菌剂载体中的复合菌液；
其中，所述微生物菌剂载体包括由硅藻土、膨润土、水泥、硅藻酸钠、聚乙烯醇构成的混合物。
优选地，所述硅藻土、膨润土、水泥、海藻酸钠、聚乙烯醇的质量比为1：0-0.4：0.2-0.5：0.01-0.1：0-0.05。
优选地，所述复合菌液包括但不限于氨氮复合去除菌液、COD去除菌液、BOD去除菌液中的一种或几种。
优选地，所述菌液的浓度大于1.0×108CFU/g。
优选地，所述复合菌液添加量与所述微生物菌剂载体的体积比为1：1-1.2。
第二方面，本发明提供了一种缓释型微生物菌剂的制备方法，所述方法包括：
将硅藻土、膨润土、水泥、海藻酸钠以及聚乙烯醇均匀混合，粉碎过筛，得到混合物；
将所述混合物在50-80℃下与水以2-5：1的质量比混合，得到微生物菌剂载体；
对所述微生物菌剂载体进行冷却，在所述微生物菌剂载体冷却到35-38℃，复合菌液混匀后置于模具中自然凝固，得到缓释型微生物菌剂。
优选地，所述硅藻土、膨润土、水泥、硅藻酸钠、聚乙烯醇的质量比为1：0-0.4：0.2-0.5：0.01-0.1：0-0.05。
优选地，所述模具的形状为圆形、方形或椭圆形中的一种。
优选地，所述复合菌液包括但不限于氨氮复合去除菌液、COD去除菌液、BOD去除菌液中的一种或几种。
优选地，所述菌液的浓度大于1.0×108CFU/g。
优选地，所述复合菌液和所述微生物菌剂载体的体积比为1：1-1.2。
第三方面，本发明提供了一种缓释型微生物菌剂的应用，所述缓释型微生物菌剂应用于工业废水处理。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
本发明实施例提供了一种缓释型微生物菌剂及其制备方法和应用，所述缓释型微生物菌剂包括：微生物菌剂载体以及包埋在所述微生物菌剂载体中的复合菌液；其中，所述微生物菌剂载体包括由硅藻土、膨润土、水泥、硅藻酸钠、聚乙烯醇构成的混合物。本发明通过简单的搅拌复合凝聚法，将一定比例的硅藻土，膨润土，水泥，海藻酸钠，聚乙烯醇混合，加入热水中冷却，待未完全凝固时加入复合菌液，制得缓释型微生物菌剂，将污水中的污染物作为碳源，并利用氧气扩散对固定化载体内部结构的影响，由内到外形成厌氧区、缺氧区及好氧区，实现好氧菌和兼性细菌的同步作用，从而实现去除污染物的目的。
如上所述，本发明运用固定化微生物技术，通过固定化载体和微生物共同作用，达到去除污染物的结果。在处理工业废水的过程中，废水中的部分有机物能够吸附在固定化的载体上，通过各方面的因素保持微生物具有较好的活性，微生物便能去除污水中的污染物，并可以转化成供自身新陈代谢的能源；另外一部分污染物可以进入微生物细胞的内部被酶降解。由于大量的污染物附着在固定化载体上，载体内外容易形成浓度差，使浓度高的容易向浓度低的扩散，从而促进污染物的降解。
本发明的缓释型微生物菌剂中，由于硅藻土，膨润土，水泥，海藻酸钠，聚乙烯醇之间的相互作用，使得微生物菌剂内部与外部存在稳定的物质交换通道，保证内部菌体的营养供给与产物输出，同时，在水泥的固结作用以及聚乙烯醇、硅藻酸钠的交联下，制备的微生物固定化载体有一定的耐冲刷性，本发明在使用180天后，整体结构仍然保持完整，并仍然有一定的氨氮去除率，提高了缓释型微生物菌剂的机械强度，延长了缓释时间并保证了其缓释效果，可广泛应用于工业水处理，并且由于其制备工艺简单，原料常见，能够实现大规模工业化。
附图说明
图1示出了本发明实施例中缓释型微生物菌剂的制备方法流程图；
图2示出了本发明实施例中缓释型微生物菌剂的SEM图像；
图3示出了本发明实施例中缓释型微生物菌剂的N2吸附-脱附等温线图；
图4示出了本发明实施例中缓释型微生物菌剂置于循环水体中180天后实物对比图；
图5示出了本发明实施例中缓释型微生物菌剂置于循环水体中0天及180天降解氨氮的性能图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和有点能够更加明显易懂下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明的申请人发现，缓释型微生物菌剂在工业废水处理中的应用潜力，由于菌液固定在微生物载体内，避免了水体流动导致的有益菌流失，但目前的缓释型微生物菌剂本身机械强度不高，遇水冲刷易破碎，制备工艺复杂，工序繁多。
本发明为了解决上述问题，提供了一种机械强度高，耐冲刷并且制备工艺简单的缓释型微生物菌剂。
第一方面，本发明提供了一种缓释型微生物菌剂，所述缓释型微生物菌剂包括：微生物菌剂载体以及包埋在所述微生物菌剂载体中的复合菌液；
其中，所述微生物菌剂载体包括由硅藻土、膨润土、水泥、硅藻酸钠、聚乙烯醇构成的混合物。
其中，硅藻土为菌液提供了一个较大的比表面积且性质稳定的载体，膨润土具有强吸湿性和膨胀性，同时对有机物有一定的吸附性能，能够为包埋的菌液提供部分新陈代谢的能源，而水泥的固结作用可以增强载体本身的机械性能，提升了载体的耐冲刷性能，而海藻酸钠和聚乙烯醇具有良好的生物相容性，能够进一步提升菌液的负载成功率；五部分共同作用使得载体内部有一定的空隙，保证内部与外界物质的交换，有利于内部菌体的营养供给和产物输出且提高了载体的机械强度。
本发明实施例中，优选地，所述硅藻土、膨润土、水泥、海藻酸钠、聚乙烯醇的质量比为1：0-0.4：0.2-0.5：0.01-0.1：0-0.05；
示例地，本发明实施例中所述硅藻土、膨润土、水泥、海藻酸钠、聚乙烯醇的质量比可为1：0.2：0.3：0.05：0.03；
示例地，本发明实施例中所述硅藻土、膨润土、水泥、海藻酸钠、聚乙烯醇的质量比为1：0.4：0.2：0.1：0；
示例地，本发明实施例中所述硅藻土、膨润土、水泥、海藻酸钠、聚乙烯醇的质量比为1：0.1：0.5：0.02：0.01；
示例地，本发明实施例中所述硅藻土、膨润土、水泥、海藻酸钠、聚乙烯醇的质量比为1：0.3：0.4：0.04：0.05。
本发明实施例中，优选地，所述复合菌液包括但不限于氨氮复合去除菌液、COD去除菌液、BOD去除菌液中的一种或几种；
示例地，本发明实施例中所述复合菌液为氨氮去除菌液；
示例地，本发明实施例中所示复合菌液为氨氮去除菌液与COD去除菌液的混合物。
本发明实施例中，优选地，所述菌液的浓度大于1.0×108CFU/g；
示例地，本发明实施例中所述菌液的浓度为1.25×108CFU/g；
示例地，本发明实施例中所述菌液的浓度为1.5×108CFU/g。
本发明实施例中，优选地，所述复合菌液与所述微生物菌剂载体的体积比为1：1-1.2；
示例地，本发明实施例中所述复合菌液与所述微生物菌剂载体的体积比为1：1；
示例地，本发明实施例中所述复合菌液与所述微生物菌剂载体的体积比为1：1.2。
第二方面，本发明提供了一种缓释型微生物菌剂的制备方法，所述方法如图1所示，包括：
S11，将硅藻土、膨润土、水泥、海藻酸钠以及聚乙烯醇均匀混合，粉碎过筛，得到混合物；
将所述混合物在50-80℃下与水以2-5：1的质量比混合，得到微生物菌剂载体；
示例地，本发明实施例中将所述混合物在50℃下与水以2：1的质量比混合；
示例地，本发明实施例中将所述混合物在80℃下与水以5：1的质量比混合；
S12，对所述微生物菌剂载体进行冷却，在所述微生物菌剂载体冷却到35-38℃，复合菌液混匀后置于模具中自然凝固，得到缓释型微生物菌剂。
本发明实施例中，优选地，所述硅藻土、膨润土、水泥、硅藻酸钠、聚乙烯醇的质量比为1：0-0.4：0.2-0.5：0.01-0.1：0-0.05。本发明实施例中，优选地，所述模具的形状为圆形、方形或椭圆形中的一种。
本发明实施例中，优选地，所述复合菌液包括但不限于氨氮复合去除菌液、COD去除菌液、BOD去除菌液中的一种或几种。
本发明实施例中，优选地，所述菌液的浓度大于1.0×108CFU/g。
优选地，所述复合菌液和所述微生物菌剂载体的体积比为1：1-1.2。
第三方面，本发明提供了一种缓释型微生物菌剂的应用，所述缓释型微生物菌剂应用于工业废水处理。
为使本领域技术人员更好的理解本发明，以下通过多个具体的实施例来说明本发明的一种缓释型微生物菌剂及其制备方法。
实施例1：
将质量比为1：0.2：0.3：0.05：0.03的硅藻土，膨润土，水泥，海藻酸钠，聚乙烯醇混合均匀，粉碎过筛，得到混合物，
在容器内加入水，加热至50-80℃后，与和水的质量比为2：1的混合物混合，搅拌均匀，得到微生物菌剂载体；
载体自然冷却到35-38℃时，与浓度为1.0×108CFU/g包含硝化菌，亚硝化菌，反硝化菌的复合氨氮去除菌菌液1：1混合，混匀后置于圆形模具中自然凝固，得到缓释型微生物菌剂。
实施例2：
将7.5g硅藻土，1.5g膨润土，3.75g水泥，0.75g海藻酸钠，0.375g聚乙烯醇混合均匀，粉碎后过100目-300目筛，得到混合物，在容器内加入5mL水，加热至60℃后，加入13.875g混合物，搅拌均匀，得到微生物菌剂载体。
将微生物菌剂载体冷却到37℃后，添加20mL浓度为1.5×108CFU/g的复合氨氮去除菌菌液，混匀后置于圆形模具中自然凝固，得到缓释型微生物菌剂。
实施例3：
将75g硅藻土，15g膨润土，37.5g水泥，7.5g海藻酸钠，3.75g聚乙烯醇混合均匀，粉碎后过100目-300目筛，得到混合物，在容器内加入50mL水，加热至60℃后，加入138.75g混合物，搅拌均匀，得到微生物菌剂载体。
将微生物菌剂载体冷却到37℃后，添加200mL浓度为1.5×107CFU/g的复合氨氮去除菌菌液，混匀后置于圆形模具中自然凝固，得到缓释型微生物菌剂。
针对实施例2的测试如下：
SEM电镜测试
通过场发射电镜观测实施例所得的缓释型微生物菌剂。其结果如图2所示，其中实施例对应图2显示出缓释型微生物菌剂为层状结构，且层表面孔洞分布均与，皆布满微孔和介孔孔状结构，这有利于对污染物的吸附作用。
比表面积测试
采用氮气吸附-脱附法对实施例所得微生物菌剂的比表面积进行表征，测试结果如图3所示，根据给出的吸附脱附等温线可以得出本发明实施例中的菌剂载体其最大比表面积能达到322.87m2/g，较大的比表面积说明本发明实施例制备出的微生物菌剂具有较好的吸附能力，有利于对污染物的吸附作用。
机械强度测试：
在循环水系统中，加入适量超纯水后，水体流量为1000L/h，投加20g圆形缓释型微生物菌剂，打开水泵开关，180天后取出缓释型微生物菌剂，将取出的缓释型微生物菌剂，置于烘箱中烘干，观察其表面破碎情况。
实验结果如图4，实施例得到的缓释型微生物菌剂在180天后，表面略有破损，但整体结构完整，表明所制备的缓释型微生物菌剂具有一定的耐冲刷性，并且具有较高的机械强度。
其中，对制备得到的缓释型微生物菌剂在实际的工业废水处理的效果测试如下：
降解活性及缓释效果测试：
在1.5L烧杯中，添加1L初始氨氮为150mg/L的工业废水中，投加20g缓释型微生物菌剂，在水温25℃，pH＝7，溶解氧≥2mg/L的情况下，一定时间内，利用水杨酸分光光度法检测水质中氨氮浓度，氨氮的去除率(Y)计算为Y(％)＝(1-C/C0)×100％，其中C和C0分别为0和t h时氨氮的浓度。
在循环水系统中，加入适量超纯水后，水体流量为1000L/h，投加20g圆形缓释型微生物菌剂，打开水泵开关，180天后取出缓释型微生物菌剂，置于1L初始氨氮为150mg/L的工业废水中，在水温25℃，pH＝7，溶解氧≥2mg/L的情况下，一定时间内，利用水杨酸分光光度法检测水质中氨氮浓度，氨氮的去除率(Y)计算为Y(％)＝(1-C/C0)×100％，其中C和C0分别为0和t h时氨氮的浓度；
降解活性的测试结果如图5，实施例得到的缓释型微生物菌剂在72h的氨氮去除率可达74.4％；将180天后的缓释型微生物菌剂重新测量其72h氨氮去除率，可以看出，实施例中的氨氮去除率仍有32.3％，表明其缓释时间长。
根据测试结果可知，本发明实施例得到的缓释型微生物菌剂具有较大的比表面积，因此具有较好的吸附效果，有利于对工业废水中污染物的吸附；并且，本发明实施例制备得到的缓释型微生物菌剂在经过180天水冲刷后，表面结构整体完整，具有一定的耐冲刷性能，具有较高的机械性能，而对经过180天水体冲刷的缓释型微生物菌剂继续进行氨氮去除效果测试，其结果表明，本发明实施例制备得到的缓释型微生物菌剂仍有一定的去除率，说明其缓释时间长。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
以上对本发明所提供的一种缓释型微生物菌剂及其制备方法和应用进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种缓释型微生物菌剂，其特征在于，所述缓释型微生物菌剂包括：微生物菌剂载体以及包埋在所述微生物菌剂载体中的复合菌液；
其中，所述微生物菌剂载体包括由硅藻土、膨润土、水泥、硅藻酸钠、聚乙烯醇构成的混合物。
2.根据权利要求1所述的缓释型微生物菌剂，其特征在于，所述硅藻土、膨润土、水泥、海藻酸钠、聚乙烯醇的质量比为1：0-0.4：0.2-0.5：0.01-0.1：0-0.05。
3.根据权利要求1所述的缓释型微生物菌剂，其特征在于，所述复合菌液包括但不限于氨氮复合去除菌液、COD去除菌液、BOD去除菌液中的一种或几种；其中，所述菌液的浓度大于1.0×108CFU/g。
4.根据权利要求1所述缓释型微生物菌剂，其特征在于所述复合菌液添加量与所述微生物菌剂载体的体积比为1：1-1.2。
5.一种缓释型微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将硅藻土、膨润土、水泥、海藻酸钠以及聚乙烯醇均匀混合，粉碎过筛，得到混合物；
将所述混合物在50-80℃下与水以2-5：1的质量比混合，得到微生物菌剂载体；
对所述微生物菌剂载体进行冷却，在所述微生物菌剂载体冷却到35-38℃，复合菌液混匀后置于模具中自然凝固，得到缓释型微生物菌剂。
6.根据权利要求5所述的缓释型微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述硅藻土、膨润土、水泥、硅藻酸钠、聚乙烯醇的质量比为1：0-0.4：0.2-0.5：0.01-0.1：0-0.05。
7.根据权利要求5所述的缓释型微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述模具的形状为圆形、方形或椭圆形中的一种。
8.根据权利要求5所述的缓释型微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述复合菌液包括但不限于氨氮复合去除菌液、COD去除菌液、BOD去除菌液中的一种或几种；其中，所述菌液的浓度大于1.0×108CFU/g。
9.根据权利要求5所述的缓释型微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述复合菌液和所述微生物菌剂载体的体积比为1：1-1.2。
10.一种所述缓释型微生物菌剂的应用，其特征在于，将上述权利要求1-4任意一项所述的缓释型微生物菌剂应用于工业废水处理中。
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