CN114368827B - 基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，其特点是包括生物微胶囊及可降解填料，所述生物微胶囊负载于可降解填料上；所述生物微胶囊负载于可降解填料上的负载率是5%－60%；其步骤包括步骤一，可降解填料制备；步骤二，生物微胶囊的制备；步骤三，基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料的制备；其优点是应用于水生生态修复工程中，克服了现有技术的缺陷，微生物不容易流失，微生物在恶劣的环境下可以长期存活，作用时间长，且微生物与污水接触面大，高效持久，有效的降低水体中的COD、总磷量及氨氮浓度，长期对水体生态恢复具有积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料。
背景技术
随着环保意识的提高和可降解材料的发展，污水处理领域的研究者们开始尝试采用可降解填料替代传统的不可降解填料。如CN1562800A利用纤维素为原料制得可降解微生物填料，用于废水处理。然而该方法工艺复杂，发泡温度要100～160℃，同时还需要碱化处理，涉及到危险化学药品，且在载体生产过程中，副产物H2S及CS2等有害气体的放出使纤维生产工序复杂化，并污染了环境。CN102603081A公开了一种水处理用纤维素基可降解填料的制备方法，其主要是通过N-甲基吗琳-N-氧化物工艺制备纤维，并通过交联改性技术，进一步提高了填料的机械性能，同时对填料的表面进行处理，使其带正电荷，更有利于微生物在其表面粘附及生长，但该方法用到N-甲基吗琳-N-氧化物和氢氧化钠，N-甲基吗琳-N-氧化物属于刺激性物品，对眼睛、呼吸系统和皮肤具有一定的刺激影响，氢氧化钠属于强碱，因此制备过程具有一定的危险性。
微生物菌剂，如EM菌、枯草芽孢杆菌、复合菌等，具有促进植物生长、抵抗病害和环境胁迫、改善土壤微生态及提高土壤肥力等功效，是非常有应用前景的农用绿色生物制剂。专利CN1736901A提出了一种处理含氨氮废水的方法，采用了微生物菌株，如氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌等，有效使水处理系统保持较高的生物活性，进而确保系统具有优异的氨氮处理效率。但是，需要严格控制系统的进水量、进水水质、溶解氧浓度和pH值等因素，各条件对微生物活性影响较大。因此，微生物菌剂在应用过程中会存在的菌体稳定性低、活菌数不高、持效性差等问题。微生物微胶囊化技术，即生物微胶囊，将菌体包埋或封装到微胶囊中，实现对功能菌株的保护，能有效提高菌体的存活性、稳定性和缓释性。
微生物固定化技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速，大量增殖的生物技术。这种技术与多孔材料结合应用于废水处理技术，为污水净化急生态修复提供了一种新的技术参考。专利(CN201910365072.9)发明了一种多孔性的水生植物生长床，该材料利用多孔可降解材料和微生物固定化技术形成了水生植物种植床。然而目前微生物固定化技术与多孔性材料的结合制作的污水净化填料存在以下不足：1、传统的微生物固定化技术采用的是直接包被法，将微生物直接注入到多孔结构中，利用包被材料将微生物包被其中，然而该方法很容易使包被材料破裂会导致微生物的流失2、微生物在一个新的环境有一个适应过程，这种方法中的微生物在黑臭水体高浓度污染环境条件下，存活率低甚至不能存活从而影响微生物的作用效果；3、该方法使微生物与污水的接触面比较少，甚至会堵塞孔隙造成作用效果降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，应用于水生生态修复工程中，克服了现有技术的缺陷，微生物不容易流失，微生物在恶劣的环境下可以长期存活，作用时间长，且微生物与污水接触面大，高效持久，有效的降低水体中的COD、总磷量及氨氮浓度，长期对水体生态恢复具有积极作用。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，包括生物微胶囊及可降解填料，所述生物微胶囊负载于可降解填料上；所述生物微胶囊负载于可降解填料上的负载率是5％－60％；
基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料的制备方法是：
步骤一、可降解填料制备
(1)在无菌条件下，将5-10ml小球藻液移入装有800-1000ml霍格兰氏营养液的1000ml锥形瓶中，霍格兰氏营养液的浓度是10％-20％，然后将锥形瓶置于光照培养箱中进行扩增培养，待藻细胞进入指数生长期时取出作为培养实验的备用受试藻；
(2)将步骤一200ml受试藻放入20L的霍格兰氏营养液中，霍格兰氏营养液的浓度是10％-20％，扩增培养，待藻细胞进入指数生长期，用25号浮游生物网浓缩藻细胞，放入烘箱中干燥备用；
(3)将10-20份淀粉及1-3份聚乳酸加水80-90份，加热至60-70℃溶解，将干燥后的小球藻与上述溶液搅拌均匀形成絮状体，得到混合物A；
(4)将1-5份海藻酸钠和95份水混合，加热至形成絮状体，冷却后加入5-10份碳酸氢钠搅拌均匀，得到混合物B；
(5)3-5份氯化钙溶解于95份水中，然后加入5-10份醋酸形成混合溶液，形成交联试剂；
(6)将混合物A和混合物B混合搅拌均匀，倒入模具中；然后向模具中加入步骤五的交联试剂进行反应，完成交联固化后用水冲洗干净得到可降解填料C；
步骤二，生物微胶囊的制备；
(1)在向1％-5％海藻酸钠水溶液里加入菌体种液5-10ml及10-20ml营养液形成混合溶液，将针头注射器与自动空气压缩泵的出液口连通，自动空气压缩泵的进液口利用空气泵的空气压力自动吸取混合溶液后，自动空气压缩泵的出液口将混合溶液通过针头注射器滴加到1％-5％氯化钙溶液的凝固浴中，稳定一段时间后形成微胶囊雏形，在1％-5％氯化钙溶液中进行二次钙化，最后在0.5％-5％壳聚糖溶液中进行二次复凝聚反应20-30分钟，利用100-150ml浓度为0.85％-0.9％的无菌生理盐水进行浸泡、增殖培养，最后制备得到生物微胶囊；
步骤三、基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料的制备；
将步骤一中可降解填料C浸入到装有生物微胶囊容器中进行吸附10-12h，最终形成基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料。
在本技术方案中，所述微生物菌体包括EM菌或枯草芽孢杆菌或复合菌，所述营养液是适合所述EM菌或枯草芽孢杆菌或复合菌生长的营养液。
在本技术方案中，所述生物微胶囊的直径是0.06-0.72mm。
在本技术方案中，在所述步骤一中，所述扩增培养的环境是光强3000-4000lx，温度25-30℃，光暗比12h:12h。
在本技术方案中，所述步骤一中第(4)步加热温度是80℃；所述步骤一中第(6)步混合物A和混合物B混合搅拌均匀后与交联试剂反应的时间是20min。
在本技术方案中，在所述步骤二中第(1)步中所述海藻酸钠水溶液浓度是3％-5％，所述针头注射器的直径是0.06-0.72mm，所述针头注射器的滴加速度是40-60滴/min，所述明胶和氯化钙混合液的PH值是6.8-7.2，所述壳聚糖溶液的浓度是3％-5％，所述增殖培养时间是2-4h。
在本技术方案中，所述步骤二中，稳定时间为20-30分钟后形成微胶囊雏形。
在本技术方案中，所述基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料90天可完全降解。
本发明与现有技术相比的优点为：应用于水生生态修复工程中，克服了现有技术的缺陷，微生物不容易流失，微生物在恶劣的环境下可以长期存活，作用时间长，且微生物与污水接触面大，高效持久，有效的降低水体中的COD、总磷量及氨氮浓度，长期对水体生态恢复具有积极作用。
附图说明
图1是本发明生物微胶囊负载于可降解填料上的结构示意图；
图2是本发明制作生物微胶囊的示意图；
图3是本发明生物微胶囊的示意图；
图4是本发明实施例一总磷去除效果图；
图5是本发明实施例一氨氮去除效果图；
图6是本发明实施例一COD去除效果图；
图7是本发明实施例二总磷去除效果图；
图8是本发明实施例二氨氮去除效果图；
图9是本发明实施例一COD去除效果图；
图10是本发明实施例三总磷去除效果图；
图11是本发明实施例三氨氮去除效果图；
图12是本发明实施例三总磷去除效果图；
图13是本发明微胶囊的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照实施例对本发明进行更全面的描述，以下给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以采用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另外指明，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
除非另外指明，所有百分比、分数和比率都是按本发明组合物的总重量计算的。除非另外指明，有关所列成分的所有重量均给予活性物质的含量，因此它们不包括在可商购获得的材料中可能包含的溶剂或副产物。本文术语“重量含量”可用符合“％”表示。
除非另外指明，在本文中所有配制和测试发生在室温的环境。
本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分、术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺可包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组成、步骤或限制项组成。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
实施例一
如图1至图6及图13所示，其是一种基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，包括生物微胶囊及可降解填料，所述生物微胶囊负载于可降解填料上；所述生物微胶囊负载于可降解填料上的负载率是5％，优选的负载率是7％；
所述基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料的制备方法是：
步骤一、可降解填料制备
(1)在无菌条件下，将5ml小球藻液移入装有800ml霍格兰氏营养液的1000ml锥形瓶中，霍格兰氏营养液的浓度是10％，然后将锥形瓶置于光照培养箱中进行扩增培养，待藻细胞进入指数生长期时取出作为培养实验的备用受试藻；
(2)将步骤一200ml受试藻放入20L的霍格兰氏营养液中，霍格兰氏营养液的浓度是10％，扩增培养，待藻细胞进入指数生长期，用25号浮游生物网浓缩藻细胞，放入烘箱中干燥备用；
(3)将10份淀粉及1份聚乳酸加水80份，加热至60℃溶解，将干燥后的小球藻与上述溶液搅拌均匀形成絮状体，得到混合物A；
(4)将1份海藻酸钠和95份水混合，加热至形成絮状体，冷却后加入5份碳酸氢钠搅拌均匀，得到混合物B；
(5)3份氯化钙溶解于95份水中，然后加入5份醋酸形成混合溶液，形成交联试剂；
(6)将混合物A和混合物B混合搅拌均匀，倒入模具中；然后向模具中加入步骤五的交联试剂进行反应，完成交联固化后用水冲洗干净得到可降解填料C；
步骤二，生物微胶囊的制备；
(1)在向1％海藻酸钠水溶液里加入一株菌体种子5ml及10ml营养液形成混合溶液，将针头注射器与自动空气压缩泵的出液口连通，自动空气压缩泵的进液口利用空气泵的空气压力自动吸取混合溶液后，自动空气压缩泵的出液口将混合溶液通过针头注射器滴加到1％氯化钙溶液的凝固浴中，稳定一段时间后形成微胶囊雏形，在1％氯化钙溶液中进行二次钙化，最后在0.5％壳聚糖溶液中进行二次复凝聚反应20-30分钟，利用100ml浓度为0.85％的无菌生理盐水进行浸泡、增殖培养，最后制备得到生物微胶囊；
步骤三、基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料的制备；
将步骤一中可降解填料C浸入到装有生物微胶囊容器中进行吸附10h，最终形成基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料。
生物微胶囊
微胶囊技术是将微量物质包裹在高分子聚合物薄膜中的技术，是一种储存固体、液体、气体的微型包装技术，主要由被包裹的芯材和包裹的壁材所组成，如下图所示。本发明中的生物微胶囊是采用微胶囊化技术将微生物菌体，如EM菌、枯草芽孢杆菌、复合菌等，作为芯材进行包埋或封装到微胶囊的壁材海藻酸钙或海藻酸钠等中，实现对功能菌株的保护，提高了菌体的存活性、稳定性和缓释性。
负载率
本发明中的负载是指生物微胶囊在可降解填料上的吸附负载。
生物微胶囊在可降解填料上的负载率按如下式子计算：
负载率＝(生物微胶囊负载量)/(生物微胶囊负载量+可降解填料)×100％
其中，生物微胶囊负载量＝生物微胶囊总量-残留在液中生物微胶囊。
在本实施例中，所述生物微胶囊的直径是0.06mm，优选的生物微胶囊的直径是0.1mm。
在本实施例中，所述扩增培养的环境是光强4000lx，温度25℃，光暗比12h:12h。
在本实施例中，所述步骤一中第(4)步加热温度是80℃；所述步骤一中第(6)步混合物A和混合物B混合搅拌均匀后与交联试剂反应的时间是20min。
在本实施例中，在所述步骤二中第(1)步中所述海藻酸钠水溶液浓度是3％，所述针头注射器的直径是0.06mm，所述针头注射器的滴加速度是40滴/min，所述氯化钙溶液的PH值是6.8，所述壳聚糖溶液的浓度是3％，所述增殖培养时间是2h。
在本实施例中，所述步骤二中，稳定时间为20分钟后形成微胶囊雏形。
在本实施例中，所述基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料90天可完全降解。
本发明以小球藻为基体，通过发泡和固化形成多孔结构，具有良好的吸附性能，可对气体、微生物等进行吸附，有助于微胶囊吸附，淀粉不仅具有成胶作用，而且可降解、不产生污染；利用海藻酸钠和氯化钙发生快速交联固化反应，使生物质材料内部孔隙在发泡过程中不会因重力原因被压缩，同时也提高了材料的机械性能，且海藻酸钠与氯化钙的交联结构也可以降解。
微生物是水体和土壤环境修复中不可或缺的组分，起着不可替代的作用。微生物技术在修复水污染过程中有着效率高、成本低、无二次污染等特点。相对于菌体在环境中易失活的特性，本项目采用微胶囊的形式对菌体进行包裹处理，即形成生物微胶囊，可以有效防止外界不良条件对菌体的破坏以提高菌体的稳定性，提高菌体的保存时间。一些菌体，在环境中受到不良环境的影响(紫外线、pH等)其存活率很低。而通过微胶囊技术可以将菌体与不良环境隔离，达到提高菌体稳定性的作用。本项目中的生物微胶囊中，壁材包被体不仅为微生物生长提供营养物质，同时还可保护微生物不受外界环境的影响，进而大大提高了微生物适应环境的能力；不同传统底泥修复粉末状药剂，负载于可降解多孔材料的生物微胶囊不受水流影响，不会随着水流流失；此外壁材包被体还起到缓释作用，延长微胶囊中微生物的作用时间和降低降解时间，可长期作用于水体生态修复中，并且微胶囊的使用，比表面积大，增加了与水体的接触面积，增强了污水净化能力。
采用正交试验，选用9个体积为5L的蓝色塑料箱，按照体积比为30％，50％，70％放置填料，每个体积放置三个塑料箱，调节水泵的进水量，使废水在箱中的停留时间分别为1h、3h、5h，调节风机的风量，使废水在箱中的溶氧量分别为1mg/L、3mg/L、5mg/L。试验布置如表1。试验布置如表1。
表1.测试方案正交试验设计表
测试结果
根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的地表水环境质量标准对经填料处理后的废水进行水质检测。填料在不同体积、不同时间对不同溶解氧的污水净化效果如图4至图6所示：
结果显示，采用实施例1的填料能有效去除废水中的总磷、氨氮、COD，而且溶氧量越高去除效果越好，填料在70％体积下处理效果最好，5h作用时间去除效果最好。
实施例二
如图1至图3及图7至图9及图13所示，其是一种基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，包括生物微胶囊及可降解填料，所述生物微胶囊负载于可降解填料上；所述生物微胶囊负载于可降解填料上的负载率是32.5％，优选的负载率是18.5％；
所述基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料的制备方法是：
步骤一、可降解填料制备
(1)在无菌条件下，将7.5ml小球藻液移入装有900ml霍格兰氏营养液的1000ml锥形瓶中，霍格兰氏营养液的浓度是15％，然后将锥形瓶置于光照培养箱中进行扩增培养，待藻细胞进入指数生长期时取出作为培养实验的备用受试藻；
(2)将步骤一200ml受试藻放入20L的霍格兰氏营养液中，霍格兰氏营养液的浓度是15％，扩增培养，待藻细胞进入指数生长期，用25号浮游生物网浓缩藻细胞，放入烘箱中干燥备用；
(3)将15份淀粉及2份聚乳酸加水85份，加热至65℃溶解，将干燥后的小球藻与上述溶液搅拌均匀形成絮状体，得到混合物A；
(4)将3份海藻酸钠和95份水混合，加热至形成絮状体，冷却后加入7.5份碳酸氢钠搅拌均匀，得到混合物B；
(5)4份氯化钙溶解于95份水中，然后加入7.5份醋酸形成混合溶液，形成交联试剂；
(6)将混合物A和混合物B混合搅拌均匀，倒入模具中；然后向模具中加入步骤五的交联试剂进行反应，完成交联固化后用水冲洗干净得到可降解填料C；
步骤二，生物微胶囊的制备；
(1)在向3％海藻酸钠水溶液里加入一株菌体种子7.5ml及15ml营养液形成混合溶液，将针头注射器与自动空气压缩泵的出液口连通，自动空气压缩泵的进液口利用空气泵的空气压力自动吸取混合溶液后，自动空气压缩泵的出液口将混合溶液通过针头注射器滴加到3％氯化钙溶液的凝固浴中，稳定一段时间后形成微胶囊雏形，在3％氯化钙溶液中进行二次钙化，最后在2.75％壳聚糖溶液中进行二次复凝聚反应20-30分钟，利用125ml浓度为0.875％的无菌生理盐水进行浸泡、增殖培养，最后制备得到生物微胶囊；
步骤三、基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料的制备；
将步骤一中可降解填料C浸入到装有生物微胶囊容器中进行吸附11h，最终形成基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料。
生物微胶囊
微胶囊技术是将微量物质包裹在高分子聚合物薄膜中的技术，是一种储存固体、液体、气体的微型包装技术，主要由被包裹的芯材和包裹的壁材所组成，如下图所示。本发明中的生物微胶囊是采用微胶囊化技术将微生物菌体，如EM菌、枯草芽孢杆菌、复合菌等，作为芯材进行包埋或封装到微胶囊的壁材海藻酸钙或海藻酸钠等中，实现对功能菌株的保护，提高了菌体的存活性、稳定性和缓释性。
负载率
本发明中的负载是指生物微胶囊在可降解填料上的吸附负载。
生物微胶囊在可降解填料上的负载率按如下式子计算：
负载率＝(生物微胶囊负载量)/(生物微胶囊负载量+可降解填料)×100％
其中，生物微胶囊负载量＝生物微胶囊总量-残留在液中生物微胶囊。
在本实施例中，所述生物微胶囊的直径是0.53mm，优选的生物微胶囊的直径是0.35mm。
在本实施例中，所述扩增培养的环境是光强4000lx，温度25℃，光暗比12h:12h。
在本实施例中，所述步骤一中第(4)步加热温度是80℃；所述步骤一中第(6)步混合物A和混合物B混合搅拌均匀后与交联试剂反应的时间是20min。
在本实施例中，在所述步骤二中第(1)步中所述海藻酸钠水溶液浓度是4％，所述针头注射器的直径是0.39mm，所述针头注射器的滴加速度是50滴/min，所述明胶和氯化钙混合液的PH值是7，所述壳聚糖溶液的浓度是4％，所述增殖培养时间是3h。
在本实施例中，所述步骤二中，稳定时间为20分钟后形成微胶囊雏形。
在本实施例中，所述基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料90天可完全降解。
本发明以小球藻为基体，通过发泡和固化形成多孔结构，具有良好的吸附性能，可对气体、微生物等进行吸附，有助于微胶囊吸附，淀粉不仅具有成胶作用，而且可降解、不产生污染；利用海藻酸钠和氯化钙发生快速交联固化反应，使生物质材料内部孔隙在发泡过程中不会因重力原因被压缩，同时也提高了材料的机械性能，且海藻酸钠与氯化钙的交联结构也可以降解。
微生物是水体和土壤环境修复中不可或缺的组分，起着不可替代的作用。微生物技术在修复水污染过程中有着效率高、成本低、无二次污染等特点。相对于菌体在环境中易失活的特性，本项目采用微胶囊的形式对菌体进行包裹处理，即形成生物微胶囊，可以有效防止外界不良条件对菌体的破坏以提高菌体的稳定性，提高菌体的保存时间。一些菌体，在环境中受到不良环境的影响(紫外线、pH等)其存活率很低。而通过微胶囊技术可以将菌体与不良环境隔离，达到提高菌体稳定性的作用。本项目中的生物微胶囊中，壁材包被体不仅为微生物生长提供营养物质，同时还可保护微生物不受外界环境的影响，进而大大提高了微生物适应环境的能力；不同传统底泥修复粉末状药剂，负载于可降解多孔材料的生物微胶囊不受水流影响，不会随着水流流失；此外壁材包被体还起到缓释作用，延长微胶囊中微生物的作用时间和降低降解时间，可长期作用于水体生态修复中，并且微胶囊的使用，比表面积大，增加了与水体的接触面积，增强了污水净化能力。
采用正交试验，选用9个体积为5L的蓝色塑料箱，按照体积比为30％，50％，70％放置填料，每个体积放置三个塑料箱，调节水泵的进水量，使废水在箱中的停留时间分别为1h、3h、5h，调节风机的风量，使废水在箱中的溶氧量分别为1mg/L、3mg/L、5mg/L。试验布置如表2。
表2.测试方案正交试验设计表
测试结果
根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的地表水环境质量标准对经填料处理后的废水进行水质检测。填料在不同体积、不同时间对不同溶解氧的污水净化效果如图7至图9所示：
结果显示，采用实施例2的填料能有效去除废水中的磷、氨氮、COD，而且溶氧量越高去除效果越好，填料在70％体积下处理效果最好，5h作用时间去除效果最好。
实施例三
如图1至图3及图10至图12及图13所示，其是一种基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，包括生物微胶囊及可降解填料，所述生物微胶囊负载于可降解填料上；所述生物微胶囊负载于可降解填料上的负载率是60％，优选的负载率是30％；
所述基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料的制备方法是：
步骤一、可降解填料制备
(1)在无菌条件下，将10ml小球藻液移入装有1000ml霍格兰氏营养液的1000ml锥形瓶中，霍格兰氏营养液的浓度是20％，然后将锥形瓶置于光照培养箱中进行扩增培养，待藻细胞进入指数生长期时取出作为培养实验的备用受试藻；
(2)将步骤一200ml受试藻放入20L的霍格兰氏营养液中，霍格兰氏营养液的浓度是20％，扩增培养，待藻细胞进入指数生长期，用25号浮游生物网浓缩藻细胞，放入烘箱中干燥备用；
(3)将20份淀粉及3份聚乳酸加水90份，加热至70℃溶解，将干燥后的小球藻与上述溶液搅拌均匀形成絮状体，得到混合物A；
(4)将5份海藻酸钠和95份水混合，加热至形成絮状体，冷却后加入10份碳酸氢钠搅拌均匀，得到混合物B；
(5)5份氯化钙溶解于95份水中，然后加入10份醋酸形成混合溶液，形成交联试剂；
(6)将混合物A和混合物B混合搅拌均匀，倒入模具中；然后向模具中加入步骤五的交联试剂进行反应，完成交联固化后用水冲洗干净得到可降解填料C；
步骤二，生物微胶囊的制备；
(1)在向5％海藻酸钠水溶液里加入菌体种液10ml及20ml营养液形成混合溶液，将针头注射器与自动空气压缩泵的出液口连通，自动空气压缩泵的进液口利用空气泵的空气压力自动吸取混合溶液后，自动空气压缩泵的出液口将混合溶液通过针头注射器滴加到5％氯化钙混合液的凝固浴中，稳定一段时间后形成微胶囊雏形，在5％氯化钙溶液中进行二次钙化，最后在5％壳聚糖溶液中进行二次复凝聚反应20-30分钟，利用150ml浓度为0.9％的无菌生理盐水进行浸泡、增殖培养，最后制备得到生物微胶囊；
步骤三、基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料的制备；
将步骤一中可降解填料C浸入到装有生物微胶囊容器中进行吸附12h，最终形成基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料。
生物微胶囊
微胶囊技术是将微量物质包裹在高分子聚合物薄膜中的技术，是一种储存固体、液体、气体的微型包装技术，主要由被包裹的芯材和包裹的壁材所组成，如下图所示。本发明中的生物微胶囊是采用微胶囊化技术将微生物菌体，如EM菌、枯草芽孢杆菌、复合菌等，作为芯材进行包埋或封装到微胶囊的壁材海藻酸钙或海藻酸钠等中，实现对功能菌株的保护，提高了菌体的存活性、稳定性和缓释性。
负载率
本发明中的负载是指生物微胶囊在可降解填料上的吸附负载。
生物微胶囊在可降解填料上的负载率按如下式子计算：
负载率＝(生物微胶囊负载量)/(生物微胶囊负载量+可降解填料)×100％
其中，生物微胶囊负载量＝生物微胶囊总量-残留在液中生物微胶囊。
在本实施例中，所述生物微胶囊的直径是1.0mm，优选的生物微胶囊的直径是0.6mm。
在本实施例中，所述扩增培养的环境是光强4000lx，温度25℃，光暗比12h:12h。
在本实施例中，所述步骤一中第(4)步加热温度是80℃；所述步骤一中第(6)步混合物A和混合物B混合搅拌均匀后与交联试剂反应的时间是20min。
在本实施例中，在所述步骤二中第(1)步中所述海藻酸钠水溶液浓度是5％，所述针头注射器的直径是0.72mm，所述针头注射器的滴加速度是60滴/min，所述明胶和氯化钙混合液的PH值是7.2，所述壳聚糖溶液的浓度是5％，所述增殖培养时间是4h。
在本实施例中，所述步骤二中，稳定时间为30分钟后形成微胶囊雏形。
在本实施例中，所述基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料90天可完全降解。
本发明以小球藻为基体，通过发泡和固化形成多孔结构，具有良好的吸附性能，可对气体、微生物等进行吸附，有助于微胶囊吸附，淀粉不仅具有成胶作用，而且可降解、不产生污染；利用海藻酸钠和氯化钙发生快速交联固化反应，使生物质材料内部孔隙在发泡过程中不会因重力原因被压缩，同时也提高了材料的机械性能，且海藻酸钠与氯化钙的交联结构也可以降解。
微生物是水体和土壤环境修复中不可或缺的组分，起着不可替代的作用。微生物技术在修复水污染过程中有着效率高、成本低、无二次污染等特点。相对于菌体在环境中易失活的特性，本项目采用微胶囊的形式对菌体进行包裹处理，即形成生物微胶囊，可以有效防止外界不良条件对菌体的破坏以提高菌体的稳定性，提高菌体的保存时间。一些菌体，在环境中受到不良环境的影响(紫外线、pH等)其存活率很低。而通过微胶囊技术可以将菌体与不良环境隔离，达到提高菌体稳定性的作用。本项目中的生物微胶囊中，壁材包被体不仅为微生物生长提供营养物质，同时还可保护微生物不受外界环境的影响，进而大大提高了微生物适应环境的能力；不同传统底泥修复粉末状药剂，负载于可降解多孔材料的生物微胶囊不受水流影响，不会随着水流流失；此外壁材包被体还起到缓释作用，延长微胶囊中微生物的作用时间和降低降解时间，可长期作用于水体生态修复中，并且微胶囊的使用，比表面积大，增加了与水体的接触面积，增强了污水净化能力。
采用正交试验，选用9个体积为5L的蓝色塑料箱，按照体积比为30％，50％，70％放置填料，每个体积放置三个塑料箱，调节水泵的进水量，使废水在箱中的停留时间分别为1h、3h、5h，调节风机的风量，使废水在箱中的溶氧量分别为1mg/L、3mg/L、5mg/L。试验布置如表3。
表3.测试方案正交试验设计表
测试结果
根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的地表水环境质量标准对经填料处理后的废水进行水质检测。填料在不同体积、不同时间对不同溶解氧的污水净化效果如图10至图12所示：
结果显示，采用实施例3的填料能有效去除废水中的磷、氨氮、COD，而且溶氧量越高去除效果越好，填料在70％体积下处理效果最好，5h作用时间去除效果最好。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，其特征在于包括生物微胶囊及可降解填料，所述生物微胶囊负载于可降解填料上；所述生物微胶囊负载于可降解填料上的负载率是5%－60%；
基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料的制备方法是：
步骤一、可降解填料制备
（1）在无菌条件下，将5-10ml小球藻液移入装有800-1000ml霍格兰氏营养液的1000ml锥形瓶中，霍格兰氏营养液的浓度是10%-20%，然后将锥形瓶置于光照培养箱中进行扩增培养，待藻细胞进入指数生长期时取出作为培养实验的备用受试藻；
（2）将步骤一200ml受试藻放入20L的霍格兰氏营养液中，霍格兰氏营养液的浓度是10%-20%，扩增培养，待藻细胞进入指数生长期，用25号浮游生物网浓缩藻细胞，放入烘箱中干燥备用；
（3）将10-20份淀粉及1-3份聚乳酸加水80-90份，加热至60-70℃溶解，将干燥后的小球藻与上述溶液搅拌均匀形成絮状体，得到混合物A；
（4）将1-5份海藻酸钠和95份水混合，加热至形成絮状体，冷却后加入5-10份碳酸氢钠搅拌均匀，得到混合物B；
（5）3-5份氯化钙溶解于95份水中，然后加入5-10份醋酸形成混合溶液，形成交联试剂；
（6）将混合物A和混合物B混合搅拌均匀，倒入模具中；然后向模具中加入步骤五的交联试剂进行反应，完成交联固化后用水冲洗干净得到可降解填料C；
步骤二，生物微胶囊的制备；
（1）在向1%-5%海藻酸钠水溶液里加入一株微生物菌体种子5-10ml及10-20ml营养液形成混合溶液，将针头注射器与自动空气压缩泵的出液口连通，自动空气压缩泵的进液口利用空气泵的空气压力自动吸取混合溶液后，自动空气压缩泵的出液口将混合溶液通过针头注射器滴加到1%-5%氯化钙溶液的凝固浴中，稳定一段时间后形成微胶囊雏形，在1%-5%氯化钙溶液中进行二次钙化，最后在0.5%-5%壳聚糖溶液中进行二次复凝聚反应20-30min，利用100-150ml浓度为0.85%-0.9%的无菌生理盐水进行浸泡、增殖培养，最后制备得到生物微胶囊；
步骤三、基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料的制备；
将步骤一中可降解填料C浸入到装有生物微胶囊容器中进行吸附10-12h，最终形成基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料。
2.根据权利要求1所述的基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，其特征在于所述微生物菌体包括EM菌或枯草芽孢杆菌或复合菌，所述营养液是适合所述EM菌或枯草芽孢杆菌或复合菌生长的营养液。
3.根据权利要求1所述的基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，其特征在于所述生物微胶囊的直径是0.06-0.72mm。
4.根据权利要求1 所述的基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，其特征在于在所述步骤一中，所述扩增培养的环境是光强3000-4000 lx，温度25-30℃，光暗比12h:12h。
5.根据权利要求1所述的基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，其特征在于所述步骤一中第（4）步加热温度是80℃；所述步骤一中第（6）步混合物A和混合物B混合搅拌均匀后与交联试剂反应的时间是20min。
6.根据权利要求1所述的基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，其特征在于在所述步骤二中所述海藻酸钠水溶液浓度是3%-5%，所述针头注射器的直径是0.06-0.72mm，所述针头注射器的滴加速度是40-60滴/min，所述氯化钙混合液的PH值是6.8-7.2，所述壳聚糖溶液的浓度是3%-5%，所述增殖培养时间是2-4h。
7.根据权利要求1所述基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，其特征在于所述步骤二中，稳定时间为20-30分钟后形成微胶囊雏形。
8.根据权利要求1所述的基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料，其特征在于所述基于生物微胶囊技术的高效污水净化可降解填料90天可完全降解。
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