CN116814490A - 一种用于污水处理的微生物制剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于污水处理的微生物制剂及其制备方法与应用,涉及污水处理技术领域。本发明微生物制剂的制备方法包括如下步骤:S1:固化吸附剂表面吸附微生物菌液,得到微生物固化剂;S2:将微生物固化剂与包埋剂后与交联剂中固化,得到微生物制剂。本申请制备的微生物制剂具有降解染料废水中有毒有害物质能力强以及菌体在使用过程中不易流失、活性受环境胁迫耐受力强、对激烈的水力条件变化不敏感的优点。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域,具体涉及一种用于污水处理的微生物制剂及其制备方法与应用。
背景技术
人类的各种活动会使大量工业、农业和生活废弃物排入水中,自然水体等受到严重污染,染料的种类和数量随着染料工业的发展不断增加,天然染料由于来源困难,成本较高,应用受到限制。目前,生产用的染料大部分为人工合成的化学染料,大部分含有胺基的芳香族化合物,结构稳定,具有抗酸、抗碱、抗光、抗微生物等特性,具有潜在的健康危害。然而染料废水则由于染料的特殊性质不仅有机含量高、生化性差、色度高以及成分复杂,大量含染料废水不经处理直接排放会给整个水生态系统带来持续和灾难性后果,并可能通过食物链直接或间接的影响人类的身体健康。
随着对环保意识的加强和国家对环境整治力度的加强,越来越多的企业亟需有效的废水处理技术。目前,对染料废水的处理有物理化学法、化学法和生物处理法。其中,物理化学法主要有吸附法、混凝沉淀法、气浮法等;化学法主要有中和法、沉淀法、臭氧氧化法、过氧化氢和过氧化物氧化法、氯系氧化法、电解氧化法、还原法等,虽然这些发现通过长期应用和实验证明其对染料废水的处理的确具有一定的效果,但是各有利弊,在实际生产中仍具有潜在问题。如物理法费用过高,存在二次污染的问题,化学法去除率低。相比而言,生物法具有经济有效、可被广泛接受的环保处理方法,不仅价格低廉,而且无二次污染,符合可持续发展的需要。生物法是利用微生物在可调控环境条件下,将污水中有毒有害污染物降解为无毒无害物质的环境污染处理技术,微生物处理的特点是利用游离优势菌的降解作用,但是游离微生物存在一定不足,例如,单位体积内有效降解菌浓度低、菌体易流失、活性受环境胁迫耐受力差、对激烈的水力条件变化敏感等,大大降低微生物对污水处理的能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于污水处理的微生物制剂及其制备方法与应用,解决以下技术问题:
现有的微生物制剂利用游离优势菌的降解作用,存在单位体积内有效降解菌浓度低、菌体易流失、活性受环境胁迫耐受力差、对激烈的水力条件变化敏感等问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,包括如下步骤:
S1:将微生物菌液中加入固化吸附剂,搅拌均匀,得到微生物固化剂;
S2:将微生物固化剂与包埋剂混合均匀,得到包埋固化剂;
S3:将包埋固化剂滴加到交联剂中固化,得到微生物制剂。
作为本发明的进一步方案:S1中微生物菌液:固化吸附剂的添加量为1mL:0.01-0.03g。
作为本发明的进一步方案:S2中微生物固化剂:包埋剂的添加量为1g:2-3mL,所述包埋剂为3-5wt%海藻酸钠溶液。
作为本发明的进一步方案:S3中包埋固化剂:交联剂的添加量为5g:20-50mL,所述交联剂为3-5wt%CaCl2溶液。
作为本发明的进一步方案:微生物菌液是菌体浓度为107-1010mL-1的微生物菌液,所述微生物菌液为数量比是1:1:1-1.1:1.5-2:0.8-1的溶血不动杆菌、大肠埃希杆菌、弯曲芽孢杆菌、路德肠杆菌、黑座克雷伯氏菌混合制得。
作为本发明的进一步方案:所述固化吸附剂的制备方法包括如下步骤:
A1:氮气氛围中,将1,2,4,5-四氰基苯、乙二醇加入反应釜中,加入丁醇钠,常温搅拌12-18h,加入2-二氨基噻二唑,搅拌均匀,升温至100-120℃保温24-48h,过滤、洗涤、干燥,得到组分一;
A2:将组分一、N,N-二甲基甲酰胺加入反应瓶中,加入氯化铁,升温至140-150℃,保温反应12-15h,过滤、洗涤、干燥,得到组分二;
A3:氮气氛围中,将组分二置于马弗炉中600-700℃煅烧1-3h,盐酸刻蚀,得到组分三;
A4:将组分三放入2-5mol/L的盐酸水溶液,40-50℃,保温搅拌3-6h,后分散在N,N-二甲基甲酰胺中,升温至80-90℃,加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷,保温反应3-6h,在减压抽滤、洗涤、干燥,得到固化吸附剂。
作为本发明的进一步方案:A1中1,2,4,5-四氰基苯、乙二醇、丁醇钠、2-二氨基噻二唑的质量比为150-200:2000-5000:50-80:100-150;A2中组分一、N,N-二甲基甲酰胺、氯化铁的质量比为1:10-20:0.1-0.5。
作为本发明的进一步方案:A4中组分三、盐酸水溶液、N,N-二甲基甲酰胺、3-氨基丙基三乙氧基硅烷的添加比为1g:5-15mL:10-30mL:0.2-0.5g。
一种用于污水处理的微生物制剂,由上述任意一项所述的制备方法制成。
用于污水处理的微生物制剂在染料污水处理领域的应用。
本发明的有益效果:
(1)本申请制备的微生物制剂,以微生物菌液为原料,将其吸附固化吸附剂上,制备得到微生物固化剂,将微生物吸附固定在固化吸附剂上,有效改善微生物菌液直接添加在污水中导致菌体易流失、活性受环境胁迫耐受力差、对激烈的水力条件变化敏感等问题。将制备得到的微生物固化剂滴加在包埋剂中,得到包埋固化剂,并利用交联剂进行固化,得到微生物制剂。本申请制备的微生物制剂作为染料污水处理剂,可以有效降解染料污水中的有机物质,脱色率高,且微生物不易泄露,稳定性和重复利用性好。本申请制备的微生物制剂喷洒或泼撒后,微生物捕捉污水中污染物质作为营养物质,进行吸收、发生复杂的理化反应和生化反应,污染物中的恶臭物质在微生物代谢作用下被分解成无害物质,起到净化作用。污染物溶于水中成为液相中的分子或离子,水中污染成分被微生物吸附、吸收,污染成分从水中转移至微生物体内。
(2)本申请制备的吸附固化剂,以1,2,4,5-四氰基苯、2-二氨基噻二唑为原料,在丁醇钠的催化作用下,反应聚合得到组分一,并利用组分一和过渡金属具有很高的共轭性,将组分一与氯化铁混合,进行溶液法配位反应,得到组分二,组分二为具有配位过渡金属铁的聚合物,在高温煅烧后,得到组分三,组分三为多孔结构的掺铁材料,并利用硅烷偶联剂对其进行改性,得到表面接枝有氨基的多孔的吸附固化剂,本申请制备的吸附固化剂对菌体表面黏膜中分布的活性基团,如羟基、羧基、巯基易于固化吸附剂表面发生强的键合作用,可以有效快速的将微生物吸附在其表面,并且在处理污水过程中,吸附固化剂对污水中的杂质进行有效吸附,大大增加微生物降解速率,通过改变微生物表面的电荷和特异性吸附染料颗粒去除染料污染物。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
固化吸附剂的制备方法包括如下步骤:
A1:氮气氛围中,将150g 1,2,4,5-四氰基苯、2000g乙二醇加入反应釜中,加入50g丁醇钠,常温搅拌12h,加入100g 2-二氨基噻二唑,搅拌均匀,升温至100℃保温24h,过滤、洗涤、干燥,得到组分一;
A2:将100g组分一、1000g N,N-二甲基甲酰胺加入反应瓶中,加入10g氯化铁,升温至150℃,保温反应12h,过滤、洗涤、干燥,得到组分二;
A3:氮气氛围中,将组分二置于马弗炉中600℃煅烧3h,盐酸刻蚀,得到组分三;
A4:将50g组分三放入250mL 2mol/L的盐酸水溶液,40℃,保温搅拌3h,后分散在500mL N,N-二甲基甲酰胺中,升温至80℃,加入10g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷,保温反应3h,在减压抽滤、洗涤、干燥,得到固化吸附剂。
实施例2
固化吸附剂的制备方法包括如下步骤:
A1:氮气氛围中,将200g 1,2,4,5-四氰基苯、3000g乙二醇加入反应釜中,加入60g丁醇钠,常温搅拌15h,加入120g 2-二氨基噻二唑,搅拌均匀,升温至110℃保温36h,过滤、洗涤、干燥,得到组分一;
A2:将100g组分一、1500g N,N-二甲基甲酰胺加入反应瓶中,加入40g氯化铁,升温至150℃,保温反应12h,过滤、洗涤、干燥,得到组分二;
A3:氮气氛围中,将组分二置于马弗炉中600℃煅烧3h,盐酸刻蚀,得到组分三;
A4:将50g组分三放入500mL 2mol/L的盐酸水溶液,45℃,保温搅拌3h,后分散在1000mL N,N-二甲基甲酰胺中,升温至85℃,加入20g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷,保温反应3-6h,在减压抽滤、洗涤、干燥,得到固化吸附剂。
实施例3
固化吸附剂的制备方法包括如下步骤:
A1:氮气氛围中,将200g 1,2,4,5-四氰基苯、5000g乙二醇加入反应釜中,加入80g丁醇钠,常温搅拌12-18h,加入150g 2-二氨基噻二唑,搅拌均匀,升温至120℃保温48h,过滤、洗涤、干燥,得到组分一;
A2:将100g组分一、2000g N,N-二甲基甲酰胺加入反应瓶中,加入50g氯化铁,升温至150℃,保温反应15h,过滤、洗涤、干燥,得到组分二;
A3:氮气氛围中,将组分二置于马弗炉中600℃煅烧3h,盐酸刻蚀,得到组分三;
A4:将50g组分三放入500mL 2mol/L的盐酸水溶液,45℃,保温搅拌6h,后分散在500-1500mL N,N-二甲基甲酰胺中,升温至90℃,加入25g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷,保温反应3-6h,在减压抽滤、洗涤、干燥,得到固化吸附剂。
实施例4
一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,包括如下步骤:
S1:将数量比是1:1:1:2:1的溶血不动杆菌、大肠埃希杆菌、弯曲芽孢杆菌、路德肠杆菌、黑座克雷伯氏菌混合制得菌体浓度为1010mL-1的微生物菌液;
S2:将1mL微生物菌液中加入0.03g实施例1制备的固化吸附剂,搅拌均匀,得到微生物固化剂;
S3:将1g微生物固化剂与3mL 5wt%海藻酸钠溶液混合均匀,得到包埋固化剂;
S4:将5g包埋固化剂滴加到20mL 5wt%CaCl2溶液中固化,得到微生物制剂。
实施例5
一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,包括如下步骤:
S1:将数量比是1:1:1:2:1的溶血不动杆菌、大肠埃希杆菌、弯曲芽孢杆菌、路德肠杆菌、黑座克雷伯氏菌混合制得菌体浓度为1010mL-1的微生物菌液;
S2:将1mL微生物菌液中加入0.03g实施例2制备的固化吸附剂,搅拌均匀,得到微生物固化剂;
S3:将1g微生物固化剂与3mL 5wt%海藻酸钠溶液混合均匀,得到包埋固化剂;
S4:将5g包埋固化剂滴加到20mL 5wt%CaCl2溶液中固化,得到微生物制剂。
实施例6
一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,包括如下步骤:
S1:将数量比是1:1:1:2:1的溶血不动杆菌、大肠埃希杆菌、弯曲芽孢杆菌、路德肠杆菌、黑座克雷伯氏菌混合制得菌体浓度为1010mL-1的微生物菌液;
S2:将1mL微生物菌液中加入0.03g实施例3制备的固化吸附剂,搅拌均匀,得到微生物固化剂;
S3:将1g微生物固化剂与3mL 5wt%海藻酸钠溶液混合均匀,得到包埋固化剂;
S4:将5g包埋固化剂滴加到20mL 5wt%CaCl2溶液中固化,得到微生物制剂。
对比例1
固化吸附剂的制备方法包括如下步骤:
A1:氮气氛围中,将150g 1,2,4,5-四氰基苯、2000g乙二醇加入反应釜中,加入50g丁醇钠,常温搅拌12h,加入100g 2-二氨基噻二唑,搅拌均匀,升温至100℃保温24h,过滤、洗涤、干燥,得到组分一;
A2:将100g组分一、1000g N,N-二甲基甲酰胺加入反应瓶中,加入10g氯化铁,升温至150℃,保温反应12h,过滤、洗涤、干燥,得到组分二;
A3:氮气氛围中,将组分二置于马弗炉中600℃煅烧3h,盐酸刻蚀,得到得到固化吸附剂。
对比例2
固化吸附剂的制备方法包括如下步骤:
A1:将50g活性炭放入250mL 2mol/L的盐酸水溶液,40℃,保温搅拌3h,后分散在500mL N,N-二甲基甲酰胺中,升温至80℃,加入10g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷,保温反应3h,在减压抽滤、洗涤、干燥,得到固化吸附剂。
对比例3
与实施例4相比,对比例3中仅将实施例4中使用的固化吸附剂等量替换成对比例1制备的固化吸附剂,其余组分和步骤与实施例4完全一致。
对比例4
与实施例4相比,对比例4中仅将实施例4中使用的固化吸附剂等量替换成对比例2制备的固化吸附剂,其余组分和步骤与实施例4完全一致。
性能检测
准备染料废水:取自工业园区印染企业的染料废水,所用染料为酸性染料。该企业的染料废水采取生化处理方式,主要工艺流程为:生产废水→调节池→初沉池→生化处理→二沉池→出水。本实验所采用的废水取自生化处理池,水质指标如下:废水呈淡红色,pH为7.1,COD约为1279,色度约为25倍。
制备染料废水:准确称取0.05g酸性大红、直接大红、碱性大红三种染料溶于100mL蒸馏水中,配制成浓度约为50mg/L水样;
将实施例4-6、对比例3-4制备的微生物制剂分别添加在上述制备的染料废水中,添加量为100mL染料废水中添加0.1g的微生物制剂,并在2h后检测水体的相关数据。
(1)化学需氧量去除率(CODcr):3mL的水样,加入3滴掩蔽剂、1mL的氧化剂、5mL的催化剂,具塞摇匀后于COD消解器中(165±0.5)℃消解10min,冷却后加入3mL的蒸馏水,并盖塞摇匀,用30mm比色皿在610m的波长下测定吸光度,根据绘制的标准曲线计算水样的化学需氧量,并计算化学需氧量去除率,计算公式见下式:
CODcr=[(C1-C0)/C1]×100%
式中,CODcr-化学需氧量去除率,%;C0-处理前化学需氧量;C1-处理后化学需氧量;检测结果见表1;
(2)脱色率:采用分光光度法。取用染料废水,以蒸馏水为参比,在UV255紫外可见分光光度计上,扫描200-600nm之间的λ-A吸收曲线,确定染料的最大吸收波长,以此作为色度测定的依据,实验过程中,先测定处理前后染料废水吸光度的变化,计算脱色率,计算公式见下式:
脱色率(%)=[(A1-A0)/A1]×100%
式中,A0-处理前吸光度值;A1-处理后吸光度值;检测结果见表1;
表1:实施例4-6、对比例3-4性能检测数据统计表
由表1可知,本申请制备的微生物制剂对染料废水具有降解染料废水中有毒有害物质能力强以及菌体在使用过程中不易流失、活性受环境胁迫耐受力强、对激烈的水力条件变化不敏感的优点。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将微生物菌液中加入固化吸附剂,搅拌均匀,得到微生物固化剂;
S2:将微生物固化剂与包埋剂混合均匀,得到包埋固化剂;
S3:将包埋固化剂滴加到交联剂中固化,得到微生物制剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,其特征在于,S1中微生物菌液:固化吸附剂的添加量为1mL:0.01-0.03g。
3.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,其特征在于,S2中微生物固化剂:包埋剂的添加量为1g:2-3mL,所述包埋剂为3-5wt%海藻酸钠溶液。
4.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,其特征在于,S3中包埋固化剂:交联剂的添加量为5g:20-50mL,所述交联剂为3-5wt%CaCl2溶液。
5.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,其特征在于,微生物菌液是菌体浓度为107-1010mL-1的微生物菌液,所述微生物菌液为数量比是1:1:1-1.1:1.5-2:0.8-1的溶血不动杆菌、大肠埃希杆菌、弯曲芽孢杆菌、路德肠杆菌、黑座克雷伯氏菌混合制得。
6.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,其特征在于,所述固化吸附剂的制备方法包括如下步骤:
A1:氮气氛围中,将1,2,4,5-四氰基苯、乙二醇加入反应釜中,加入丁醇钠,常温搅拌12-18h,加入2-二氨基噻二唑,搅拌均匀,升温至100-120℃保温24-48h,过滤、洗涤、干燥,得到组分一;
A2:将组分一、N,N-二甲基甲酰胺加入反应瓶中,加入氯化铁,升温至140-150℃,保温反应12-15h,过滤、洗涤、干燥,得到组分二;
A3:氮气氛围中,将组分二置于马弗炉中600-700℃煅烧1-3h,盐酸刻蚀,得到组分三;
A4:将组分三放入2-5mol/L的盐酸水溶液,40-50℃,保温搅拌3-6h,后分散在N,N-二甲基甲酰胺中,升温至80-90℃,加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷,保温反应3-6h,在减压抽滤、洗涤、干燥,得到固化吸附剂。
7.根据权利要求6所述的一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,其特征在于,A1中1,2,4,5-四氰基苯、乙二醇、丁醇钠、2-二氨基噻二唑的质量比为150-200:2000-5000:50-80:100-150;A2中组分一、N,N-二甲基甲酰胺、氯化铁的质量比为1:10-20:0.1-0.5。
8.根据权利要求6所述的一种用于污水处理的微生物制剂的制备方法,其特征在于,A4中组分三、盐酸水溶液、N,N-二甲基甲酰胺、3-氨基丙基三乙氧基硅烷的添加比为1g:5-15mL:10-30mL:0.2-0.5g。
9.一种用于污水处理的微生物制剂,其特征在于,由权利要求1-8中任意一项所述的制备方法制成。
10.根据权利要求9所述的用于污水处理的微生物制剂在染料污水处理领域的应用。
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