CN117550723A - 一种负载微生物的污水处理剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种负载微生物的污水处理剂及其制备方法；方案以氧化石墨烯为载体，表面负载微生物，以制备得到污水处理剂，其实微生物以酵母菌、放线菌和乳酸菌复配混合制得，利用微生物去除污水中的氨氮，同时方案对氧化石墨烯进行改性处理，从而吸附污水中的重金属离子，实现重金属离子的吸附去除，能够适应于污水处理工艺中，效果优异。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种负载微生物的污水处理剂及其制备方法。
背景技术
随着工业发展的逐渐繁荣，大量的大量无机污染物以及有机污染物被排放到自然环境中，对水、土壤及大气环境介质造成了不同程度的污染，因此如何改善并解决环境污染是全国，乃至全球都亟待解决的技术问题，而在污水处理过程中，重金属离子的种类繁多，污水处理剂需要面对的处理环境较为复杂，因此，这需要现有的污水处理剂能够适应于不同环境中的重金属离子(如Hg2+、Cd2+、Cu2+共存体系)，并且保证其吸附效果。
与此同时，微生物处理污水也是现有常用的技术手段之一，如何将无机填料和微生物相互配合使用，是研发人员的热门研究方向，基于此，本申请公开了一种负载微生物的污水处理剂及其制备方法，以解决该技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负载微生物的污水处理剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取乳酸菌、放线菌和酵母菌，分别接种至培养基中，25～30℃下避光培养，进行驯化，得到驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌和驯化后的酵母菌，将驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌和驯化后的酵母菌混合复配，得到复配微生物；
驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌、驯化后的酵母菌质量比为(2.5～3)：(3～5)：(2～3.5)。
(2)取氧化石墨烯，表面接枝超支化聚合物，得到包覆载体；
取复配微生物接种至营养液中，加入包覆载体，30～35℃下培养3～4d，取出产物，洗涤干燥，得到污水处理剂。
较优化的方案，所述营养液各组分用量为：以质量份计，葡萄糖8～10份、蛋白胨6～10份、硫酸镁1～1.5份、维生素C0.1～0.2份、甘氨酸2～3份、无菌水100～105份。
较优化的方案，步骤(1)中，驯化培养时在培养基中加入金属离子Hg2+、Cd2+、Cu2+，其中Hg2+浓度由0mg/L缓慢增长至100～120mg/L，Cd2+的浓度由0mg/L缓慢增长至150～200mg/L，所述Cu2+浓度由0mg/L缓慢增长至150～200mg/L；
所述培养基各成分为：酵母提取物3～4g/L、糖蜜15～20g/L、葡萄糖5～8g/L、蛋白胨5～6g/L、琼脂15～20g/L，氨水调节pH至5～5.5。
较优化的方案，步骤(2)中，包覆载体的制备步骤为：
S1：将聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇混合，超声分散20～30min，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；
将磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮溶液混合，40～45℃下搅拌30～40min，加入氨水和正硅酸乙酯，继续搅拌2～3h，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应2～3h，离心洗涤，抽滤收集产物，60～65℃真空干燥，得到二氧化硅包覆载体；
S2：取二氧化硅包覆载体和甲醇混合，超声分散20～30min，0℃下加入丙烯酸甲酯，氮气气氛中搅拌反应20～30min，加热升温至25～30℃，继续搅拌20～24h，加入乙二胺，0℃下搅拌反应30～40min，加热升温至25～30℃，继续搅拌20～24h，离心收集产物，得到预处理载体；
S3：将预处理载体与氢氧化钠溶液混合，超声分散20～30min，加入二硫化碳溶液，50～55℃下搅拌4～6h，过滤洗涤，得到包覆载体。
较优化的方案，步骤S1中，磁性氧化石墨烯的制备步骤为：
取氧化石墨烯和氨水溶液混合，超声分散20～30min，超声功率为600～650W，加入氯化亚铁，搅拌均匀，氮气环境下升温至75～85℃，静置2～3h，加入氨水调节pH至11，老化0.5～1h，磁分离收集产物，得到磁性氧化石墨烯；
所述氧化石墨烯、氯化亚铁的质量比为1：(10：11)，所述氨水溶液的pH为9。
较优化的方案，步骤S1中，所述磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮、氨水、正硅酸乙酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为0.05g：0.4g：4mL：0.5～1mL：2.5～3mL；
步骤S2中，所述二氧化硅包覆载体、丙烯酸甲酯、乙二胺的用量为5g：15～20mL：12～15mL；
步骤S3中，所述接枝载体、二硫化碳的用量为4g：(2～3)mL。
较优化的方案，所述二硫化碳溶液为乙醇、二硫化碳混合溶液；所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％；所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的浓度为5～6g/L。
较优化的方案，步骤S1中，磁性氧化石墨烯包覆二氧化硅前进行前处理，具体为：将磁性氧化石墨烯置于营养液中浸泡3～4h，取出后0～5℃下定型，40～50℃下烘干；所述磁性氧化石墨烯、营养液的质量比为1：(8～10)。
较优化的方案，根据以上任意一项所述的一种负载微生物的污水处理剂的制备方法制备的污水处理剂。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明公开了一种载体固化微生物污水处理剂及其制备方法，方案以氧化石墨烯为载体，表面负载微生物，以制备得到污水处理剂，其实微生物以酵母菌、放线菌和乳酸菌复配混合制得，利用微生物去除污水中的氨氮，同时方案对氧化石墨烯进行改性处理，从而吸附污水中的重金属离子，实现重金属离子的吸附去除，能够适应于污水处理工艺中，效果优异。
在本申请中，方案先在氧化石墨烯表面改性，利用氧化石墨烯为氧化剂，将二价铁离子还原形成磁性四氧化三铁颗粒，并将其负载至氧化石墨烯表面，从而实现磁性氧化石墨烯的制备，在污水处理过程中，方案可通过磁性进行磁分离，便于污水处理剂的回收利用；与此同时，在方案实施时，研究人员发现，虽然氧化石墨烯表面负载了磁性四氧化三铁颗粒，但长时间使用后，氧化石墨烯表面的磁性颗粒易脱落，影响污水处理剂的回收，因此为改善该技术问题，本申请在氧化石墨烯表面包覆一层二氧化硅，同时，为避免二氧化硅的存在影响污水处理剂的吸附，方案限定了“所述磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮、氨水、正硅酸乙酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为0.05g：0.4g：4mL：0.5～1mL：2.5～3mL”，正硅酸乙酯用量较少，并不能在氧化石墨烯表面形成厚度较高的包覆层，甚至当正硅酸乙酯的用量为0.5mL时，二氧化硅并不能在氧化石墨烯表面形成完整连续的包覆膜，因此并不会影响污水处理剂的吸附，又能够对其表面的磁性四氧化三铁颗粒进行包裹，从而提高污水处理剂的使用寿命。
在此基础上，方案在其表面接枝超支化端氨基聚合物，利用丙烯酸甲酯、乙二胺作为反应单体，接枝形成超支化结构，从而提高氧化石墨烯表面的反应活性位点，再利用二硫化碳引入-SH键，由于亚氨基、-SH键的存在，该污水处理剂能够对Hg2+进行吸附，同时方案限定了“所述接枝载体、二硫化碳的用量为4g：(2～3)mL”，因而体系中还含有氨基，利用氨基对Cd2+、Cu2+进行吸附，该污水处理剂能够有效适应重金属离子Hg2+、Cd2+、Cu2+共存体系，吸附效果优异。
同时，由于污水处理过程中外加碳源无法得到保证，因而方案不仅公开了“复配微生物接种至营养液中，加入包覆载体，30～35℃下培养3～4d”，利用营养液作为营养源，同时在二氧化硅包覆前，磁性氧化石墨烯同样浸泡至营养液中，低温定型并烘干，该内层营养源可在污水处理过程中提供更多的营养，并极大程度的避免了外界环境带来的干扰。
另外，由于本申请研究的是重金属离子Hg2+、Cd2+、Cu2+共存体系的吸附效果，因此为进一步保证菌种的能力，方案对其进行驯化，驯化培养时在培养基中加入金属离子Hg2+、Cd2+、Cu2+，其中Hg2+浓度由0mg/L缓慢增长至100～120mg/L，Cd2+的浓度由0mg/L缓慢增长至150～200mg/L，所述Cu2+浓度由0mg/L缓慢增长至150～200mg/L，从而避免重金属离子对微生物的干扰，且培养基pH限定为酸性，微生物耐酸性更好，实际使用效果更优异。
本发明一种载体固化微生物污水处理剂及其制备方法，方案公开了一种负载微生物的污水处理剂，该污水处理剂不仅具有优异的脱氮效果，同时还能够吸附去除重金属离子，能够广泛应用至污水处理工艺中，实用性较高。
具体实施方式
下面将对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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中，磁性氧化石墨烯的制备步骤为：
取20mg氧化石墨烯和20mL氨水溶液混合，超声分散25min，超声功率为650W，加入0.2g氯化亚铁，搅拌均匀，氮气环境下升温至85℃，静置2h，加入氨水调节pH至11，老化1h，磁分离收集产物，得到磁性氧化石墨烯。所述氨水溶液的pH为9。
聚乙烯吡咯烷酮型号为K30；氧化石墨烯由中国科学院成都有机化学有限公司提供，直径为8～15microns，层数为1～2层；
实施例1：
一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取乳酸菌、放线菌和酵母菌，分别接种至培养基中，25℃下避光培养，进行驯化，得到驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌和驯化后的酵母菌，将20wt％驯化后的乳酸菌、45wt％驯化后的放线菌和35wt％驯化后的酵母菌混合复配，得到复配微生物。
所述培养基各成分为：酵母提取物3g/L、糖蜜15g/L、葡萄糖6g/L、蛋白胨6g/L、琼脂18g/L，氨水调节pH至5。驯化培养时在培养基中加入金属离子Hg2+、Cd2+和Cu2+，其中Hg2+浓度由0mg/L缓慢增长至120mg/L，Cd2+的浓度由0mg/L缓慢增长至150mg/L，所述Cu2+浓度由0mg/L缓慢增长至200mg/L。
(2)取氧化石墨烯，表面接枝超支化聚合物，得到包覆载体，具体步骤为：
S1：将0.4g聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇混合，超声分散20min，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的浓度为5g/L。
将0.05g磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮溶液混合，40℃下搅拌40min，加入4mL氨水和1mL正硅酸乙酯，继续搅拌2h，加入2.5mL3-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应2h，离心洗涤，抽滤收集产物，65℃真空干燥，得到二氧化硅包覆载体。
S2：取5g二氧化硅包覆载体和100mL甲醇混合，超声分散20min，0℃下加入20mL丙烯酸甲酯，氮气气氛中搅拌反应20min，加热升温至25℃，继续搅拌24h，加入15mL乙二胺，0℃下搅拌反应30min，加热升温至25℃，继续搅拌24h，离心收集产物，得到预处理载体。
S3：将4g预处理载体与50mL氢氧化钠溶液混合，超声分散20min，加入20mL乙醇、2.5mL二硫化碳混合溶液(二硫化碳溶液)，50℃下搅拌6h，过滤洗涤，得到包覆载体。所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％。
(3)取复配微生物接种至营养液中，加入包覆载体，30℃下培养4d，取出产物，洗涤干燥，得到污水处理剂。所述包覆载体用量为复配微生物用量的5wt％。
所述营养液各组分用量为：以质量份计，葡萄糖8份、蛋白胨10份、硫酸镁1.5份、维生素C0.2份、甘氨酸3份、无菌水100份。
实施例2：
一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取乳酸菌、放线菌和酵母菌，分别接种至培养基中，25℃下避光培养，进行驯化，得到驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌和驯化后的酵母菌，将30wt％驯化后的乳酸菌、40wt％驯化后的放线菌和30wt％驯化后的酵母菌混合复配，得到复配微生物。
所述培养基各成分为：酵母提取物3g/L、糖蜜15g/L、葡萄糖6g/L、蛋白胨6g/L、琼脂18g/L，氨水调节pH至5。驯化培养时在培养基中加入金属离子Hg2+、Cd2+和Cu2+，其中Hg2+浓度由0mg/L缓慢增长至120mg/L，Cd2+的浓度由0mg/L缓慢增长至150mg/L，所述Cu2+浓度由0mg/L缓慢增长至200mg/L。
(2)取氧化石墨烯，表面接枝超支化聚合物，得到包覆载体，具体步骤为：
S1：将0.4g聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇混合，超声分散25min，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的浓度为5g/L。
将0.05g磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮溶液混合，45℃下搅拌35min，加入4mL氨水和1mL正硅酸乙酯，继续搅拌2.5h，加入2.5mL3-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应2.5h，离心洗涤，抽滤收集产物，65℃真空干燥，得到二氧化硅包覆载体。
S2：取5g二氧化硅包覆载体和100mL甲醇混合，超声分散25min，0℃下加入20mL丙烯酸甲酯，氮气气氛中搅拌反应25min，加热升温至25℃，继续搅拌22h，加入15mL乙二胺，0℃下搅拌反应35min，加热升温至25℃，继续搅拌22h，离心收集产物，得到预处理载体。
S3：将4g预处理载体与50mL氢氧化钠溶液混合，超声分散25min，加入20mL乙醇、2.5mL二硫化碳混合溶液(二硫化碳溶液)，55℃下搅拌5h，过滤洗涤，得到包覆载体。所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％。
(3)取复配微生物接种至营养液中，加入包覆载体，35℃下培养4d，取出产物，洗涤干燥，得到污水处理剂。所述包覆载体用量为复配微生物用量的5.5wt％。
所述营养液各组分用量为：以质量份计，葡萄糖8份、蛋白胨10份、硫酸镁1.5份、维生素C0.2份、甘氨酸3份、无菌水100份。
实施例3：
一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取乳酸菌、放线菌和酵母菌，分别接种至培养基中，25℃下避光培养，进行驯化，得到驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌和驯化后的酵母菌，将30wt％驯化后的乳酸菌、50wt％驯化后的放线菌和20wt％驯化后的酵母菌混合复配，得到复配微生物。
所述培养基各成分为：酵母提取物3g/L、糖蜜15g/L、葡萄糖6g/L、蛋白胨6g/L、琼脂18g/L，氨水调节pH至5。驯化培养时在培养基中加入金属离子Hg2+、Cd2+和Cu2+，其中Hg2+浓度由0mg/L缓慢增长至120mg/L，Cd2+的浓度由0mg/L缓慢增长至150mg/L，所述Cu2+浓度由0mg/L缓慢增长至200mg/L。
(2)取氧化石墨烯，表面接枝超支化聚合物，得到包覆载体，具体步骤为：
S1：将0.4g聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇混合，超声分散30min，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的浓度为5g/L。
将0.05g磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮溶液混合，45℃下搅拌30min，加入4mL氨水和0.5mL正硅酸乙酯，继续搅拌3h，加入2.5mL3-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应3h，离心洗涤，抽滤收集产物，65℃真空干燥，得到二氧化硅包覆载体。
S2：取5g二氧化硅包覆载体和100mL甲醇混合，超声分散30min，0℃下加入20mL丙烯酸甲酯，氮气气氛中搅拌反应30min，加热升温至30℃，继续搅拌24h，加入15mL乙二胺，0℃下搅拌反应30min，加热升温至30℃，继续搅拌20h，离心收集产物，得到预处理载体。
S3：将4g预处理载体与50mL氢氧化钠溶液混合，超声分散30min，加入20mL乙醇、2.5mL二硫化碳混合溶液(二硫化碳溶液)，55℃下搅拌4h，过滤洗涤，得到包覆载体。所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％。
(3)取复配微生物接种至营养液中，加入包覆载体，35℃下培养3d，取出产物，洗涤干燥，得到污水处理剂。所述包覆载体用量为复配微生物用量的5.5wt％。
所述营养液各组分用量为：以质量份计，葡萄糖8份、蛋白胨10份、硫酸镁1.5份、维生素C0.2份、甘氨酸3份、无菌水100份。
实施例4：在实施例3基础上，对比例4中磁性氧化石墨烯包覆二氧化硅前进行前处理，其余工艺不变。
一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取乳酸菌、放线菌和酵母菌，分别接种至培养基中，25℃下避光培养，进行驯化，得到驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌和驯化后的酵母菌，将30wt％驯化后的乳酸菌、50wt％驯化后的放线菌和20wt％驯化后的酵母菌混合复配，得到复配微生物。
所述培养基各成分为：酵母提取物3g/L、糖蜜15g/L、葡萄糖6g/L、蛋白胨6g/L、琼脂18g/L，氨水调节pH至5。驯化培养时在培养基中加入金属离子Hg2+、Cd2+和Cu2+，其中Hg2+浓度由0mg/L缓慢增长至120mg/L，Cd2+的浓度由0mg/L缓慢增长至150mg/L，所述Cu2+浓度由0mg/L缓慢增长至200mg/L。
(2)取氧化石墨烯，表面接枝超支化聚合物，得到包覆载体，具体步骤为：
S1：将0.4g聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇混合，超声分散30min，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的浓度为5g/L。
磁性氧化石墨烯包覆二氧化硅前进行前处理，具体为：将磁性氧化石墨烯置于营养液中浸泡4h，取出后0℃下定型，45℃下烘干；所述磁性氧化石墨烯、营养液的质量比为1：10。
将0.05g前处理后的磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮溶液混合，45℃下搅拌30min，加入4mL氨水和0.5mL正硅酸乙酯，继续搅拌3h，加入2.5mL3-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应3h，离心洗涤，抽滤收集产物，65℃真空干燥，得到二氧化硅包覆载体。
S2：取5g二氧化硅包覆载体和100mL甲醇混合，超声分散30min，0℃下加入20mL丙烯酸甲酯，氮气气氛中搅拌反应30min，加热升温至30℃，继续搅拌24h，加入15mL乙二胺，0℃下搅拌反应30min，加热升温至30℃，继续搅拌20h，离心收集产物，得到预处理载体。
S3：将4g预处理载体与50mL氢氧化钠溶液混合，超声分散30min，加入20mL乙醇、2.5mL二硫化碳混合溶液(二硫化碳溶液)，55℃下搅拌4h，过滤洗涤，得到包覆载体。所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％。
(3)取复配微生物接种至营养液中，加入包覆载体，35℃下培养3d，取出产物，洗涤干燥，得到污水处理剂。所述包覆载体用量为复配微生物用量的5.5wt％。
所述营养液各组分用量为：以质量份计，葡萄糖8份、蛋白胨10份、硫酸镁1.5份、维生素C0.2份、甘氨酸3份、无菌水100份。
对比例1：以对比例1为对照组，对比例1中对菌种进行驯化时，培养基pH为6.5，且并未添加Hg2+，其余工艺不变。
一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取乳酸菌、放线菌和酵母菌，分别接种至培养基中，25℃下避光培养，进行驯化，得到驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌和驯化后的酵母菌，将30wt％驯化后的乳酸菌、50wt％驯化后的放线菌和20wt％驯化后的酵母菌混合复配，得到复配微生物。
所述培养基各成分为：酵母提取物3g/L、糖蜜15g/L、葡萄糖6g/L、蛋白胨6g/L、琼脂18g/L，氨水调节pH至6.5。驯化培养时在培养基中加入金属离子Cd2+和Cu2+，其中Cd2+的浓度由0mg/L缓慢增长至150mg/L，所述Cu2+浓度由0mg/L缓慢增长至200mg/L。
(2)取氧化石墨烯，表面接枝超支化聚合物，得到包覆载体，具体步骤为：
S1：将0.4g聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇混合，超声分散30min，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的浓度为5g/L。
磁性氧化石墨烯包覆二氧化硅前进行前处理，具体为：将磁性氧化石墨烯置于营养液中浸泡4h，取出后0℃下定型，45℃下烘干；所述磁性氧化石墨烯、营养液的质量比为1：10。
将0.05g前处理后的磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮溶液混合，45℃下搅拌30min，加入4mL氨水和0.5mL正硅酸乙酯，继续搅拌3h，加入2.5mL3-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应3h，离心洗涤，抽滤收集产物，65℃真空干燥，得到二氧化硅包覆载体。
S2：取5g二氧化硅包覆载体和100mL甲醇混合，超声分散30min，0℃下加入20mL丙烯酸甲酯，氮气气氛中搅拌反应30min，加热升温至30℃，继续搅拌24h，加入15mL乙二胺，0℃下搅拌反应30min，加热升温至30℃，继续搅拌20h，离心收集产物，得到预处理载体。
S3：将4g预处理载体与50mL氢氧化钠溶液混合，超声分散30min，加入20mL乙醇、2.5mL二硫化碳混合溶液(二硫化碳溶液)，55℃下搅拌4h，过滤洗涤，得到包覆载体。所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％。
(3)取复配微生物接种至营养液中，加入包覆载体，35℃下培养3d，取出产物，洗涤干燥，得到污水处理剂。所述包覆载体用量为复配微生物用量的5.5wt％。
所述营养液各组分用量为：以质量份计，葡萄糖8份、蛋白胨10份、硫酸镁1.5份、维生素C0.2份、甘氨酸3份、无菌水100份。
对比例2：以实施例4为对照组，对比例2中增加二硫化碳的用量，其余工艺不变。
一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取乳酸菌、放线菌和酵母菌，分别接种至培养基中，25℃下避光培养，进行驯化，得到驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌和驯化后的酵母菌，将30wt％驯化后的乳酸菌、50wt％驯化后的放线菌和20wt％驯化后的酵母菌混合复配，得到复配微生物。
所述培养基各成分为：酵母提取物3g/L、糖蜜15g/L、葡萄糖6g/L、蛋白胨6g/L、琼脂18g/L，氨水调节pH至5。驯化培养时在培养基中加入金属离子Hg2+、Cd2+和Cu2+，其中Hg2+浓度由0mg/L缓慢增长至120mg/L，Cd2+的浓度由0mg/L缓慢增长至150mg/L，所述Cu2+浓度由0mg/L缓慢增长至200mg/L。
(2)取氧化石墨烯，表面接枝超支化聚合物，得到包覆载体，具体步骤为：
S1：将0.4g聚乙烯吡咯烷酮和无水乙醇混合，超声分散30min，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的浓度为5g/L。
磁性氧化石墨烯包覆二氧化硅前进行前处理，具体为：将磁性氧化石墨烯置于营养液中浸泡4h，取出后0℃下定型，45℃下烘干；所述磁性氧化石墨烯、营养液的质量比为1：10。
将0.05g前处理后的磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮溶液混合，45℃下搅拌30min，加入4mL氨水和0.5mL正硅酸乙酯，继续搅拌3h，加入2.5mL3-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应3h，离心洗涤，抽滤收集产物，65℃真空干燥，得到二氧化硅包覆载体。
S2：取5g二氧化硅包覆载体和100mL甲醇混合，超声分散30min，0℃下加入20mL丙烯酸甲酯，氮气气氛中搅拌反应30min，加热升温至30℃，继续搅拌24h，加入15mL乙二胺，0℃下搅拌反应30min，加热升温至30℃，继续搅拌20h，离心收集产物，得到预处理载体。
S3：将4g预处理载体与50mL氢氧化钠溶液混合，超声分散30min，加入20mL乙醇、5.5mL二硫化碳混合溶液(二硫化碳溶液)，55℃下搅拌4h，过滤洗涤，得到包覆载体。所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％。
(3)取复配微生物接种至营养液中，加入包覆载体，35℃下培养3d，取出产物，洗涤干燥，得到污水处理剂。所述包覆载体用量为复配微生物用量的5.5wt％。
所述营养液各组分用量为：以质量份计，葡萄糖8份、蛋白胨10份、硫酸镁1.5份、维生素C0.2份、甘氨酸3份、无菌水100份。
检测实验：
1、取污水处理剂，取0.1g，将其置于测试液中，测试液中Hg2+浓度为120mg/L，Cd2+浓度为150mg/L，Cu2+浓度为200mg/L，pH为5，25℃下以350r/min吸附，吸附时间为3h，计算各重金属离子的去除率。
2、取污水处理剂，取1g，将其浸没至去离子水中，650W功率下超声振荡24h，磁选分离，称量并记录，再与测试前的质量相比，计算失重率。具体见表一。
表一
3、取实施例1～4、对比例1制备的污水处理剂，将其投入500mL污水中尽显污水处理，污水处理剂添加量为2wt％，污水COD为2000mg/L，氨氮为350mg/L，测试温度为35℃，连续搅拌24h，重新检测并记录氨氮去除率和COD去除率。污水中Hg2+浓度为120mg/L，Cd2+浓度为150mg/L，Cu2+浓度为200mg/L，pH为5。
结论：方案公开了一种负载微生物的污水处理剂，该污水处理剂不仅具有优异的脱氮效果，同时还能够吸附去除重金属离子，能够广泛应用至污水处理工艺中，实用性较高。
最后应说明的是：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 (9)
1.一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取乳酸菌、放线菌和酵母菌，分别接种至培养基中，25～30℃下避光培养，进行驯化，得到驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌和驯化后的酵母菌，将驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌和驯化后的酵母菌混合复配，得到复配微生物；
驯化后的乳酸菌、驯化后的放线菌、驯化后的酵母菌质量比为(2.5～3)：(3～5)：(2～3.5)；
(2)取氧化石墨烯，表面接枝超支化聚合物，得到包覆载体；
取复配微生物接种至营养液中，加入包覆载体，30～35℃下培养3～4d，取出产物，洗涤干燥，得到污水处理剂。
2.根据权利要求1所述的一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，其特征在于：所述营养液各组分用量为：以质量份计，葡萄糖8～10份、蛋白胨6～10份、硫酸镁1～1.5份、维生素C0.1～0.2份、甘氨酸2～3份、无菌水100～105份。
3.根据权利要求1所述的一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，驯化培养时在培养基中加入金属离子Hg2+、Cd2+、Cu2+，其中Hg2+浓度由0mg/L缓慢增长至100～120mg/L，Cd2+的浓度由0mg/L缓慢增长至150～200mg/L，所述Cu2+浓度由0mg/L缓慢增长至150～200mg/L；
所述培养基各成分为：酵母提取物3～4g/L、糖蜜15～20g/L、葡萄糖5～8g/L、蛋白胨5～6g/L、琼脂15～20g/L，氨水调节pH至5～5.5。
4.根据权利要求1所述的一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，包覆载体的制备步骤为：
S1：将PVP和无水乙醇混合，超声分散20～30min，得到PVP溶液；
将磁性氧化石墨烯、PVP溶液混合，40～45℃下搅拌30～40min，加入氨水和正硅酸乙酯，继续搅拌2～3h，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应2～3h，离心洗涤，抽滤收集产物，60～65℃真空干燥，得到二氧化硅包覆载体；
S2：取二氧化硅包覆载体和甲醇混合，超声分散20～30min，加入丙烯酸甲酯，25～30℃下搅拌反应20～24h，加入乙二胺，继续搅拌反应20～24h，离心收集产物，得到预处理载体；
S3：将预处理载体与氢氧化钠溶液混合，超声分散20～30min，加入二硫化碳溶液，50～55℃下搅拌4～6h，过滤洗涤，得到包覆载体。
5.根据权利要求4所述的一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤S1中，磁性氧化石墨烯的制备步骤为：
取氧化石墨烯和氨水溶液混合，超声分散20～30min，加入氯化亚铁，搅拌均匀，氮气环境下升温至75～85℃，静置2～3h，加入氨水调节pH至11，老化0.5～1h，磁分离收集产物，得到磁性氧化石墨烯。
6.根据权利要求4所述的一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，其特征在于：所述二硫化碳溶液为乙醇、二硫化碳混合溶液；所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10％；所述PVP溶液的浓度为5～6g/L。
7.根据权利要求4所述的一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，其特征在于：步骤S1中，磁性氧化石墨烯包覆二氧化硅前进行前处理，具体为：将磁性氧化石墨烯置于营养液中浸泡3～4h，取出后0～5℃下定型，40～50℃下烘干。
8.根据权利要求7所述的一种负载微生物的污水处理剂的制备方法，其特征在于：所述磁性氧化石墨烯、营养液的质量比为1：(8～10)。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的一种负载微生物的污水处理剂的制备方法制备的污水处理剂。
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