專利名稱：微生物固定化載體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及對低濃度重金屬廢水的去除及微生物固定化有突出作用的無機(jī)多孔微生物載體的制備方法。
背景技術(shù)：
固定化微生物技術(shù)處理廢水，由于處理效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、生物濃度高、能純化并保持高效菌種。固液分離效果好，故有廣闊的應(yīng)用前景。但由于載體成本大，需繁雜的提酶過程，所以實際應(yīng)用尚不多。固定化微生物的載體要求其對微生物無毒、抗微生物分解、機(jī)械程度高、傳質(zhì)性能好、價格便宜等。而目前常用的微生物載體如硅膠、活性炭、陶瓷等無機(jī)材料，以及有機(jī)臺成高分子聚臺物等材料雖有各自的優(yōu)點但仍存在不足之處。微生物固定化載體包括兩大類無機(jī)載體和有機(jī)載體。一類是無機(jī)載體如多孔玻璃、硅藻土、活性炭、石英砂等，常用于吸附法。吸附法中微生物與載體結(jié)合不牢固、易脫落，吸附數(shù)量不多；無機(jī)載體常與包埋載體結(jié)合，以提高包埋載體的強(qiáng)度、擴(kuò)大孔徑，提高包埋微生物的使用效率與壽命。另一類為有機(jī)載體包括天然高分子載體和合成有機(jī)高分子聚合物。天然高分子載體有瓊脂、海藻酸鈣、角叉萊膠等、它們無生物毒性。傳質(zhì)性好。但強(qiáng)度較低、在厭氧條件下易被生物分解；合成有機(jī)高分子聚合物載體主要有聚乙酰幾丁酯、光敏聚乙烯醇等，其強(qiáng)度較好、但傳質(zhì)性能較差、包埋后對細(xì)胞活性有影響。
目前絕大多數(shù)研究所使用的固定化載體都集中在海藻酸鹽和卡拉膠等天然有機(jī)材料上，雖然這些材料的固定化效果較好，但是由于其需要膠粒制備設(shè)備，操作工藝復(fù)雜，而且制出的膠粒，隨著使用次數(shù)的增加，常出現(xiàn)裂口和破碎現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有親水性、通透性、高比表面積和空隙率，無毒、傳質(zhì)阻力小、可循環(huán)使用且無二次污染的微生物固定化載體的制備方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的制備方法如下(1)將成熟且表皮已干黑的絲瓜剝?nèi)ネ馄?，去仔，用剪刀沿其中一瓤空的邊緣剪開，去除內(nèi)瓤后，將外表瓤剪切成片狀或塊狀。
(2)將片狀或塊狀絲瓜瓤放進(jìn)沸騰的蒸餾水中沸煮后取出，用蒸餾水充分沖洗，以除去沸煮時產(chǎn)生的瓤漬，再將沖洗干凈的瓜片放入無菌水中浸泡去漬。
(3)把浸泡后的瓜片放入恒溫烘箱烘至恒重，即得到該大孔網(wǎng)狀微生物固化載體。
所述載體橫斷面形狀可為圓形或方形或矩形。
本發(fā)明的優(yōu)點在于制備過程簡單，成本低廉，固液易分離，制得大孔微生物載體具有比表面積大，在(1.0～1.5)×105m2/m3，空隙率為90％以上，載體密度小于水的密度，在水中成懸浮狀，具有很強(qiáng)的水容性。微生物的負(fù)載量大，高達(dá)1.2～2.6g/g(干重)，是其自重的1～2.6倍，載體中孔與孔立體交聯(lián)，氣、液、固三相在孔隙中進(jìn)行高效傳質(zhì)，好氧、兼性、厭氧狀態(tài)同時存在，故有污染物降解速度快，抗沖擊能力強(qiáng)，處理效率高，再生方便，可重復(fù)使用，且不產(chǎn)生二次污染。


圖1為本發(fā)明制備的多孔微生物載體照片(直徑2.5cm)。
圖2為覆蓋了簡青霉的微生物載體照片。
具體實施例方式
實施例1(1)將成熟且表皮已干黑的絲瓜剝?nèi)ネ馄ぃプ?，用剪刀沿其中一瓤空的邊緣剪開，去除內(nèi)瓤后，將外表瓤剪切成直徑2.5cm，厚度2～3mm的薄圓片。(本步驟所述載體是依容積為250ml、瓶口直徑2.5cm的錐形瓶為反應(yīng)裝置設(shè)計的。)(2)將絲瓜片放進(jìn)沸騰的蒸餾水中沸煮30min后取出，用蒸餾水充分沖洗三次，以除去沸煮時產(chǎn)生的瓤漬，再將沖洗干凈的瓜片放入無菌水中浸泡22～24h，其間換3～5次無菌水。
(3)把浸泡后的瓜片放入恒溫為70℃的烘箱烘4～5h，至恒重，即得到圓形大孔網(wǎng)狀微生物固定化載體(如附圖1所示)。
取制備好的載體0.4641g，0.4648g兩份，做平行試驗。將兩份載體分別放入容積為250ml、瓶口直徑2.5cm的錐形瓶中，再加入培養(yǎng)簡青霉的液體培養(yǎng)基100ml。培養(yǎng)基成分(g/L)蛋白胨10.0，葡萄糖20.0，F(xiàn)eSO4 0.005，NaHCO3 0.05，CaCl2 0.1，KCl 0.1，NaCl 0.2，MgSO4·7H2O 0.25，KH2PO4 0.5，NH4Cl 2.0；蒸餾水1000ml。于115℃，1.05Pa條件下滅菌30min。滅菌后分別接5ml懸浮簡青霉菌液，于30℃、100rpm的條件下振蕩培養(yǎng)3～4d。載體上固定了大量簡青霉，載體周圍培養(yǎng)基是清澈不長菌的，便于固液分離(如附圖2所示)。
將固定好菌的載體取出，用無菌蒸餾水沖洗三次，分別放入兩個250ml的錐形瓶中，倒入100ml含鉛廢水，測定其溶液中Pb2+濃度為97.35mg/L，pH值為5.32。將兩錐形瓶放入恒溫振蕩器中，于30℃、100～120rpm的條件下振蕩吸附2h，經(jīng)檢測分析，吸附后溶液中剩余Pb2+離子濃度為4.09mg/L，Pb2+離子的去除率為95.8％；Pb2+離子的最大吸附量為223.36mg/g(干菌)將在30℃、100～120rpm的條件下振蕩吸附了2h的Pb2+離子的固定菌載體從反應(yīng)液中取出，用無菌蒸餾水沖洗三次，分別放入兩個250ml的錐形瓶中，分別加入100ml濃度為0.1mol/L的稀HCl溶液，做解吸試驗。
將兩個錐形瓶放在恒溫振蕩器中，于30℃、100～120rpm的條件下振蕩解吸一定時間。取解吸液，測定Pb2+離子的含量。經(jīng)檢測分析，Pb2+離子的解吸率在96％以上。循環(huán)吸附—解吸五次，吸附率僅比第一次下降了0.2％，說明該載體至少可循環(huán)使用5次，且載體幾乎沒有損耗，固定化后的微生物次流失量不超過0.1％。
實施例2(1)將成熟且表皮已干黑的絲瓜剝?nèi)ネ馄?，去仔，用剪刀沿其中一瓤空的邊緣剪開，去除內(nèi)瓤后，將外表瓤剪切成邊長為2.0cm，厚度2～3mm的正方形方塊。(本步驟所述載體是依DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器上放容積為250ml、瓶口直徑5.0cm的燒杯為反應(yīng)裝置設(shè)計的。
(2)將絲瓜塊放進(jìn)沸騰的蒸餾水中沸煮30min后取出，用蒸餾水充分沖洗三次，以除去沸煮時產(chǎn)生的瓤漬，再將沖洗干凈的瓜片放入無菌水中浸泡22～24h，其間換3～5次無菌水。
(3)把浸泡后的瓜塊放入恒溫為70℃的烘箱烘4～5h，至恒重，即得到方型大孔網(wǎng)狀微生物固定化載體。
取制備好的載體0.4632g，0.4636g兩份，做平行試驗。將兩份載體分別放入容積為250ml、瓶口直徑3.5cm的廣口錐形瓶中，再加入培養(yǎng)簡青霉的液體培養(yǎng)基100ml。培養(yǎng)基成分(g/L)蛋白胨10.0，葡萄糖20.0，F(xiàn)eSO4 0.005，NaHCO3 0.05，CaCl2 0.1，KCl 0.1，NaCl 0.2，MgSO4·7H2O 0.25，KH2PO4 0.5，NH4Cl 2.0；蒸餾水1000ml。于115℃，1.05Pa條件下滅菌30min。滅菌后分別接5ml懸浮簡青霉菌液，于30℃、100rpm的條件下振蕩培養(yǎng)3～4d。載體上固定了大量簡青霉，載體周圍培養(yǎng)基是清澈不長菌的，便于固液分離。
將固定好菌的載體取出，用無菌蒸餾水沖洗三次，分別放入兩個容積為200ml、瓶口直徑5.0cm的燒杯中，倒入100ml電鍍廢水，測定其溶液中Cu2+濃度為238.65mg/L，pH值為3.59。將兩個燒杯放在DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器上，于30℃、100～120rpm的條件下振蕩吸附2h，經(jīng)檢測分析，吸附后溶液中剩余Cu2+離子濃度為23.47mg/L，Cu2+離子的去除率為90.17％；Cu2+離子的最大吸附量為163.28mg/g(干菌)同時將振蕩吸附了2h的Cu2+離子的固定菌載體從反應(yīng)液中取出，用無菌蒸餾水沖洗三次，分別放入兩個容積為250ml、瓶口直徑5.0cm的燒杯中，分別加入100ml濃度為0.1mol/L的稀HCl溶液，做解吸試驗。
將兩個燒杯放在DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器上，于30℃、100～120rpm的條件下振蕩解吸一定時間。取解吸液，測定Cu2+離子的含量。經(jīng)檢測分析，Cu2+離子的解吸率在96％以上。循環(huán)吸附—解吸五次，吸附率僅比第一次下降了0.2％，說明該載體至少可循環(huán)使用5次，且載體幾乎沒有損耗，固定化后的微生物次流失量不超過0.1％。
實施例3(1)將成熟且表皮已干黑的絲瓜剝?nèi)ネ馄?，去仔，用剪刀沿其中一瓤空的邊緣剪開，去除內(nèi)瓤后，將外表瓤剪切成邊長為2.0cm，寬為1.5cm厚度2～3mm的矩形方塊。(本步驟所述載體是依DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器上放容積為500ml、瓶口直徑6.0cm的燒杯為反應(yīng)裝置設(shè)計的。)(2)將絲瓜塊放進(jìn)沸騰的蒸餾水中沸煮30min后取出，用蒸餾水充分沖洗三次，以除去沸煮時產(chǎn)生的瓤漬，再將沖洗干凈的瓜片放入無菌水中浸泡22～24h，其間換3～5次無菌水。
(3)把浸泡后的瓜塊放入恒溫為70℃的烘箱烘4～5h，至恒重，即得到方型大孔網(wǎng)狀微生物固定化載體。
取制備好的載體0.4728g，0.4724g兩份，做平行試驗。將兩份載體分別放入容積為250ml、瓶口直徑3.5cm的廣口錐形瓶中，再加入培養(yǎng)簡青霉的液體培養(yǎng)基100ml。培養(yǎng)基成分(g/L)蛋白胨10.0，葡萄糖20.0，F(xiàn)eSO4 0.005，NaHCO3 0.05，CaCl2 0.1，KCl 0.1，NaCl 0.2，MgSO4·7H2O 0.25，KH2PO4 0.5，NH4Cl 2.0；蒸餾水1000ml。于115℃，1.05Pa條件下滅菌30min。滅菌后分別接5ml懸浮簡青霉菌液，于30℃、100rpm的條件下振蕩培養(yǎng)3～4d。載體上固定了大量簡青霉，載體周圍培養(yǎng)基是清澈不長菌的，便于固液分離。
將固定好菌的載體取出，用無菌蒸餾水沖洗三次，分別放入兩個容積為200ml、瓶口直徑5.0cm的燒杯中，倒入100ml含鎘廢水，測定其溶液中Zn2+濃度為68.49mg/L，pH值為5.69。將兩個燒杯放在DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器上，于30℃、100～120rpm的條件下振蕩吸附2h，經(jīng)檢測分析，吸附后溶液中剩余Zn2+離子濃度為11.75mg/L，Zn2+離子的去除率為82.85％；Zn2+離子的最大吸附量為92.34mg/g(干菌)。
同時將振蕩吸附了2h的Zn2+離子的固定菌載體從反應(yīng)液中取出，用無菌蒸餾水沖洗三次，分別放入兩個容積為500ml、瓶口直徑6.0cm的燒杯中，分別加入100ml濃度為0.1mol/L的稀HCl溶液，做解吸試驗。
將兩個燒杯放在DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器上，于30℃、100～120rpm的條件下振蕩解吸一定時間。取解吸液，分別測定Zn2+離子含量，經(jīng)檢測分析，Zn2+離子的解吸率在96％以上。循環(huán)吸附—解吸五次，吸附率僅比第一次下降了0.2％，說明該載體至少可循環(huán)使用5次，且載體幾乎沒有損耗，固定化后的微生物次流失量不超過0.1％。
權(quán)利要求
1.一種微生物固定化載體的制備方法，其特征在于(1)將成熟且表皮已干黑的絲瓜剝?nèi)ネ馄?，去仔，用剪刀沿其中一瓤空的邊緣剪開，去除內(nèi)瓤后，將外表瓤剪切成片狀或塊狀；(2)將片狀或塊狀絲瓜瓤放進(jìn)沸騰的蒸餾水中沸煮后取出，用蒸餾水充分沖洗，以除去沸煮時產(chǎn)生的瓤漬，再將沖洗干凈的瓜片放入無菌水中浸泡去漬；(3)把浸泡后的瓜片放入恒溫烘箱烘至恒重，即得到該大孔網(wǎng)狀微生物固化載體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物固定化載體的制備方法，其特征在于所述載體橫斷面形狀為圓形或方形或矩形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有親水性、通透性、高比表面積和空隙率，無毒、傳質(zhì)阻力小、可循環(huán)使用且無二次污染的微生物固定化載體的制備方法。其制備方法為將成熟且表皮已干黑的絲瓜剝?nèi)ネ馄ぃプ?，用剪刀沿其中一瓤空的邊緣剪開，去除內(nèi)瓤后，將外表瓤剪切成片狀或塊狀；將片狀或塊狀絲瓜瓤放進(jìn)沸騰的蒸餾水中沸煮后取出，用蒸餾水充分沖洗，以除去沸煮時產(chǎn)生的瓤漬，再將沖洗干凈的瓜片放入無菌水中浸泡去漬；把浸泡后的瓜片放入恒溫烘箱烘至恒重，即得到該大孔網(wǎng)狀微生物固化載體。
文檔編號C12N11/04GK1850973SQ20061003170
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者徐雪芹, 李小明, 曾光明, 楊麒, 鄭偉 申請人:湖南大學(xué)