微生物微球及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境污染處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微生物微球及其制備方法和應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 固定化生物技術(shù)是從60年代開始迅速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，它是通過采用化學(xué)或 物理的手段將游離細(xì)胞或酶定位于限定的空間區(qū)域內(nèi)，使其保持活性并反復(fù)利用。微生物 固定化技術(shù)可分為"固定化微生物膜"和"固定化微生物細(xì)胞"。
[0003] 隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，研宄高效生物處理污染物系統(tǒng)的需求日益迫切，近年 來，在固定化酶技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的固定化微生物處理污水技術(shù)成為國內(nèi)外研宄熱門， 開始應(yīng)用固定化細(xì)胞技術(shù)處理工業(yè)廢水。固定化微生物技術(shù)是采用物理或化學(xué)的方法，將 游離微生物限位于有限的微處理單元，以保持菌種高效性和較高的生物濃度。
[0004] 固定化微生物細(xì)胞的方法主要有包埋法、吸附法、共價(jià)結(jié)合法和交聯(lián)法等。相比普 通的活性污泥法，固定化微生物處理技術(shù)用于廢水處理具有處理效果高，運(yùn)行穩(wěn)定，可純化 和保持高效優(yōu)勢菌種，反應(yīng)器生物量大，污泥產(chǎn)生量少、防止微生物流失，反應(yīng)器中可達(dá)到 較高的微生物濃度，抗毒物和沖擊負(fù)荷、沉降性能好、有利于固液分離等一系列優(yōu)點(diǎn)，在廢 水處理方面得到了廣泛的研宄和應(yīng)用。
[0005] 近年來，國內(nèi)科研學(xué)者為了優(yōu)化固定化載體，提高固定化微生物的活性，開展了一 系列的研宄。例如：
[0006] (1) 2009年李博等（李博，熊小京，趙志新，鄭天凌.包埋固定化CK3脫色菌對偶氮 染料Reactive Red 180的脫色特性.水處理技術(shù)，2009年06期）采用改進(jìn)的聚乙烯醇-硼 酸包埋法固定化CK3脫色菌，所制備的固定化生物活性微球具有脫色的功能；
[0007] (2)2013年盧磊等（盧磊，張守娟等.吸附-包埋法制備固定化原油降解菌的研 宄.現(xiàn)代化工，2013年11期）在聚乙烯醇-海藻酸鈉復(fù)配包埋固定化過程中分別加入活性 炭、硅藻土、淀粉等吸附劑對固定化微球進(jìn)行改性，以提高對勝利原油的降解效果，研宄結(jié) 果表明，將活性炭等吸附劑與傳統(tǒng)的包埋材料聯(lián)用，可以制得具有較好彈性、滲透性和較低 破碎率的固定化微球。固定化微球的原油降解效果均明顯優(yōu)于游離菌。
[0008] (3)2014年姜立春等（姜立春，阮期平，王曉麗? PVA固定化Corynebacterium SP.JY03降解苯酚的特性研宄.環(huán)境工程，2014年2月）以聚乙烯醇作為載體將降酚菌株 Corynebacterium sp. JY03進(jìn)行固定化包埋處理固定化細(xì)胞重復(fù)利用6次苯酷降解率仍高 于85. 2 %，其性能優(yōu)于游離細(xì)胞，這將為該菌株進(jìn)一步應(yīng)用于含酚廢水的生物處理提供實(shí) 踐條件。
[0009] (4)申請?zhí)枮?2148674. 3的中國專利文獻(xiàn)公開了一種固定化微生物處理污水工 藝，該發(fā)明所采用的載體為改性的泡沫塑料載體，固定化方法為吸附法，吸附法固定微生物 叫包埋法微生物容易脫落，抗沖擊性差，不利于重復(fù)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明提供了一種微生物微球及其制備方法和應(yīng)用，該微生物微球機(jī)械強(qiáng)度大， 不易破碎，適宜微生物生長繁殖，采用該微生物微球可顯著提高污水處理效果。
[0011] 一種微生物微球，包括載體和附著在載體上的微生物，所述載體以聚乙烯醇和海 藻酸鈉為包埋材料，所述載體包含〇. 4~2wt %的磁鐵粉。
[0012] 本發(fā)明將大量的微生物包埋在載體內(nèi)部，在污水處理過程中，不會(huì)隨著污水流動(dòng) 而流失，使污水處理前期微生物的保有量得到保障，同時(shí)也因?yàn)檩d體的保護(hù)，使得微生物的 耐沖擊性增強(qiáng)，縮短了污水處理系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間，在足夠的微生物保有量的情況下，處理效 果更好。
[0013] 所述的磁鐵粉又名鐵精粉是鐵礦石經(jīng)過破碎、磨碎、選礦等加工處理后獲得的礦 粉，磁鐵粉為黑色粉末，大小在300目左右，磁性物含量在95%以上，鐵含量在63%以上，水 分含量小于1 %，主要用途是作為煤炭行業(yè)重介質(zhì)選煤工藝的分選介質(zhì)。
[0014] 所述載體還包含活性炭粉末。活性炭可作為吸附劑，起到吸附污水中污染物的作 用，能將污水的污染素進(jìn)行吸附，并供給微生物用于繁殖生長；同時(shí)活性炭與磁鐵粉相互作 用，可實(shí)現(xiàn)載體機(jī)械強(qiáng)度的增大和破碎率的降低。作為優(yōu)選，所述活性炭粉末的粒徑為小于 0. 075mm。
[0015] 磁鐵粉的粒徑對微生物微球的結(jié)構(gòu)有影響，進(jìn)而影響微生物微球的機(jī)械強(qiáng)度、破 碎率和使用壽命。所述磁鐵粉的粒徑為0. 03~0. 05mm。
[0016] 聚乙烯醇的醇解度對微生物微球的機(jī)械強(qiáng)度、破碎率有影響，作為優(yōu)選，所述聚乙 烯醇的醇解度多99%
[0017] 所述微生物微球的粒徑為2~5_，有利于包埋劑與交聯(lián)劑充分反應(yīng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 同時(shí)，比表面積大，便于微球與污水接觸，有利用微生物的釋放和提高污水處理效率。
[0018] 本發(fā)明提供了一種所述的微生物微球的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0019] (1)將聚乙烯醇和海藻酸鈉水浴加熱溶解后，與活性炭粉末和磁鐵粉混合，得到混 合液；
[0020] (2)將混合液與微生物混合，過濾雜質(zhì)后，滴入交聯(lián)劑中，得到微生物微球。
[0021] 本發(fā)明對于微生物微球中固定化的微生物種類無嚴(yán)格要求，微生物以菌泥的形式 加入到混合液中。所述的交聯(lián)劑為硼酸-氯化鈣交聯(lián)劑?；旌弦旱稳虢宦?lián)劑后獲得的微球 還需經(jīng)過質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 9%的氯化鈉去離子水洗滌2~3次，以去除微生物微球表面殘留的 雜質(zhì)。
[0022] 作為優(yōu)選，所述聚乙烯醇、海藻酸鈉、活性炭粉末和磁鐵粉的質(zhì)量比為10~ 20 : 1 ~4 : 1 ~4 : 1 ~4〇
[0023] 本發(fā)明還提供了一種所述的微生物微球在處理工業(yè)污水和市政污水中的應(yīng)用。
[0024] 將本發(fā)明微生物微球加入污水處理工藝中，微生物微球的投加量為2~10%。投 入量過少時(shí)，易造成污水處理效率較低的問題；而投入量過高時(shí)，不利于微生物微球在反應(yīng) 池內(nèi)的流動(dòng)，影響微生物微球與污水的充分接觸。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0026](1)本發(fā)明將磁鐵粉加入到微生物微球中作為載體的組分之一，不僅使微生物微 球的機(jī)械強(qiáng)度增大、破碎率降低、使用壽命延長，還有效促進(jìn)了微生物的繁殖，進(jìn)而提高了 污水的處理效果；
[0027] (2)本發(fā)明微生物微球?qū)δ芫哂斜Ｗo(hù)作用，避免功能菌完全暴露在有毒的污 水中，使微生物耐污水沖擊性提高，確保污水處理工藝的穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明微生物微球的圖片；
[0029] 圖2為本發(fā)明微生物微球在處理工業(yè)污水的工藝中污水的化學(xué)需氧量的變化情 況；
[0030] 圖3為本發(fā)明微生物微球在處理市政污水的工藝中污水的化學(xué)需氧量的變化情 況；
[0031] 圖4為本發(fā)明微生物微球表面掃描電鏡圖；
[0032] 圖5為本發(fā)明微生物微球內(nèi)部透射電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡釋。
[0034] 本發(fā)明中采用的實(shí)驗(yàn)檢測方法分別為：
[0035] 氨氮（NH4+-N)的檢測方法：水楊酸-次氯酸鹽光度法；亞硝酸鹽氮（N0 2-N)的檢測 方法：N-(l-萘基）-乙二胺光度法；化學(xué)需氧量（CODcr)檢測方法。聚乙烯醇的CAS號(hào)為 9002-89-5,海藻酸鈉的 CAS 號(hào)為 9005-38-3。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 1、每1L水中加入60g的醇解度（摩爾分?jǐn)?shù)）多99%的聚乙烯醇和10g的海藻酸 鈉，并置于95°C的熱水中進(jìn)行水浴，至聚乙烯醇和海藻酸鈉充分溶解；
[0038] 2、往步驟（1)溶解后的液體中加入20g的粒徑小于0. 075mm的活性炭粉末和20g 的粒徑為0. 044mm的磁鐵粉，充分混勻；
[0039] 3、步驟（2)中制成的混合液冷卻至室溫，將60g菌泥（水解菌、脫氮菌等功能微生 物）用20ml 0.9wt%氯化鈉去離子水懸浮后加入到混合液中，充分混勻；
[0040] 4、用紗布過濾步驟（3)混勻后的混合液，去除混合液中顆粒較大的雜質(zhì)；
[0041] 5、配制硼酸-氯化鈣交聯(lián)劑：配制飽和硼酸溶液，每升飽和的硼酸溶液中加入氯 化鈣10-30g，充分溶解后，用碳酸鈉將溶液的pH調(diào)至6-7,將配制好的溶液放置在4-8°C下 預(yù)冷；
[0042] 6、將步驟（4)得到的混合液滴入步驟（5)配制的交聯(lián)劑中制備成2-5mm的微球， 4-8°C下靜置12-36小時(shí)；
[0043] 7、將所得的微球用0. 9wt% NaCl去離子水洗滌2-3次，得到微生物微球；
[0044] 8、將微生物微球置于4-8 °C下保存?zhèn)溆谩?br>[0045] 實(shí)施例2
[0046] 1、每1L水中加入60g的醇解度（摩爾分?jǐn)?shù)）97. 0~98. 8%的聚乙烯醇和10g的 海藻酸鈉，并置于95°C的熱水中進(jìn)行水浴，至聚乙烯醇和海藻酸鈉充分溶解；
[0047] 2、往步驟（1)溶解后的液體中加入20g的粒徑小于0. 075mm的活性炭粉末和20g 的粒徑為0. 044mm的磁鐵粉，充分混勻；
[0048] 3、步驟（2)中制成的混合液冷卻至室溫，將60g菌泥（水解菌、脫氮菌等功能微生 物）用20ml 0.9wt%氯化鈉去離子水懸浮后加入到混合液中，充分混勻；
[0049] 4、用紗布過濾步驟（3)混勻后的混合液，去除混合液中顆粒較大的雜質(zhì)；
[0050] 5、配制硼酸-氯化鈣交聯(lián)劑：配制飽和硼酸溶液，每升飽和的硼酸溶液中加入氯 化鈣10-30g，充分溶解后，用碳酸鈉將溶液的pH調(diào)至6-7,將配制好的溶液放置在4-8°C下 預(yù)冷；
[0051] 6、將步驟（4)得到的混合液滴入步驟（5)配制的交聯(lián)劑中制備成2-5_的微球， 4-8°C下靜置12-36小時(shí)；
[0052] 7、將所得的微球用0. 9wt% NaCl去離子水洗滌2-3次，得到微生物微球；
[0053] 8、將微生物微球置于4-8 °C下保存?zhèn)溆谩?br>[0054] 實(shí)施例3
[0055] 1、每1L水中加入60g的醇解度（摩爾分?jǐn)?shù)）87. 0~89. 0%的聚乙烯醇和10g的 海藻酸鈉，并置于95°C的熱水中進(jìn)行水浴，至聚乙烯醇和海藻酸鈉充分溶解；
[0056] 2、往步驟（1)溶解后的液體中加入20g的粒徑小于0. 075mm的活性炭粉末和20g 的粒徑為0. 044mm的磁鐵粉，充分混勻；
[0057] 3、步驟（2)中制成的混合液冷卻至室溫，將60g菌泥（本室分離