一種微生物包埋修復(fù)劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及修復(fù)劑領(lǐng)域，具體而言，涉及一種微生物包埋修復(fù)劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]濱海河口濕地、灘涂濕地、海岸沙灘等由于受陸源有機(jī)物、石油污染物和海洋溢油等的影響，其污染已經(jīng)成為近幾年海洋生態(tài)工程領(lǐng)域普遍面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。濕地污染和功能退化常常導(dǎo)致一系列嚴(yán)峻的生態(tài)問(wèn)題，對(duì)濱海環(huán)境、氣候、水產(chǎn)、近海養(yǎng)殖業(yè)、漁業(yè)及濱海景觀等都造成不可逆的影響。因此，對(duì)濱海濕地進(jìn)行修復(fù)，使其恢復(fù)原有的生態(tài)功能，具有重要意義。
[0003]微生物修復(fù)是較徹底地清除濱海濕地石油污染、恢復(fù)其自然景觀和生態(tài)功能的重要途徑。但是，用常規(guī)方法如噴灑、播散等方式將石油降解微生物菌劑投放到濱海濕地后，由于濕地環(huán)境底物限制或菌群不占優(yōu)勢(shì)等原因，常常使投放的微生物難以適應(yīng)周圍環(huán)境，生長(zhǎng)受到抑制，正常的代謝停滯而死亡，不能發(fā)揮其應(yīng)有的修復(fù)功能。
[0004]將微生物進(jìn)行固定化包埋，利用包埋菌劑進(jìn)行生物修復(fù)，可以提高石油降解菌在復(fù)雜環(huán)境條件下的耐受性和生存期。傳統(tǒng)的微生物固定化載體包括合成的聚合物載體、天然高分子載體及無(wú)機(jī)材料載體等。但是，這些材料微觀結(jié)構(gòu)致密，孔隙尺寸主要在亞微米量級(jí)，石油污染物及微生物代謝產(chǎn)物分子在載體孔隙內(nèi)的擴(kuò)散運(yùn)移和傳質(zhì)阻力大，微生物生長(zhǎng)受限，菌劑修復(fù)效果達(dá)不到要求。同時(shí)，具有內(nèi)部傳質(zhì)阻力小、無(wú)污染、安全性好的生物修復(fù)固定化包埋載體及制備技術(shù)一直是一個(gè)難以解決的問(wèn)題；另外，規(guī)?；苽淞骄坏陌裥迯?fù)載體顆粒也是一個(gè)難題。
[0005]有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的第一目的在于提供一種微生物包埋修復(fù)劑，所述的微生物包埋修復(fù)劑具有發(fā)達(dá)的相互連通的孔隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，孔徑大，適于微生物代謝產(chǎn)物和原油微油珠的運(yùn)移擴(kuò)散；包埋修復(fù)劑內(nèi)的微生物細(xì)胞可以長(zhǎng)期生存，對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)；該修復(fù)劑安全且可完全降解。
[0007]本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述的微生物包埋修復(fù)劑的制備方法，該制備方法操作簡(jiǎn)單，可方便地進(jìn)行工業(yè)化放大，并可控制粒徑，實(shí)現(xiàn)粒徑的均一化。
[0008]本發(fā)明的第三目的在于提供所述的微生物包埋修復(fù)劑在河口、?？谏碁┗驖竦氐纳镄迯?fù)方面的用途。適于在海濱濕地環(huán)境及岸灘環(huán)境下對(duì)原油污染物的微生物修復(fù)，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案:
[0010]一種微生物包埋修復(fù)劑，所述微生物包埋修復(fù)劑為多孔顆粒，所述多孔顆粒包括包埋骨架和其內(nèi)部包埋的微生物和營(yíng)養(yǎng)組分。
[0011]本發(fā)明提供的微生物包埋修復(fù)劑，包埋骨架具有相互連通的超大孔隙，在骨架內(nèi)包埋有微生物和營(yíng)養(yǎng)組分，傳質(zhì)阻力小，適于微生物代謝產(chǎn)物和原油微油珠的運(yùn)移擴(kuò)散；包埋修復(fù)劑內(nèi)的微生物細(xì)胞可以長(zhǎng)期生存，對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。適于海濱濕地環(huán)境及岸灘環(huán)境下對(duì)原油污染物的微生物修復(fù)，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0012]優(yōu)選地，所述微生物包埋修復(fù)劑具有從亞微米到微米量級(jí)的超大孔隙，以適于微生物代謝產(chǎn)物和原油微油珠的運(yùn)移擴(kuò)散。
[0013]優(yōu)選地，所述營(yíng)養(yǎng)組分優(yōu)選為尿素。營(yíng)養(yǎng)組分為微生物提供營(yíng)養(yǎng)成分，協(xié)助微生物細(xì)胞進(jìn)行長(zhǎng)期生存。
[0014]進(jìn)一步地，所述微生物包埋修復(fù)劑的粒徑為2?6mm，孔徑為0.1?200 μ m，孔隙率為70%?96%。
[0015]優(yōu)選地，所述微生物包埋修復(fù)劑的粒徑為2?6mm，孔徑為I?100 μ m，孔隙率為75%?90%。
[0016]更優(yōu)選地，所述微生物包埋修復(fù)劑的粒徑為3?5mm，孔徑為0.5?80 μ m，孔隙率為 80%?85%。
[0017]如在一些實(shí)施例中，微生物包埋修復(fù)劑的粒徑為2mm，孔徑為I?100 μ m，孔隙率為75%?90% ;在一些實(shí)施例中，微生物包埋修復(fù)劑的粒徑為3mm，孔徑為0.5?200 μ m，孔隙率為70%?96% ;在一些實(shí)施例中，微生物包埋修復(fù)劑的粒徑為4_，孔徑為0.1?200 μ m，孔隙率為70%?96% ;在一些實(shí)施例中，微生物包埋修復(fù)劑的粒徑為5mm，孔徑為0.5?80 μ m，孔隙率為80%?85% ;在一些實(shí)施例中，微生物包埋修復(fù)劑的粒徑為6mm，孔徑為10?200 μ m，孔隙率為70%?96% ;等等。
[0018]優(yōu)選地，所述包埋骨架由可降解型基質(zhì)材料交聯(lián)制成。
[0019]可降解型基質(zhì)材料可選用海洋天然材料，其與交聯(lián)劑反應(yīng)制得的多孔顆粒作為包埋骨架。由于選用海洋天然材料，能被完全降解，并被微生物利用，避免了二次污染問(wèn)題，具有很好的環(huán)境效益和安全性能。為了進(jìn)一步減少海洋天然材料對(duì)環(huán)境造成的損害，海洋天然材料優(yōu)選為食品級(jí)海洋天然材料。
[0020]海藻酸鹽交聯(lián)凝膠具有超大孔隙，且具有優(yōu)良的儲(chǔ)備和緩釋的功能。優(yōu)選地，所述包埋骨架為海藻酸鹽交聯(lián)凝膠。
[0021]海藻酸鈉與鈣鹽的水溶液反應(yīng)可制成具有超大孔隙的海藻酸鹽交聯(lián)凝膠，具有優(yōu)良的儲(chǔ)備和緩釋的功能。
[0022]優(yōu)選地，所述海藻酸鹽交聯(lián)凝膠由海藻酸鈉和鈣鹽的水溶液交聯(lián)而成。
[0023]優(yōu)選地，所述微生物為可降解石油污染物的微生物。
[0024]骨架內(nèi)包埋有降解石油污染物的微生物和營(yíng)養(yǎng)組分，傳質(zhì)阻力小，適于微生物代謝產(chǎn)物和原油微油珠的運(yùn)移擴(kuò)散；包埋修復(fù)劑內(nèi)的微生物細(xì)胞可以長(zhǎng)期生存，對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)；適于海濱濕地環(huán)境及岸灘環(huán)境下對(duì)原油污染物的微生物修復(fù)，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0025]經(jīng)驗(yàn)證，紅球菌或乳酪短桿菌具有非常好的分解原油污染物的作用，并且易于在包埋骨架內(nèi)生存，優(yōu)選地，所述微生物為紅球菌或乳酪短桿菌。
[0026]本發(fā)明還提供了所述的微生物包埋修復(fù)劑的制備方法，包括以下步驟:
[0027]將制備包埋骨架的基質(zhì)材料、微生物和營(yíng)養(yǎng)組分加水制成懸浮液，然后在交聯(lián)劑的溶液中進(jìn)行冷凍結(jié)晶致孔和交聯(lián)反應(yīng)，得到所述微生物包埋修復(fù)劑。
[0028]本發(fā)明提供的微生物包埋修復(fù)劑的制備方法，將各成分制成懸浮液，通過(guò)在交聯(lián)劑中進(jìn)行冷凍結(jié)晶致孔和交聯(lián)反應(yīng)，制得特定規(guī)格的多孔顆粒，即為微生物包埋修復(fù)劑。該制備方法操作簡(jiǎn)單，并可控制粒徑的大小，實(shí)現(xiàn)粒徑的均一化，方便進(jìn)行工業(yè)化放大生產(chǎn)。
[0029]優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑為鈣鹽，更優(yōu)選為氯化鈣。
[0030]進(jìn)一步地，所述懸浮液中，基質(zhì)材料的質(zhì)量濃度為1.0%?2.5%，營(yíng)養(yǎng)組分的質(zhì)量濃度為1%?2%，微生物菌體濃度為0.1?0.5mg/ml ;
[0031]交聯(lián)劑溶液質(zhì)量濃度為3%?30%，所述交聯(lián)劑溶液的體積為所述懸浮液體積的50?1000倍，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為0.5?4h。
[0032]優(yōu)選地，所述懸浮液中，基質(zhì)材料的質(zhì)量濃度為1.5%?2.0%，營(yíng)養(yǎng)組分的質(zhì)量濃度為1%?2%，微生物菌體濃度為0.2?0.5mg/ml ;
[0033]交聯(lián)劑溶液質(zhì)量濃度為5%?25%，所述交聯(lián)劑溶液的體積為所述懸浮液體積的100?800倍，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為I?4h。
[0034]更優(yōu)選地，所述懸浮液中，基質(zhì)材料的質(zhì)量濃度為1.5%?2.0%，營(yíng)養(yǎng)組分的質(zhì)量濃度為1.5%?2%，微生物菌體濃度為0.3?0.4mg/ml ;
[0035]交聯(lián)劑溶液質(zhì)量濃度為10%?20%，所述交聯(lián)劑溶液的體積為所述懸浮液體積的150?500倍，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為2?4h。
[0036]通過(guò)特定濃度的各成分，在特定濃度的交聯(lián)劑中反應(yīng)特定的時(shí)間，以制得符合特定規(guī)格的多孔顆粒。操作簡(jiǎn)單，可方便地進(jìn)行工業(yè)化放大，并可控制粒徑，實(shí)現(xiàn)粒徑的均一化。
[0037]進(jìn)一步地，所述懸浮液先利用微通道反應(yīng)器制備成為尺寸均勻的懸浮液滴，再在交聯(lián)劑溶液中進(jìn)行冷凍結(jié)晶致孔和交聯(lián)反應(yīng)。
[0038]通過(guò)在微通道反應(yīng)器制備成尺寸均勻的懸浮液滴，使得最終制得的微生物包埋修復(fù)劑的粒徑控制均勻，能并行工業(yè)化放大制備，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0039]本發(fā)明還提供了所述的微生物包埋修復(fù)劑在河口、?？谏碁┗驖竦氐纳镄迯?fù)方面的用途。
[0040]本發(fā)明通過(guò)在多孔顆粒中包埋不同的微生物，可用于對(duì)不同污染物進(jìn)行微生物修復(fù)，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0041]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0042](I)本發(fā)明提供的微生物包埋修復(fù)劑為環(huán)境污染物的微生物降解菌提供了良好的載體場(chǎng)所，可以提高降解菌在濱海濕地環(huán)境條件下的耐受性和生存期，為濱海濕地石油污染等的微生物修復(fù)提供了一條新途徑。
[0043](2)本發(fā)明提供的微生物包埋修復(fù)劑具有高度發(fā)達(dá)的孔隙系統(tǒng)，孔徑尺寸從亞微米到微米量級(jí)，傳質(zhì)阻力小，適于石油降解微生物等生長(zhǎng)代謝過(guò)程中污染物底物和代謝產(chǎn)物分子的運(yùn)移擴(kuò)散。
[0044](3)本發(fā)明提供的微生物包埋修復(fù)劑載體基質(zhì)材料為可降解基質(zhì)材料，如來(lái)源于海洋的食品級(jí)天然材料，生物安全性優(yōu)異，無(wú)污染，可完全降解，并被微生物利用，避免了二次污染問(wèn)題，具有很好的環(huán)境效益和安全性能。
[0045](4)本發(fā)明提供的微生物包埋修復(fù)劑的制備方法簡(jiǎn)單，操作方便，通過(guò)微通道反應(yīng)器控制載體顆粒的粒徑，可控制粒徑的大小，制備所得微生物包埋修復(fù)劑的粒徑均勻，方便進(jìn)行并行放大生產(chǎn)，適于工業(yè)化應(yīng)用，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】