一种微生物包埋固定化小球及其方法与专用装置和应用制造方法及图纸

本发明专利技术属于微生物降解有机污物技术领域，公开了一种微生物包埋固定化小球及其方法与专用装置和应用。所述方法为：(1)将聚乙烯醇和卡拉胶加入水中，加热搅拌溶解，再加入埃洛石和生物炭，混合均匀，得到混合液；(2)将混合液保温并在紫外灯照射下灭菌，加入B.brevis菌悬液，搅拌均匀得到包埋液；(3)将包埋液滴加入交联液中，交联凝结成球，得到微生物固定化小球。本发明专利技术的方法简单，所制备的固定化小球成球效果好，提高了传质性能，结构稳定，通过载体包埋，增强了微生物对外界毒性的耐受力，提高了对污染物的降解能力。另外，本发明专利技术利用恒流泵等简易装置，可实现小球制备的连续性，有利于实现自动化。

【技术实现步骤摘要】
一种微生物包埋固定化小球及其方法与专用装置和应用
本专利技术属于微生物降解有机污物
，公开了一种微生物包埋固定化小球及其方法与专用装置和应用。
技术介绍
随着人类对石油、煤炭、木材等产品的不断开发利用，多环芳烃在环境中的浓度逐年增加。多环芳烃(PAHs)具有高生物毒性，易在生物体内蓄积，对生物具有致癌、致畸、致突变(三致)的作用，可以通过呼吸道、消化道、皮肤等途径进入人体，破坏人体的免疫系统。芘作为四环多环芳烃，具有稳定的分子结构和难降解性，是指示多环芳烃污染的代表物。微生物降解因其具有环境友好和高效等的特点，成为去除PAHs等毒害性有机物的一个重要的方法。但复杂多变的污染体系会对微生物产生毒害作用，从而影响微生物的生长繁殖；此外，微生物的个体尺寸微小，在实际应用中容易流失，从而降低微生物去除毒害性有机物的效率。因此增强微生物的适应能力，采用一定技术使其保证正常的降解性能甚至增强降解效率是人们越来越关注的问题。微生物固定化技术就是其中一项简单有效且在实际应用中具有重大借鉴意义的降解菌降解性能强化辅助技术。研究最成熟的固定化方法包括三种：吸附固定化方法、交联固定化方法和包埋固定化方法。包埋固定方法是将目标微生物与固定化载体在一定条件下混合处理形成凝胶液将微生物菌种包埋在载体材料内部，塑化后形成强度较大的颗粒材料如凝胶小球等达到固定化的手段。固定化微生物具有游离菌所无法比拟的优点，不仅可以提高菌体的密度，还可以增强微生物对毒害有机物的耐受力。因此，将固定化微生物技术引用于难降解有机物的治理具有一定的可行性。B.brevis降解菌属于短短芽孢杆菌(Brevibacillusbrevis),genebank登录号为KU921105，该菌在广东省微生物菌种保藏中心保藏，保藏号为GDMCC1.825。B.brevis降解菌能有效利用芘等多环芳烃污染物作为唯一的碳源和能源物质，在胞内酶的催化作用下对多环芳烃污染物实现开环降解，使多环污染物变成易降解的污染物甚至是无害物质。但游离B.brevis降解菌适应环境的能力差且易于流失，固定化微生物技术对于提高微生物的降解效率和降解性能具有重要的意义。此外，用注射器逐滴手工制备的固定化小球的传统方法具有效率低的缺点，以致固定化小球技术难以得到广泛推广，因此设计一套价格低廉、简单易得、工作效率高的固定化小球装置显得尤为重要。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种微生物包埋固定化小球及其方法。本专利技术的另一目的在于提供制备上述微生物包埋固定化小球的专用装置，即通过固定化小球的专业装置实现对微生物的包埋。本专利技术的再一目的在于提供上述微生物包埋固定化小球的应用。所述微生物包埋固定化小球用于降解多环芳烃有机物污染物。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种微生物包埋固定化小球，所述的微生物包埋固定化小球是以卡拉胶、聚乙烯醇、生物炭和埃洛石的交联产物为载体，包埋B.brevis降解菌形成的固定化微生物凝胶小球。所述微生物包埋固定化小球的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚乙烯醇和卡拉胶加入水中，并加热搅拌溶解后，再加入埃洛石和生物炭，搅拌混合均匀，得到混合液；(2)将混合液于40℃-45℃保温并在紫外灯照射下灭菌，加入B.brevis菌悬液，搅拌均匀得到含B.brevis菌体的包埋液；(3)将含菌体的包埋液滴加入交联液中，交联凝结成球，得到微生物固定化小球。步骤(3)中所述滴加是通过恒流泵和管道实现的滴加，具体是采用恒流泵将包埋液依次经过输送管和滴加管滴加到交联液中。步骤(1)所述的混合液中卡拉胶的质量百分比为0.25％-1％，聚乙烯醇的质量百分比浓度为4％-10％，埃洛石的质量百分比为2％-6％，生物炭的质量百分比为0.3％-0.6％；步骤(1)中所述加热搅拌的温度为80-100℃，所述加热搅拌直至聚乙烯醇和卡拉胶溶解完全；步骤(1)中所述搅拌混合的时间为30～60min；步骤(1)中所述生物炭优选为玉米秸秆为原料的生物炭，具体制备步骤为：在惰性气体氛围中，将粉碎后的玉米秸秆进行高温热解，采用碱清洗，再用水洗涤至中性，烘干，得到生物炭。所述高温热解的温度为400～800℃，优选为600～750℃；高温热解的时间为2～4h，在进行高温热解时，升温速率为1～10℃/min，优选为5℃/min。所述碱为30wt％的氢氧化钠溶液。步骤(2)中所述包埋液中B.brevis菌悬液的体积百分比浓度为5％-15％；所述菌种：短短芽孢杆菌(Brevibacillusbrevis)步骤(2)中所述搅拌的时间为15-30min；步骤(2)中所述B.brevis菌悬液中含对数生长期的微生物(微生物具体是指B.brevis细菌)为107-109个/mL；菌悬液的浓度优选为8.90g/L-9.525g/L；步骤(2)中所述B.brevis菌悬液为经过传代培养活化并在含芘的富集培养基中扩大培养的B.brevis降解菌的菌悬液；步骤(2)中所述B.brevis菌悬液的制备方法：经过传代培养活化并在含芘的富集培养基中扩大培养得到B.brevis降解菌的菌液，再用生理盐水离心洗涤菌液得到菌体，再将菌体重悬于无菌的生理盐水中，调节菌液浓度，得到B.brevis降解菌的菌悬液；芘的浓度为0.1～10mg/L，优选为1mg/L；所述扩大培养的时间为10～16h，优选为14h；所述离心的转速为6000～10000rpm，优选为8000rpm；离心时间为5～15min，优选为10min；离心洗涤的次数为2～5次。步骤(3)中所述交联液为钾盐与硼酸的水溶液。所述钾盐为氯化钾、硫酸钾，优选为氯化钾。交联液中氯化钾的质量浓度为2％-6％，硼酸的质量浓度为2％-4％；步骤(3)中所述交联的时间为22-26小时。所述交联的温度为28℃-32℃。本专利技术选用的交联液中含有钾离子，若是交联液中混入了钙离子和/或钠离子后会使凝胶小球变脆而易碎，故交联液中不能使用氯化钙或氯化钠与硼酸形成的溶液。所述微生物包埋固定化小球制备的专用装置，包括反应釜，配料釜，定量输送泵；所述配料釜设有出料口，所述反应釜设有进料口，反应釜的进料口设有1个或多个滴加管，滴加管通过管路同时连接定量输送泵，定量输送泵通过输送管与配料釜的出料口连接。所述滴加管的圆形横截面的直径相同，所述滴加管为软管。所述输送管为软管。所述定量输送泵为恒流泵。所述配料釜的外部设有加热装置。所述反应釜中设有搅拌装置。所述滴加管通过固定装置固定，使得滴加管与进料口相对固定，配料通过滴加管进入反应釜中。所述固定装置为支管架。滴加管的出口在反应釜中液面的上方。采用专用装置制备固定化小球时，其过程为：在配料釜中制得的包埋液，通过恒流泵、输送管和滴加管的作用，传送并滴加到反应釜中，包埋液在反应釜中交联剂的交联作用下形成微生物固定化小球。上述微生物包埋固定化小球(B.brevis降解菌固定化小球)在处理含芘废水中的应用。优选的，所述微生物包埋固定化小球(B.brevis降解菌固定化小球)在处理含芘废水中时，含芘废水中芘的浓度为1-3mg/L，固定化小球在废水中的含量为60g/L-100g/L，降解过程在震荡避光的环境下进行。与现有技术相比，本专利技术具有以下的优点：(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微生物包埋固定化小球，其特征在于：所述的微生物包埋固定化小球是以卡拉胶、聚乙烯醇、生物炭和埃洛石的交联产物为载体，包埋B.brevis降解菌形成的固定化微生物凝胶小球。

【技术特征摘要】
1.一种微生物包埋固定化小球，其特征在于：所述的微生物包埋固定化小球是以卡拉胶、聚乙烯醇、生物炭和埃洛石的交联产物为载体，包埋B.brevis降解菌形成的固定化微生物凝胶小球。2.根据权利要求1所述微生物包埋固定化小球的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将聚乙烯醇和卡拉胶加入水中，并加热搅拌溶解后，再加入埃洛石和生物炭，搅拌混合均匀，得到混合液；(2)将混合液于40℃-45℃水浴保温并在紫外灯照射下灭菌，加入B.brevis菌悬液，搅拌均匀得到含B.brevis菌体的包埋液；(3)将含菌体的包埋液滴加入交联液中，交联凝结成球，得到微生物固定化小球。3.根据权利要求2所述微生物包埋固定化小球的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述滴加是通过恒流泵和管道实现的滴加；步骤(1)所述混合液中卡拉胶的质量百分比为0.25％-1％，聚乙烯醇的质量百分比浓度为4％-10％，埃洛石的质量百分比为2％-6％，生物炭的质量百分比为0.3％-0.6％。4.根据权利要求2所述微生物包埋固定化小球的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述加热搅拌的温度为80～100℃，所述加热搅拌直至聚乙烯醇和卡拉胶溶解完全；步骤(2)中所述包埋液中B.brevis菌悬液的体积百分比浓度为5％-15％；步骤(2)中所述B.brevis菌悬液的浓度为8.90g/L-9.525g/L。5.根据权利要求2所述微生物包埋固定化小球的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述搅拌混合的时间为30-60min；步骤(1)中所述生物炭为玉米秸秆为原料的生物炭；步骤(2)中所述搅拌的时间为15-30min；步骤(2)中所述B.brevis...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴平霄，陈丽雅，阮博，尹华，党志，朱能武，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44