微生物附著多孔體的製作方法
2024-03-27 12:22:05
本發明涉及汙水淨化處理領域，具體涉及一種微生物附著多孔體及其應用。
背景技術：
如公知的那樣，莢膜紅假單胞菌(rhodopseudomonascapsulata)、謝利氏紅假單胞菌(rhodopseudomonasshherrides)、深紅紅螺菌(rhodospirillumrubrum)和酒色紅硫菌(chromatiumvinosum)(以下，也將這些菌等並稱為「特定光合細菌」)是用於肥料、飼料、有機廢水處理劑等各種用途的有用菌，特別是最近，其對有機物汙泥的淨化能力受到人們的關注，被應用到大海、河川、湖泊、池塘等的魚貝類養殖場水域的水質保護或有機性汙水的淨化中。
特定光合細菌菌體在用於各種對象水域的水質保護時，採用了各種各樣的形式，例如有如下形式：將使用水溶性矽酸化合物(例如矽酸鉀或矽酸甲酯)使特定光合細菌菌體和該菌體用培養基形成為凝膠狀物質的固定化菌體為了土壤的肥沃化、植物的栽培而使用在水田等中，或者將其作為用於廢水處理的種菌。
上述形式的固定化菌體容易製備且使用時的操作性也好，但在將該固定化菌體用於大海、河川、湖泊、池塘等的水質保護用途的情況下，存在如下問題。
即，在將所述固定化菌體施用於水質保護對象水域時，往往會被動物性浮遊生物或魚貝類等捕食，或因水流而損傷，在該情況下，有施用後的2～3周內凝膠狀物會崩壞這一問題點。另外，還存在如下問題點：若將所述固定化菌體投入在汙水處理設備內的微生物反應槽中，則凝膠狀物容易被設置在微生物反應槽內的攪拌機等混合裝置破壞，伴隨不斷流入的汙水，特定光合細菌菌體會流出到微生物反應槽外，無法維持汙水處理設備內的菌體活性。
技術實現要素：
為了克服現有技術中所存在的技術問題，本發明的目的在於提供一種新型的微生物附著多孔體及其應用。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明採用如下技術方案：
本發明的第一方面，提供了一種微生物附著多孔體，包括：多孔微生物載體和固定於所述多孔微生物載體上的汙水處理微生物。
所述汙水處理微生物可通過其自身作用或與其他有益微生物的共同作用，產生抗氧化物質，通過氧化還原發酵等途徑分解氧化汙水中的有機物質，把有害物質轉化為無毒無害物質。
所述汙水處理微生物選自但不限於光合細菌。
進一步地，所述汙水處理微生物選自但不限於自莢膜紅假單胞菌(rhodopseudomonascapsulata)、謝利氏紅假單胞菌(rhodopseudomonasshherrides)、深紅紅螺菌(rhodospirillumrubrum)和酒色紅硫菌(chromatiumvinosum)中任一種或多種的組合。
所述多孔微生物載體具有多孔結構，可選自但不限於多孔性粒狀物。
進一步地，所述多孔粒狀物具有直徑為0.2～2mm的微孔。
所述多孔粒狀物的形狀可以是但不限於球體、圓柱狀、橢圓體、長方體、立方體、中空狀或纖維狀。
優選地，所述多孔粒狀物的空隙率在70％以上。更優選為70～95％。更優選為80～95％。
所述多孔性粒狀物可選自但不限於火山巖石顆粒或縮醛化pva制海綿顆粒中任一種或多種的組合。
優選地，汙水處理微生物以菌液的形式固定於多孔微生物載體上。
具體地，汙水處理微生物在培養液中培養形成菌液，然後將所述多孔微生物載體與菌液混合，汙水處理微生物即可以菌液的形式固定於多孔微生物載體上。
菌液中汙水處理微生物菌體的個數優選為1×108～1011cfu/ml的範圍。
將所述多孔微生物載體與菌液混合時的混合比率為多孔微生物載體外觀容積與菌液容積的比值。所述混合比率優選(0.6～1.2)：1.0。
本發明的第二方面，提供了前述微生物附著多孔體用於汙水淨化處理中的用途。
本發明的第三方面，提供一種汙水淨化處理方法，包括步驟：讓汙水與前述微生物附著多孔體接觸。
本發明的第四方面，提供一種汙水淨化處理裝置，其反應槽中添加有前述微生物附著多孔體。
與現有技術相比，本發明具體如下有益效果：
本發明經過廣泛而深入的研究，提供了一種微生物附著多孔體，由於本發明的微生物附著多孔體能夠將高濃度的微生物長期保持在多孔體上，能夠維持菌體活性，從通汙水開始的第七天以後維持bod除去率為95％以上的高除去率，約為現有技術的3倍。因此，能夠提高大海、河川、湖泊、池塘等中水質保護對象水域或汙水處理設備的淨化能力。
附圖說明
圖1是可使用本發明的微生物附著多孔體的汙水處理裝置的結構圖。
符號說明
1微生物附著多孔體或微生物附著載體
2汙水淨化處理裝置
3反應槽
4隔離網
5攪拌機
6汙水流入管
7流出管
8固液分離槽
9處理水管
具體實施方式
一、微生物附著多孔體
本發明的微生物附著多孔體，包括：多孔微生物載體和固定於所述多孔微生物載體上的汙水處理微生物。
所述汙水處理微生物可通過其自身作用或與其他有益微生物的共同作用，產生抗氧化物質，通過氧化還原發酵等途徑分解氧化汙水中的有機物質，把有害物質轉化為無毒無害物質。
本發明對於汙水處理微生物沒有特殊的限制，只要不限定本發明的目的即可。例如，所述汙水處理微生物可以是光合細菌。
用於本發明的光合細菌菌體可以使用寄存在寄存機關(例如微生物保存中心)中的菌體。另外，也可使用市售的菌體，還可以使用從自然界分離獲得的菌體。
本發明的實施例中例舉了自莢膜紅假單胞菌(rhodopseudomonascapsulata)、謝利氏紅假單胞菌(rhodopseudomonasshherrides)、深紅紅螺菌(rhodospirillumrubrum)和酒色紅硫菌(chromatiumvinosum)等汙水處理細菌，但並不限於此。
所述多孔微生物載體，具有多孔結構，可用於附著和/或固定汙水處理微生物菌體。
本發明對於多孔微生物載體沒有特殊的限制，只要不限定本發明的目的即可。例如，所述多孔微生物載體可以是多孔性粒狀物。
用於本發明的多孔性粒狀物均是公知的，可通過市售途徑獲得。從市售品中選擇具有直徑為0.2～2mm的微孔的多孔性粒狀物使用即可。本發明對於多孔粒狀物的形狀沒有特別限定，其形狀可以是球體、圓柱狀、橢圓體、長方體、立方體、中空狀、和纖維狀等。本發明實施例中例舉了火山巖石顆粒、縮醛化pva制海綿顆粒等多孔性粒狀物，但並不限於此。
用於本發明的火山巖石顆粒是火山噴出物的一種，是指從火山噴出的熔巖快速冷卻而成的巖石的顆粒。在通過火山噴出飛出到空中時因壓力的急劇下降熔巖中的氣體逸出，由此形成具有連續氣孔的內部結構。本發明中使用的火山巖石顆粒可以是天然的火山巖石顆粒，另外，也可以是如現有公知的那樣通過燒成天然礦物人工得到的火山巖石顆粒。
用於本發明的縮醛化pva制海綿顆粒可以使用市售品，也可以使用通過以下的製造方法製作的海綿顆粒：將平均聚合度1500、皂化度98摩爾％的pva溶解在水中，得到聚合物濃度10重量％的pva溶液；將該溶液冷卻至5℃，在帶冷卻裝置的混煉機中投入3000g的上述pva水溶液；接下來，添加三聚氰胺-甲醛樹脂交聯劑beckaminem-3(diccorporation制)90g、樹脂交聯劑的催化劑catalystacx(diccorporation制)30g、甲醛35％的福馬林215g、硫酸20g、聚乙二醇(平均分子量400)30g、和10％的十二烷基硫酸鈉水溶液15g，並進行混合。進而添加晶體芒硝(平均粒徑約400μm的na2so4·10h2o)6000g，進行混煉；在混煉時，對該混合物進行冷卻以使其冷卻至5℃。將該混合物作為海綿原液，流入長10cm×寬10cm×高10cm的模具，在98℃下進行約30分鐘的煮沸處理；其後，通過水洗對晶體芒硝進行衝洗，並裁剪為任意的尺寸，從而能夠得到縮醛化pva制海綿顆粒。
用於本發明的多孔性粒狀物的空隙率在70％以上，優選為70～95％，更優選為80～95％。此處所說的空隙率是根據多孔性粒狀物的重量(g)、多孔性粒狀物的比重(g/cm3)、多孔性粒狀物的外觀體積(cm3)通過下式計算出的。此外，多孔性粒狀物的外觀體積是將多孔性粒狀物看作橢圓體計算出的。
空隙率(％)＝100-[(多孔性粒狀物重量×100)/(多孔性粒狀物比重×多孔性粒狀物的外觀體積)]
空隙率若比70％小，則能夠固定於多孔性粒狀物的汙水處理微生物菌體量變少，難以得到符合預期的菌體活性。空隙率若比95％大，則多孔性粒狀物的強度變低，容易破損。
另外，在所述多孔性粒狀物為橢圓體的情況下，長軸優選選擇使用3～15mm的長度，更優選為4～10mm。短軸優選選擇使用3～10mm的長度，更優選為4～8mm。在使用該顆粒徑範圍的粒狀物的情況下，能夠增大與所述汙水處理微生物菌體的接觸面積，在將其投入或設置在大海、河川、湖泊、池塘或汙水處理設備等中時，能夠提高單位體積的菌體量。
優選地，汙水處理微生物以菌液的形式固定於多孔微生物載體上。
具體地，汙水處理微生物在培養液中培養形成菌液，然後將所述菌液與多孔微生物載體混合，汙水處理微生物即可以菌液的形式含浸固定於多孔微生物載體上。
菌液中汙水處理微生物菌體的個數優選為1×108～1011cfu/ml的範圍。此處所說的cfu為colonyformingunit的簡稱。
本發明對於培養液沒有特別的限制，只要適合於汙水處理微生物的生長即可。
關於培養方法、培養液的詳細情況，記載在以下的實施例中。
將多孔微生物載體與所述菌液與混合時的混合比率為多孔微生物載體外觀容積與菌液容積的比值。所述混合比率優選(0.6～1.2)：1.0。
將所述多孔微生物載體與菌液混合的方法可以是在菌液中浸漬多孔微生物載體並振蕩的方式，也可以是對多孔微生物載體的整面噴上菌液的方式。
二、用途
本發明的微生物附著多孔體可用於汙水淨化處理。
三、汙水淨化處理方法
本發明的汙水淨化處理方法，包括步驟：讓汙水與本發明的微生物附著多孔體接觸。
四、汙水淨化處理裝置
本發明的汙水淨化處理裝置，其反應槽中添加有本發明前述微生物附著多孔體。
在進一步描述本發明具體實施方式之前，應理解，本發明的保護範圍不局限於下述特定的具體實施方案；還應當理解，本發明實施例中使用的術語是為了描述特定的具體實施方案，而不是為了限制本發明的保護範圍。下列實施例中未註明具體條件的試驗方法，通常按照常規條件，或者按照各製造商所建議的條件。
當實施例給出數值範圍時，應理解，除非本發明另有說明，每個數值範圍的兩個端點以及兩個端點之間任何一個數值均可選用。除非另外定義，本發明中使用的所有技術和科學術語與本技術領域技術人員通常理解的意義相同。除實施例中使用的具體方法、設備、材料外，根據本技術領域的技術人員對現有技術的掌握及本發明的記載，還可以使用與本發明實施例中所述的方法、設備、材料相似或等同的現有技術的任何方法、設備和材料來實現本發明。
實施例
以下，根據實施例對本發明更具體地進行說明，但這些實施例並不限定本發明的範圍。該發明的範圍由添附的權利要求書決定。
實施例1
在1l水中溶解琥珀酸10g、蘋果酸10g、硫酸銨5g、磷酸一鉀8g、硫酸鎂2g、食鹽1g、氯化鈣0.5g和酵母抽提物2g，獲得營養基質(培養基)。在所述培養基中接種莢膜紅假單胞菌(rhodopseudomonascapsulata)菌體，在攪拌後進行靜置，在光照明下以25℃的溫度培養7天，從而得到呈寶石紅色的培養液。接下來，將火山巖石顆粒與所述含莢膜紅假單胞菌(rhodopseudomonascapsulata)菌體的培養液(菌液，其中菌體個數為1×108～1011cfu/ml)混合，混合比率為1.0:1.0。所述火山巖石顆粒的外觀容積為1l，具有直徑為0.3～1mm的微孔，空隙率為80％。所述火山巖石顆粒呈橢圓體狀，長軸約為10mm，且短軸約為7mm。待所述火山巖石顆粒不再產生氣泡後繼續振蕩一小時，然後，撈出所述火山巖石顆粒並瀝乾，得到微生物附著多孔體。
實施例2
在1l水中溶解琥珀酸10g、蘋果酸10g、硫酸銨5g、磷酸一鉀8g、硫酸鎂2g、食鹽1g、氯化鈣0.5g和酵母抽提物2g，獲得營養基質(培養基)。在所述培養基中接種謝利氏紅假單胞菌(rhodopseudomonasshherrides)菌體、深紅紅螺菌(rhodospirillumrubrum)菌體和酒色紅硫菌(chromatiumvinosum)菌體，在攪拌後進行靜置，在光照明下以25℃的溫度培養7天，從而得到含菌體的培養液。接下來，將縮醛化pva制海綿顆粒與所述菌液(其中菌體個數為1×108～1011cfu/ml)混合，混合比率為1.2:1.0。所述縮醛化pva制海綿顆粒的外觀容積為1.2l，具有直徑為0.2～0.5mm的微孔，空隙率為95％。所述縮醛化pva制海綿顆粒呈立方體狀，邊長約為10mm。待所述縮醛化pva制海綿顆粒不再產生氣泡後繼續振蕩一小時，然後，撈出所述縮醛化pva制海綿顆粒並瀝乾，得到微生物附著多孔體。
實施例3
在1l水中溶解琥珀酸10g、蘋果酸10g、硫酸銨5g、磷酸一鉀8g、硫酸鎂2g、食鹽1g、氯化鈣0.5g和酵母抽提物2g，獲得營養基質(培養基)。在所述培養基中接種莢膜紅假單胞菌(rhodopseudomonascapsulata)菌體，在攪拌後進行靜置，在光照明下以25℃的溫度培養7天，從而得到呈寶石紅色的培養液。將縮醛化pva制海綿顆粒與含有莢膜紅假單胞菌(rhodopseudomonascapsulata)菌體的培養液(菌液，其中菌體個數為1×108～1011cfu/ml)混合，混合比率為0.6:1.0。所述縮醛化pva制海綿顆粒的外觀容積為0.6l，具有直徑為0.2～0.5mm的微孔，空隙率為88％。所述縮醛化pva制海綿顆粒呈立方體狀，邊長約為10mm。待所述縮醛化pva制海綿顆粒不再產生氣泡後繼續振蕩一小時，然後，撈出所述縮醛化pva制海綿顆粒並瀝乾，得到微生物附著多孔體。
實施例4
在1l水中溶解琥珀酸10g、蘋果酸10g、硫酸銨5g、磷酸一鉀8g、硫酸鎂2g、食鹽1g、氯化鈣0.5g和酵母抽提物2g，獲得營養基質(培養基)。在所述培養基中接種酒色紅硫菌(chromatiumvinosum)菌體，在攪拌後進行靜置，在光照明下以25℃的溫度培養7天，從而得到含酒色紅硫菌(chromatiumvinosum)菌體的培養液。將火山巖石顆粒與所述菌液(菌液，其中菌體個數為1×108～1011cfu/ml)混合，混合比率為1.0:1.0。所述火山巖石顆粒的外觀容積為1l，具有直徑為0.2～2.0mm的微孔，空隙率為70％。所述火山巖石顆粒呈橢圓體狀，長軸約為4～10mm，且短軸約為4～8mm。待所述火山巖石顆粒不再產生氣泡後繼續振蕩一小時，然後，撈出所述火山巖石顆粒並瀝乾，得到微生物附著多孔體。
實施例5
在1l水中溶解琥珀酸10g、蘋果酸10g、硫酸銨5g、磷酸一鉀8g、硫酸鎂2g、食鹽1g、氯化鈣0.5g和酵母抽提物2g，獲得營養基質(培養基)。在所述培養基中接種深紅紅螺菌(rhodospirillumrubrum)菌體，在攪拌後進行靜置，在光照明下以25℃的溫度培養7天，從而得到含深紅紅螺菌(rhodospirillumrubrum)菌體的培養液(菌液)。將縮醛化pva制海綿顆粒與所述菌液(菌液，其中菌體個數為1×108～1011cfu/ml)混合，混合比率為1.2:1.0。所述縮醛化pva制海綿顆粒的外觀容積為1.2l，具有直徑為0.2～0.5mm的微孔，空隙率為40％。所述縮醛化pva制海綿顆粒呈立方體狀，邊長約為10mm。待所述縮醛化pva制海綿顆粒不再產生氣泡後繼續振蕩一小時，然後，撈出所述縮醛化pva制海綿顆粒並瀝乾，得到微生物附著多孔體。
比較例1(現有方法)
除使用外觀容積1l的長度10mm的無多孔性的聚乙烯制中空狀載體代替火山巖石顆粒以外，其他方法與實施例1相同，得到微生物附著載體。
對比試驗例
使用實施例1～5中得到的微生物附著多孔體和比較例1中得到的微生物附著載體實施汙水通水淨化能力對比試驗。在實驗中，使用了如圖1所示的包括反應槽3和固液分離槽8的汙水淨化處理裝置2。反應槽3的容積設為5l。另外，添加在反應槽3中的微生物附著多孔體或微生物附著載體的添加量在本發明方法和現有方法中均為反應槽容積的15容積％。在反應槽3中設置隔離網4，即使在汙水通水下微生物附著多孔體或微生物附著載體也不會從反應槽3流出。在反應槽3中設置攪拌機5，一邊以50～60rpm攪拌一邊進行汙水的通水。
試驗中提供的汙水原水通過將bod(biochemicaloxygendemand)濃度為300mg/l的合成廢水連續供給到反應槽3中進行。以bod容積負荷為0.5kg/m3·d的方式調整汙水供給量。表1是在使用本發明的微生物附著多孔體的情況下(稱為本發明方法)和使用現有的微生物附著載體的情況下(稱為現有方法)，對相對經過天數的bod除去率的變化進行比較的結果。
其結果，由於在本發明方法的微生物附著多孔體的情況下，
實施例1～5均能夠高濃度地保持汙水處理微生物菌體，因此，能夠有效分解汙水中的有機物。其中，實施例1～5從通汙水開始的第七天以後維持bod除去率為76％以上的高除去率，約為現有方法的2倍。此外，實施例1～4從通汙水開始的第七天以後維持bod除去率為95％以上的高除去率，接近現有方法的3倍。
與此相對，在現有方法的微生物附著載體的情況下，從第一天開始bod除去率就開始降低，從第七天開始bod除去率進一步降低，能夠目視確認附著在載體上的汙水處理微生物菌體脫離的情形。
表1
發明效果
如以上說明的那樣，由於本發明的微生物附著多孔體能夠將高濃度的微生物長期保持在多孔體上，能夠維持菌體活性，從通汙水開始的第七天以後維持bod除去率為95％以上的高除去率，為現有方法的3倍。因此，能夠提高大海、河川、湖泊、池塘等中水質保護對象水域或汙水處理設備的淨化能力。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例，並非對本發明任何形式上和實質上的限制，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明方法的前提下，還將可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應視為本發明的保護範圍。凡熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，當可利用以上所揭示的技術內容而做出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發明的等效實施例；同時，凡依據本發明的實質技術對上述實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變，均仍屬於本發明的技術方案的範圍內。