生物相容性固定化載體、其製備方法及在固定化微生物中的應用的製作方法

2023-09-14 04:33:55

專利名稱：生物相容性固定化載體、其製備方法及在固定化微生物中的應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於固定化微生物技術領域，涉及固定微生物載體及其製備，以及固定化微生物載體在微生物的固定化中的應用，更具體的說，是一種生物相容性、微生態性固定化載體、其製備方法及在固定化微生物中的應用。
背景技術：
湖泊，河流等水體的汙染和富營養化是中國乃至世界上許多地區危及人類健康，制約社會經濟可持續發展的嚴峻生態環境問題。我國的水體汙染狀況和水體富營養化現象非常嚴重，根據調查，引起水體汙染的各類營養物質中，主要以氮、磷為主。對於生活汙水、工業汙水的氮汙染的治理，目前主要採用城市汙水處理廠的脫氮工藝，生物膜等工藝；而對於湖泊、水庫等天然水體的氮汙染的治理，目前主要採用營養鹽控制，清淤挖泥，化學、機械等方法直接除藻，生物調控，水生高等植物修復，物理生態工程技術，固定化微生物技術等。
固定化微生物技術是生物工程領域中的一項新興技術。二十世紀八十年代初，國內外開始應用這種具有獨特優點的新技術來處理工業廢水，除磷脫氮，分解難生物降解的有機汙染物，取得了令人矚目的成果。它和傳統的懸浮生物處理法相比，具有處理效率高，穩定性強，能純化和保持高效菌種，生物濃度高，產汙泥量少，固液分離效果好等優點。
固定化技術的關鍵應強調兩個方面，高性能的載體和高效的微生物菌種。理想的固定化微生物載體應該具有以下特徵對微生物無毒性，傳質性能好，性質穩定，不易被微生物分解，機械強度高，使用壽命長等。在已有的研究報導中，運用的包埋材料主要分為天然高分子凝膠類和有機合成高分子化合物兩大類。
天然高分子凝膠載體如瓊脂(專利申請號02117766.X-利用海藻酸鈣固定化德氏假單胞菌R-8進行油品脫硫的方法，對此有描述)、卡拉膠等，一般對生物無毒，傳質性能好，但缺點是強度低，在厭氧條件下易被微生物分解，在實際運用中常需加入某種添加劑增強強度。
有機合成高分子化合物凝膠如聚丙烯醯胺、聚乙烯醇等，一般強度較高，化學穩定性好，但也存在以下不足傳質性能稍差，在進行包埋時對細胞的活性有影響，在實際應用中往往需要在包埋的同時添加吸附劑來增強固定化小球的微孔孔道，提高其傳質性能。另外專利申請號200410020228.3(聚乙二醇修飾的含脫氫酶生物矽凝膠)中公開了採用聚乙二醇製備載體對脫氫酶進行了修飾固定載體具有平均孔徑大等特點，但仍沒有擺脫包埋法固定化方法對生物活性物質的影響問題。《淨化湖泊水體氮汙染的固定化硝化-反硝化菌研究》(湖泊科學，2000，12(2)119～123)中採用低溫輻射技術製備聚合物載體poly(HEA-14G)固定化硝化、反硝化細菌進行了固定化研究，取得較好的效果。但在實際應用中發現由於poly(HEA-14G)聚合物載體中，原有濃度的配比範圍較窄，因此製備出的共聚物載體的水合度較難控制，製備過程較複雜。固定化載體的製備需要改進。

發明內容
1、要解決的技術問題現有固定化載體製備技術過程複雜，製備出的固定化載體還不能完全滿足固定化微生物的要求。本發明提出一種應用輻射技術製備載體的方法，可以製備出一種生物相容性固定化載體，可使得固定化載體機械強度增高、延長使用壽命，更好的對微生物進行固定化。
2、技術方案生物相容性固定化載體的製備方法，其主要包括以下步驟(1)將甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯(親水性的玻璃態單體)、n乙二醇二甲基丙烯酸酯(弱疏水性)和蒸餾水以體積比10～30∶4～20∶50～86混合均勻；(2)向(1)的混合物中充入氮氣，在-63～-95℃溫度內，採用輻射劑量為1×103～1×106Gy的高能射線輻照聚合形成生物相容性固定化載體。
所述的n乙二醇二甲基丙烯酸酯單體為2G、4G、9G、14G的一種。高能射線為60Co-γ射線，137Cs-γ射線、電子束。甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯、n乙二醇二甲基丙烯酸酯和蒸餾水體積比為20～30∶4～15∶65～75。
生物相容性固定化載體，由以上所述的製備方法製備而成。
生物相容性固定化載體在固定化微生物中的應用，其主要包括以下步驟
a)將生物相容性固定化載體切成小塊，用蒸餾水浸泡使之充分膨脹後滅菌；b)用含有碳源的合成廢水浸泡固定化載體，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；c)在固定化載體中加入經離心所得微生物經振蕩後靜置使之吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的多孔載體內部實現固定化。
步驟(c)中所述的微生物為氮循環細菌。合成廢水的組成如下每25L溶液中碳源以碳計3.6～5.6g，NH4+離子1.0～2.0g，NO3-離子6.1～9.2g，Mg2+0.06～0.12g，Fe元素0.07～0.24g，並加入緩衝劑使得pH值為7.0～7.5。
合成廢水的加入組分如下時效果更好每25L溶液中碳源以碳計3.6～5.6g，NH4+離子1.0～2.0g，NO3-離子6.1～9.2g，NO2-離子3～4g，緩衝劑7.3～10.6g，Mg2+0.06～0.12g，Fe元素0.07～0.24g，Co2+0.01～0.04g。
步驟C中固定化載體中加入的氮循環細菌的量可以根據所要達到的目的進行調整。加入的量越多，效果越好，但同時所需要的成本也高。
本發明的原理如下親水性的單體甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯與弱疏水性n乙二醇二甲基丙烯酸酯(nG)系列單體進行輻射共聚形成二元共聚物，由於n乙二醇二甲基丙烯酸酯(nG)系列單體分子鏈中具有乙二醇[-(OCH2CH2)n-]基團，其數目分別為2，4，9，14，即n＝2，4，9，14。隨著n乙二醇二甲基丙烯酸酯系列單體中乙二醇[-(OCH2CH2)n-]基團數目的增加，單體分子的鏈長增加，輻射形成共聚物後載體結構中交聯分子鏈之間的距離也相應增加，進而導致共聚物微孔結構的孔徑相對可以調整，可以人為的按照不同的微生物的形狀、大小設計製備適宜於微生物生存、生長、增殖的微孔孔徑和微生態型載體。
可以人為的按照不同的微生物的形狀、大小設計製備適宜於微生物生存、生長、增殖的微孔孔徑和微生態型載體。製備形成的固定化載體具有良好微孔結構，構成了一種適宜於微生物生存、生長、增殖的「微生態」環境，當外界環境變化時，微生物可以依靠載體提供的微生態環境，逐步適應外界條件的劇烈變化。由於固定化載體具有特殊微孔結構，構成了載體內外相互分異的硝化—反硝化微環境，這樣便提供了一種存在於釐米尺度上的人工製造的氧化—還原界面。這種人工微環境在自然水體中的存在類似於自然水體中水—沉積物界面具有的硝化—反硝化功能，可以人為營造一種具有良好水氣通道和硝化—反硝化微孔立體結構界面的微環境，將僅存在於自然水體中的水—沉積物界面及氧化—還原微環境從平面擴展到立體。載體的這種人工微環境在自然水體中的存在，彌補了目前富營養化湖泊水體中因大量水生高等植物衰亡導致的水體均一性增加、非均一性(異質性)減少而使氧化—還原環境惡變及水體自淨能力下降的不足。採用此種固定化載體布設到自然水體可以起到一種在類似於荒漠化的均一性自然水體中引入一種人工製造的非均一性的劇烈的氧化-還原環境，大大增加水體的硝化-反硝化能力，增加水體氮素的轉化效果，顯著改善水生態修復的效果。另外，採用此種方法製備的固定化載體可以使用繼第一代固定化酶、第二代靜止細胞技術之後發展起來的第三代固定化增殖細胞技術對微生物進行固定化，顯著改善微生物的固定效果和生長、增殖能力，微生物可以利用共聚物載體具備的良好的生物相容性及其對微生物的親和性迅速吸附增殖微生物，並向外界釋放和擴散，增加汙染水體的微生物數量(如固定化氮循環細菌數量)，隨著水體中的氨化細菌、亞硝化細菌、硝化細菌、反硝化細菌數量大大增加，水體中的有機氮經氨化細菌氨化作用轉化為氨氮和氣態的NH3，氨氮在載體表面富氧區被氧化成硝態氮，硝態氮在固定化載體內部缺氧區被反硝化細菌還原為氣態氮進入大氣，水體中不同形態的氮素汙染物正是在載體的這種對微生物的親和、吸附、增殖、擴散過程中，加強硝化-反硝化的作用下逐漸被去除。
由於甲基丙烯酸β羥乙酯和丙烯酸羥乙酯分子鏈中具有親水性的單官能團(-OH)，與n乙二醇二甲基丙烯酸酯系列單體輻射聚合後形成的聚合物，對生命活性物質(包括各種細胞，微生物)具有一定的親和作用—即生物相容性。
3、有益效果通過本方法製備的固定化載體具有傳質性好、機械強度高、使用壽命長等優點，並具有微生態性、生物相容性。可以人為的按照不同的微生物的形狀、大小設計製備適宜於微生物生存、生長、增殖的微孔孔徑和微生態型載體。採用本發明製備的固定化載體可以使用繼第一代固定化酶、第二代靜止細胞技術之後發展起來的第三代固定化增殖細胞技術對微生物進行固定化。顯著改善微生物的固定效果和生長、增殖能力，具有細胞密度高、反應速度快、產物分離容易、反應進程易於控制等特點。採用本固定化載體製備的固定化微生物對氮汙染型汙水處理，以及水生態修復具有明顯的效果。
四

圖1為單體(HEA-9G)20/10製備的共聚物載體的微孔結構電子顯微鏡照片圖2單體(HEA-9G)25/5製備的共聚物載體的微孔結構電子顯微鏡照片五具體實施方式
以下通過實施例進一步說明本發明實施例1將親水性的玻璃態單體甲基丙烯酸β羥乙酯(2-Hydroxyethyl methylacrylate(HEMA))作為組分A，弱疏水性的14乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 14G]作為組分B；蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為25/4/70(v/v/v)使用振蕩器以1000r/min振蕩5min混合均勻；2.充氮氣後，在-78℃的溫度下，控制輻射劑量範圍在1×103～1×106Gy，採用高能射線(137Cs-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射後的載體切成1cm×cm×cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡7d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌30min。
4.用合成廢水(C6H12O614g，NH4Cl 6g，KNO312g，NaHCO39g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g，NaCl 0.5g，FeCl30.5g，CoCl20.05g)浸泡固定化載體，28℃200r/min振蕩24h並交換3次合成廢水，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；5.將適量經4000r/min、4℃離心20min後所得氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌投入載體，在28℃下振蕩24h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的具有良好微孔生長環境的共聚物載體內部，使之被固定化。
6.採用此固定化載體製備的固定化氮循環細菌(氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌)進行高有機質負荷的工業汙水處理，當進水CODCr473.8mg/L、TN為112.0mg/L、碳氮比為4.23時，經過固定化氮循環細菌技術處理，出水平均CODCr有大幅度的降低，去除率達到76％，TN、NH4+-N的去除率分別為80％，94％，表明採用低溫輻射固定化載體製備的固定化氮循環細菌技術具有較強去除工業汙水高濃度有機負荷衝擊，降解有機物及脫氮的能力。
實施例21.將親水性的玻璃態單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，弱疏水性的9乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 9G]作為組分B；蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為20/5/75(v/v/v)，使用振蕩器以850r/min振蕩4min混合均勻；2.充氮氣後，在-63℃的溫度下，控制輻射劑量範圍在5×104Gy，採用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射後的載體切成1.5cm×1.5cm×1.5cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡9d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌40min。
4.用合成廢水(甲醇10g，NH4Cl 5g，KNO310g，NaHCO37g，KH2PO40.5g，MgSO40.3g，NaCl 0.5g，FeCl30.21g，CoCl20.025g)浸泡固定化載體，28℃200r/min振蕩24h並交換3次合成廢水，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；5.將適量經5000r/min、3℃離心25min後所得氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌投入載體，在28℃下振蕩36h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的具有良好微孔生長環境的共聚物載體內部，使之被固定化。
6.採用此固定化載體製備的固定化氮循環細菌(氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌)進行淨化太湖富營養化水實驗，湖水經過固定化氮循環細菌淨化處理後處理後，TN、NH4+-N、COD的去除率分別達到75％和91.5％和75％，出水水質明顯改善。採用該載體製備技術固定化氮循環細菌對湖泊、水庫等天然水體的富營養化治理具有明顯的效果。
實施例31.選用親水性的玻璃態單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，弱疏水性的9乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 9G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為21/9/70(v/v/v)，使用振蕩器以900r/min振蕩4min混合均勻；2.充氮氣後，在-95℃的溫度下，控制輻射劑量範圍在1×105Gy，採用高能射線(電子束)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射後的載體切成2cm×2cm×2cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡10d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌45min。
4.用合成廢水(C6H12O69.0g，NH4Cl 5.5g，KNO314.9g，NaHCO37.5g，KH2PO40.45g，MgSO40.6g，FeCl30.69g，CoCl20.08g)浸泡固定化載體，28℃170r/min振蕩36h並交換3次合成廢水，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；5.將適量經7000r/min、2℃離心30min後所得氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌投入載體，在28℃下振蕩28h、靜置50h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的具有良好微孔生長環境的共聚物載體內部，使之被固定化。
6.採用此固定化載體製備的固定化氮循環細菌(氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌)進行高氮負荷的生活汙水處理，當TN為112mg/L，NH4+-N為60.5mg/L左右，經過固定化氮循環細菌技術處理，TN、NH4+-N有大幅度的降低，去除率分別達到80％，94％。表明採用此載體固定化氮循環細菌能夠有效抗擊較高負荷的氮汙染衝擊，具有較好的處理高氮負荷生活汙水的能力。
實施例41.選用親水性的玻璃態單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，與弱疏水性的14乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 14G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為10/8/65(v/v/v)，使用振蕩器以1100r/min振蕩2min混合均勻；2.充氮氣後，溫度為-63℃～-78℃，控制輻射劑量在2×104Gy，採用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；
3.將輻射後的載體切成1.4cm×1.4cm×1.4cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡6d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌36min。
4.用合成廢水(甲醇10g，NH4Cl 2.9g，KNO310g，NaHCO310.3g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g，NaCl 0.5g，FeCl30.5g，CoCl20.05g)浸泡固定化載體，28℃200r/min振蕩24h並交換3次合成廢水，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；5.將適量經4500r/min、1℃離心28min後所得氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌投入載體，在28℃下振蕩40h、靜置40h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的具有良好微孔生長環境的共聚物載體內部，使之被固定化。
6.採用此固定化載體製備的固定化氮循環細菌(氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌)30kg，進行野外淨化紅楓湖富營養化水實驗，在5600m2、流量為2m3/s的紅楓湖生態工程試驗區，經過100天的連續運行，在氣溫為0～4℃條件下，湖水經過固定化氮循環細菌淨化處理後，TN、NH4+-N、非離子氨的去除率分別達到74％和89.5％和76.5％，出水水質明顯改善。採用該載體製備技術固定化氮循環細菌對流速較高的天然水庫型等天然水體的富營養化治理具有明顯的效果。
實施例51.選用親水性的玻璃態單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，弱疏水性的4乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 4G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為27/7/50(v/v/v)，使用振蕩器以1100r/min振蕩6min混合均勻；2.充氮氣後，在-78℃～-88.5℃的溫度下，控制輻射劑量為1×105Gy，採用高能射線(137Cs-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射後的載體切成1.5cm×2cm×2cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡12d使之充分膨脹，在高壓鍋中121℃溫度下滅菌42min。
4.用合成廢水(甲醇7.5g，(NH4)2SO43.4g，KNO311g，NaHCO39.5g，KH2PO41.1g，MgSO40.42g，FeCl30.41g)浸泡固定化載體，28℃210r/min振蕩40h並交換4次合成廢水，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；5.將適量經6500r/min、0℃離心25min後所得氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌投入載體，在28.5℃下振蕩28h、靜置56h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的具有良好微孔生長環境的共聚物載體內部，使之被固定化。
6.採用此固定化載體製備的固定化氮循環細菌(氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌)對南京市外秦淮河汙染水體進行氮負荷去除處理，當TN為6.3mg/L，NH4+-N為3.4mg/L左右，經過固定化氮循環細菌技術處理，TN、NH4+-N有較大幅度的降低，去除率分別達到75.6％，91.3％。表明採用此載體固定化氮循環細菌能夠有效去除河道汙染水體的氮素汙染物，具有較好的處理流動水體(河道汙染氮汙染)的能力。
實施例61.選用親水性的玻璃態單體甲基丙烯酸β羥乙酯(2-Hydroxyethyl methylacrylate(HEMA))作為組分A，弱疏水性的2乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 2G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為31/4/65(v/v/v)，使用振蕩器以750r/min振蕩10min混合均勻；；2.用氮氣飽和後，在-88.5℃的溫度範圍內，控制輻射劑量範圍為1×105Gy～1×106Gy，採用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射後的載體切成1.6cm×2.0cm×2.0cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡6d使之充分膨脹，在121℃高溫下滅菌40min。
4.用合成廢水(C6H12O614.5g，NH4Cl 5.5g，KNO311.5g，NaHCO39.5g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g，CoCl20.05g)浸泡固定化載體，28.5℃250r/min振蕩20h並交換4次合成廢水，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；5.將適量經6000r/min、0℃離心30min後所得氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌投入載體，在28℃下振蕩24h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的具有良好微孔生長環境的共聚物載體內部，使之被固定化。
6.採用此固定化載體製備的固定化氮循環細菌(氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌)對南京市玄武湖水進行富營養化水體去除氮素汙染物實驗，經過固定化氮循環細菌技術轉化湖泊氮素實驗，TN、NH4+-N、NO3--N、和NO2--N、均有大幅度的降低，去除率分別為80％，85.4％，79％和77％，表明採用固定化載體製備的固定化氮循環細菌技術具有較強去除旅遊湖泊氮汙染的能力。
實施例71.選用親水性的玻璃態單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，與弱疏水性的2乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 2G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為30/20/86，(v/v/v)，使用振蕩器以1000r/min振蕩6min混合均勻；；2.用氮氣飽和後，在-93.5℃的溫度下，控制輻射劑量在1×104～1×105Gy，採用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射後的載體切成2.0cm×2.0cm×2.0cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡10d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌36min。
4.用合成廢水(甲醇9g，NH4Cl 5g，KNO310g，NaHCO37g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g)浸泡固定化載體，28℃240r/min振蕩24h並交換3次合成廢水，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；5.將適量經7500r/min、0℃離心30min後所得氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌投入載體，在28℃下振蕩30h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的具有良好微孔生長環境的共聚物載體內部，使之被固定化。
6.採用此固定化載體製備的固定化氮循環細菌(氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌)30kg加上水生植物，在華家池生態工程試驗區進行野外淨化富營養化水實驗，在5000m2生態工程試驗區，經過150天的連續運行，在氣溫為10℃～38℃條件下，湖水經過固定化氮循環細菌+水生植物的淨化處理後，TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N的去除率分別達到74％～78％和89.5％～91％、76.5～79％、73.％～75％，水質明顯改善。採用該載體製備技術固定化氮循環細菌對養殖型等天然水體的富營養化治理具有明顯的效果。
實施例81.選用親水性的玻璃態單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，與弱疏水性的2乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 2G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為10/4/55，(v/v/v)，使用振蕩器以1000r/min振蕩6min混合均勻；；2.用氮氣飽和後，在-95℃的溫度下，控制輻射劑量在1×103～1×104Gy範圍內，採用高能射線(137Cs-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射後的載體切成2.0cm×2.0cm×2.0cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡10d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌36min。
4.用合成廢水(甲醇9g，NH4Cl 5g，KNO310g，NaHCO37g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g)浸泡固定化載體，28℃240r/min振蕩24h並交換3次合成廢水，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；5.將適量經7500r/min、0℃離心30min後所得氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌投入載體，在28℃下振蕩30h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的具有良好微孔生長環境的共聚物載體內部，使之被固定化。
6.採用此固定化載體製備的固定化氮循環細菌(氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌)30kg加上水生植物，在華家池生態工程試驗區進行野外淨化富營養化水實驗，在5000m2生態工程試驗區，經過150天的連續運行，在氣溫為10℃～38℃條件下，湖水經過固定化氮循環細菌+水生植物的淨化處理後，TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N的去除率分別達到74％～78％和89.5％～91％、76.5～79％、73.％～75％，水質明顯改善。採用該載體製備技術固定化氮循環細菌對養殖型等天然水體的富營養化治理具有明顯的效果。
實施例91.選用親水性的玻璃態單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，與弱疏水性的2乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 2G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為20/10/76，(v/v/v)，使用振蕩器以1000r/min振蕩6min混合均勻；；2.用氮氣飽和後，在-93.5℃～-95℃的溫度下，控制輻射劑量在1×103～1×104Gy範圍內，採用高能射線(137Cs-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射後的載體切成2.0cm×2.0cm×2.0cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡10d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌36min。
4.用合成廢水(甲醇9g，NH4Cl 5g，KNO310g，NaHCO37g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g)浸泡固定化載體，28℃240r/min振蕩24h並交換3次合成廢水，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；5.將適量經7500r/min、0℃離心30min後所得氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌投入載體，在28℃下振蕩30h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的具有良好微孔生長環境的共聚物載體內部，使之被固定化。
6.採用此固定化載體製備的固定化氮循環細菌(氨化細菌、硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌)30kg加上水生植物，在華家池生態工程試驗區進行野外淨化富營養化水實驗，在5000m2生態工程試驗區，經過150天的連續運行，在氣溫為10℃～38℃條件下，湖水經過固定化氮循環細菌+水生植物的淨化處理後，TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N的去除率分別達到74％～78％和89.5％～91％、76.5～79％、73.％～75％，水質明顯改善。採用該載體製備技術固定化氮循環細菌對養殖型等天然水體的富營養化治理具有明顯的效果。
實施例101.選用親水性的玻璃態單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，與弱疏水性的14乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 2G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為19/6/70，(v/v/v)，使用振蕩器以1000r/min振蕩6min混合均勻；；2.用氮氣飽和後，在-88.5℃的溫度下，控制輻射劑量在1×103～1×104Gy範圍內，採用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射後的載體切成1.4cm×1.4cm×1.4cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡10d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌36min。
4.用合成廢水(C6H12O6250g，(NH4)2SO412.5g，MgSO47.5g，NaCl7.5g，FeSO40.9g，MnSO40.75g，Ca3(PO4)250g，25L，pH7.2)浸泡固定化載體，28℃240r/min振蕩24h並交換3次合成廢水，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；5.將適量經7500r/min、0℃離心30min後所得積磷菌、發酵產酸菌投入載體，在28℃下振蕩30h、靜置48h，使積磷菌、發酵產酸菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的具有良好微孔生長環境的共聚物載體內部，使之被固定化。
6.採用此固定化載體製備的固定化細菌(積磷菌、發酵產酸菌)進行含磷工業汙水處理，運行工藝為SBR法，進水0.5h，缺氧攪拌3小時，曝氣7小時，沉澱排水3小時，當進水CODCr513.5mg/L、TP為103.0mg/L時，經過固定化細菌技術處理，出水平均TP和CODCr有大幅度的降低，去除率分別為80％，83％，表明採用固定化載體製備的固定化細菌(積磷菌、發酵產酸菌)技術具有較強去除工業汙水高濃度有機負荷衝擊，降解有機物及除磷的能力。
實施例111.選用親水性的玻璃態單體甲基丙烯酸β羥乙酯(2-Hydroxyethyl methylacrylate(HEMA))作為組分A，弱疏水性的9乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 9G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為28/10/62(v/v/v)，使用振蕩器以750r/min振蕩10min混合均勻；；2.用氮氣飽和後，在-63℃～95℃的溫度範圍內，控制輻射劑量範圍為1×105Gy～1×106Gy，採用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射後的載體切成1.6cm×2.0cm×2.0cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡6d使之充分膨脹，在121℃高溫下滅菌40min。
4.用合成廢水(Na2S2O3250g，K2HPO4100g，KH2PO4100g，NH4Cl 10g，MgSO420g，FeSO40.05g，MnSO4.0.05g，25L，pH7.0～7.8)浸泡固定化載體，28.5℃250r/min振蕩20h並交換4次合成廢水，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；5.將適量經6000r/min、0℃離心30min後所得硫桿菌投入載體，在28℃下振蕩24h、靜置48h，使硫桿菌通過增殖進入充滿合成廢水的具有良好微孔生長環境的共聚物載體內部，使之被固定化。
6.採用此固定化載體製備的固定化硫桿菌煤漿進行脫硫，結果表明，採用低溫輻射技術製備的載體固定化硫桿菌，經過3小時左右的固定化硫桿菌對煤漿進行預處理，對黃鐵礦中的硫的去除率為65％左右，表明固定化硫桿菌對黃鐵礦中的硫有較好的去除效果。
權利要求
1.一種生物相容性固定化載體的製備方法，其主要包括以下步驟(1)將甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯、n乙二醇二甲基丙烯酸酯和蒸餾水以體積比10～30∶4～20∶50～86混合均勻；(2)向(1)混合物中充入氮氣，在-63～-95℃溫度內，採用輻射劑量為1×103～1×106Gy的高能射線輻照聚合形成生物相容性固定化載體。
2.一種生物相容性固定化載體的製備方法，其特徵在於所述的n乙二醇二甲基丙烯酸酯單體為2G、4G、9G、14G的一種。
3.一種生物相容性固定化載體的製備方法，其特徵在於所述的高能射線為60Co-γ射線、137Cs-γ射線、電子束。
4.一種生物相容性固定化載體的製備方法，其特徵在於所述的甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯、n乙二醇二甲基丙烯酸酯和蒸餾水體積比為20～30∶4～15∶65～75。
5.一種生物相容性固定化載體，其特徵在於由權利要求1或2或3或4所述的製備方法製備而成。
6.一種生物相容性固定化載體在固定化微生物中的應用，其主要包括以下步驟(a)將生物相容性固定化載體切成小塊，用蒸餾水浸泡使之充分膨脹後滅菌；(b)用含有碳源的合成廢水浸泡固定化載體，使合成廢水充分進入膨脹後的固定化載體內部；(c)在固定化載體中加入經離心所得微生物經振蕩後靜置使之吸附於固定化載體表面並通過增殖進入充滿合成廢水的多孔載體內部實現固定化。
7.根據權利要求6所述的生物相容性固定化載體在固定化微生物中的應用，其特徵在於步驟(c)中所述的微生物為氮循環細菌。
8.根據權利要求7所述的生物相容性固定化載體在固定化微生物中的應用，其特徵在於合成廢水的組成如下每25L溶液中碳源以碳計3.6～5.6g，NH4+離子1.0～2.0g，NO3-離子6.1～9.2g，Mg2+0.06～0.12g，Fe元素0.07～0.24g，並加入緩衝劑使得pH值為7.0～7.5。
9.根據權利要求7所述的生物相容性固定化載體在固定化微生物中的應用，其特徵在於合成廢水的加入組分如下每25L溶液中碳源以碳計3.6～5.6g，NH4+離子1.0～2.0g，NO3-離子6.1～9.2g，NO2-離子3～4g，緩衝劑7.3～10.6g，Mg2+0.06～0.12g，Fe元素0.07～0.24g，Co2+0.01～0.04g。
全文摘要
本發明屬於固定化微生物技術領域。本發明提供了生物相容性固定化載體的製備方法，其步驟(1)將甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯、n乙二醇二甲基丙烯酸酯和蒸餾水以體積比10～30∶4～20∶50～86混合均勻；(2)向(1)的混合物中充入氮氣，在－63～－95℃溫度內，採用輻射劑量為1×10
文檔編號C12N11/02GK1693457SQ20051003883
公開日2005年11月9日 申請日期2005年4月12日 優先權日2005年4月12日
發明者李正魁, 濮培民, 寧安 申請人:南京大學