CN107151058A - 微生物附着多孔体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污水净化处理领域，具体涉及一种微生物附着多孔体及其应用。本发明的微生物附着多孔体，包括：多孔微生物载体和固定于所述多孔微生物载体上的污水处理微生物。由于本发明的微生物附着多孔体能够将高浓度的微生物长期保持在多孔体上，能够维持菌体活性，从通污水开始的第七天以后维持BOD除去率为95%以上的高除去率，约为现有技术的3倍。因此，能够提高大海、河川、湖泊、池塘等中水质保护对象水域或污水处理设备的净化能力。

Description

微生物附着多孔体
技术领域
本发明涉及污水净化处理领域，具体涉及一种微生物附着多孔体及其应用。
背景技术
如公知的那样，荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas Capsulata)、谢利氏红假单胞菌(Rhodopseudomonas shherrides)、深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)和酒色红硫菌(Chromatium Vinosum)(以下，也将这些菌等并称为“特定光合细菌”)是用于肥料、饲料、有机废水处理剂等各种用途的有用菌，特别是最近，其对有机物污泥的净化能力受到人们的关注，被应用到大海、河川、湖泊、池塘等的鱼贝类养殖场水域的水质保护或有机性污水的净化中。
特定光合细菌菌体在用于各种对象水域的水质保护时，采用了各种各样的形式，例如有如下形式：将使用水溶性硅酸化合物(例如硅酸钾或硅酸甲酯)使特定光合细菌菌体和该菌体用培养基形成为凝胶状物质的固定化菌体为了土壤的肥沃化、植物的栽培而使用在水田等中，或者将其作为用于废水处理的种菌。
上述形式的固定化菌体容易制备且使用时的操作性也好，但在将该固定化菌体用于大海、河川、湖泊、池塘等的水质保护用途的情况下，存在如下问题。
即，在将所述固定化菌体施用于水质保护对象水域时，往往会被动物性浮游生物或鱼贝类等捕食，或因水流而损伤，在该情况下，有施用后的2～3周内凝胶状物会崩坏这一问题点。另外，还存在如下问题点：若将所述固定化菌体投入在污水处理设备内的微生物反应槽中，则凝胶状物容易被设置在微生物反应槽内的搅拌机等混合装置破坏，伴随不断流入的污水，特定光合细菌菌体会流出到微生物反应槽外，无法维持污水处理设备内的菌体活性。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种新型的微生物附着多孔体及其应用。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供了一种微生物附着多孔体，包括：多孔微生物载体和固定于所述多孔微生物载体上的污水处理微生物。
所述污水处理微生物可通过其自身作用或与其他有益微生物的共同作用，产生抗氧化物质，通过氧化还原发酵等途径分解氧化污水中的有机物质，把有害物质转化为无毒无害物质。
所述污水处理微生物选自但不限于光合细菌。
进一步地，所述污水处理微生物选自但不限于自荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas Capsulata)、谢利氏红假单胞菌(Rhodopseudomonas shherrides)、深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)和酒色红硫菌(Chromatium Vinosum)中任一种或多种的组合。
所述多孔微生物载体具有多孔结构，可选自但不限于多孔性粒状物。
进一步地，所述多孔粒状物具有直径为0.2～2mm的微孔。
所述多孔粒状物的形状可以是但不限于球体、圆柱状、椭圆体、长方体、立方体、中空状或纤维状。
优选地，所述多孔粒状物的空隙率在70％以上。更优选为70～95％。更优选为80～95％。
所述多孔性粒状物可选自但不限于火山岩石颗粒或缩醛化PVA制海绵颗粒中任一种或多种的组合。
优选地，污水处理微生物以菌液的形式固定于多孔微生物载体上。
具体地，污水处理微生物在培养液中培养形成菌液，然后将所述多孔微生物载体与菌液混合，污水处理微生物即可以菌液的形式固定于多孔微生物载体上。
菌液中污水处理微生物菌体的个数优选为1×108～1011cfu/mL的范围。
将所述多孔微生物载体与菌液混合时的混合比率为多孔微生物载体外观容积与菌液容积的比值。所述混合比率优选(0.6～1.2)：1.0。
本发明的第二方面，提供了前述微生物附着多孔体用于污水净化处理中的用途。
本发明的第三方面，提供一种污水净化处理方法，包括步骤：让污水与前述微生物附着多孔体接触。
本发明的第四方面，提供一种污水净化处理装置，其反应槽中添加有前述微生物附着多孔体。
与现有技术相比，本发明具体如下有益效果：
本发明经过广泛而深入的研究，提供了一种微生物附着多孔体，由于本发明的微生物附着多孔体能够将高浓度的微生物长期保持在多孔体上，能够维持菌体活性，从通污水开始的第七天以后维持BOD除去率为95％以上的高除去率，约为现有技术的3倍。因此，能够提高大海、河川、湖泊、池塘等中水质保护对象水域或污水处理设备的净化能力。
附图说明
图1是可使用本发明的微生物附着多孔体的污水处理装置的结构图。
符号说明
1 微生物附着多孔体或微生物附着载体
2 污水净化处理装置
3 反应槽
4 隔离网
5 搅拌机
6 污水流入管
7 流出管
8 固液分离槽
9 处理水管
具体实施方式
一、微生物附着多孔体
本发明的微生物附着多孔体，包括：多孔微生物载体和固定于所述多孔微生物载体上的污水处理微生物。
所述污水处理微生物可通过其自身作用或与其他有益微生物的共同作用，产生抗氧化物质，通过氧化还原发酵等途径分解氧化污水中的有机物质，把有害物质转化为无毒无害物质。
本发明对于污水处理微生物没有特殊的限制，只要不限定本发明的目的即可。例如，所述污水处理微生物可以是光合细菌。
用于本发明的光合细菌菌体可以使用寄存在寄存机关(例如微生物保存中心)中的菌体。另外，也可使用市售的菌体，还可以使用从自然界分离获得的菌体。
本发明的实施例中例举了自荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas Capsulata)、谢利氏红假单胞菌(Rhodopseudomonas shherrides)、深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)和酒色红硫菌(Chromatium Vinosum)等污水处理细菌，但并不限于此。
所述多孔微生物载体，具有多孔结构，可用于附着和/或固定污水处理微生物菌体。
本发明对于多孔微生物载体没有特殊的限制，只要不限定本发明的目的即可。例如，所述多孔微生物载体可以是多孔性粒状物。
用于本发明的多孔性粒状物均是公知的，可通过市售途径获得。从市售品中选择具有直径为0.2～2mm的微孔的多孔性粒状物使用即可。本发明对于多孔粒状物的形状没有特别限定，其形状可以是球体、圆柱状、椭圆体、长方体、立方体、中空状、和纤维状等。本发明实施例中例举了火山岩石颗粒、缩醛化PVA制海绵颗粒等多孔性粒状物，但并不限于此。
用于本发明的火山岩石颗粒是火山喷出物的一种，是指从火山喷出的熔岩快速冷却而成的岩石的颗粒。在通过火山喷出飞出到空中时因压力的急剧下降熔岩中的气体逸出，由此形成具有连续气孔的内部结构。本发明中使用的火山岩石颗粒可以是天然的火山岩石颗粒，另外，也可以是如现有公知的那样通过烧成天然矿物人工得到的火山岩石颗粒。
用于本发明的缩醛化PVA制海绵颗粒可以使用市售品，也可以使用通过以下的制造方法制作的海绵颗粒：将平均聚合度1500、皂化度98摩尔％的PVA溶解在水中，得到聚合物浓度10重量％的PVA溶液；将该溶液冷却至5℃，在带冷却装置的混炼机中投入3000g的上述PVA水溶液；接下来，添加三聚氰胺-甲醛树脂交联剂BECKAMINE M-3(DIC Corporation制)90g、树脂交联剂的催化剂CATALYST ACX(DIC Corporation制)30g、甲醛35％的***215g、硫酸20g、聚乙二醇(平均分子量400)30g、和10％的十二烷基硫酸钠水溶液15g，并进行混合。进而添加晶体芒硝(平均粒径约400μm的Na2SO4·10H2O)6000g，进行混炼；在混炼时，对该混合物进行冷却以使其冷却至5℃。将该混合物作为海绵原液，流入长10cm×宽10cm×高10cm的模具，在98℃下进行约30分钟的煮沸处理；其后，通过水洗对晶体芒硝进行冲洗，并裁剪为任意的尺寸，从而能够得到缩醛化PVA制海绵颗粒。
用于本发明的多孔性粒状物的空隙率在70％以上，优选为70～95％，更优选为80～95％。此处所说的空隙率是根据多孔性粒状物的重量(g)、多孔性粒状物的比重(g/cm3)、多孔性粒状物的外观体积(cm3)通过下式计算出的。此外，多孔性粒状物的外观体积是将多孔性粒状物看作椭圆体计算出的。
空隙率(％)＝100-[(多孔性粒状物重量×100)/(多孔性粒状物比重×多孔性粒状物的外观体积)]
空隙率若比70％小，则能够固定于多孔性粒状物的污水处理微生物菌体量变少，难以得到符合预期的菌体活性。空隙率若比95％大，则多孔性粒状物的强度变低，容易破损。
另外，在所述多孔性粒状物为椭圆体的情况下，长轴优选选择使用3～15mm的长度，更优选为4～10mm。短轴优选选择使用3～10mm的长度，更优选为4～8mm。在使用该颗粒径范围的粒状物的情况下，能够增大与所述污水处理微生物菌体的接触面积，在将其投入或设置在大海、河川、湖泊、池塘或污水处理设备等中时，能够提高单位体积的菌体量。
优选地，污水处理微生物以菌液的形式固定于多孔微生物载体上。
具体地，污水处理微生物在培养液中培养形成菌液，然后将所述菌液与多孔微生物载体混合，污水处理微生物即可以菌液的形式含浸固定于多孔微生物载体上。
菌液中污水处理微生物菌体的个数优选为1×108～1011cfu/mL的范围。此处所说的cfu为Colony Forming Unit的简称。
本发明对于培养液没有特别的限制，只要适合于污水处理微生物的生长即可。
关于培养方法、培养液的详细情况，记载在以下的实施例中。
将多孔微生物载体与所述菌液与混合时的混合比率为多孔微生物载体外观容积与菌液容积的比值。所述混合比率优选(0.6～1.2)：1.0。
将所述多孔微生物载体与菌液混合的方法可以是在菌液中浸渍多孔微生物载体并振荡的方式，也可以是对多孔微生物载体的整面喷上菌液的方式。
二、用途
本发明的微生物附着多孔体可用于污水净化处理。
三、污水净化处理方法
本发明的污水净化处理方法，包括步骤：让污水与本发明的微生物附着多孔体接触。
四、污水净化处理装置
本发明的污水净化处理装置，其反应槽中添加有本发明前述微生物附着多孔体。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
实施例
以下，根据实施例对本发明更具体地进行说明，但这些实施例并不限定本发明的范围。该发明的范围由添附的权利要求书决定。
实施例1
在1L水中溶解琥珀酸10g、苹果酸10g、硫酸铵5g、磷酸一钾8g、硫酸镁2g、食盐1g、氯化钙0.5g和酵母抽提物2g，获得营养基质(培养基)。在所述培养基中接种荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas Capsulata)菌体，在搅拌后进行静置，在光照明下以25℃的温度培养7天，从而得到呈宝石红色的培养液。接下来，将火山岩石颗粒与所述含荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas Capsulata)菌体的培养液(菌液，其中菌体个数为1×108～1011cfu/mL)混合，混合比率为1.0:1.0。所述火山岩石颗粒的外观容积为1L，具有直径为0.3～1mm的微孔，空隙率为80％。所述火山岩石颗粒呈椭圆体状，长轴约为10mm，且短轴约为7mm。待所述火山岩石颗粒不再产生气泡后继续振荡一小时，然后，捞出所述火山岩石颗粒并沥干，得到微生物附着多孔体。
实施例2
在1L水中溶解琥珀酸10g、苹果酸10g、硫酸铵5g、磷酸一钾8g、硫酸镁2g、食盐1g、氯化钙0.5g和酵母抽提物2g，获得营养基质(培养基)。在所述培养基中接种谢利氏红假单胞菌(Rhodopseudomonas shherrides)菌体、深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)菌体和酒色红硫菌(Chromatium Vinosum)菌体，在搅拌后进行静置，在光照明下以25℃的温度培养7天，从而得到含菌体的培养液。接下来，将缩醛化PVA制海绵颗粒与所述菌液(其中菌体个数为1×108～1011cfu/mL)混合，混合比率为1.2:1.0。所述缩醛化PVA制海绵颗粒的外观容积为1.2L，具有直径为0.2～0.5mm的微孔，空隙率为95％。所述缩醛化PVA制海绵颗粒呈立方体状，边长约为10mm。待所述缩醛化PVA制海绵颗粒不再产生气泡后继续振荡一小时，然后，捞出所述缩醛化PVA制海绵颗粒并沥干，得到微生物附着多孔体。
实施例3
在1L水中溶解琥珀酸10g、苹果酸10g、硫酸铵5g、磷酸一钾8g、硫酸镁2g、食盐1g、氯化钙0.5g和酵母抽提物2g，获得营养基质(培养基)。在所述培养基中接种荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas Capsulata)菌体，在搅拌后进行静置，在光照明下以25℃的温度培养7天，从而得到呈宝石红色的培养液。将缩醛化PVA制海绵颗粒与含有荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas Capsulata)菌体的培养液(菌液，其中菌体个数为1×108～1011cfu/mL)混合，混合比率为0.6:1.0。所述缩醛化PVA制海绵颗粒的外观容积为0.6L，具有直径为0.2～0.5mm的微孔，空隙率为88％。所述缩醛化PVA制海绵颗粒呈立方体状，边长约为10mm。待所述缩醛化PVA制海绵颗粒不再产生气泡后继续振荡一小时，然后，捞出所述缩醛化PVA制海绵颗粒并沥干，得到微生物附着多孔体。
实施例4
在1L水中溶解琥珀酸10g、苹果酸10g、硫酸铵5g、磷酸一钾8g、硫酸镁2g、食盐1g、氯化钙0.5g和酵母抽提物2g，获得营养基质(培养基)。在所述培养基中接种酒色红硫菌(Chromatium Vinosum)菌体，在搅拌后进行静置，在光照明下以25℃的温度培养7天，从而得到含酒色红硫菌(Chromatium Vinosum)菌体的培养液。将火山岩石颗粒与所述菌液(菌液，其中菌体个数为1×108～1011cfu/mL)混合，混合比率为1.0:1.0。所述火山岩石颗粒的外观容积为1L，具有直径为0.2～2.0mm的微孔，空隙率为70％。所述火山岩石颗粒呈椭圆体状，长轴约为4～10mm，且短轴约为4～8mm。待所述火山岩石颗粒不再产生气泡后继续振荡一小时，然后，捞出所述火山岩石颗粒并沥干，得到微生物附着多孔体。
实施例5
在1L水中溶解琥珀酸10g、苹果酸10g、硫酸铵5g、磷酸一钾8g、硫酸镁2g、食盐1g、氯化钙0.5g和酵母抽提物2g，获得营养基质(培养基)。在所述培养基中接种深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)菌体，在搅拌后进行静置，在光照明下以25℃的温度培养7天，从而得到含深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)菌体的培养液(菌液)。将缩醛化PVA制海绵颗粒与所述菌液(菌液，其中菌体个数为1×108～1011cfu/mL)混合，混合比率为1.2:1.0。所述缩醛化PVA制海绵颗粒的外观容积为1.2L，具有直径为0.2～0.5mm的微孔，空隙率为40％。所述缩醛化PVA制海绵颗粒呈立方体状，边长约为10mm。待所述缩醛化PVA制海绵颗粒不再产生气泡后继续振荡一小时，然后，捞出所述缩醛化PVA制海绵颗粒并沥干，得到微生物附着多孔体。
比较例1(现有方法)
除使用外观容积1L的长度10mm的无多孔性的聚乙烯制中空状载体代替火山岩石颗粒以外，其他方法与实施例1相同，得到微生物附着载体。
对比试验例
使用实施例1～5中得到的微生物附着多孔体和比较例1中得到的微生物附着载体实施污水通水净化能力对比试验。在实验中，使用了如图1所示的包括反应槽3和固液分离槽8的污水净化处理装置2。反应槽3的容积设为5L。另外，添加在反应槽3中的微生物附着多孔体或微生物附着载体的添加量在本发明方法和现有方法中均为反应槽容积的15容积％。在反应槽3中设置隔离网4，即使在污水通水下微生物附着多孔体或微生物附着载体也不会从反应槽3流出。在反应槽3中设置搅拌机5，一边以50～60rpm搅拌一边进行污水的通水。
试验中提供的污水原水通过将BOD(Biochemical Oxygen Demand)浓度为300mg/L的合成废水连续供给到反应槽3中进行。以BOD容积负荷为0.5kg/m3·d的方式调整污水供给量。表1是在使用本发明的微生物附着多孔体的情况下(称为本发明方法)和使用现有的微生物附着载体的情况下(称为现有方法)，对相对经过天数的BOD除去率的变化进行比较的结果。
其结果，由于在本发明方法的微生物附着多孔体的情况下，
实施例1～5均能够高浓度地保持污水处理微生物菌体，因此，能够有效分解污水中的有机物。其中，实施例1～5从通污水开始的第七天以后维持BOD除去率为76％以上的高除去率，约为现有方法的2倍。此外，实施例1～4从通污水开始的第七天以后维持BOD除去率为95％以上的高除去率，接近现有方法的3倍。
与此相对，在现有方法的微生物附着载体的情况下，从第一天开始BOD除去率就开始降低，从第七天开始BOD除去率进一步降低，能够目视确认附着在载体上的污水处理微生物菌体脱离的情形。
表1
发明效果
如以上说明的那样，由于本发明的微生物附着多孔体能够将高浓度的微生物长期保持在多孔体上，能够维持菌体活性，从通污水开始的第七天以后维持BOD除去率为95％以上的高除去率，为现有方法的3倍。因此，能够提高大海、河川、湖泊、池塘等中水质保护对象水域或污水处理设备的净化能力。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种微生物附着多孔体，包括：多孔微生物载体和固定于所述多孔微生物载体上的污水处理微生物。
2.根据权利要求1所述的微生物附着多孔体，其特征在于，污水处理微生物以菌液的形式固定于多孔微生物载体上。
3.根据权利要求1所述的微生物附着多孔体，其特征在于，所述污水处理微生物选自光合细菌。
4.根据权利要求1所述的微生物附着多孔体，其特征在于，所述污水处理微生物选自自荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas Capsulata)、谢利氏红假单胞菌(Rhodopseudomonasshherrides)、深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)和酒色红硫菌(Chromatium Vinosum)中任一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的微生物附着多孔体，其特征在于，所述多孔微生物载体选自多孔性粒状物。
6.根据权利要求5所述的微生物附着多孔体，其特征在于，所述多孔粒状物具有直径为0.2～2mm的微孔。
7.根据权利要求5所述的微生物附着多孔体，其特征在于，所述多孔粒状物的空隙率在70％以上，优选70～95％，更优选80～95％。
8.根据权利要求5所述的微生物附着多孔体，所述多孔性粒状物选自火山岩石颗粒或缩醛化PVA制海绵颗粒中任一种或多种的组合。
9.如权利要求1～8任一权利要求所述微生物附着多孔体用于污水净化处理中的用途。
10.一种污水净化处理方法，包括步骤：让污水与如权利要求1～8任一项所述微生物附着多孔体接触。
11.一种污水净化处理装置，其反应槽中添加有如权利要求1～8任一项所述微生物附着多孔体。
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