CN115710564A - 一种微生物吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微生物吸附剂及其制备方法和应用，属于微生物吸附剂制备技术领域。本发明提供的一种微生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：(1)地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌分别活化后复配，得到复合微生物菌液；(2)将复合微生物菌液接种到发酵培养基中，进行发酵培养，得到发酵液；(3)将所述发酵液经固液分离处理，得到发酵菌；(4)将所述发酵菌固定于固定化载体上，得到微生物吸附剂。本发明提供的微生物吸附剂对镉、铅、铬等重金属具有极高的去除率和吸附稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及微生物吸附剂制备技术领域，尤其涉及一种微生物吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
由于工业的发展，贵金属及重金属的使用越来越广泛，伴随而来的贵金属回收和重金属污染问题也日趋严重。特别是含重金属废水，因其中的铅、镉、铬等可通过食物链积累于生物体，对生物体造成致癌、致畸、致突变的影响，危害严重。因此，有效治理重金属污染对净化水体、改善水体环境具有重要意义。
传统回收重金属的方法有：中和沉淀法、化学沉淀法、氧化还原法、气浮法、电解法、蒸发凝固法、离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、液膜法、反渗透法、电渗析法等。这些方法各有各的优点。其中利用价格低、来源广的微生物的吸附作用处理废水中的重金属，是目前最用发展前景的方法。与以上方法相比，其具有处理效率高、损耗小，处理条件温和，重金属易于治理，无二次污染等优势。
目前细菌、真菌和藻类是处理废水中重金属使用最多的微生物。不同的微生物吸附重金属的特性不同，该特点使得微生物吸附剂在吸附重金属方面具有较大的应用潜力。因此，如何提供一种吸附能力强、吸附效果稳定的微生物吸附剂是我们的研究目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重金属去除能力强且效果稳定的微生物吸附剂及其制备方法和应用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种微生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌分别活化后复配，得到复合微生物菌液；
(2)将复合微生物菌液接种到发酵培养基中，进行发酵培养，得到发酵液；
(3)将所述发酵液经固液分离处理，得到发酵菌；
(4)将所述发酵菌固定于固定化载体上，得到微生物吸附剂。
优选的，所述地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌活化后菌液浓度独立的为1～10亿CFU/mL；所述地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌活化后的菌液的复配体积比例为1～5:1～5:1～5:1～5。
优选的，所述复合微生物菌液的接种量为发酵培养基体积的1～10％；所述发酵培养基包括如下浓度的组分：牛肉膏3～7g/L、蛋白胨8～12g/L、蔗糖3～7g/L、天冬氨酸1～5g/L、赖氨酸1～3g/L、谷氨酸1～3g/L、NaCl 1～5g/L、KCl 0.5～1.0g/L、NaNO3 0.1～0.3g/L、K2HPO3 0.1～0.3g/L，以水为溶解基质，自然pH。
优选的，所述发酵培养的温度为25～30℃，时间为24～48h，转速为100～200r/min，相对湿度为80％～90％。
优选的，所述固液分离处理是将所述发酵液置于4000～6000r/min下离心5～15min，得到发酵菌。
优选的，所述将发酵菌固定于固化载体上的方法为：将发酵菌与固定化载体溶液按照质量体积比1g:20～40ml混合，滴入固化剂溶液中，在4～5℃下固化3～5h，然后置于-25～-35℃下冷冻干燥24～36h。
优选的，所述固定化载体是由羟甲基纤维素钠、海藻酸钠和麦芽糊精与水按照质量体积比3～7g：100mL配置得到，所述羟甲基纤维素钠、海藻酸钠和麦芽糊精的质量比为1～5:3～7:1～3；所述固化剂为氯化钙，所述固化剂溶液的浓度为3～5g/100mL。
优选的，所述发酵菌固定于固定化载体上后，还利用2～10％的聚乙烯亚胺溶液涂抹于成型的固定化吸附剂表面，加强微生物固定化吸附剂的机械强度。
本发明还提供了一种所述的制备方法得到的微生物吸附剂。
本发明还提供了一种所述的微生物吸附剂用于吸附重金属的用途。
本发明提供了一种微生物吸附剂及其制备方法和用于去除废水中重金属的用途。本发明提供的微生物吸附剂对镉、铅、铬等重金属具有极高的去除率和吸附稳定性。
具体实施方式
本发明提供了一种微生物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌分别活化后复配，得到复合微生物菌液；
(2)将复合微生物菌液接种到发酵培养基中，进行发酵培养，得到发酵液；
(3)将所述发酵液经固液分离处理，得到发酵菌；
(4)将所述发酵菌固定于固定化载体上，得到微生物吸附剂。
本发明将地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌分别活化后复配，得到复合微生物菌液。
在本发明中，所述地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌活化用的斜面培养基为：牛肉膏2～4g/L、蛋白胨8～12g/L、NaCl 4～6g/L、琼脂1～3g/L，pH＝7.0；优选为：牛肉膏3g/L、蛋白胨10g/L、NaCl 5g/L、琼脂2g/L，pH＝7.0。
液体活化培养基为：牛肉膏2～4g/L、蛋白胨8～12g/L、NaCl 4～6g/L、pH＝7.0；优选为：牛肉膏3g/L、蛋白胨10g/L、NaCl 5g/L、pH＝7.0。
在本发明中，所述黑曲霉菌活化用的斜面培养基为：蔗糖2～4g/L、琼脂1.5～2.0g/L、KCl 0.5～1.0g/L、NaNO3 0.1～0.3g/L、K2HPO3 0.1～0.3g/L、自然pH；优选为：蔗糖3g/L、琼脂1.8g/L、KCl 0.5g/L、NaNO3 0.2g/L、K2HPO3 0.2g/L，自然pH。
液体活化培养基为：蔗糖2～4g/L、KCl 0.5～1.0g/L、NaNO3 0.1～0.3g/L、K2HPO30.1～0.3g/L、自然pH；优选为：蔗糖3g/L、KCl 0.5g/L、NaNO3 0.2g/L、K2HPO3 0.2g/L，自然pH。
在本发明中，所述地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌活化后将其均浓度独立的调整为1～10亿CFU/mL，优选调整为5亿CFU/mL。
在本发明中，所述地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌活化后的菌液的复配体积比例为1～5:1～5:1～5:1～5，优选为3:3:3:3。
得到复合微生物菌液后，将复合微生物菌液接种到发酵培养基中，进行发酵培养，得到发酵液。
在本发明中，所述复合微生物菌液的接种量为发酵培养基体积的1～10％，优选为3～7％，进一步优选为5％。
在本发明中，所述发酵培养基包括如下浓度的组分：牛肉膏3～7g/L、蛋白胨8～12g/L、蔗糖3～7g/L、天冬氨酸1～5g/L、赖氨酸1～3g/L、谷氨酸1～3g/L、NaCl 1～5g/L、KCl 0.5～1.0g/L、NaNO3 0.1～0.3g/L、K2HPO3 0.1～0.3g/L，以水为溶解基质，自然pH。优选包括如下浓度的组分：牛肉膏5g/L、蛋白胨10g/L、蔗糖5g/L、天冬氨酸3g/L、赖氨酸2g/L、谷氨酸2g/L、NaCl 3g/L、KCl 0.7g/L、NaNO3 0.2g/L、K2HPO3 0.2g/L，以水为溶解基质，自然pH。
在本发明中，所述发酵培养的温度为25～30℃，优选为28℃；时间为24～48h，优选为36h；转速为100～200r/min，优选为150r/min；相对湿度为80％～90％，优选为85％。
发酵培养结束后，将所述发酵液经固液分离处理，得到发酵菌。
在本发明中，所述固液分离处理是将所述发酵液置于4000～6000r/min下离心5～15min，得到发酵菌；优选是将所述发酵液置于5000r/min下离心10min，得到发酵菌。
将所述发酵菌固定于固定化载体上，得到微生物吸附剂。
在本发明中，所述将发酵菌固定于固定化载体上的方法为：将发酵菌与固定化载体溶液按照质量体积比1g:20～40mL混合，滴入固化剂溶液中，在4～5℃下固化3～5h，然后置于-25～-35℃下冷冻干燥24～36h。优选将发酵菌与载体溶液按照质量体积比1g:30mL混合，滴入固化剂溶液中，在4℃下固化4h，然后置于-30℃下冷冻干燥30h。
在本发明中，所述载体溶液是由羟甲基纤维素钠、海藻酸钠和麦芽糊精与水混合配置得到，浓度为3～7g/100mL，优选为5g/100mL。
在本发明中，所述羟甲基纤维素钠、海藻酸钠和麦芽糊精的质量比为1～5:3～7:1～3，优选为3:5:2。
在本发明中，所述固化剂优选为氯化钙，所述氯化钙溶液的浓度为3～5g/100mL，优选为4g/100mL。
在本发明中，为了加强微生物吸附剂的机械强度，还在微生物吸附剂涂抹2～10％的聚乙烯亚胺溶液，优选涂抹5％的聚乙烯亚胺溶液。
在本发明中，所述聚乙烯亚胺在固定化后的微生物吸附剂表面的涂抹用量为0.5～5g/kg，优选为3g/kg。
本发明还提供了一种所述的制备方法得到的微生物吸附剂。
本发明还提供了一种所述的微生物吸附剂用于吸附重金属的用途。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌分别接种到斜面培养：牛肉膏3g/L、蛋白胨10g/L、NaCl 5g/L、琼脂2g/L，pH＝7.0中，在25℃下培养24h，然后挑取菌落再分别接种到液体活化培养基：牛肉膏3g/L、蛋白胨10g/L、NaCl 5g/L、pH＝7.0中，在25℃下活化36h，得到地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌的菌液。
将黑曲霉菌接种于斜面培养基：蔗糖3g/L、琼脂1.8g/L、KCl 0.5g/L、NaNO3 0.2g/L、K2HPO3 0.2g/L，自然pH中，在30℃培养24h，然后挑取菌落再接种到液体活化培养基：蔗糖3g/L、KCl 0.5g/L、NaNO3 0.2g/L、K2HPO30.2g/L，自然pH中，在30℃下活化36h。得到黑曲霉菌液。
调整地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌液的菌液浓度均为5亿CFU/mL。然后按照地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：苏云芽孢杆菌：黑曲霉菌液＝3:3:3:3的体积比混合，得到复合微生物菌液。
按照如下浓度配置发酵培养基：牛肉膏5g/L、蛋白胨10g/L、蔗糖5g/L、天冬氨酸3g/L、赖氨酸2g/L、谷氨酸2g/L、NaCl 3g/L、KCl 0.7g/L、NaNO3 0.2g/L、K2HPO3 0.2g/L，以水为溶解基质，自然pH。
将复合微生物菌液按照5vt％的接种量，接种于发酵培养基中。置于28℃、150r/min、85％相对湿度下培养36h，得到发酵液。将该发酵液置于5000r/min下离心10min，取沉淀，得到发酵菌。按照质量比3:5:2称取羟甲基纤维素钠、海藻酸钠和麦芽糊精，按照质量体积比5g：100mL与水混合，配置得到载体溶液。将发酵菌按照1g：30mL载体溶液的比例混合后，滴入4g/100mL的氯化钙溶液中，在4℃下固化4h，然后置于-30℃下冷冻干燥30h。即得到微生物吸附剂。为了加强微生物吸附剂的机械强度，利用5％的聚乙烯亚胺溶液涂抹于成型的微生物吸附剂表面，其中聚乙烯亚胺的用量为3g/kg的微生物吸附，再次置于-30℃下冷冻干燥30min，即可。
实施例2
利用实施例1制备的微生物吸附剂分别处理含镉、铅、铬的废水。处理方法为，取经固液分离后的分别含镉、铅、铬的废水，每升废水中加入20g微生物吸附剂，在200r/min、25℃下吸附10h。测定处理前后废水中镉、铅、铬的浓度。结果如表1所示。
表1处理前后废水中重金属浓度
| 镉离子(mg/L) | 铅离子(mg/L) | 铬离子(mg/L) | |
| 处理前 | 35.46 | 67.54 | 69.38 |
| 处理后 | 0.13 | 3.46 | 0.25 |
| 去除率 | 99.63％ | 94.88％ | 99.64％ |
由表1可知，本发明提供的微生物吸附剂对废水中的镉、铅、铬离子具有较强的处理能力。
实施例3
将实施例2中的废水等体积混合，保证重金属离子浓度不变，然后进行与实施例2同样的吸附处理。测定处理前后废水中镉、铅、铬的浓度。结果如表2所示。
表2处理前后废水中重金属浓度
| 镉离子(mg/L) | 铅离子(mg/L) | 铬离子(mg/L) | |
| 处理前 | 35.48 | 67.46 | 68.89 |
| 处理后 | 0.14 | 3.52 | 0.23 |
| 去除率 | 99.61％ | 94.87％ | 99.67％ |
可见，即使是用于混合重金属污染的废水中，本发明提供的微生物吸附剂依然对每种金属具有较高的去除率。
由以上实施例可知，本发明提供的微生物吸附剂对镉、铅、铬等重金属具有极高的去除率和去除效率。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，所用微生物菌剂中不含黑曲霉菌，仅将地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌按照5亿CFU/mL的浓度和3:3:3的比例复配，得到了复合微生物菌液，但接种量不变。制备得到一种微生物吸附剂。利用该微生物吸附剂处理实施例2中的含重金属废水。结果如表3所示。
表3处理前后废水中重金属浓度
| 镉离子(mg/L) | 铅离子(mg/L) | 铬离子(mg/L) | |
| 处理前 | 35.46 | 67.54 | 69.38 |
| 处理后 | 3.46 | 10.48 | 5.27 |
| 去除率 | 90.24％ | 84.48％ | 92.40％ |
由表3的处理结果可知，在舍弃黑曲霉菌后，虽然保证总菌的接种量未变，但各处理对重金属的去除率却显著下降。由此可知，将黑曲霉与芽孢杆菌复配能够显著提高微生物吸附剂吸附重金属的能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种微生物吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌分别活化后复配，得到复合微生物菌液；
(2)将复合微生物菌液接种到发酵培养基中，进行发酵培养，得到发酵液；
(3)将所述发酵液经固液分离处理，得到发酵菌；
(4)将所述发酵菌固定于固定化载体上，得到微生物吸附剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌活化后菌液浓度独立的为1～10亿CFU/mL；所述地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云芽孢杆菌和黑曲霉菌活化后的菌液的复配体积比例为1～5:1～5:1～5:1～5。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述复合微生物菌液的接种量为发酵培养基体积的1～10％；所述发酵培养基包括如下浓度的组分：牛肉膏3～7g/L、蛋白胨8～12g/L、蔗糖3～7g/L、天冬氨酸1～5g/L、赖氨酸1～3g/L、谷氨酸1～3g/L、NaCl1～5g/L、KCl0.5～1.0g/L、NaNO30.1～0.3g/L、K2HPO30.1～0.3g/L，以水为溶解基质，自然pH。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述发酵培养的温度为25～30℃，时间为24～48h，转速为100～200r/min，相对湿度为80％～90％。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述固液分离处理是将所述发酵液置于4000～6000r/min下离心5～15min，得到发酵菌。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述将发酵菌固定于固化载体上的方法为：将发酵菌与固定化载体的溶液按照质量体积比1g:20～40ml混合，滴入固化剂溶液中，在4～5℃下固化3～5h，然后置于-25～-35℃下冷冻干燥24～36h。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述固定化载体的溶液是由羟甲基纤维素钠、海藻酸钠和麦芽糊精与水按照质量体积比3～7g：100mL配置得到；所述羟甲基纤维素钠、海藻酸钠和麦芽糊精的质量比为1～5:3～7:1～3；所述固化剂为氯化钙，所述固化剂溶液的浓度为3～5g/100mL。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述发酵菌固定于固定化载体上后，还利用2～10％的聚乙烯亚胺溶液涂抹于成型的固定化吸附剂表面，加强微生物固定化吸附剂的机械强度。
9.一种权利要求1～8任一项所述的制备方法得到的微生物吸附剂。
10.一种权利要求9所述的微生物吸附剂用于吸附重金属的用途。
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