微生物微球及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及環境污染處理技術領域，尤其涉及一種微生物微球及其制備方法和應 用。
【背景技術】
[0002] 固定化生物技術是從60年代開始迅速發展的一項新技術，它是通過采用化學或 物理的手段將游離細胞或酶定位于限定的空間區域內，使其保持活性并反復利用。微生物 固定化技術可分為"固定化微生物膜"和"固定化微生物細胞"。
[0003] 隨著環境污染的日益嚴重，研宄高效生物處理污染物系統的需求日益迫切，近年 來，在固定化酶技術基礎上發展起來的固定化微生物處理污水技術成為國內外研宄熱門， 開始應用固定化細胞技術處理工業廢水。固定化微生物技術是采用物理或化學的方法，將 游離微生物限位于有限的微處理單元，以保持菌種高效性和較高的生物濃度。
[0004] 固定化微生物細胞的方法主要有包埋法、吸附法、共價結合法和交聯法等。相比普 通的活性污泥法，固定化微生物處理技術用于廢水處理具有處理效果高，運行穩定，可純化 和保持高效優勢菌種，反應器生物量大，污泥產生量少、防止微生物流失，反應器中可達到 較高的微生物濃度，抗毒物和沖擊負荷、沉降性能好、有利于固液分離等一系列優點，在廢 水處理方面得到了廣泛的研宄和應用。
[0005] 近年來，國內科研學者為了優化固定化載體，提高固定化微生物的活性，開展了一 系列的研宄。例如：
[0006] (1) 2009年李博等（李博，熊小京，趙志新，鄭天凌.包埋固定化CK3脫色菌對偶氮 染料Reactive Red 180的脫色特性.水處理技術，2009年06期）采用改進的聚乙烯醇-硼 酸包埋法固定化CK3脫色菌，所制備的固定化生物活性微球具有脫色的功能；
[0007] (2)2013年盧磊等（盧磊，張守娟等.吸附-包埋法制備固定化原油降解菌的研 宄.現代化工，2013年11期）在聚乙烯醇-海藻酸鈉復配包埋固定化過程中分別加入活性 炭、硅藻土、淀粉等吸附劑對固定化微球進行改性，以提高對勝利原油的降解效果，研宄結 果表明，將活性炭等吸附劑與傳統的包埋材料聯用，可以制得具有較好彈性、滲透性和較低 破碎率的固定化微球。固定化微球的原油降解效果均明顯優于游離菌。
[0008] (3)2014年姜立春等（姜立春，阮期平，王曉麗? PVA固定化Corynebacterium SP.JY03降解苯酚的特性研宄.環境工程，2014年2月）以聚乙烯醇作為載體將降酚菌株 Corynebacterium sp. JY03進行固定化包埋處理固定化細胞重復利用6次苯酷降解率仍高 于85. 2 %，其性能優于游離細胞，這將為該菌株進一步應用于含酚廢水的生物處理提供實 踐條件。
[0009] (4)申請號為02148674. 3的中國專利文獻公開了一種固定化微生物處理污水工 藝，該發明所采用的載體為改性的泡沫塑料載體，固定化方法為吸附法，吸附法固定微生物 叫包埋法微生物容易脫落，抗沖擊性差，不利于重復使用。
【發明內容】
[0010] 本發明提供了一種微生物微球及其制備方法和應用，該微生物微球機械強度大， 不易破碎，適宜微生物生長繁殖，采用該微生物微球可顯著提高污水處理效果。
[0011] 一種微生物微球，包括載體和附著在載體上的微生物，所述載體以聚乙烯醇和海 藻酸鈉為包埋材料，所述載體包含〇. 4~2wt %的磁鐵粉。
[0012] 本發明將大量的微生物包埋在載體內部，在污水處理過程中，不會隨著污水流動 而流失，使污水處理前期微生物的保有量得到保障，同時也因為載體的保護，使得微生物的 耐沖擊性增強，縮短了污水處理系統的啟動時間，在足夠的微生物保有量的情況下，處理效 果更好。
[0013] 所述的磁鐵粉又名鐵精粉是鐵礦石經過破碎、磨碎、選礦等加工處理后獲得的礦 粉，磁鐵粉為黑色粉末，大小在300目左右，磁性物含量在95%以上，鐵含量在63%以上，水 分含量小于1 %，主要用途是作為煤炭行業重介質選煤工藝的分選介質。
[0014] 所述載體還包含活性炭粉末。活性炭可作為吸附劑，起到吸附污水中污染物的作 用，能將污水的污染素進行吸附，并供給微生物用于繁殖生長；同時活性炭與磁鐵粉相互作 用，可實現載體機械強度的增大和破碎率的降低。作為優選，所述活性炭粉末的粒徑為小于 0. 075mm。
[0015] 磁鐵粉的粒徑對微生物微球的結構有影響，進而影響微生物微球的機械強度、破 碎率和使用壽命。所述磁鐵粉的粒徑為0. 03~0. 05mm。
[0016] 聚乙烯醇的醇解度對微生物微球的機械強度、破碎率有影響，作為優選，所述聚乙 烯醇的醇解度多99%
[0017] 所述微生物微球的粒徑為2~5_，有利于包埋劑與交聯劑充分反應，結構穩定， 同時，比表面積大，便于微球與污水接觸，有利用微生物的釋放和提高污水處理效率。
[0018] 本發明提供了一種所述的微生物微球的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0019] (1)將聚乙烯醇和海藻酸鈉水浴加熱溶解后，與活性炭粉末和磁鐵粉混合，得到混 合液；
[0020] (2)將混合液與微生物混合，過濾雜質后，滴入交聯劑中，得到微生物微球。
[0021] 本發明對于微生物微球中固定化的微生物種類無嚴格要求，微生物以菌泥的形式 加入到混合液中。所述的交聯劑為硼酸-氯化鈣交聯劑。混合液滴入交聯劑后獲得的微球 還需經過質量分數為〇. 9%的氯化鈉去離子水洗滌2~3次，以去除微生物微球表面殘留的 雜質。
[0022] 作為優選，所述聚乙烯醇、海藻酸鈉、活性炭粉末和磁鐵粉的質量比為10~ 20 : 1 ~4 : 1 ~4 : 1 ~4〇
[0023] 本發明還提供了一種所述的微生物微球在處理工業污水和市政污水中的應用。
[0024] 將本發明微生物微球加入污水處理工藝中，微生物微球的投加量為2~10%。投 入量過少時，易造成污水處理效率較低的問題；而投入量過高時，不利于微生物微球在反應 池內的流動，影響微生物微球與污水的充分接觸。
[0025] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0026](1)本發明將磁鐵粉加入到微生物微球中作為載體的組分之一，不僅使微生物微 球的機械強度增大、破碎率降低、使用壽命延長，還有效促進了微生物的繁殖，進而提高了 污水的處理效果；
[0027] (2)本發明微生物微球對功能菌具有保護作用，避免功能菌完全暴露在有毒的污 水中，使微生物耐污水沖擊性提高，確保污水處理工藝的穩定。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發明微生物微球的圖片；
[0029] 圖2為本發明微生物微球在處理工業污水的工藝中污水的化學需氧量的變化情 況；
[0030] 圖3為本發明微生物微球在處理市政污水的工藝中污水的化學需氧量的變化情 況；
[0031] 圖4為本發明微生物微球表面掃描電鏡圖；
[0032] 圖5為本發明微生物微球內部透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0033] 下面結合具體實施例對本發明作進一步闡釋。
[0034] 本發明中采用的實驗檢測方法分別為：
[0035] 氨氮（NH4+-N)的檢測方法：水楊酸-次氯酸鹽光度法；亞硝酸鹽氮（N0 2-N)的檢測 方法：N-(l-萘基）-乙二胺光度法；化學需氧量（CODcr)檢測方法。聚乙烯醇的CAS號為 9002-89-5,海藻酸鈉的 CAS 號為 9005-38-3。
[0036] 實施例1
[0037] 1、每1L水中加入60g的醇解度（摩爾分數）多99%的聚乙烯醇和10g的海藻酸 鈉，并置于95°C的熱水中進行水浴，至聚乙烯醇和海藻酸鈉充分溶解；
[0038] 2、往步驟（1)溶解后的液體中加入20g的粒徑小于0. 075mm的活性炭粉末和20g 的粒徑為0. 044mm的磁鐵粉，充分混勻；
[0039] 3、步驟（2)中制成的混合液冷卻至室溫，將60g菌泥（水解菌、脫氮菌等功能微生 物）用20ml 0.9wt%氯化鈉去離子水懸浮后加入到混合液中，充分混勻；
[0040] 4、用紗布過濾步驟（3)混勻后的混合液，去除混合液中顆粒較大的雜質；
[0041] 5、配制硼酸-氯化鈣交聯劑：配制飽和硼酸溶液，每升飽和的硼酸溶液中加入氯 化鈣10-30g，充分溶解后，用碳酸鈉將溶液的pH調至6-7,將配制好的溶液放置在4-8°C下 預冷；
[0042] 6、將步驟（4)得到的混合液滴入步驟（5)配制的交聯劑中制備成2-5mm的微球， 4-8°C下靜置12-36小時；
[0043] 7、將所得的微球用0. 9wt% NaCl去離子水洗滌2-3次，得到微生物微球；
[0044] 8、將微生物微球置于4-8 °C下保存備用。
[0045] 實施例2
[0046] 1、每1L水中加入60g的醇解度（摩爾分數）97. 0~98. 8%的聚乙烯醇和10g的 海藻酸鈉，并置于95°C的熱水中進行水浴，至聚乙烯醇和海藻酸鈉充分溶解；
[0047] 2、往步驟（1)溶解后的液體中加入20g的粒徑小于0. 075mm的活性炭粉末和20g 的粒徑為0. 044mm的磁鐵粉，充分混勻；
[0048] 3、步驟（2)中制成的混合液冷卻至室溫，將60g菌泥（水解菌、脫氮菌等功能微生 物）用20ml 0.9wt%氯化鈉去離子水懸浮后加入到混合液中，充分混勻；
[0049] 4、用紗布過濾步驟（3)混勻后的混合液，去除混合液中顆粒較大的雜質；
[0050] 5、配制硼酸-氯化鈣交聯劑：配制飽和硼酸溶液，每升飽和的硼酸溶液中加入氯 化鈣10-30g，充分溶解后，用碳酸鈉將溶液的pH調至6-7,將配制好的溶液放置在4-8°C下 預冷；
[0051] 6、將步驟（4)得到的混合液滴入步驟（5)配制的交聯劑中制備成2-5_的微球， 4-8°C下靜置12-36小時；
[0052] 7、將所得的微球用0. 9wt% NaCl去離子水洗滌2-3次，得到微生物微球；
[0053] 8、將微生物微球置于4-8 °C下保存備用。
[0054] 實施例3
[0055] 1、每1L水中加入60g的醇解度（摩爾分數）87. 0~89. 0%的聚乙烯醇和10g的 海藻酸鈉，并置于95°C的熱水中進行水浴，至聚乙烯醇和海藻酸鈉充分溶解；
[0056] 2、往步驟（1)溶解后的液體中加入20g的粒徑小于0. 075mm的活性炭粉末和20g 的粒徑為0. 044mm的磁鐵粉，充分混勻；
[0057] 3、步驟（2)中制成的混合液冷卻至室溫，將60g菌泥（本室分離