[發明專利]包埋有固定化優勢菌的微膠囊及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 200810143237.X
• 申請日: 2008-09-18
• 公開（公告）號: CN101348781A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 陳介南;熊曉妹;何鋼;林佳;施英喬
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: C12N11/04
• 分類號: C12N11/04;C02F3/34;C12R1/38;C12R1/01;C02F103/28
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明屬于污水的微生物處理技術領域，尤其涉及一種包埋固定化細菌的微膠囊及其制備和在污水處理中的應用。

背景技術

對于高得率木漿造紙廠的污水可用與其他造紙污水相同的方法進行處理，治理技術多樣化，但生物處理是其不可缺少的重要組成部分。生物處理作為經濟合理、有效的水污染控制手段，目前常用的方法有活性污泥法以及生物膜法，而強化生物技術也逐漸成為研究熱點，例如微生物的固定化。目前微生物的固定化主要有吸附法、共價結合法、交聯法、包埋法等四大類。吸附法是指微生物吸附在載體表面而固定的方法，生物膜法是其代表性的例子，吸附法由于耐水沖擊性不強而受到限制；共價結合法和交聯法因化學反應過程復雜激烈，因此污水處理中這兩種方法基本不用；現有的包埋法技術因其傳質性能差、凝膠機械強度低而影響其應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種成本低、生物相容性好、傳質性能好、機械強度高、并能有效處理造紙廢水的包埋有固定化優勢菌的微膠囊，還提供一種工藝簡單、成本低、環境友好的微膠囊的制備方法及應用。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種包埋有固定化優勢菌的微膠囊，其特征在于所述微膠囊由內核和外覆的膜構成，其內核為海藻酸鈣凝膠珠，所述海藻酸鈣凝膠珠中包含有納米材料固定的優勢菌，內核外包覆有殼聚糖膜，殼聚糖膜外包覆有海藻酸鈉膜，所述微膠囊的平均粒徑一般為1～2mm。

上述微膠囊中包含的優勢菌是用同步培養法對活性污泥進行馴化、分離濃縮后，在含造紙廢水培養基或含木質素培養基中篩選得到，其可以是假單胞菌屬、戈登氏菌屬中的任意一種細菌，所述的優勢菌能有效降解造紙廢水中的木質素、芳香烴類等有毒有機污染物。

上述用于固定優勢菌的納米材料為二氧化硅，二氧化硅的比表面積為1000m²/g～1200m²/g。

本發明還提供一種上述包埋有固定化優勢菌的微膠囊的制備方法，包括以下步驟：

(1)優勢菌的篩選：采集活性污泥，用同步培養法對活性污泥進行馴化，所述同步培養法是指用生活污水與造紙廢水的配比混合液進行馴化，且造紙廢水與生活污水的體積比逐日增加，直至造紙廢水替代生活污水；將馴化成熟的活性污泥分離濃縮制成不同濃度的菌懸液，在含選擇性培養基(含造紙廢水培養基或含木質素培養基)對菌懸液進行劃線分離后，篩選出高效降解造紙廢水的優勢菌懸液；

(2)優勢菌的固定：首先向海藻酸鈉溶液(質量分數為1.5～2.5％)中添加乳化劑吐溫80，100體積的海藻酸鈉溶液中添加0.5～1體積的吐溫80，攪拌均勻后得溶液A；將篩選出的優勢菌懸液與納米二氧化硅混合后添加到溶液A中得到溶液B，所述優勢菌懸液在溶液B中的體積分數控制在10～25％，納米二氧化硅在溶液B中的濃度控制在0.5～1.0g/L；將溶液B以注射方式滴加到氯化鈣溶液(質量分數為3～5％)中進行凝膠化反應，得到小球狀的海藻酸鈣凝膠珠；再將海藻酸鈣凝膠珠與殼聚糖溶液(可選用質量分數為1.5～2.0％殼聚糖溶液)進行成膜反應，最后用海藻酸鈉溶液(可選用質量分數為0.15～0.2％的海藻酸鈉溶液)覆膜，制得包埋有固定化優勢菌的微膠囊。

本發明還提供一種上述包埋有固定化優勢菌的微膠囊在木漿造紙廢水處理上的應用。所述微膠囊一般用于處理pH值為7～9的木漿造紙廢水。每升木漿造紙廢水中可添加20～50g的微膠囊。將添加有所述微膠囊的木漿造紙廢水置于曝氣生化處理池中對其進行曝氣處理，曝氣生化處理池中的水力停留時間為8～30小時，溶解氧濃度控制在2～8mg/L。

與現有技術相比，本發明的優點在于將高效降解造紙廢水的優勢菌固定在納米材料上再包埋于微膠囊中，從而有效提高了微生物對造紙廢水的處理效果，減少了微生物的流失；其次，本發明中裝備微膠囊的物質——海藻酸鈉其生物相容性好，且廉價易得，分子鏈上有大量的梭基，可以通過正、負電荷吸引與許多聚陽離子物質形成聚電解質膜；再次，本發明在成膜壁材中添加了適量的壁材添加物——納米二氧化硅，其有很大的比表面積和細孔容積，利用二氧化硅的吸附作用，一方面可以使更多的小分子的降解基質和溶解氧被吸附進微膠囊并濃縮在二氧化硅表面和周圍，為微生物的代謝活動營造良好的微環境，加快了有機物的降解過程，另一方面還可以延長降解基質與微生物的接觸時間，達到更好的降解效果；同時，納米二氧化硅材料的加入，還有助于本發明微膠囊的傳質性能和機械強度性能的提高。