一种用于污水处理的生物载体及其制备方法
阅读：145发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种用于污水处理的生物载体及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于污 水 处理 的 生物 载体及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：先用 发酵 培养基制备细菌 纤维 素膜，然后对细菌 纤维素 膜进行纯化，再进行 冷冻干燥 得到细菌纤维素气凝胶，接着 热解 制得纳米 碳 纤维气凝胶，最后氟化纳米 碳纤维 气凝胶得到用于 污水处理 的生物载体。本发明制备的生物载体具有利于 微生物 粘附的适度 润湿性 ，缩短了微生物挂膜时间。该生物载体具有三维多孔互联网络结构和高 生物相容性 ，有利于微生物生长，提高污水处理效率。且该生物载体的原料环保，制备方法简便，符合可持续发展战略的技术要求。，下面是一种用于污水处理的生物载体及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种用于污水处理的生物载体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)细菌纤维素膜的制备：将木葡糖酸醋杆菌接种到经灭菌的液体培养基中，在30℃下，160r/min振荡培养12-24h；培养完成后将其接种到经灭菌的发酵培养基中，在30℃下静置培养9-20天；培养完成后分离出细菌纤维素膜；
(2)细菌纤维素膜的纯化：在室温下将步骤(1)制得的细菌纤维素膜浸入0.2mol/L的NaOH溶液中24-72h，以除去残留的发酵培养基和菌体；然后用蒸馏水洗涤细菌纤维素膜至洗涤废水pH降至7-7.5，得到纯化的细菌纤维素膜；
(3)细菌纤维素气凝胶的制得：将步骤(2)纯化的细菌纤维素膜裁剪成规则矩形，用去离子水冲洗三次；冲洗完成后除去细菌纤维素膜表面多余水分，置于液氮中冷冻，然后在-
70℃升华温度和600kPa真空度下冷冻干燥形成细菌纤维素气凝胶；
(4)纳米碳纤维气凝胶的制备：将步骤(3)制得的细菌纤维素气凝胶在流动氩气下，以2-1 -1
℃min 的升温速率升温到500℃并稳定1h，再以3℃min 的升温速率升温至700-1000℃并稳定1h，热解制得纳米碳纤维气凝胶；
(5)氟化纳米碳纤维气凝胶：将步骤(4)制得的纳米碳纤维气凝胶固定到镍网上，再将其放入镍反应器内，封闭反应器后，通氮气排出反应器中的空气，在氮气保护下以10-18℃/min的升温速率升温到350℃，恒温2小时脱水；然后继续以10-18℃/min的升温速率升温至
380-450℃，在大气压下以0.2Lmin-1的流速通体积比为1:8-10的氟气与氮气混合气体15-
30min，得到氟化的纳米碳纤维气凝胶即一种用于污水处理的生物载体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中每升液体培养基含25-
30g葡萄糖、6-7.5g酵母抽提物、8-10g巴豆蛋白胨、3-4g磷酸二钠和1-1.3g柠檬酸。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中发酵培养基为经处理并添加辅料后的大米浸泡水、豆腐加工废水、马铃薯废水、梨渣水解液或冬瓜切条粉碎蒸煮脱水中的任意一种或多种的混合。
4.一种根据权利要求1-3任一所述的制备方法制得的一种用于污水处理的生物载体。
一种用于污水处理的生物载体及其制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 随着我国社会经济发展脚步加快，人口数量达到了新的高度，随之而来的污水排放量也不断提高，水资源短缺的压力越来越大。故发展污水处理技术，使污水达到排水标准或再次使用的水质要求，以缓解水资源短缺越来越重要。
[0003] 污水生物处理是现代污水处理中应用最广泛的方法之一。生物处理就是借助微生物的新陈代谢活动，使有机污染物转化成为稳定的无害物质释放或富集，从而从污水中去除的过程。生物处理法处理效果好、成本低、运行稳定，是目前污水处理工艺的核心部分。但目前生物处理法仍存在许多问题如微生物在载体上附着难、曝气池曝气不足微生物生长缓慢、生物载体材料不环保等问题。故对现有污水生物处理技术进行改进，从而实现高效污水处理十分有必要。
[0004] 目前使用的生物载体主要有陶粒、活性炭、PP和PE等材料。其中应用较广的是诸如PP和PE之类的塑料生物载体，但塑料易对环境再次产生危害。而生物基材料作为一种绿色、环境友好、原料可再生的材料，近年来受到材料技术开发领域的广泛关注。我国作为粮食大国，食品产业的规模性不容小觑，种类覆盖酿造、肉品、饮料、果蔬生鲜等，这些产品在生产加工过程中因经洗涤、浸泡、烫煮和设备清洗等操作时会产生大量含有机物的废水。这些废水不妥善处理不仅会造成水体污染，还会造成有机物的流失浪费。然而这些有机物在一定程度上可以被微生物所利用，使得食品加工废水具有潜在应用价值。
发明内容
[0005] 针对上述问题，本发明用主要原料为食品加工废水的发酵培养基制备细菌纤维素膜，并进一步加工得到氟化的纳米碳纤维气凝胶即一种用于污水处理的生物载体。制备出的生物载体具有利于微生物粘附的适度润湿性和利于微生物生长的三维多孔互联网络结构，提高污水处理效率。且生物载体密度小，使用时漂浮于水面，安装拆取方便，利于日常检查维护。
[0006] 为解决其技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0008] (1)细菌纤维素膜的制备：将木葡糖酸醋杆菌接种到经灭菌的液体培养基中，在30℃下，160r/min振荡培养12-24h；培养完成后将其接种到经灭菌的发酵培养基中，在30℃下静置培养9-20天；培养完成后分离出细菌纤维素膜；
[0009] (2)细菌纤维素膜的纯化：在室温下将步骤(1)制得的细菌纤维素膜浸入0.2mol/L的NaOH溶液中24-72h，以除去残留的发酵培养基和菌体；然后用蒸馏水洗涤细菌纤维素膜至洗涤废水pH降至7-7.5，得到纯化的细菌纤维素膜；
[0010] (3)细菌纤维素气凝胶的制得：将步骤(2)纯化的细菌纤维素膜裁剪成规则矩形，用去离子水冲洗三次；冲洗完成后除去细菌纤维素膜表面多余水分，置于液氮中冷冻，然后在-70℃升华温度和600kPa真空度下冷冻干燥形成细菌纤维素气凝胶；
[0011] (4)纳米碳纤维气凝胶的制备：将步骤(3)制得的细菌纤维素气凝胶在流动氩气下，以2℃min-1的升温速率升温到500℃并稳定1h，再以3℃min-1的升温速率升温至700-1000℃并稳定1h，热解制得纳米碳纤维气凝胶；
[0012] (5)氟化纳米碳纤维气凝胶：将步骤(4)制得的纳米碳纤维气凝胶固定到镍网上，再将其放入镍反应器内，封闭反应器后，通氮气排出反应器中的空气，在氮气保护下以10-18℃/min的升温速率升温到350℃，恒温2小时脱水；然后继续以10-18℃/min的升温速率升-1
温至380-450℃，在大气压下以0.2Lmin 的流速通体积比为1:8-10的氟气与氮气混合气体
15-30min，得到氟化的纳米碳纤维气凝胶即一种用于污水处理的生物载体。
温至380-450℃，在大气压下以0.2Lmin 的流速通体积比为1:8-10的氟气与氮气混合气体
15-30min，得到氟化的纳米碳纤维气凝胶即一种用于污水处理的生物载体。
[0015] 一种根据上述的制备方法制得的一种用于污水处理的生物载体。
[0016] 本发明突出特点和有益效果在于：
[0017] 1、本发明制备的一种用于污水处理的生物载体具有三维多孔互联网络结构和高生物相容性，有利于微生物粘附生长，促进生物膜快速形成。
[0019] 3、本发明制备的生物载体密度小，使用时漂浮于水面，生物载体表面生物膜更易得到空气中的氧气，尤其适用于好氧生物处理，防止曝气不足引起的微生物生长缓慢繁殖速度低、处理效率降低的情况出现。且生物载体漂浮于水面，安装拆取方便，利于日常检查维护。
[0020] 4、本发明利用食品加工中产生的废水为主要原料制备生物载体，制备方法简便环保，符合可持续发展战略的技术要求。
具体实施方式
[0021] 下面通过实施例对本发明进行具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定。对外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0022] 实施例1
[0023] 准备工作：
[0024] 制备液体培养基，液体培养基的配方包括葡萄糖25g/L，酵母抽提物6g/L，巴豆蛋白胨8g/L，磷酸二钠3g/L，柠檬酸1g/L。配制完成后灭菌备用。
[0025] 制备发酵培养基，按1:5的稀释比稀释自然发酵后的马铃薯废水，并添加蔗糖35g/L，乙醇16ml/L，氯化钙3g/L，硫酸镁0.6g/L、磷酸二氢钾1.3g/L。制得培养基pH值为5.0-5.5，灭菌后备用。
[0026] 制备步骤：
[0027] (1)将木葡糖酸醋杆菌接种到经灭菌的液体培养基中，在30℃下，160r/min振荡培养15h。培养完成后将其接种到经灭菌的发酵培养基中，在30℃下静置培养12天。培养完成后分离出细菌纤维素膜。
[0028] (2)在室温下将细菌纤维素膜浸入0.2mol/L的NaOH溶液中24h，以除去残留的发酵培养基和菌体。然后用蒸馏水洗涤细菌纤维素膜至洗涤废水pH降至7-7.5，得到纯化的细菌纤维素膜。
[0029] (3)将纯化的细菌纤维素膜裁剪成规则矩形，用去离子水冲洗三次。冲洗完成后除去细菌纤维素膜表面多余水分，置于液氮(-196℃)中冷冻，然后在-70℃升华温度和600kPa真空度下冷冻干燥形成细菌纤维素气凝胶。
[0030] (4)将步骤(3)制得的细菌纤维素气凝胶在流动氩气下，以2℃min-1的升温速率升温到500℃并稳定1h，再以3℃min-1的升温速率升温至800℃并稳定1h，热解制得纳米碳纤维气凝胶。
[0031] (5)将纳米碳纤维气凝胶固定到镍网上，再将其放入镍反应器内，封闭反应器后，通氮气排出反应器中的空气，在氮气保护下以16℃/min的升温速率升温到350℃，恒温2小时脱水。然后继续以10℃/min的升温速率升温至400℃，在大气压下以0.2Lmin-1的流速通体积比为1:10的氟气与氮气混合气体20min。得到氟化的纳米碳纤维气凝胶即一种用于污水处理的生物载体。
[0032] 实施例2
[0033] 准备工作：
[0034] 制备液体培养基，液体培养基的配方包括葡萄糖25g/L，酵母抽提物6g/L，巴豆蛋白胨8g/L，磷酸二钠3g/L，柠檬酸1g/L。配制完成后灭菌备用。
[0035] 制备发酵培养基，按1:5的稀释比稀释自然发酵后的马铃薯废水，并添加蔗糖35g/L，乙醇16ml/L，氯化钙3g/L，硫酸镁0.6g/L、磷酸二氢钾1.3g/L。制得培养基pH值为5.0-5.5，灭菌后备用。
[0036] 制备步骤：
[0037] (1)将木葡糖酸醋杆菌接种到经灭菌的液体培养基中，在30℃下，160r/min振荡培养24h。培养完成后将其接种到经灭菌的发酵培养基中，在30℃下静置培养15天。培养完成后分离出细菌纤维素膜。
[0038] (2)在室温下将细菌纤维素膜浸入0.2mol/L的NaOH溶液中36h，以除去残留的发酵培养基和菌体。然后用蒸馏水洗涤细菌纤维素膜至洗涤废水pH降至7-7.5，得到纯化的细菌纤维素膜。
[0039] (3)将纯化的细菌纤维素膜裁剪成规则矩形，用去离子水冲洗三次。冲洗完成后除去细菌纤维素膜表面多余水分，置于液氮(-196℃)中冷冻，然后在-70℃升华温度和600kPa真空度下冷冻干燥形成细菌纤维素气凝胶。
[0040] (4)将步骤(3)制得的细菌纤维素气凝胶在流动氩气下，以2℃min-1的升温速率升温到500℃并稳定1h，再以3℃min-1的升温速率升温至800℃并稳定1h，热解制得纳米碳纤维气凝胶。
[0041] (5)将纳米碳纤维气凝胶固定到镍网上，再将其放入镍反应器内，封闭反应器后，通氮气排出反应器中的空气，在氮气保护下以15℃/min的升温速率升温到350℃，恒温2小时脱水。然后继续以10℃/min的升温速率升温至380℃，在大气压下以0.2Lmin-1的流速通体积比为1:10的氟气与氮气混合气体20min。得到氟化的纳米碳纤维气凝胶即一种用于污水处理的生物载体。
[0042] 实施例3
[0043] 准备工作：
[0044] 制备液体培养基，液体培养基的配方包括葡萄糖30g/L，酵母抽提物6g/L，巴豆蛋白胨9g/L，磷酸二钠4g/L，柠檬酸1g/L。配制完成后灭菌备用。
[0045] 制备发酵培养基，在梨渣水解液中添加蔗糖25g/L，牛肉膏5g/L，磷酸氢二钠4g/L，柠檬酸0.9g/L，乙醇16ml/L。制得培养基pH值为5.5～6.0，灭菌后备用。
[0046] 制备步骤：
[0047] (1)将木葡糖酸醋杆菌接种到经灭菌的液体培养基中，在30℃下，160r/min振荡培养18h。培养完成后将其接种到经灭菌的发酵培养基中，在30℃下静置培养11天。培养完成后分离出细菌纤维素膜。
[0048] (2)在室温下将细菌纤维素膜浸入0.2mol/L的NaOH溶液中48h，以除去残留的发酵培养基和菌体。然后用蒸馏水洗涤细菌纤维素膜至洗涤废水pH降至7-7.5，得到纯化的细菌纤维素膜。
[0049] (3)将纯化的细菌纤维素膜裁剪成规则矩形，用去离子水冲洗三次。冲洗完成后除去细菌纤维素膜表面多余水分，置于液氮(-196℃)中冷冻，然后在-70℃升华温度和600kPa真空度下冷冻干燥形成细菌纤维素气凝胶。
[0050] (4)将步骤(3)制得的细菌纤维素气凝胶在流动氩气下，以2℃min-1的升温速率升温到500℃并稳定1h，再以3℃min-1的升温速率升温至750℃并稳定1h，热解制得纳米碳纤维气凝胶。
[0051] (5)将纳米碳纤维气凝胶固定到镍网上，再将其放入镍反应器内，封闭反应器后，通氮气排出反应器中的空气，在氮气保护下以18℃/min的升温速率升温到350℃，恒温2小时脱水。然后继续以10℃/min的升温速率升温至420℃，在大气压下以0.2Lmin-1的流速通体积比为1:8的氟气与氮气混合气体15min。得到氟化的纳米碳纤维气凝胶即一种用于污水处理的生物载体。
[0052] 实施例4
[0053] 准备工作：
[0054] 制备液体培养基，液体培养基的配方包括葡萄糖30g/L，酵母抽提物6g/L，巴豆蛋白胨9g/L，磷酸二钠4g/L，柠檬酸1g/L。配制完成后灭菌备用。
[0055] 制备发酵培养基，在梨渣水解液中添加蔗糖25g/L，牛肉膏5g/L，磷酸氢二钠4g/Lg，柠檬酸0.9g/L，乙醇16ml/L。制得培养基pH值为5.5～6.0，灭菌后备用。
[0056] 制备步骤：
[0057] (1)将木葡糖酸醋杆菌接种到经灭菌的液体培养基中，在30℃下，160r/min振荡培养24h。培养完成后将其接种到经灭菌的发酵培养基中，在30℃下静置培养17天。培养完成后分离出细菌纤维素膜。
[0058] (2)在室温下将细菌纤维素膜浸入0.2mol/L的NaOH溶液中48h，以除去残留的发酵培养基和菌体。然后用蒸馏水洗涤细菌纤维素膜至洗涤废水pH降至7-7.5，得到纯化的细菌纤维素膜。
[0059] (3)将纯化的细菌纤维素膜裁剪成规则矩形，用去离子水冲洗三次。冲洗完成后除去细菌纤维素膜表面多余水分，置于液氮(-196℃)中冷冻，然后在-70℃升华温度和600kPa真空度下冷冻干燥形成细菌纤维素气凝胶。
[0060] (4)将步骤(3)制得的细菌纤维素气凝胶在流动氩气下，以2℃min-1的升温速率升温到500℃并稳定1h，再以3℃min-1的升温速率升温至750℃并稳定1h，热解制得纳米碳纤维气凝胶。
[0061] (5)将纳米碳纤维气凝胶固定到镍网上，再将其放入镍反应器内，封闭反应器后，通氮气排出反应器中的空气，在氮气保护下以15℃/min的升温速率升温到350℃，恒温2小时脱水。然后继续以15℃/min的升温速率升温至420℃，在大气压下以0.2Lmin-1的流速通体积比为1:10的氟气与氮气混合气体30min。得到氟化的纳米碳纤维气凝胶即一种用于污水处理的生物载体。
[0062] 实施例5
[0063] 准备工作：
[0064] 制备液体培养基，液体培养基的配方包括葡萄糖23g/L，酵母抽提物7g/L，巴豆蛋白胨9g/L，磷酸二钠3g/L，柠檬酸1.1g/L。配制完成后灭菌备用。
[0065] 制备发酵培养基，向豆腐加工废水中添加蔗糖25g/L，磷酸氢二钠4g/L，柠檬酸0.9g/L，乙醇12ml/L。制得培养基pH值为5.5～6.0，灭菌后备用。
[0066] 制备步骤：
[0067] (1)将木葡糖酸醋杆菌接种到经灭菌的液体培养基中，在30℃下，160r/min振荡培养18h。培养完成后将其接种到经灭菌的发酵培养基中，在30℃下静置培养20天。培养完成后分离出细菌纤维素膜。
[0068] (2)在室温下将细菌纤维素膜浸入0.2mol/L的NaOH溶液中48h，以除去残留的发酵培养基和菌体。然后用蒸馏水洗涤细菌纤维素膜至洗涤废水pH降至7-7.5，得到纯化的细菌纤维素膜。
[0069] (3)将纯化的细菌纤维素膜裁剪成规则矩形，用去离子水冲洗三次。冲洗完成后除去细菌纤维素膜表面多余水分，置于液氮(-196℃)中冷冻，然后在-70℃升华温度和600kPa真空度下冷冻干燥形成细菌纤维素气凝胶。
[0070] (4)将步骤(3)制得的细菌纤维素气凝胶在流动氩气下，以2℃min-1的升温速率升温到500℃并稳定1h，再以3℃min-1的升温速率升温至1000℃并稳定1h，热解制得纳米碳纤维气凝胶。
[0071] (5)将纳米碳纤维气凝胶固定到镍网上，再将其放入镍反应器内，封闭反应器后，通氮气排出反应器中的空气，在氮气保护下以18℃/min的升温速率升温到350℃，恒温2小时脱水。然后继续以15℃/min的升温速率升温至450℃，在大气压下以0.2Lmin-1的流速通体积比为1:9的氟气与氮气混合气体25min。得到氟化的纳米碳纤维气凝胶即一种用于污水处理的生物载体。
[0072] 实施例6
[0073] 准备工作：
[0074] 制备液体培养基，液体培养基的配方包括葡萄糖23g/L，酵母抽提物7g/L，巴豆蛋白胨9g/L，磷酸二钠3g/L，柠檬酸1.1g/L。配制完成后灭菌备用。
[0075] 制备发酵培养基，向豆腐加工废水中添加蔗糖25g/L，磷酸氢二钠4g/L，柠檬酸0.9g/L，乙醇12ml/L。制得培养基pH值为5.5～6.0，灭菌后备用。
[0076] 制备步骤：
[0077] (1)将木葡糖酸醋杆菌接种到经灭菌的液体培养基中，在30℃下，160r/min振荡培养24h。培养完成后将其接种到经灭菌的发酵培养基中，在30℃下静置培养17天。培养完成后分离出细菌纤维素膜。
[0078] (2)在室温下将细菌纤维素膜浸入0.2mol/L的NaOH溶液中72h，以除去残留的发酵培养基和菌体。然后用蒸馏水洗涤细菌纤维素膜至洗涤废水pH降至7-7.5，得到纯化的细菌纤维素膜。
[0079] (3)将纯化的细菌纤维素膜裁剪成规则矩形，用去离子水冲洗三次。冲洗完成后除去细菌纤维素膜表面多余水分，置于液氮(-196℃)中冷冻，然后在-70℃升华温度和600kPa真空度下冷冻干燥形成细菌纤维素气凝胶。
[0080] (4)将步骤(3)制得的细菌纤维素气凝胶在流动氩气下，以2℃min-1的升温速率升温到500℃并稳定1h，再以3℃min-1的升温速率升温至1000℃并稳定1h，热解制得纳米碳纤维气凝胶。
[0081] (5)将纳米碳纤维气凝胶固定到镍网上，再将其放入镍反应器内，封闭反应器后，通氮气排出反应器中的空气，在氮气保护下以15℃/min的升温速率升温到350℃，恒温2小时脱水。然后继续以15℃/min的升温速率升温至430℃，在大气压下以0.2Lmin-1的流速通体积比为1:9的氟气与氮气混合气体25min。得到氟化的纳米碳纤维气凝胶即一种用于污水处理的生物载体。
[0082] 如下表为本发明实施例1-6制得的生物载体的接触角在100°-120°，有利于微生物粘附；仅用8-12天时间完成挂膜。
[0083]
[0084] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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