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一种包埋降解生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法

阅读:2发布:2021-10-01

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1.一种包埋降解生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法:其特征是所述方法包括以下步骤:
a)在无菌条件下,将降解微生物的菌悬液和灭菌处理的复合材料溶液混合;所述复合材料溶液中由95~105g/L的聚乙烯醇、9~11g/L的海藻酸钠,28~32g/L的SiO2,4.5~
5.5g/L的CaCO3、5~7g/L的活性炭及余量的去离子配制而成;
b)在无菌环境下将步骤1)得到的均匀混合了菌悬液的复合材料溶液逐滴滴入交联剂中,硬化处理后得到固定化载体,所述的交联剂为饱和酸溶液中溶解质量分数为1.8~
2.2%的氯化固体并用氢化钠溶液调pH为6.1~6.3后得到;
所述降解微生物采用以下方法筛选:
1)取样:从焦化废水处理装置中采集带有污泥废水样品,所述废水样品中包括好氧处理装置出水和厌氧处理装置出水;
2)培养与转接:将样品加入含有苯酚、吡啶、喹啉的液体无机盐培养基中,于27~33℃条件下培养,用紫外扫描检测其降解效果,当扫描曲线降平的时候作为培养终点,以同样培养条件进行多次转接,取多次转接之后的上清液作为筛选得到的高效降解菌群的接种菌,所述液体无机盐培养基配比如下:NaCl 0.9~1.1g/L,NH4NO3 0.9~1.1g/L,K2HPO4 1.20~
1.8g/L,KH2PO4 0.4~0.6g/L,MgSO4·7H2O 0.15~0.25g/L,pH 7.0-7.2,苯酚10~100mg/L、吡啶10~100mg/L、喹啉10~100mg/L,以及余量的蒸馏水,以苯酚、吡啶、喹啉为唯一氮源;
3)分离纯化:采用LB固体培养基对步骤2)得到的降解菌群进行涂布分离、多次划线纯化,并保种。
2.如权利要求1所述的一种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法,其特征是所述液体无机盐培养基的配比优选为NaCl 1.0g/L,NH4NO3 1.0g/L,K2HPO4 1.5g/L,KH2PO4 0.5g/L,MgSO4·7H2O 0.2g/L,苯酚40~60mg/L、吡啶40~60mg/L、喹啉40~60mg/L,培养条件为将培养基置于三瓶中,于30℃,180rpm条件下,进行培养。
3.如权利要求1或2所述的一种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法,其特征是所述菌群主要包括数量比为95~105:25~30:210~230:55~65:90~100的赤红球菌(Rhodococcus ruber)、药用肉毒杆菌(Patulibacter medicamentivorans)、蝗科副球菌(Paracoccus acridae)、角膜松解微杆菌(Microbacterium keratanolyticum)和庆笙红球菌(Rhodococcus qingshengii)。
4.如权利要求1所述的一种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法,其特征是所述菌悬液的制备方法为:将接种菌转接在LB液体培养基中,30℃、180rmp环境培养
48h,得到种子液,将上述1mL种子液接种到100mL的LB培养基中,180r/min、30℃培养24h,
6000r/min、4℃离心10min,弃去上清,用无菌水吹打重悬,离心,弃上清,如此重复3次,将得到的菌体用无机盐溶液制备成OD600为2.0的菌悬液,所述无机盐溶液的无机盐含量为NaCl 
1.0g/L,NH4NO3 1.0g/L,K2HPO4 1.5g/L,KH2PO4 0.5g/L,MgSO4·7H2O 0.2g/L,1mL微量元素储备液/L,所述微量元素储备液的配比是KI 0.005g,MnSO4·4H2O 0.2g,CuSO4·2H2O 
0.02g,ZnSO4·7H2O 0.2g,Na2MoO4·2H2O 0.25g,H3BO3 0.008g,FeCl3·6H2O 0.1g,加水至
100mL;所述复合材料溶液中由100g/L的聚乙烯醇、10g/L的海藻酸钠,30g/L的二氧化
5g/L的碳酸钙、6g/L的活性炭及余量的去离子水配制而成,所述交联剂由饱和硼酸溶液中溶解质量分数为2%的氯化钙固体并用0.5mol/L的氢氧化钠调pH为6.22后得到,所述硬化处理条件为在4℃条件下交联处理12~24h。
5.如权利要求4所述的一种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法,其特征是所述菌悬液与复合材料溶液的体积比为18~22:100。
6.采用如权利要求1~5任一所述的一种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法得到的固定化载体。

说明书全文

一种包埋降解生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于焦化的生物处理的包埋微生物固定化载体及其制备方法。

背景技术

[0002] 焦化废水是在焦炭炼制、净化及焦化回收过程中产生的废水,它包含很多复杂的有机污染物,包括喹啉类、吡啶、酚类、苯类等多种有机物,被列为难处理污水。由于多种污染物之间具有加和(Additive)、协同(Synergism)、拮抗(Antagonism)等作用,采用常规生物法进行废水处理时,焦化废水对微生物生长的毒性较大,导致生物法处理焦化废水时,存在耐受的污染物浓度低,降解效率差,活性污泥易失活等诸多问题,严重影响了采用生物法处理复合污染焦化废水这一措施的应用。
[0003] 包埋固定化微生物技术是目前水处理领域的研究重点,采用包埋降解微生物的固定化载体,可以提高利用微生物处理焦化废水时的处理效果,克服了微生物细胞太小、与水溶液分离较难、易造成二次污染等弊端,使细胞内的酶系统得以保存完整、反应更加充分。适当而精细的固定化微观支架可以赋予固定化细胞一定的特性,具有吸附生物降解特性的固定化载体微球,可以使目标污染物吸附在载体表面从而促进降解菌株充分接触污染物,加速降解过程。但是在研究中我们发现,当降解微生物为筛选到的特定复合菌群时,常规包埋微生物及制备固定化载体方式对降解效果存在者不良影响,因此提供一种能够充分发挥降解微生物处理焦化废水效果的包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法成为现有技术中亟待解决的问题。

发明内容

[0004] 为解决上述问题,本发明在筛选出一种筛选苯酚、吡啶、喹啉高效降解菌群基础上,通过优化固定化载体的制备工艺,得到了一种能够充分发挥降解微生物处理焦化废水能的包埋降解微生物的固定化载体制备方法及采用该方法制备的固定化载体。
[0005] 为解决上述问题,本发明提供的的技术方案为:
[0006] 一种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法:其特征是所述方法包括以下步骤:
[0007] a)在无菌条件下,将降解微生物的菌悬液和灭菌处理的复合材料溶液混合;所述复合材料溶液中由95~105g/L的聚乙烯醇、9~11g/L的海藻酸钠,28~32g/L的,4.5~5.5g/L的、5~7g/L的活性炭及余量的去离子水配制而成。
[0008] b)在无菌环境下将步骤1)得到的均匀混合了菌悬液的复合材料溶液逐滴滴入交联剂中,硬化处理后得到固定化载体,所述的交联剂为饱和酸溶液中溶解质量分数为1.8~2.2%的氯化钙固体并用氢氧化钠溶液调pH为6.1~6.3后得到;
[0009] 所述降解微生物采用以下方法筛选
[0010] 1)取样:从焦化废水处理装置中采集带有污泥的废水样品,所述废水样品中包括好氧处理装置出水和厌氧处理装置出水;
[0011] 2)培养与转接:将样品加入含有苯酚、吡啶、喹啉的液体无机盐培养基中,于27~33℃条件下培养,用紫外扫描检测其降解效果,当扫描曲线降平的时候作为培养终点,以同样培养条件进行多次转接,取多次转接之后的上清液作为筛选得到的高效降解菌群的接种菌,所述液体无机盐培养基配比如下:NaCl 0.9~1.1g/L,NH4NO3 0.9~1.1g/L,K2HPO4 
1.20~1.8g/L,KH2PO4 0.4~0.6g/L,MgSO4·7H2O 0.15~0.25g/L,pH 7.0-7.2,苯酚10~
100mg/L、吡啶10~100mg/L、喹啉10~100mg/L,以及余量的蒸馏水,以苯酚、吡啶、喹啉为唯一碳氮源;
[0012] 3)分离纯化:采用LB固体培养基对步骤3)得到的降解菌群进行涂布分离、多次反复纯化,并保种。
[0013] 所述的一种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法,其特征是所述液体无机盐培养基的配比优选为NaCl 1.0g/L,NH4NO3 1.0g/L,K2HPO4 1.5g/L,KH2PO4 0.5g/L,MgSO4·7H2O 0.2g/L,苯酚40~60mg/L、吡啶40~60mg/L、喹啉40~60mg/L,培养条件为将培养基置于三瓶中,于30℃,180rpm条件下,进行培养。
[0014] 所述的一种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法,其特征是所述菌群主要包括数量比为95~105:25~30:210~230:55~65:90~100的赤红球菌(Rhodococcus ruber)、药用肉毒杆菌(Patulibacter medicamentivorans)、蝗科副球菌(Paracoccus acridae)、角膜松解微杆菌(Microbacterium keratanolyticum)和庆笙红球菌(Rhodococcus qingshengii)。
[0015] 所述的一种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法,其特征是所述菌悬液的制备方法为:将接种菌转接在LB液体培养基中,30℃、180rmp环境培养48h,得到种子液,将上述1mL种子液接种到100mL的LB培养基中,180r/min、30℃培养24h,6000r/min、4℃离心10min,弃去上清,用无菌水吹打重悬,离心,弃上清,如此重复3次,将得到的菌体用无机盐溶液制备成OD600为2.0的菌悬液,所述无机盐溶液的无机盐含量为NaCl 1.0g/L,NH4NO3 1.0g/L,K2HPO4 1.5g/L,KH2PO4 0.5g/L,MgSO4·7H2O 0.2g/L,1mL微量元素储备液/L,所述微量元素储备液的成分是KI 0.005g,MnSO4·4H2O 0.2g,CuSO4·2H2O 0.02g,ZnSO4·7H2O 0.2g,Na2MoO4·2H2O 0.25g,H3BO3 0.008g,FeCL3·6H2O 0.1g,加水至100mL;所述复合材料溶液中由100g/L的聚乙烯醇、10g/L的海藻酸钠,30g/L的SiO2,5g/L的CaCO3、
6g/L的活性炭及余量的去离子水配制而成,所述交联剂由饱和硼酸溶液中溶解质量分数为
2%的氯化钙固体并用0.5mol/L的氢氧化钠调pH为6.22后得到,所述硬化处理条件为在4℃条件下交联处理12~24h,所述菌悬液与复合材料溶液的体积比为5~30:100,优选18~22:
100。
[0016] 在复合溶液逐滴滴入交联剂中时,控制液滴大小,使制得的所述复合固定化载体小球的直径为0.3~0.7cm,优选为0.4~0.6cm。
[0017] 本发明还提供了采用所述任一种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法得到的固定化载体。
[0018] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0019] 1.本发明提供的所述的一种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法,操作简单,对设备要求低且价格低廉,制作过程相对安全。
[0020] 2.本发明通过优选复合材料溶液的原料配比和制备工艺,得到的固定化载体,利用了原料中活性炭的吸附性能,吸附污染物加速生物降解,优选方法制作的固定化载体小球,具有更好的降解复杂污染物的能力。
[0021] 3.采用本发明制备方法得到的固定化载体为微生物生长提供广阔的空间,有利于微生物的生长和繁殖以及对污染物质的去除,增大了生物降解在环境修复领域的应用前景。
[0022] 4.本发明的制作原理简单,结构设计合理,制得的固定化微生物小球直径在0.5cm左右,开孔率高,传质性能好,生物亲和力强,能更好的应用环境的污染修复。运行成本低、操作方便,普遍适用于环境污染治理领域,有很高实际应用价值,易于推广使用。附图说明
[0023] 图1是实施例4方法制备的固定化载体小球的内部微观结构形貌图;
[0024] 图2是实施例4方法制备的固定化载体小球的表面微观结构形貌图。

具体实施方式

[0025] 下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0026] 实施例1:筛选苯酚、吡啶、喹啉高效降解菌群的方法
[0027] 所述方法包括以下步骤:
[0028] 1)取样
[0029] 从唐山达丰焦化有限公司的污水处理装置中采集带有污泥的焦化废水,包括1mL原水(带泥)、1mL厌氧池出水(带泥)、1mL好氧池(带泥)、1mL二沉池出水(带泥)。A[0030] 2)培养与转接
[0031] 将步骤1)采集的各工艺点采集的焦化废水一并投加于100mL液体无机盐培养基,所述液体无机盐培养基配比为NaCl 1.0g/L,NH4NO3 1.0g/L,K2HPO4 1.5g/L,KH2PO4 0.5g/L,MgSO4·7H2O 0.2g/L,苯酚50mg/L、吡啶50mg/L、喹啉50mg/L。置于三角瓶口封口膜封口(封口膜表面具有透气孔)后置于30℃、180rmp摇床中培养。用紫外全波长扫描检测其降解效果,其中苯酚最大吸收峰在210nm和270nm处,喹啉的最大吸收峰在313nm和225nm处,吡啶的最大吸收峰在256nm处,在培养3天之后扫描曲线降平显示苯酚、吡啶、喹啉均已降解完成,并以此作为培养终点。到达培养终点后,转接上清液作为接种菌液,以同样的培养条件进行多次转接得到高效降解菌群。
[0032] 3)分离纯化:
[0033] 采用稀释平板涂布法分离多次转接后得到的高效降解菌群菌液(以下简称富集菌-1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8液)。将10管9mL的无菌水排列好,按10 、10 、10 、10 、10 、10 、10 、10 依次编号。在无菌操作条件下,吸取1mL富集菌液置于第一管9mL无菌水中并震荡,即为10-1浓度的菌液。同样方法依次稀释得到到10-8浓度的菌液。分别从10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8的菌液中各吸取100μL菌液于具有LB固体培养基的平板上,用玻璃涂布棒在平板上旋转涂布均匀,每个浓度的菌液做2个平板。将接种有微生物的平板置于30℃的恒温培养箱中培养。所述LB固体培养基的成分是蛋白胨10g、氯化钠10g、肉膏5g、琼脂20.0~25.0g、蒸馏水1000ml、pH=7.0~7.2。待平板长出菌落后,选取长势较好的菌下一步纯化。用接种环以无菌操作挑取一环菌落,接种到新制的灭菌平板上,对所选菌株进行进一步纯化。菌株的纯化采用平板划线法,具体过程如下:先用挑有菌落的接种环在新制平板的一边作第一次平行划线3-4条,再转动培养皿约70度角,并将接种环上剩余物烧掉,待冷却后通过第一次划线部分作第二次平行划线,再用同样的方法通过第二次划线部分作第三次划线,勿使前后两条线重叠。将接种有微生物的平板置于30℃的恒温培养箱中培养。采用PCR方法对纯化出的优势菌株进行鉴定,所述PCR方法为先提取优势菌株的DNA,之后采用PCR扩增仪将提取的DNA进行PCR扩增,接着进行DNA的琼脂糖凝胶电泳,最后基因组16SrDNA测序分析确定种属。经鉴定,筛选得到的高效降解菌群主要包括赤红球菌(Rhodococcus  ruber)、药用肉毒杆菌
(Patulibacter medicamentivorans)、蝗科副球菌(Paracoccus acridae)、角膜松解微杆菌(Microbacterium keratanolyticum)、庆笙红球菌(Rhodococcus qingshengii)。赤红球菌(Rhodococcus ruber)、药用肉毒杆菌(Patulibacter medicamentivorans)、蝗科副球菌(Paracoccus acridae)、角膜松解微杆菌(Microbacterium keratanolyticum)、庆笙红球菌(Rhodococcus qingshengii)的数量比为100:27:218:58:96。
[0034] 菌种的保藏:750μL甘油+750μL菌液混匀,-20℃保藏。
[0035] 实施例2~5:种包埋降解微生物的PVA-SA复合固定化载体的制备方法。
[0036] 降解菌群种子液的制备:将实施例1得到的富集菌液转接在LB液体培养基中,30℃、180rmp环境培养48h,得到种子液。
[0037] 菌悬液的制备:将上述1mL种子液接种到100mL的LB培养基中,180r/min、30℃培养24h,6000r/min、4℃离心10min,弃去上清,用无菌水吹打重悬,离心,弃上清,如此重复3次,将得到的菌体用无机盐溶液(所述无机盐溶液的无机盐含量为NaCl 1.0g/L,NH4NO3 1.0g/L,K2HPO4 1.5g/L,KH2PO4 0.5g/L,MgSO4·7H2O 0.2g/L,1mL微量元素储备液/L,所述微量元素储备液的成分是KI 0.005g,MnSO4·4H2O 0.2g,CuSO4·2H2O 0.02g,ZnSO4·7H2O 0.2g,Na2MoO4·2H2O 0.25g,H3BO3 0.008g,FeCl3·6H2O 0.1g,加水至100mL)制备成OD600为2.0的菌悬液。
[0038] 制备固定化微球:
[0039] 第一步,制备包埋菌群的固定化载体溶液。称取10g聚乙烯醇和1g海藻酸钠于250mL烧杯中到入100mL去离子水搅拌均匀,室温下浸泡28h,使其充分软化。之后加入
3gSiO2、0.5gCaCO3和0.5g活性炭,活性炭要少量多次、快速搅拌防止结。在集热式恒温加热磁力搅拌器中边搅拌边90℃水浴溶解,水浴过程中不断加水使混合溶液体积不变。待聚乙烯醇和海藻酸钠全溶得到复合材料溶液。之后在高温高压灭菌锅内121℃灭菌30min。将菌悬液和复合材料溶液无菌条件下混匀。菌悬液与复合材料溶液的体积比为A:100。
[0040] 第二步,制备交联剂。饱和硼酸溶液中溶解质量分数为2%的氯化钙固体并用0.5mol/L的氢氧化钠调pH为6.22。
[0041] 第三步,海藻酸钠-聚乙烯醇复合微球的制备。无菌条件下,将菌悬液与冷却至室温的复合载体溶液混合均匀,用灭菌处理的装有点胶头的玻璃注射器吸取均匀混合了菌悬液的复合材料溶液滴入交联剂中,要控制好操控的力度,使得包埋材料以液滴的形式下降。于4℃交联12h。得到包埋菌群的固定化载体小球,交联之后的小球滤出,用去离子水冲洗1-
3次直至没有白色溶液生成,成品固定化载体小球的直径范围为0.3~0.7cm。
[0042] 实施例2~实施例5的菌悬液与复合材料溶液比例见下表
[0043]编号 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
A 5 10 20 30
[0044] 其中对实施例4方法得到固定化载体小球的内部微观结构形貌和表面微观结构形貌(电镜图)分别如图1和图2所示。
[0045] 固定化高效降解菌群的载体微球应用效果分析
[0046] 实施例2~实施例5制备的包埋菌群的固定化载体小球,分别投加于含苯酚、吡啶、喹啉三种特征污染物的无机盐液体培养基中。三种特征污染物的初始质量浓度均为100mg/L。
[0047] 固定化载体小球的加入量为30g/100mL
[0048] 于T=30℃、r=180r/min条件下定时取样测定苯酚、吡啶和喹啉三种污染物的浓度。记录各实施例固定化载体小球完全降解三种污染物的时间
[0049]编号 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
完全降解时间/h 24 18 11 15
[0050] 从上述数据可以看出,不同菌悬液与复合材料溶液比例制备的固定化载体小球,均可完全降解苯酚、吡啶、喹啉三种特征污染物,但实施例4制备的固定化载体小球降解速度最快,表现出了更好的处理效果。
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