申请日2017.10.19
公开(公告)日2018.02.13
IPC分类号C02F3/00
摘要
本发明公开了一种污水处理用丝瓜络生物填料的制备方法，属于水处理领域。本发明利用丝瓜络作为原料，传质性能好，通过与高分子材料的融合，有利于微生物快速附着，通过对微生物膜载体材料进行负载改性，利用在丝瓜络上接枝光催化剂而制成一种新型填料，强化其作为载体的作用，形成了具有挂膜速度快、生物活性高的生物填料。从简青霉中提取一种催化酶，通过催化酶和生物材料的结合，向微生物提供大量可供栖息的表面积和有利的环境，使生物反应池内的微生物量迅速增加，提高了污水处理的效率。本发明解决了目前生物填料在污水处理中自身缺乏与微生物结合的亲合性，不能保持微生物活性，不能实现微生物的快速、有效富集的问题。
权利要求书
1.一种污水处理用丝瓜络生物填料的制备，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
(1)将条形丝瓜络置于质量分数为2%的氢氧化钠溶液中预处理，取预处理后的丝瓜络用蒸馏水洗净，干燥，得干燥丝瓜络，向γ-氯丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液中加入纤维素酶，得混合物，将干燥丝瓜络浸泡在混合物中，置于水浴锅反应1~2h，得反应后丝瓜络溶液，向反应后丝瓜络溶液中加入改性纳米二氧化钛粉末磁力搅拌，得混合溶液，并将混合溶液放置于超声仪上分散10min，反应完成后，将条形丝瓜络取出清洗，干燥，得处理后干燥丝瓜络;
(2)挑取简青霉菌落加入液体培养基，培养，制成简青霉悬浮菌液，将简青霉悬浮菌液加入发酵培养液，调节混合发酵液的pH至3.5~6.5，发酵，得到简青霉发酵液;
(3)将简青霉发酵液离心，去除菌丝体收取上清液A，过微滤膜去除残留的微小颗粒和菌体，取上清液B，透析1天后收集，得粗酶液，用浓度为0.05mol/L pH7.1±0.2的DTT缓冲溶液平衡，DEAE-Sepharose离子交换层析柱，取粗酶液上清液，用浓度为0.1～1mol/L NaCl进行梯度洗脱，流速0.5mL/min，层析完成后收集催化酶活性管，透析脱盐，冷冻干燥,得一级粗酶液，将一级粗酶液用浓度为0.05mol/L pH7.1±0.2 的DTT缓冲溶液平衡，放置在Superdex-200凝胶过滤层析柱过夜，冷冻干燥，得干燥一级粗酶粉末，将冷冻干燥后的一级粗酶粉末加水稀释，按质量比1:2混合均匀，得混合溶液，用浓度为0.05mol/L的DTT缓冲溶液对混合溶液进行洗脱，层析完成后收集催化酶活性管，透析脱盐，冷冻干燥，得到催化酶粉末;
(4)将戊二醛和乙醇混合，得到混合液，将混合液与处理后干燥丝瓜络、催化酶粉末放入反应器中，反应0.5~1 h，过滤，取过滤物，干燥，粉碎，过筛，得丝瓜络生物填料。
2.根据权利要求1所述的污水处理用丝瓜络生物填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中干燥丝瓜络与γ-氯丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液、纤维素酶的质量比为2:7:3，丝瓜络溶液与改性纳米二氧化钛粉末的质量比为5:1。
3.根据权利要求1所述的丝瓜络生物填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中γ-氯丙基三乙氧基硅烷偶联剂的乙醇溶液配制：将乙醇与水按质量比9:1混合均匀，制成乙醇溶液，不断搅拌，按质量分数5%加入γ-氯丙基三乙氧基硅烷，用乙酸调节溶液至pH为3～4，室温下水解1h，得到γ-氯丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液。
4.根据权利要求1所述的污水处理用丝瓜络生物填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中改性纳米二氧化钛的制备：称取约纳米二氧化钛粉末按质量比1:9加入到γ-氯丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液中，置于超声仪上分散15min，将分散溶液置于50℃水浴锅反应1~2h，滤纸过滤，用乙醇洗涤、80℃烘箱中烘干并细心研磨，得改性纳米二氧化钛粉末。
5.根据权利要求1所述的污水处理用丝瓜络生物填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中简青霉液体培养基的配方为按质量份数计，取葡萄糖40~50份、KCl 0.01~0.02份、KH2PO4 0.01~0.015份、MgSO4•7H2O 0.01~0.012份、(NH4)2HPO4 0.04~0.06份、酵母膏0.2~0.3份、蛋白胨0.1~0.4份，115 ℃灭菌15 min，pH值自然;发酵培养液的配方为按质量份数计，取葡萄糖80~100份，蛋白胨2~8份，硝酸钠5~8份，KH2PO42~4份，Mg SO4 0.4~0.8份，CaCO3 1.5~3.5份，KCl 0.3~0.5份，121℃灭菌20min，pH5.2±0.3。
6.根据权利要求1所述的污水处理用丝瓜络生物填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中青霉菌落与液体培养基的质量比为1:9，简青霉悬浮菌液与发酵培养液的质量比为1:6，发酵条件为23~ 28℃，振荡器转速为 200r/min条件下发酵60~72h。
7.根据权利要求1所述的污水处理用丝瓜络生物填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中戊二醛和乙醇的质量比为1:49，处理后干燥丝瓜络、催化酶粉末、混合溶液的质量比为2:3:9。
说明书
一种污水处理用丝瓜络生物填料的制备方法
技术领域
本发明属于水处理领域，具体涉及一种污水处理用丝瓜络生物填料的制备方法。
背景技术
生物填料是一种新型生物活性载体，它采用科学配方，根据污水性质不同，在高分子材料中融合多种有利于微生物快速附着生长的微量元素，经过特殊工艺改性、构造而成，具有比表面积大、生物活性高、使用寿命长等优点。随着城市的不断发展，新兴行业的不断涌现，加速了环境污染的恶化。特别是国家加大对工业污染治理力度，提高了污水排放标准，现有的处理技术已很难满足新标准的要求。因此我国的水处理行业也在根据大环境的发展需要，加速新技术的开发和研究，以适应日益严峻的环境要求。
高浓度难降解有机废水的处理，是目前国内外污水处理界公认的难题。对于这类废水，目前国内外研究较多的有焦化废水、制药废水、石化/油类废水、纺织/印染废水、化工废水、油漆废水等行业性废水。当前，移动床生物膜反应器技术被认为是处理高浓度难降解有机废水应用前景最好的方法之一。移动床生物膜反应器是在20世纪90年代中期得到开发和应用的，它是吸收了传统的流化床和生物接触氧化法两者的优点而成的一种高效的污水处理方法，其核心部分就是以比重接近水的悬浮填料(又称载体)直接投加到曝气池中作为微生物的活性载体，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用处于流化状态，它是悬浮生长的活性污泥法和附着生长的生物膜法相结合的一种工艺。
在难降解废水生物处理装置中，微生物的增殖速度及驯化速度都较慢。为了向微生物提供大量可供栖息的表面积和有利的环境，使生物反应池内的微生物量迅速增加，采用向生物反应池中投加生物填料(微生物载体)的方式来实现。投加生物填料后可以改变生物反应系统内的微生物种类、生物链、微生物存在方式及基质的分 配与传质方式，并且可以成倍提高生物反应池耐冲击负荷能力，提升净化效率，使出水水质更好。目前，国内常用的填料是蜂窝填料、软性填料、半软性填料、塑料注塑件或由化纤纱线编制成的挂件及复合填料等固定型填料，这些填料虽然能表面挂膜(附着微生物)，但由于材料自身缺乏与微生物结合的亲合性，因此这些填料的挂膜速度及承受的微生物(挂膜)的量有限，并且在处理难降解废水时，微生物不能够有效被截留在生物反应池内，废水分离过程微生物被带出生物反应池，使生物反应池内微生物增殖速度低于流失速度，使难降解废水处理过程中不能实现微生物的快速、有效富集，影响了生物反应池的处理能力。因此，生产出一种挂膜量高的生物填料迫在眉睫。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前生物填料在污水处理中自身缺乏与微生物结合的亲合性，不能保持微生物活性，不能实现微生物的快速、有效富集的问题，提供了一种污水处理用丝瓜络生物填料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种污水处理用丝瓜络生物填料的制备，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
(1)将条形丝瓜络置于质量分数为2%的氢氧化钠溶液中预处理，取预处理后的丝瓜络用蒸馏水洗净，干燥，得干燥丝瓜络，向γ-氯丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液中加入纤维素酶，得混合物，将干燥丝瓜络浸泡在混合物中，置于水浴锅反应1~2h，得反应后丝瓜络溶液，向反应后丝瓜络溶液中加入改性纳米二氧化钛粉末磁力搅拌，得混合溶液，并将混合溶液放置于超声仪上分散10min，反应完成后，将条形丝瓜络取出清洗，干燥，得处理后干燥丝瓜络;
(2)挑取简青霉菌落加入液体培养基，培养，制成简青霉悬浮菌液，将简青霉悬浮菌液加入发酵培养液，调节混合发酵液的pH至3.5~6.5，发酵，得到简青霉发酵液;
(3)将简青霉发酵液离心，去除菌丝体收取上清液，过微滤膜去除残留的微小颗粒和菌体，取上清液，透析1天后收集,得粗酶液,用浓度为0.05mol/L pH7.1±0.2 的 DTT缓冲溶液平衡，DEAE-Sepharose 离子交换层析柱，取粗酶液上清液，用浓度为0.1～1mol/L NaCl进行梯度洗脱，流速0.5mL/min，层析完成后收集催化酶活性管，透析脱盐，冷冻干燥,得一级粗酶液，将一级粗酶液用浓度为0.05mol/L pH7.1±0.2 的DTT缓冲溶液平衡，放置在Superdex-200凝胶过滤层析柱过夜，冷冻干燥，得干燥一级粗酶粉末，将冷冻干燥后的一级粗酶粉末加水稀释，按质量比1:2混合均匀，得混合溶液，用浓度为0.05mol/L的DTT缓冲溶液对混合溶液进行洗脱，层析完成后收集催化酶活性管，透析脱盐，冷冻干燥，得到催化酶粉末;
(4)将戊二醛和乙醇混合，得到混合液，将混合液与处理后干燥丝瓜络、催化酶粉末放入反应器中，反应0.5~1 h，过滤，取过滤物，干燥，粉碎，过筛，得丝瓜络生物填料。
所述步骤(1)中干燥丝瓜络与γ-氯丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液、纤维素酶的质量比为2:7:3，丝瓜络溶液与改性纳米二氧化钛粉末的质量比为5:1。
所述步骤(1)中γ-氯丙基三乙氧基硅烷偶联剂的乙醇溶液配制：将乙醇与水按质量比9:1混合均匀，制成乙醇溶液，不断搅拌，按质量分数5%加入γ-氯丙基三乙氧基硅烷，用乙酸调节溶液至pH为3～4，室温下水解1h，得到γ-氯丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液。
所述步骤(1)中改性纳米二氧化钛的制备：称取约纳米二氧化钛粉末按质量比1:9加入到γ-氯丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液中，置于超声仪上分散15min，将分散溶液置于50℃水浴锅反应1~2h，滤纸过滤，用乙醇洗涤、80℃烘箱中烘干并细心研磨，得改性纳米二氧化钛粉末。
所述步骤(2)中简青霉液体培养基的配方为按质量份数计，取葡萄糖40~50份、KCl0.01~0.02份、KH2PO4 0.01~0.015份、MgSO4•7H2O 0.01~0.012份、(NH4)2HPO4 0.04~0.06份、酵母膏0.2~0.3份、蛋白胨0.1~0.4份，115 ℃灭菌15 min，pH值自然;发酵培养液的配方为按质量份数计，取葡萄糖80~100份，蛋白胨2~8份，硝酸钠5~8份，KH2PO42~4份，Mg SO4 0.4~0.8份，CaCO3 1.5~3.5份，KCl 0.3~0.5份，121℃灭菌20min，pH5.2±0.3。
所述步骤(2)中青霉菌落与液体培养基的质量比为1:9，简青霉悬浮菌液与发酵培养液的质量比为1:6，发酵条件为23~ 28℃，振荡器转速为 200r/min条件下发酵60~72h。
所述步骤(4)中戊二醛和乙醇的质量比为1:49，处理后干燥丝瓜络、催化酶粉末、混合溶液的质量比为2:3:9。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
(1)本发明利用丝瓜络作为原料，用作吸附材料，较容易获得、成本较低，同时对微生物无毒害作用，传质性能好，因而适合用于微生物膜载体材料，通过与高分子材料的融合，有利于微生物快速附着，通过对微生物膜载体材料进行负载改性，利用在丝瓜络上接枝光催化剂而制成一种新型填料，使光催化剂和催化酶可以牢固负载到丝瓜络上，强化其作为载体的作用，形成了具有挂膜速度快、亲水性好、生物活性高、使用寿命长的生物填料。
(2)本发明从简青霉中提取了一种催化酶，增强了生物填料截留微生物的活性，通过催化酶和生物材料的结合，促进了生物填料材料与微生物的亲合性，向微生物提供大量可供栖息的表面积和有利的环境，使生物反应池内的微生物量迅速增加，提高了污水处理的效率。