申请日2011.11.09
公开(公告)日2013.05.15
IPC分类号C02F3/34
摘要
一种利用固定化微生物治理有机磷农药废水的办法，主要经过菌种驯化、载体制备，细菌吸附和污水处理几个过程，其特征是将驯化的真菌黑曲霉吸附到直径为5-8mml的活性炭上，然后将制得含有饱和黑曲霉的活性炭投入到废水之中，当每升污水中的CODcr达到200——10000个时，投入到污水量的1%，温度控制在5-30度，静止浸入1-6天。利用此种方法对有机磷农药废水进行处理，其降解率最高可达98%。
权利要求书
1.一种利用固定化微生物治理有机磷农药废水的办法，主要经过菌种驯化、 载体制备，细菌吸附和污水处理几个过程，其特征是：
(1)真菌黑曲霉的驯化，运用高浓度的有机磷农药甲基磷进行驯化，采用 梯度式逐渐加大用量，首先在含有真菌黑曲霉的土豆培养基中加入甲基磷，其 加入浓度达到50ppm;过3天后再在该培养基中加入50ppm的甲基磷，当甲基磷 的浓度为500ppm时，驯化停止。得到能够强效降解有机磷农药的真菌黑曲霉。
(2)真菌黑曲霉种子液的制备
取经121℃灭菌处理的马铃薯基培养液1000mL，然后在无菌室取一环黑曲 霉放入其中，再将其放入摇床，搅拌强度为150-200r/min培养12-18小时后， 得到约40%左右的真菌黑曲霉种子液。
(3)活性炭制备，将普通活性炭破碎到100目以下，加入活性炭质量3% 的普通粘结剂，然后人工造球，其粒度直径为5-8mm，干燥;
(4)真菌吸附，将由种子液稀释制得的含有真菌黑曲霉10-15%培养基溶液 加入到装有球状活性炭的反应釜中，真菌黑曲霉培养基溶液与活性碳球质量的 比例为1∶2，在5-30度的温度下在反应釜中搅拌混合6-8小时，搅拌强度为 150-200r/min，然后在无菌室中过滤得到固定化菌丝球，并在0-4度温度内冰 箱保存。
(5)当污水中的CODcr值在200——10000范围内时，将制得含有黑曲霉 的活性炭其质量按污水质量1-2%的比例投入到废水之中，温度控制在5-30度， 然后将装有上述废水及菌丝球的容器放入恒温摇床，搅拌强度为150-200r/ min，放置时间为3-6天。
说明书
一种利用固定化微生物治理有机磷农药废水的方法
技术领域
本发明为一种利用微生物高效降解有机磷农药复合污染废水的治理技术。
背景技术
微生物固定化技术是微生物发挥高效作用的重要途径，尤其在污染环境治 理领域中，正在成为某些污水处理、固体废弃物处置和有机气溶胶快速去除等 工艺的核心技术，成为当前环境科学与工程研究的热点。已报道的固定化方法 繁多，但目前尚无一种理想的、比较普遍适用有机磷农药废水的工业化方法。
Livingston等利用微生物固定化反应器处理含有机磷废水，CODcr的去除率 均达86%以上;Ferschl等以海藻酸钠-氯化钙溶液为包埋体系固定化食酸假单 胞菌(Pseudomonas acidovorus)，连续降解甲胺磷，结果指出：固定化后，微生 物分泌的酶活性保持良好，且单位体积内浓度增大;Johnson等利用固定化的微 生物降解甲胺磷，研究发现：在好氧条件下，甲胺磷在5天后，降解率达88%， 取得了较好的修复效果。
生物技术发展至今，已成为世界各国处理城市污水和有机废水的主要手段， 具有处理能力大、设备自动化程度高、易于调控、经济可行、无二次污染等特 点。我国是农业大国，为获得农业的大丰收农药被大量生产和使用，致使生态 环境受到严重破坏，其中以有机磷农药生产废水所引发的环境问题最为严重。
本项研究的具体目的是要探索固定化高效降解菌对有机磷农药复合污染废 水的高效治理技术。筛选、驯化多株高效降解菌;利用化学或物理的方法，将 游离的微生物，定位于限定的空间区域内，并使其保持活性，且能反复使用。 提出一套完整的固定化微生物处理有机磷农药生产废水的组合工艺，降低废水 出水的CODcr和TOC，将农药废水资源化。研究结果为推动该技术在衣药生产工 业废水的现场应用提供技术指导。
有机磷农药生产废水的性质和来源各异，均对环境水体的污染程度大，且 处理难度高，治理困难，因此，本项发明的研究者采用固定化高效降解菌对有 机磷农药复合污染废水进行高效治理，在浓度高、毒性大及污染物成分复杂的 条件下，考察高效降解菌对环境的耐性和对有机磷农药的去除率，以及探讨固 定化材料、载体浓度、温度和酸度等条件对有机磷农药生产废水的影响。经过 反复试验，从而达到了较为理想的效果。
发明内容
本项目将从多种固定化材料中经实验选择性能优良的一种，采用最适合该 种材料的微生物固定化方法进行试验，最后来治理有机磷农药生产废水。
(1)微生物的筛选驯化
采用微生物固定化技术治理有机磷农药废水时，高效降解菌的筛选是关键。 运用中科院生态所现有的10株真菌(已经证明能够高效降解多环芳烃类持久有 机污染物)进行筛选驯化;首先运用高浓度的有机磷农药甲基磷进行驯化，污 染物浓度采用梯度式逐渐加大用量，甲基磷的初试浓度为50ppm;3天后再在该 培养基中加入50ppm的甲基磷，当甲基磷的浓度为500ppm时，驯化停止.最后， 经过认真鉴定，能够耐受高浓度甲基磷并且能够高效降解这种物质的优势菌种 为真菌黑曲霉。
(2)固定化材料的选择
预试验中比较了10种不同材料的载体固定化效果，结果见表。
表1固定化载体比较
由此可见，4号实验以活性炭和10号实验以泥炭为载体，其效果比较好， 其中的活性炭价格低廉，成本低，来源广泛，通气性良好，无毒，不会造成土壤的 二次污染，适合做真菌黑曲霉的固定化载体使用。
(3)固定化方法的选择
本项目采用活性炭作为固定化载体材料，利用吸附法、交联法和包埋法等3 种微生物固定化方法进行试验，其中通过吸附法固定黑曲霉效果最好。试验中 在无菌条件下将含有黑曲霉的活性炭加入到甲基磷浓度均为150ppm的培养基 中，放进恒温摇床，室温下以200r/min的转数培养6天后，用气相色谱测定甲 基磷的残留量，从而计算降解率。实验结果表明，采用吸附法固定黑曲霉对目 标污染物甲基磷的降解率最高达98%。
前面所说的利用吸附法将真菌黑曲霉固定到活性炭上所采取的办法是：
(1)真菌黑曲霉的驯化，运用高浓度的有机磷农药甲基磷进行驯化，采用 梯度式逐渐加大用量，首先在含有真菌黑曲霉的土豆培养基中加入甲基磷，其 加入浓度达到50ppm;过3天后再在该培养基中加入50ppm的甲基磷，当甲基磷 的浓度为500ppm时，驯化停止。得到能够强效降解有机磷农药的真菌黑曲霉。
(2)真菌黑曲霉种子液的制备
取经121℃灭菌处理的马铃薯基培养液1000mL，然后在无菌室取一环黑曲 霉放入其中，再将其放入摇床，搅拌强度为150-200r/min培养12-18小时后， 得到约40%左右的真菌黑曲霉种子液。
(3)活性炭制备，将普通活性炭破碎到100目以下，加入活性炭质量3% 的普通粘结剂，然后人工造球，其粒度直径为5-8mm，干燥;
(4)真菌吸附，将由种子液稀释制得的含有真菌黑曲霉10-15%培养基溶液 加入到装有球状活性炭的反应釜中，真菌黑曲霉培养基溶液与活性碳球质量的 比例为1∶2，在5-30度的温度下在反应釜中搅拌混合6-8小时，搅拌强度为 150-200r/min，然后在无菌室中过滤得到固定化菌丝球，并在0-4度温度内冰 箱保存。
在实际应用时，当污水中的CODcr值在200——10000范围内时，将制得含 有黑曲霉的活性炭其质量按污水质量1-2%的比例投入到废水之中，温度控制在 5-30度，然后将装有上述废水及菌丝球的容器放入恒温摇床，搅拌强度为 150-200r/min，放置时间达到3-6天后CODcr的降解率即可达到99%以上。
并且运用该方法固定化后，固定化载体能够达到
①能控制固定化细胞颗粒大小、孔隙度和渗透性;
②固定化条件和过程尽可能温和;
③固定化载体对细胞体而言惰性;
④载体具备良好的机械强度和化学稳定性;
⑤提高固定化颗粒的强度;
本项发明的优点与效果如下：
利用微生物固定化治理有机磷农药生产废水具有无二次污染、价格低廉、 机械性能好、价格低廉、方法简单、快速等优点。本项发明实现了如下的具体 创新
(1)开发利用低成本、高性能的原料进行高效降解菌的固定化相关研究， 为利用我国低成本资源制取高附加值的产品开辟了应用途径和市场，符合保护 环境与资源节约型国家建设，并且解决我国水质性缺水的资源问题;
(2)将游离菌和固定化微生物治理有机磷废水效果进行对比实验，寻找最 佳微生物固定化工艺，高效降解甲基磷农药，易于工业化，其方法可以形成发 明专利;
(3)对于固定化产品进行全面的性能测试，在其获得理想的强度、无二次 污染和性能稳定等综合性能的基础上，目标不局限于有机磷农药废水的治理， 我们瞄准所有有机工业废水等治理方面的具体应用，可解决国家急需，解决全 球性工业水质性缺水的环保问题，这种固定化材料新用途的开发也是一种创新。
具体实施方式
筛选、驯化多株高效降解菌，其中以真菌黑曲霉为最好。采用3种微生物固 定化方法进行试验，最后确定活性炭为固定化材料，并且采用吸附法固定黑曲 霉，用此治理有机磷农药生产废水，效果良好。明显降低废水出水的CODcr和TOC， 将农药废水资源化。