公布日：2024.02.13
申請日：2023.11.07
分類號：C02F3/34(2023.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C12N1/20(2006.01)I;C12N1/16(2006.01)I;C12N1/36(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N;C12R1
/01(2006.01)N;C12R1/645(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種負(fù)載微生物的污水處理劑及其制備方法；方案以氧化石墨烯為載體，表面負(fù)載微生物，以制備得到污水處理劑，其實(shí)微生物以酵母菌、放線菌和乳酸菌復(fù)配混合制得，利用微生物去除污水中的氨氮，同時(shí)方案對氧化石墨烯進(jìn)行改性處理，從而吸附污水中的重金屬離子，實(shí)現(xiàn)重金屬離子的吸附去除，能夠適應(yīng)于污水處理工藝中，效果優(yōu)異。
權(quán)利要求書
1.一種負(fù)載微生物的污水處理劑的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：(1)取乳酸菌、放線菌和酵母菌，分別接種至培養(yǎng)基中，25～30℃下避光培養(yǎng)，進(jìn)行馴化，得到馴化后的乳酸菌、馴化后的放線菌和馴化后的酵母菌，將馴化后的乳酸菌、馴化后的放線菌和馴化后的酵母菌混合復(fù)配，得到復(fù)配微生物；馴化后的乳酸菌、馴化后的放線菌、馴化后的酵母菌質(zhì)量比為(2.5～3)：(3～5)：(2～3.5)；步驟(1)中，馴化培養(yǎng)時(shí)在培養(yǎng)基中加入金屬離子Hg2+、Cd2+、Cu2+，其中Hg2+濃度由0mg/L緩慢增長至100～120mg/L，Cd2+的濃度由0mg/L緩慢增長至150～200mg/L，所述Cu2+濃度由0mg/L緩慢增長至150～200mg/L；所述培養(yǎng)基各成分為：酵母提取物3～4g/L、糖蜜15～20g/L、葡萄糖5～8g/L、蛋白胨5～6g/L、瓊脂15～20g/L，氨水調(diào)節(jié)pH至5～5.5；(2)取氧化石墨烯，表面接枝超支化聚合物，得到包覆載體；取復(fù)配微生物接種至營養(yǎng)液中，加入包覆載體，30～35℃下培養(yǎng)3～4d，取出產(chǎn)物，洗滌干燥，得到污水處理劑；步驟(2)中，包覆載體的制備步驟為：S1：將PVP和無水乙醇混合，超聲分散20～30min，得到PVP溶液；將磁性氧化石墨烯、PVP溶液混合，40～45℃下攪拌30～40min，加入氨水和正硅酸乙酯，繼續(xù)攪拌2～3h，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，保溫反應(yīng)2～3h，離心洗滌，抽濾收集產(chǎn)物，60～65℃真空干燥，得到二氧化硅包覆載體；S2：取二氧化硅包覆載體和甲醇混合，超聲分散20～30min，加入丙烯酸甲酯，25～30℃下攪拌反應(yīng)20～24h，加入乙二胺，繼續(xù)攪拌反應(yīng)20～24h，離心收集產(chǎn)物，得到預(yù)處理載體；S3：將預(yù)處理載體與氫氧化鈉溶液混合，超聲分散20～30min，加入二硫化碳溶液，50～55℃下攪拌4～6h，過濾洗滌，得到包覆載體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)載微生物的污水處理劑的制備方法，其特征在于：所述營養(yǎng)液各組分用量為：以質(zhì)量份計(jì)，葡萄糖8～10份、蛋白胨6～10份、硫酸鎂1～1.5份、維生素C0.1～0.2份、甘氨酸2～3份、無菌水100～105份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)載微生物的污水處理劑的制備方法，其特征在于：步驟S1中，磁性氧化石墨烯的制備步驟為：取氧化石墨烯和氨水溶液混合，超聲分散20～30min，加入氯化亞鐵，攪拌均勻，氮?dú)猸h(huán)境下升溫至75～85℃，靜置2～3h，加入氨水調(diào)節(jié)pH至11，老化0.5～1h，磁分離收集產(chǎn)物，得到磁性氧化石墨烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)載微生物的污水處理劑的制備方法，其特征在于：所述二硫化碳溶液為乙醇、二硫化碳混合溶液；所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為10％；所述PVP溶液的濃度為5～6g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負(fù)載微生物的污水處理劑的制備方法，其特征在于：步驟S1中，磁性氧化石墨烯包覆二氧化硅前進(jìn)行前處理，具體為：將磁性氧化石墨烯置于營養(yǎng)液中浸泡3～4h，取出后0～5℃下定型，40～50℃下烘干。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種負(fù)載微生物的污水處理劑的制備方法，其特征在于：所述磁性氧化石墨烯、營養(yǎng)液的質(zhì)量比為1：(8～10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述的一種負(fù)載微生物的污水處理劑的制備方法制備的污水處理劑。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)載微生物的污水處理劑及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種負(fù)載微生物的污水處理劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)取乳酸菌、放線菌和酵母菌，分別接種至培養(yǎng)基中，25～30℃下避光培養(yǎng)，進(jìn)行馴化，得到馴化后的乳酸菌、馴化后的放線菌和馴化后的酵母菌，將馴化后的乳酸菌、馴化后的放線菌和馴化后的酵母菌混合復(fù)配，得到復(fù)配微生物；
馴化后的乳酸菌、馴化后的放線菌、馴化后的酵母菌質(zhì)量比為(2.5～3)：(3～5)：(2～3.5)。
(2)取氧化石墨烯，表面接枝超支化聚合物，得到包覆載體；
取復(fù)配微生物接種至營養(yǎng)液中，加入包覆載體，30～35℃下培養(yǎng)3～4d，取出產(chǎn)物，洗滌干燥，得到污水處理劑。
較優(yōu)化的方案，所述營養(yǎng)液各組分用量為：以質(zhì)量份計(jì)，葡萄糖8～10份、蛋白胨6～10份、硫酸鎂1～1.5份、維生素C0.1～0.2份、甘氨酸2～3份、無菌水100～105份。
較優(yōu)化的方案，步驟(1)中，馴化培養(yǎng)時(shí)在培養(yǎng)基中加入金屬離子Hg2+、Cd2+、Cu2+，其中Hg2+濃度由0mg/L緩慢增長至100～120mg/L，Cd2+的濃度由0mg/L緩慢增長至150～200mg/L，所述Cu2+濃度由0mg/L緩慢增長至150～200mg/L；
所述培養(yǎng)基各成分為：酵母提取物3～4g/L、糖蜜15～20g/L、葡萄糖5～8g/L、蛋白胨5～6g/L、瓊脂15～20g/L，氨水調(diào)節(jié)pH至5～5.5。
較優(yōu)化的方案，步驟(2)中，包覆載體的制備步驟為：
S1：將聚乙烯吡咯烷酮和無水乙醇混合，超聲分散20～30min，得到聚乙烯吡咯烷酮溶液；
將磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮溶液混合，40～45℃下攪拌30～40min，加入氨水和正硅酸乙酯，繼續(xù)攪拌2～3h，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，保溫反應(yīng)2～3h，離心洗滌，抽濾收集產(chǎn)物，60～65℃真空干燥，得到二氧化硅包覆載體；
S2：取二氧化硅包覆載體和甲醇混合，超聲分散20～30min，0℃下加入丙烯酸甲酯，氮?dú)鈿夥罩袛嚢璺磻?yīng)20～30min，加熱升溫至25～30℃，繼續(xù)攪拌20～24h，加入乙二胺，0℃下攪拌反應(yīng)30～40min，加熱升溫至25～30℃，繼續(xù)攪拌20～24h，離心收集產(chǎn)物，得到預(yù)處理載體；
S3：將預(yù)處理載體與氫氧化鈉溶液混合，超聲分散20～30min，加入二硫化碳溶液，50～55℃下攪拌4～6h，過濾洗滌，得到包覆載體。
較優(yōu)化的方案，步驟S1中，磁性氧化石墨烯的制備步驟為：
取氧化石墨烯和氨水溶液混合，超聲分散20～30min，超聲功率為600～650W，加入氯化亞鐵，攪拌均勻，氮?dú)猸h(huán)境下升溫至75～85℃，靜置2～3h，加入氨水調(diào)節(jié)pH至11，老化0.5～1h，磁分離收集產(chǎn)物，得到磁性氧化石墨烯；
所述氧化石墨烯、氯化亞鐵的質(zhì)量比為1：(10：11)，所述氨水溶液的pH為9。
較優(yōu)化的方案，步驟S1中，所述磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮、氨水、正硅酸乙酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量為0.05g：0.4g：4mL：0.5～1mL：2.5～3mL；
步驟S2中，所述二氧化硅包覆載體、丙烯酸甲酯、乙二胺的用量為5g：15～20mL：12～15mL；
步驟S3中，所述接枝載體、二硫化碳的用量為4g：(2～3)mL。
較優(yōu)化的方案，所述二硫化碳溶液為乙醇、二硫化碳混合溶液；所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為10％；所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的濃度為5～6g/L。
較優(yōu)化的方案，步驟S1中，磁性氧化石墨烯包覆二氧化硅前進(jìn)行前處理，具體為：將磁性氧化石墨烯置于營養(yǎng)液中浸泡3～4h，取出后0～5℃下定型，40～50℃下烘干；所述磁性氧化石墨烯、營養(yǎng)液的質(zhì)量比為1：(8～10)。
較優(yōu)化的方案，根據(jù)以上任意一項(xiàng)所述的一種負(fù)載微生物的污水處理劑的制備方法制備的污水處理劑。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：
本發(fā)明公開了一種載體固化微生物污水處理劑及其制備方法，方案以氧化石墨烯為載體，表面負(fù)載微生物，以制備得到污水處理劑，其實(shí)微生物以酵母菌、放線菌和乳酸菌復(fù)配混合制得，利用微生物去除污水中的氨氮，同時(shí)方案對氧化石墨烯進(jìn)行改性處理，從而吸附污水中的重金屬離子，實(shí)現(xiàn)重金屬離子的吸附去除，能夠適應(yīng)于污水處理工藝中，效果優(yōu)異。
在本申請中，方案先在氧化石墨烯表面改性，利用氧化石墨烯為氧化劑，將二價(jià)鐵離子還原形成磁性四氧化三鐵顆粒，并將其負(fù)載至氧化石墨烯表面，從而實(shí)現(xiàn)磁性氧化石墨烯的制備，在污水處理過程中，方案可通過磁性進(jìn)行磁分離，便于污水處理劑的回收利用；與此同時(shí)，在方案實(shí)施時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然氧化石墨烯表面負(fù)載了磁性四氧化三鐵顆粒，但長時(shí)間使用后，氧化石墨烯表面的磁性顆粒易脫落，影響污水處理劑的回收，因此為改善該技術(shù)問題，本申請?jiān)谘趸┍砻姘惨粚佣趸瑁瑫r(shí)，為避免二氧化硅的存在影響污水處理劑的吸附，方案限定了“所述磁性氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮、氨水、正硅酸乙酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷的用量為0.05g：0.4g：4mL：0.5～1mL：2.5～3mL”，正硅酸乙酯用量較少，并不能在氧化石墨烯表面形成厚度較高的包覆層，甚至當(dāng)正硅酸乙酯的用量為0.5mL時(shí)，二氧化硅并不能在氧化石墨烯表面形成完整連續(xù)的包覆膜，因此并不會(huì)影響污水處理劑的吸附，又能夠?qū)ζ浔砻娴拇判运难趸F顆粒進(jìn)行包裹，從而提高污水處理劑的使用壽命。
在此基礎(chǔ)上，方案在其表面接枝超支化端氨基聚合物，利用丙烯酸甲酯、乙二胺作為反應(yīng)單體，接枝形成超支化結(jié)構(gòu)，從而提高氧化石墨烯表面的反應(yīng)活性位點(diǎn)，再利用二硫化碳引入-SH鍵，由于亞氨基、-SH鍵的存在，該污水處理劑能夠?qū)?/span>Hg2+進(jìn)行吸附，同時(shí)方案限定了“所述接枝載體、二硫化碳的用量為4g：(2～3)mL”，因而體系中還含有氨基，利用氨基對Cd2+、Cu2+進(jìn)行吸附，該污水處理劑能夠有效適應(yīng)重金屬離子Hg2+、Cd2+、Cu2+共存體系，吸附效果優(yōu)異。
同時(shí)，由于污水處理過程中外加碳源無法得到保證，因而方案不僅公開了“復(fù)配微生物接種至營養(yǎng)液中，加入包覆載體，30～35℃下培養(yǎng)3～4d”，利用營養(yǎng)液作為營養(yǎng)源，同時(shí)在二氧化硅包覆前，磁性氧化石墨烯同樣浸泡至營養(yǎng)液中，低溫定型并烘干，該內(nèi)層營養(yǎng)源可在污水處理過程中提供更多的營養(yǎng)，并極大程度的避免了外界環(huán)境帶來的干擾。
另外，由于本申請研究的是重金屬離子Hg2+、Cd2+、Cu2+共存體系的吸附效果，因此為進(jìn)一步保證菌種的能力，方案對其進(jìn)行馴化，馴化培養(yǎng)時(shí)在培養(yǎng)基中加入金屬離子Hg2+、Cd2+、Cu2+，其中Hg2+濃度由0mg/L緩慢增長至100～120mg/L，Cd2+的濃度由0mg/L緩慢增長至150～200mg/L，所述Cu2+濃度由0mg/L緩慢增長至150～200mg/L，從而避免重金屬離子對微生物的干擾，且培養(yǎng)基pH限定為酸性，微生物耐酸性更好，實(shí)際使用效果更優(yōu)異。
本發(fā)明一種載體固化微生物污水處理劑及其制備方法，方案公開了一種負(fù)載微生物的污水處理劑，該污水處理劑不僅具有優(yōu)異的脫氮效果，同時(shí)還能夠吸附去除重金屬離子，能夠廣泛應(yīng)用至污水處理工藝中，實(shí)用性較高。
（發(fā)明人：張建飛;周惠玲;張巧玉）
