專利名稱：微囊化出芽短梗霉在處理含鉻錳廢水中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物吸附法在處理含鉻錳廢水中的應(yīng)用。
技術(shù)背景
鉻錳是重金屬，在工業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生含鉻錳等重金屬元素的廢水。空氣、水和土壤中的有毒重金屬，如鉻錳，對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重威脅正逐漸成為全球性問題，因此與環(huán)境相關(guān)的有毒重金屬離子的有效去除與分離技術(shù)就成為一項(xiàng)富于挑戰(zhàn)性的工作。目前，世界各國重金屬廢水處理方法主要有三類第一類是廢水中重金屬離子通過發(fā)生化學(xué)反應(yīng)除去的方法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀法、化學(xué)還原法、電化學(xué)還原法和高分子重金屬捕集劑法等。第二類是使廢水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)的條件下進(jìn)行吸附、 濃縮、分離的方法，包括吸附、溶劑萃取、蒸發(fā)和凝固法、離子交換法和膜分離法等。第三類是借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬的方法，其中包括生物絮凝、生物化學(xué)法和植物生態(tài)修復(fù)等。
傳統(tǒng)的化學(xué)、物理法處理成本高、效果不穩(wěn)定，除了應(yīng)用清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)從源頭上對(duì)重金屬的使用和排放進(jìn)行遏制之外，還需要更多地研究和發(fā)展新型天然吸附劑、重金屬捕集劑和生物技術(shù)對(duì)重金屬污染的治理，發(fā)揮它們成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)，并加強(qiáng)多種治理技術(shù)的綜合應(yīng)用，尋找治理重金屬污染新的有效途徑，對(duì)提高污水處理的質(zhì)量和效率有著重要意義。
微囊化技術(shù)是指把分散的固體、液體或者氣體物質(zhì)完全包覆在一層半透膜中形成微小粒子的技術(shù)。正是由于生物微膠囊技術(shù)具有保護(hù)芯材、隔離不相容組分、控制釋放等作用，因此被廣泛應(yīng)用在食品、日化、煙草加工、紡織、造紙、生物技術(shù)、醫(yī)藥、農(nóng)牧業(yè)等領(lǐng)域。但目前生物微膠囊應(yīng)用于水處理方面的報(bào)道和研究還很少。隨著生物微膠囊制備技術(shù)的發(fā)展和新型材料的研究，利用微膠囊固定微生物代替目前的生物流化床中的載體，吸引了國內(nèi)外學(xué)者的研究和關(guān)注。微囊化技術(shù)包埋優(yōu)勢(shì)菌與傳統(tǒng)生物處理法相比，具有反應(yīng)易于控制、 微生物損失少、菌種高純高效、處理效率高、產(chǎn)污泥量少、固液分離效果好等優(yōu)點(diǎn)。將微囊化菌應(yīng)用于生物流化床可以較好的彌補(bǔ)流化床中菌種容易流失的缺點(diǎn)，為廢水處理特別是含重金屬的化工尾水的處理提供了新思路。
生物微膠囊的特殊結(jié)構(gòu)使囊心與外界環(huán)境相互隔離，使其免受外界溫度、氧氣、紫外線等因素的影響；即便是性質(zhì)不穩(wěn)定的囊心，也不易發(fā)生化學(xué)變化，因而保持了生物菌的高濃度和高活性，尤其是對(duì)特定行業(yè)的難降解有毒物質(zhì)的承受能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，有利于提高污染物的處理負(fù)荷和去除效率，同時(shí)污泥產(chǎn)量低，減輕后續(xù)污泥處置的負(fù)擔(dān)。微膠囊的特殊結(jié)構(gòu)使生物菌(污泥)形成有一定質(zhì)量的大顆粒，有利于沉淀過程中的泥水分離，還可以使原本會(huì)發(fā)生反應(yīng)的幾種物質(zhì)分開，使其“各自為陣”，保持“原汁原味”，并可以根據(jù)需要控制他們的分離或混合。
出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)又名出芽 霉(Pullularia pullulans)，為半知菌類短梗霉屬，是一種具有酵母型和菌絲型形態(tài)的多形真菌。廣泛存在于植物材料和土壤中，可作為單細(xì)胞蛋白、細(xì)胞壁多糖、胞外多糖、果膠酶、色素等的生產(chǎn)菌株。這些物質(zhì)用途非常廣泛，尤其是所產(chǎn)生的胞外多聚糖(短梗霉多糖或卜多糖或普魯蘭霉多糖)具有極佳的成膜性、成纖維性、阻氧性、可塑性、粘結(jié)性和易自然降解等許多獨(dú)特的理化和生物學(xué)特性，無毒無害，對(duì)人體無任何副作用。廣泛用于醫(yī)藥制造，食品包裝，水果和海產(chǎn)品保鮮，化妝品工業(yè)，煙草制造工業(yè)和農(nóng)業(yè)種子保護(hù)等眾多領(lǐng)域，是一種有極大開發(fā)價(jià)值和前景的多功能新型生物制品。且出芽短梗霉在含重金屬的廢水中具有很高的活性。 基于目前有效解決含有鉻、錳生產(chǎn)廢水處理工藝中存在的問題，采用了微囊化出芽短梗霉吸附含有鉻、錳的生產(chǎn)廢水，以確保廢水中的鉻、錳污染物達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)、環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益雙贏。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的傳統(tǒng)的處理含鉻錳廢水的方法，去除率不高，操作費(fèi)用和成本又相對(duì)過高，而生物吸附法在處理低濃度金屬溶液中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明采用“微囊化出芽短梗霉”對(duì)含鉻錳廢水進(jìn)行處理，得到鉻錳重金屬的去除機(jī)制與處理工藝條件，為有效利用組合工藝處理混合化工廢水提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明所述的生物吸附法處理含鉻錳的廢水為基于微囊化出芽短梗霉處理含鉻錳的廢水。以短梗霉多糖作為制備微囊化出芽短梗霉的載體；比較不同菌齡的出芽短梗霉微囊化菌體吸附鉻錳的能力，確定出芽短梗霉適宜的培養(yǎng)時(shí)間；研究PH 值、反應(yīng)時(shí)間、溫度、菌體加入量對(duì)出芽短梗霉微囊化菌體吸附鉻錳的影響效果；對(duì)吸附了鉻錳的出芽短梗霉微囊化菌體進(jìn)行洗脫研究，考察其再生性能。
本發(fā)明的有益效果通過系統(tǒng)的研究，得到處理不同濃度綜合污水、達(dá)到不同處理效果時(shí)，相應(yīng)微囊化出芽短梗霉的優(yōu)化工藝條件，為實(shí)際的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供技術(shù)支持， 也為綜合污水的處理與直接回用提供新的方法。積極配合我省重金屬污染防治規(guī)劃，對(duì)我省的重金屬鉻錳等污染處理系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，提高我省重金屬廢水治理的整體水平，改變傳統(tǒng)落后的重金屬廢水末端治理模式，將清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念引入重金屬廢水的治理之中，在治理污染的同時(shí)著重考慮資源回收，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益雙贏。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但實(shí)施例不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1微囊化出芽短梗霉菌體吸附效果研究
1.菌種培養(yǎng)基的制備
菌種活化培養(yǎng)基(g/L):馬鈴薯200蔗糖20蛋白胨5瓊脂粉20pH自然蒸餾水 IOOOmLO. 103MPa 滅菌 20min ；
種子培養(yǎng)基(g/L)蔗糖50Na2HP045. 0 酵母膏 3. 0MgS04 · 7H20 0. 2 (NH4)2SO4O. 6NaCl 0. 1ρΗ6. 0 蒸餾水 IOOOmL 0. 103MPa 滅菌 20min ；
發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L)蔗糖50Na2HP045.0 酵母膏 2.0MgS04 · 7H20 0. 4 (NH4) 2S040. 6NaCl 0. 1ρΗ6. 5 蒸餾水 IOOOmL 0. 103MPa 滅菌 20min。
2.干菌體的制備方法
將活化菌體以2%的接種量接種到新鮮的發(fā)酵培養(yǎng)基中，控制pH 6. 5,30 150r/min搖瓶培養(yǎng)4d。IOOOOr離心5min，收集菌體，菌體經(jīng)去離子水洗滌兩遍，棄去上清， 得到濕菌體待用。稱取2g濕菌體，將菌體真空干燥，得干菌體。
3.微囊化出芽短梗霉菌體制備方法
稱取6克短梗霉多糖和1克海藻酸鈉加入IOOml蒸餾水中，加入干菌體6克至菌濃度為6% (w/v)，加熱攪拌使短梗霉多糖溶解，冷卻至室溫，用帶有7號(hào)針頭的注射器擠入含6%的CaCl2溶液中，同時(shí)不斷攪拌，靜置固化1 后洗凈備用。
4.微囊化出芽短梗霉菌體對(duì)Cr6+的吸附
取9套IOOmL的三角瓶，稱取一定量干菌體置于含有5mL的Cr6+300mg/L溶液的三角瓶中，進(jìn)行四因素(PH、時(shí)間、菌量、溫度)三水平L9(34)正交實(shí)驗(yàn)。分別稱取0.08g、 0. 16g、0. 32g微囊化出芽短梗霉菌體，放到含有5mL Cr6+濃度為300mg/L廢水的三角瓶中， 溫度因素分別設(shè)定為10°c、20°c、3(rc，時(shí)間因素分別設(shè)定為0. 5hUh,2h,pH因素分別設(shè)定為3、4、5，置于恒溫水浴搖床，150r/min下振蕩15min，然后IOOOOr離心5min，移取一定上清液，都稀釋100倍，用原子吸收分光光度法測(cè)定金屬離子濃度，并得出最佳吸附條件。
空白對(duì)照為5mL離子溶液和5mL去離子水的混合液，在最佳吸附條件下，同樣搖床振蕩，移取一定溶液，稀釋100倍，用原子吸收分光光度法測(cè)定金屬離子濃度。
5.標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制
稱取0. 85g的重鉻酸鉀，放進(jìn)燒杯中，以少量蒸餾水?dāng)嚢枋蛊淙芙夂?，移入IOOOmL 的容量瓶中，加蒸餾水定容，配成含Cr6+300mg/L的溶液，再用稀釋法把制備好的溶液分別稀釋到不同的級(jí)別數(shù)。最后做一個(gè)空白溶液，為制作Cr6+的標(biāo)準(zhǔn)曲線準(zhǔn)備。
6. Cr6+的吸附率分析
取含Cr6+300mg/L的溶液5mL，放入IOOmL三角瓶中，加入5mL上述吸附劑(每樣重復(fù)三遍)，在最佳吸附條件下置于搖床中，150r/min振蕩后，IOOOOr離心5min，移取一定上清液，稀釋100倍，用原子吸收分光光度法測(cè)定金屬離子濃度?？瞻讓?duì)照為5mL離子溶液和5mL去離子水的混合液，在最佳吸附條件下，同樣搖床振蕩，移取一定溶液，稀釋100倍， 用原子吸收分光光度法測(cè)定金屬離子濃度，并算出吸附率。
吸附率=(C0-Ct)/C0
式中=Cci為空白對(duì)照的濃度(mg/L) ;Ct為吸附后的上清液濃度(mg/L)。
微囊化出芽短梗霉菌體吸附效果
用微囊化出芽短梗霉菌體進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定后，得出微囊化出芽短梗霉菌體在各實(shí)驗(yàn)條件下吸附鉻離子的濃度，以及吸附率，見表1。
表1微囊化出芽短梗霉菌體吸附正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.微囊化出芽短梗霉在處理含鉻錳廢水中的應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微囊化出芽短梗霉在處理含鉻錳廢水中的應(yīng)用，其特征是 以短梗霉多糖作為制備微囊化出芽短梗霉的載體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微囊化出芽短梗霉在處理含鉻錳廢水中的應(yīng)用，其特征是 微囊化出芽短梗霉可單獨(dú)作為生物吸附劑處理含鉻錳廢水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微囊化出芽短梗霉在處理含鉻錳廢水中的應(yīng)用，其特征是 微囊化出芽短梗霉可單獨(dú)作為生物填充料用于填充床反應(yīng)器中連續(xù)處理含鉻錳廢水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微囊化出芽短梗霉在處理含鉻錳廢水中的應(yīng)用，其特征是 微囊化出芽短梗霉可與不同的微囊化微生物復(fù)配，裝填組合成復(fù)合式的生物反應(yīng)器，用于處理含鉻錳廢水。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物吸附法處理含鉻錳的廢水。本發(fā)明所述的生物吸附法處理含鉻錳的廢水為基于微囊化出芽短梗霉處理含鉻錳的廢水。以短梗霉多糖作為制備微囊化出芽短梗霉的載體；比較不同菌齡的出芽短梗霉微囊化菌體吸附鉻錳的能力，確定了出芽短梗霉適宜的培養(yǎng)時(shí)間；研究了pH值、反應(yīng)時(shí)間、溫度、菌體加入量對(duì)出芽短梗霉微囊化菌體吸附鉻錳的影響效果；對(duì)吸附了鉻錳的出芽短梗霉微囊化菌體進(jìn)行了洗脫研究，吸附劑能洗脫再生，重復(fù)使用仍保持較好吸附效果；采用出芽短梗霉微囊化菌體處理含鉻錳的實(shí)際廢水，可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，具有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F101/22GK102515367SQ20121000542
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者余曉紅, 劉珊珊, 李鳳偉, 邵榮 申請(qǐng)人:鹽城工學(xué)院