專利名稱：一種聚乙烯醇固定化微生物顆粒及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程領域，具體涉及一種聚乙烯醇固定化微生物顆粒及其制備方法。
背景技術：
固定化技術是使生物催化劑(酶、微生物細胞、動物和植物細胞)更廣泛而有效利用的一個重要手段。固定化微生物技術作為生物工程領域中的一項新興技術，在食品與發(fā)酵工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、化學工業(yè)、環(huán)境保護和能源開發(fā)等各個領域有著廣泛的應用前景。微生物細胞的固定化方法主要包括吸附法、交聯法和包埋法。其中，以包埋法最為常用。包埋材料可分為天然高分子多糖類和合成高分子化合物。作為包埋載體，天然高分子多糖類的海藻酸鈉和卡拉膠應用最多，它們具有固化、 成形方便，對微生物毒性小，固定化密度高等優(yōu)點。但它們的機械強度較低，雖然可用交聯劑進行穩(wěn)定化處理，但活力和傳質性能又會下降。合成高分子化合物中常用的載體物質有聚丙烯酰胺、光硬化樹脂等。它們的突出優(yōu)點是抗微生物分解性能好，機械強度高，化學性能穩(wěn)定。但是聚合物網絡的形成條件比較劇烈，對微生物細胞的損害較大，而且成形的多樣性和可控性不好。聚乙烯醇是一種新型的微生物包埋固定化載體，它具有強度高、化學穩(wěn)定性好、抗微生物分解性能強、對微生物無毒、價格低廉等一系列優(yōu)點，是一種具有實用潛力的包埋材料，近年來在國內外獲得了較廣泛的研究。PVA固定化微生物載體的制備按照其交聯方法大致可以分為物理交聯法和化學交聯法。物理交聯主要是利用PVA分子內氫鍵的作用，在冷凍的過程中利用PVA鏈間的氫鍵、 微晶區(qū)以及大分子鏈間的纏結形成三維網絡，因為物理交聯法不采用化學交聯試劑，所以對微生物的活性影響較低，但所得載體有較大的水溶膨脹性，限制了其使用壽命。化學交聯法主要是通過在聚乙烯醇(PVA)的水溶液中加入硼酸，由于化學反應，聚乙烯醇(PVA)于硼酸反應形成單二醇型凝膠。但是現有的利用聚乙烯醇(PVA)制備的固定化微生物顆粒(專利號00132126. 9)存在操作過程復雜、水溶膨脹嚴重、顆粒內部微生物活性低，因此在實際使用過程中使用壽命較短，制約了其在固定化微生物在環(huán)境污染監(jiān)測及環(huán)境污染治理領域的應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種聚乙烯醇固定化微生物顆粒。本發(fā)明的目的還在于提供一種聚乙烯醇固定化微生物顆粒制備方法。一種聚乙烯醇固定化微生物顆粒，包含微生物、聚乙烯醇、海藻酸鈣、Na2SiO3和水， 其中微生物、聚乙烯醇、海藻酸鈣、Na2SiO3、和水占顆?？傎|量的百分比分別為2 10%、 8 12. 5%、0. 5 1%、0. 5 1%、75 89%。一種聚乙烯醇固定化微生物顆粒制備方法，按照如下步驟進行
(1)將聚乙烯醇和海藻酸鈉置于水中混合，水浴加熱并緩慢攪拌至溶化，制成聚乙烯醇和海藻酸鈉的混合溶液；(2)在聚乙烯醇和海藻酸鈉的混合溶液步中加入Na2SiO3，混合均勻，然后靜置降至常溫；(3)將微生物懸浮液與步驟( 所得的溶液混合；(4)向NaNO3溶液中加入CaCl2,得到交聯劑溶液；(5)用注射器或滴管將步驟C3)制得的溶液滴加到30 45°C的交聯劑溶液中，產生灰色球型顆粒，并在其中浸泡1 2小時。步驟(1)所加聚乙烯醇、海藻酸鈉和水占聚乙烯醇、海藻酸鈉和水總重量的百分比分別為8 12. 5%、0. 5 1%、87 91%;步驟(2)所加Na2SiO3占聚乙烯醇和海藻酸鈉的混合溶液重量的0. 5 ；步驟C3)微生物懸浮液中微生物的質量濃度為10 30%， 所加微生物懸浮液與步驟( 所得的溶液的體積比為1 2;步驟G)NaNO3溶液的質量濃度為40-60%，所加CaCl2占NaNO3溶液重量的2 5%。本發(fā)明的有益效果(1)本發(fā)明固定化操作過程簡單且交聯劑溶液對微生物無毒，可顯著提高顆粒的相對生物活性。(2)本發(fā)明方法可使固定化微生物顆粒的機械強度顯著提高，水溶膨脹性得到抑制。( 本發(fā)明使固定化微生物顆粒使用壽命長，如用本發(fā)明方法制備的固定化活性污泥的使用壽命可達到三個月以上。
具體實施例方式下面以具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1固定化活性污泥的制備制備步驟如下(1)將含有10%的聚乙烯醇(PVA)與1 %的海藻酸鈉的混合液熱溶，作為包埋材料；水浴加熱至溶化，再加入的Na2SiO3，混合均勻，然后靜置降至常溫；(2)取污水處理廠曝氣池水，靜置，待池水分層，倒出上清液至另一容器中，將剩下的較濃泥水混合物充分搖勻，取300ml，用上層清液稀釋至1000ml，加入Ig葡萄糖，在水浴搖床中于30°C，150轉/分下培養(yǎng)3天，離心分離得到濕菌體。按照體積比1 2的包埋比， 與步驟(1)溶液混合；(3)在IOOml 50% NaNO3溶液加入2g CaCl2,制備得到交聯劑溶液；(4)用0.40mm ID的注射器將步驟(2)中的混合液滴加到冷卻的交聯劑溶液中，形成4mm直徑的灰色球形小珠，并在其中浸泡1 池，然后用生理鹽水洗滌灰色球形小珠，所得灰色球形小珠即為固定化活性污泥。實施例2固定化活性污泥的制備制備步驟如下(1)將含有8%的聚乙烯醇(PVA)與0. 5%的海藻酸鈉的混合液熱溶，作為包埋材料；水浴加熱至溶化，再加入0. 5%的Na2SiO3，混合均勻，然后靜置降至常溫；(2)取污水處理廠曝氣池水，靜置，待池水分層，倒出上清液至另一容器中，將剩下的較濃泥水混合物充分搖勻，取300ml，用上層清液稀釋至1000ml，加入Ig葡萄糖，在水浴搖床中于30°C，150轉/分下培養(yǎng)3天，離心分離得到濕菌體。按照體積比1 2的包埋比，與步驟(1)溶液混合；(3)在IOOml 40% NaNO3溶液加入4g CaCl2,制備得到交聯劑溶液；(4)用0.40mm ID的注射器將步驟(2)中的混合液滴加到冷卻的交聯劑溶液中，形成4mm直徑的灰色球形小珠，并在其中浸泡1 池，然后用生理鹽水洗滌灰色球形小珠，所得灰色球形小珠即為固定化活性污泥。實施例3固定化活性污泥的制備制備步驟如下(1)將含有12. 5%的聚乙烯醇(PVA)與0. 8%的海藻酸鈉的混合液熱溶，作為包埋材料；水浴加熱至溶化，再加入0. 8%的Na2SiO3，混合均勻，然后靜置降至常溫；(2)取污水處理廠曝氣池水，靜置，待池水分層，倒出上清液至另一容器中，將剩下的較濃泥水混合物充分搖勻，取300ml，用上層清液稀釋至1000ml，加入Ig葡萄糖，在水浴搖床中于30°C，150轉/分下培養(yǎng)3天，離心分離得到濕菌體。按照體積比1 2的包埋比， 與步驟(1)溶液混合；(3)在IOOml 60% NaNO3溶液加入5g CaCl2,制備得到交聯劑溶液；(4)用0.40mm ID的注射器將步驟(2)中的混合液滴加到冷卻的交聯劑溶液中，形成4mm直徑的灰色球形小珠，并在其中浸泡1 池，然后用生理鹽水洗滌灰色球形小珠，所得灰色球形小珠即為固定化活性污泥。實施例4固定化微生物效果的證明試驗按照如下步驟進行(1)在250ml三角瓶中加入5g實施例1制備的固定化微生物顆粒，和IOOml濃度為200mg/L的標準BOD溶液； (2)于30°C、180rpm/min下水浴振蕩培養(yǎng)1個月，定時取樣檢測顆粒生物活性及水溶膨脹性；(3)取出固定化微生物顆粒，用蒸餾水清洗干凈，進行下一批次實驗；(4)重復實驗步驟(2) (4)。結果，與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明實施例1制備的固定化活性污泥操作過程更為簡便，為大規(guī)模制備顆粒減少了操作流程，并且顆粒的水溶膨脹系數(培養(yǎng)前后顆粒粒徑百分比)由傳統(tǒng)方法的1.4減少到1. 1，水溶膨脹性得到顯著抑制，顆粒強度得到顯著增強； 顆粒的相對生物活性提高了約30%。說明本發(fā)明顯著抑制了顆粒的水溶膨脹性，提高了顆粒生物活性，并大大延長了使用壽命。
權利要求
1.一種聚乙烯醇固定化微生物顆粒，其特征在于，該顆粒包含微生物、聚乙烯醇、海藻酸鈣、Na2SiO3和水，其中微生物、聚乙烯醇、海藻酸鈣、Na2SiO3、和水占顆?？傎|量的百分比分別為 2 10%、8 12. 5%,0. 5 1%、0. 5 1%、75 89%。
2.—種聚乙烯醇固定化微生物顆粒制備方法，其特征在于，按照如下步驟進行(1)將聚乙烯醇和海藻酸鈉置于水中混合，水浴加熱并緩慢攪拌至溶化，制成聚乙烯醇和海藻酸鈉的混合溶液；(2)在聚乙烯醇和海藻酸鈉的混合溶液步中加入Na2SiO3,混合均勻，然后靜置降至常(3)將微生物懸浮液與步驟( 所得的溶液混合；(4)向NaNO3溶液中加入CaCl2，得到交聯劑溶液；(5)用注射器或滴管將步驟(3)制得的溶液滴加到30 45°C的交聯劑溶液中，產生灰色球型顆粒，并在其中浸泡1 2小時。
3.根據權利要求2所述一種聚乙烯醇固定化微生物顆粒制備方法，其特征在于，步驟 (1)所加聚乙烯醇、海藻酸鈉和水占聚乙烯醇、海藻酸鈉和水總重量的百分比分別為8 12. 5%、0. 5 1%、87 91%;步驟(2)所加Na2SiO3占聚乙烯醇和海藻酸鈉的混合溶液重量的0. 5 ；步驟C3)微生物懸浮液中微生物的質量濃度為10 30%，所加微生物懸浮液與步驟( 所得的溶液的體積比為1 2;步驟G)NaN03溶液的質量濃度為40-60%， 所加CaCl2占NaNO3溶液重量的2 5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于環(huán)境工程領域的一種聚乙烯醇固定化微生物顆粒及其制備方法。該方法以聚乙烯醇和海藻酸鈉作為固定化微生物的載體，以對微生物無毒的NaNO3溶液和CaCl2作為交聯劑，通過高濃度鹽溶液的脫水作用使得聚乙烯醇鏈間的氫鍵、微晶區(qū)以及大分子鏈間的纏結形成三維網絡，同時依靠Na2SiO3加強聚乙烯醇內部氫鍵的交聯，解決顆粒的水溶膨脹性問題。本發(fā)明固定化操作過程簡單且交聯劑溶液對微生物無毒，抑制了水溶膨脹性，使得固定化微生物顆粒的使用壽命得到延長。
文檔編號C12N11/10GK102250867SQ20111016388
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權日2011年6月17日
發(fā)明者王建龍, 茆云漢 申請人:清華大學