专利名称：固态光合细菌颗粒及其制备方法
技术领域：
本发明涉及固态光合细菌颗粒及其制备方法，属于环保技术领域。
背景技术：
光合细菌(Photosynthetic bacteria, PSB)是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物。按照《伯杰细菌鉴定手册》(1974年第8版)将不产氧光合作用的光合细菌列为细菌门真细菌纲红螺菌目(Miodospirillales)，细菌门真细菌纲红螺菌目又下分为红螺菌亚目(Rhodospirillineae)和绿菌亚目(Chlorobiineae)，红螺菌亚目下分为红螺菌科(Rhodospirillaceae)和着色菌科(Chlorobiaceae)，绿菌亚目下分为绿硫杆菌 (Chlorobiaceae)和绿色丝状杆菌(Chloroflexaceae)共18属，约45种。光合细菌能降解水体中的亚硝酸盐、硫化物等有毒物质，能忍耐高浓度的有机废水，对酚氰等有一定的分解能力，使其在水处理方面具有其它微生物无法替代的优势。但是，光合细菌的菌体较小，自然沉降困难，在应用中存在菌体流失和固液分离两个缺陷。因此，在实际应用时就需要不断地培养和添加新鲜菌体，还需要进行固液分离的处理工作，造成处理工艺流程复杂，增加处理成本，严重影响了其应用前景。为了提高光合细菌的有效利用率，由此产生了光合细菌固化技术。光合细菌固化技术是通过一定的技术手段将光合细菌固定在载体上，避免菌体流失，提高菌体利用率，简化处理工艺，扩大其应用范围。在固定光合细菌的过程中需要选择适当的固定材料作为载体，将光合细菌固定在载体上，并保持生物活性。目前用到的主要有吸附法、交联法、包埋法。其中，吸附法是依靠载体与菌体间的分子力、疏水力或离子键力将两者结合在一起，该方法操作简单，反应条件温和，不影响细胞活性，具有良好的生产应用前景。吸附材料多采用无机或有机材料，例如沸石、多孔陶瓷、软性纤维等。目前已有的固态光合细菌颗粒的制备技术有利用沸石粉、矿渣等无机材料与光合细菌结合；利用海藻酸钠、琼脂等有机材料与光合细菌结合；利用生物材料如活性污泥与光合细菌交联。如申请号为200610018362. 9，发明名称为“光合细菌的固定化方法”的中国专利申请公开了一种光合细菌的固定化方法。该方法选择粒度为120 200目的沸石粉，按质量比为1 0.03 0.05 0.2 0.3的比例加入粘度为500 IOOOmpa ·s的海藻酸钠和光合细菌浓缩液，混和拌勻，制粒，置于浓度为20 40g/L的CaCl2溶液中硬化，清水漂洗后得成品。在该发明方法中，制备过程持续时间长，得到的产品含水量高，并且CaCl2 对菌体活性影响大，制备得到的固态光合细菌颗粒粘合不紧密，沉降过程中菌体流失大，固态光合细菌颗粒浓缩程度不够，单位体积所含光合细菌数量较少，投入水体后发散面积小， 净化效率偏低。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种固态光合细菌颗粒及其制备方法。本发明解决的技术问题是现有的固态光合细菌颗粒的制备方法繁琐，制备得到的固态光合细菌颗粒浓缩程度较低，在投放水中后立即开始发散导致沉降过程菌体流失大，在投入水体后发散面积小， 净化效率偏低。本发明提供了一种固态光合细菌颗粒，由下述重量配比的成分组成沸石粉 900 1000份、膨润土 30 50份和光合细菌菌液1000份。优选的，上述固态光合细菌颗粒由下述重量配比的成分组成沸石粉950份、膨润土 30份和光合细菌菌液1000份。其中，上述光合细菌优选红假单胞菌属Oihodopseudomonas)光合细菌。其中，上述膨润土优选钠基膨润土。其中，上述的光合细菌菌液的浓度为20 50亿个/mL。本发明还提供了固态光合细菌颗粒的制备方法，包括如下步骤a、将沸石粉加入到光合细菌菌液中，搅拌，过滤，制备含水量在50 60%的光合细菌浓缩液；b、将沸石粉、膨润土加入到步骤a得到的光合细菌浓缩液中，搅拌，制备光合细菌物料；C、对步骤b得到的光合细菌物料进行造粒，即得固态光合细菌颗粒。其中，上述沸石粉、膨润土、光合细菌菌液的重量配比为900 1000份30 50 份1000份。其中，上述沸石粉的使用方法为步骤a中取50 100份所述的沸石粉加入到光合细菌菌液中，在步骤b中将剩余沸石粉加入到光合细菌浓缩液中。其中，步骤b中光合细菌物料的含水量在5. 5 6%。其中，步骤c中按以下规格造粒每粒固态光合细菌颗粒质量为5g，体积为3cm3。本发明中固态光合细菌颗粒耐储藏，运输方便。本发明方法所采用的原料来源广泛，操作简单，生产成本低，不添加任何化学成分、保证了光合细菌活性不受影响；在制备过程中沸石粉用作吸附光合细菌的载体，同时选用膨润土作为粘结剂，由于膨润土也具有吸附性，可以提供更大的比表面积吸附光合细菌，使得1000公斤光合细菌菌液可对应生产约 1000公斤固态光合细菌颗粒，每克固态光合细菌颗粒的含菌量与每毫升菌液的含菌量相当，浓缩程度高，极大地提高了固态光合细菌颗粒中有效成分的含量。本发明中固态光合细菌颗粒使用时，沉降迅速，沉降过程中不发散，在沉底后5分钟内开始发散，发散面积扩大 3 5倍，能够迅速净化污染水体，抑制其他有害藻类及好养细菌的生长(例如蓝藻等)， 达到治理水污染的效果。经检测发现，本发明固态光合细菌颗粒可以迅速降低水体底泥中化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)含量，使底泥溶氧量(DO)升高。本发明的制备方法能够满足规模化生产的需要。本发明的固态光合细菌颗粒使用方法简便，应用范围广泛，具有广阔的市场前景。
具体实施例方式本发明的固态光合细菌颗粒，由下述重量配比的成分组成沸石粉900 1000份、 膨润土 30 50份和光合细菌菌液1000份。优选的，上述固态光合细菌颗粒由下述重量配比的成分组成沸石粉950份、膨润土 30份和光合细菌菌液1000份。
其中，上述光合细菌优选红假单胞菌属Oihodopseudomonas)光合细菌。其中，上述膨润土优选钠基膨润土。其中，上述的光合细菌菌液的浓度为20 50亿个/mL。本发明固态光合细菌颗粒的制备方法包括如下步骤a、将沸石粉加入到光合细菌菌液中，搅拌，过滤，制备含水量在50 60%的光合细菌浓缩液；b、将沸石粉、膨润土加入到步骤a得到的光合细菌浓缩液中，搅拌，制备光合细菌物料；C、对步骤b得到的光合细菌物料进行造粒，即得固态光合细菌颗粒。其中，上述沸石粉、膨润土、光合细菌菌液的重量配比为900 1000份30 50 份1000份。其中，上述沸石粉的使用方法为步骤a中取50 100份所述的沸石粉加入到光合细菌菌液中，在步骤b中将剩余沸石粉加入到光合细菌浓缩液中。其中，步骤b中光合细菌物料的含水量在5. 5 6%。其中，步骤c中按以下规格造粒每粒固态光合细菌颗粒质量为5g，体积为3cm3。本发明中光合细菌(Photosynthetic bacteria)简称PSB，是地球上最古老的一类细菌，适应性强，能忍耐高浓度的有机废水，具有较强的分解转化能力，对酚、氰等有一定的忍受和分解能力，在污水处理方面具有其它微生物无法替代的优势。在本发明中，所用的光合细菌菌液浓度达到20 50亿个/mL即可，制备的固态光合细菌颗粒浓缩程度高， 可达到良好的净水效果。在本发明中可选用红螺菌科(Miodospirillaceae)红假单胞菌属 (Rhodopseudomonas)的光合细菌。在实际生产中，生产厂家可根据产品的使用范围以及生产能力等选择适用的光合细菌。本发明中膨润土用作粘结剂。膨润土可吸附8 15倍于自身体积的水，体积膨胀可达数倍至30倍。在多水条件下，膨润土晶体结构非常微细，使其具有许多优良特性，如高分散性、悬浮性、膨润性、粘结性、吸附性、阳离子交换性等。膨润土的主要成分是蒙脱石。蒙脱石是典型的层状硅酸盐矿物之一。在本发明中膨润土不仅可用于粘结光合细菌，还可以吸附光合细菌，在固态光合细菌颗粒投放到水体后还可以吸附水体中的污染物，辅助性提高净水效果。膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型层间阳离子为Na+时称钠基膨润土 ；层间阳离子为Ca2+时称钙基膨润土 ；层间阳离子为H+时称氢基膨润土 ；层间阳离子为有机阳离子时称有机膨润土。其中，钠基膨润土物理化学性质和工艺技术性能较优越，主要表现在吸水率和膨胀倍数大；阳离子交换量高；在水介质中分散性好，胶质价高；有较高的可塑性和较强的粘结性。因此，为了使制备得到的固态光合细菌颗粒的使用效果更好， 在本发明中使用钠基膨润土。本发明使用的沸石粉从市场购买即可。沸石粉具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能，被广泛应用于工业、农业、养殖业、环保行业等，在环境保护方面，沸石粉用来处理废气、废水，从废水废液中脱除或回收金属离子，脱除废水中放射性污染物。因此，沸石粉十分适于用作制备固态光合细菌颗粒的吸附剂。本发明中沸石粉分两步使用，先加入一部分沸石粉到光合细菌菌液中，让沸石粉充分吸附光合细菌，然后通过过滤去除菌液中的部分水分，得到光合细菌浓缩液；再向光合细菌浓缩液中加入剩余沸石粉和膨润土，是为了得到粘结良好的光合细菌物料用于造粒。 在实际生产中，可根据所选用的光合细菌的大小、沸石粉的吸附能力及过滤设备的孔径等条件来调整加入到光合细菌菌液中的沸石粉的重量。将一部分沸石粉加入到光合细菌菌液后，要均勻搅拌使沸石粉充分吸附光合细菌，然后经过滤去除沸石粉吸附光合细菌后剩余的水分。光合细菌物料的含水量控制在5. 5 6%是为了使其粘结良好，使得到的固态光合细菌颗粒在投放下沉过程中不会发散，同时在沉入水底后可以迅速发散，不会过于固化导致发散面积小，从而降低其利用率。造粒的标准为每粒固态光合细菌颗粒质量为5g，体积为 3cm3，造粒可用机械或者手工等方式进行，采用机械方式可以提高生产效率。为了说明本发明的有益效果，以申请号为200610018362. 9，发明名称为“光合细菌的固定化方法”的中国专利申请作为对比，按照该专利申请公开的光合细菌的固定化方法制备固态光合细菌颗粒，用来与本发明的制备方法制备的固态光合细菌颗粒作比较。本发明对制备得到的固态光合细菌颗粒的沉降时间、发散开始时间、发散结束时间、发散面积进行了测定。沉降时间、发散开始时间、发散结束时间均以投放时间作为计时起点。发散面积根据比表面积进行对比。本发明还测定了固态光合细菌颗粒对水体底泥的净化能力。下面结合实施例对本发明的具体实施方式
做进一步的描述。下述实施例中光合细菌选用沼泽红假单胞菌(Rhodopseudanonas palustris)，属于红螺菌科、红假单胞菌属，可用于水质净化、污水处理、饲料级微生物添加剂等，其菌液浓度为30亿个/mL。其中，菌株来源农业部沼气科学研究所；菌株保藏编号00309。在下述实施例中使用钠基膨润土，其主要成分为60 88% (wt/wt)的蒙脱石，膨胀容为25 50ml/g，胶质价彡99ml/15g，2h吸水率为250 350%，水分彡12%，湿压强度彡 0. 23 (Mpa)，吸蓝量彡 80mmol/g, Na2O 彡 1.沘％。在下述实施例中使用细度为200目的沸石粉，其主要成分为62. 87% (wt/wt)的二氧化硅、13. 46% (wt/wt)的三氧化二铝、1.35% (wt/wt)的三氧化二铁、2. 71% (wt/wt)的氧化钙、2. 38% (wt/wt)的氧化镁。下述实施例中使用的0. 001 0. 1微米的滤膜为PP中空纤维超滤膜。PP中空纤维超滤膜是利用高分子材料采用特殊工艺制成的不对称半透膜。它呈中空毛细管状，管壁密布微孔，超滤膜的孔径大约在0. 001 0. 1微米范围内，截留分子量约在1000 500000 道尔顿，在压力的作用下，原液在膜内或膜外流动，其中的溶剂或小分子可以透过膜，收集为超滤液，而其中的大分子物质(蛋白质、各类酶、核酸、多糖等)以及胶体粒子(乳胶、微粒子)、细菌等被截留在膜外，被循环流动的原液带走成为浓缩液，从而实现物质的分离、浓缩和提纯。下述实施例中采用对辊造粒机进行造粒。实施例1固态光合细菌颗粒的制备a、将50公斤沸石粉加入1000公斤光合细菌菌液中，充分搅拌，使沸石粉充分吸附光合细菌，0. 001 0. 1微米的PP中空纤维超滤膜过滤，得含水量在50%的光合细菌浓缩液；b、将850公斤沸石粉、30公斤的膨润土加入到步骤a得到的光合细菌浓缩液中，搅拌，得到含水量在6%的光合细菌物料；
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c、按每粒固态光合细菌颗粒质量为5g，体积为3cm3的规格，用对辊造粒机对步骤 b得到的光合细菌物料进行造粒，即得固态光合细菌颗粒。制备得到的固态光合细菌颗粒的沉降时间、发散开始时间、发散结束时间、发散面积见表1。实施例2固态光合细菌颗粒的制备a、将50公斤沸石粉加入1000公斤光合细菌菌液中，充分搅拌，使沸石粉充分吸附光合细菌，0. 001 0. 1微米的PP中空纤维超滤膜过滤，得含水量在55%的光合细菌浓缩液；b、将900公斤沸石粉、30公斤的膨润土加入到步骤a得到的光合细菌浓缩液中，搅拌，得到含水量在5. 8%的光合细菌物料；C、按每粒固态光合细菌颗粒质量为5g，体积为3cm3的规格，用对辊造粒机对步骤 b得到的光合细菌物料进行造粒，即得固态光合细菌颗粒。制备得到的固态光合细菌颗粒的沉降时间、发散开始时间、发散结束时间、发散面积见表1。实施例3固态光合细菌颗粒的制备a、将50公斤沸石粉加入1000公斤光合细菌菌液中，充分搅拌，使沸石粉充分吸附光合细菌，0. 001 0. 1微米的PP中空纤维超滤膜过滤，得含水量在60%的光合细菌浓缩液；b、将950公斤沸石粉、50公斤的膨润土加入到步骤a得到的光合细菌浓缩液中，搅拌，得到含水量在5. 5%的光合细菌物料；C、按每粒固态光合细菌颗粒质量为5g，体积为3cm3的规格，用对辊造粒机对步骤 b得到的光合细菌物料进行造粒，即得固态光合细菌颗粒。制备得到的固态光合细菌颗粒的沉降时间、发散开始时间、发散结束时间、发散面积见表1。对比例以申请号为200610018362. 9，发明名称为“光合细菌的固定化方法”的中国专利申
请公开的方法制备固态光合细菌颗粒a、将浓度为5g/L的磷酸氢钙溶液加入到光合细菌培养液中，过夜，使菌体絮凝， 虹吸法吸去上清液，获得光合细菌浓缩液；b、取粒度为140目的商品沸石粉50kg，添加粘度为800mpa 的海藻酸钠2. 5kg, 拌勻，再加入光合细菌浓缩液10kg，混勻，用制粒机造粒成形，成型后的颗粒置于浓度为 30g/L的CaCl2溶液中硬化他，硬化后取出用自来水漂洗两次，即得固态光合细菌颗粒。制备得到的固态光合细菌颗粒的沉降时间、发散开始时间、发散结束时间、发散面积见表1。表1实施例1 3、对比例中制备的固态光合细菌颗粒沉降速度和发散面积测定
权利要求
1.固态光合细菌颗粒，其特征在于由下述重量配比的成分组成沸石粉900 1000 份、膨润土 30 50份和光合细菌菌液1000份。
2.根据权利要求1所述的固态光合细菌颗粒，其特征在于由下述重量配比的成分组成沸石粉950份、膨润土 30份和光合细菌菌液1000份。
3.根据权利要求1或2所述的固态光合细菌颗粒，其特征在于所述的光合细菌为红假单胞菌属光合细菌。
4.根据权利要求1或2所述的固态光合细菌颗粒，其特征在于所述的膨润土为钠基膨润土。
5.根据权利要求1 3任一项所述的固态光合细菌颗粒，其特征在于所述的光合细菌菌液的浓度为20 50亿个/mL。
6.固态光合细菌颗粒的制备方法，包括如下步骤a、将沸石粉加入到光合细菌菌液中，搅拌，过滤，制备含水量在50 60%的光合细菌浓缩液；b、将沸石粉、膨润土加入到步骤a得到的光合细菌浓缩液中，搅拌，制备光合细菌物料；C、对步骤b得到的光合细菌物料进行造粒，即得固态光合细菌颗粒。
7.根据权利要求6所述的固态光合细菌颗粒的制备方法，其特征在于上述沸石粉、膨润土、光合细菌菌液的重量配比为900 1000份30 50份1000份。
8.根据权利要求7所述的固态光合细菌颗粒的制备方法，其特征在于所述沸石粉的使用方法为步骤a中取50 100份沸石粉加入到光合细菌菌液中，在步骤b中将剩余沸石粉加入到光合细菌浓缩液中。
9.根据权利要求6所述的固态光合细菌颗粒的制备方法，其特征在于步骤b中光合细菌物料的含水量在5. 5 6%。
10.根据权利要求6所述的固态光合细菌颗粒的制备方法，其特征在于步骤c中按以下规格造粒每粒固态光合细菌颗粒质量为5g，体积为3cm3。
全文摘要
本发明涉及固态光合细菌颗粒及其制备方法，属于环保技术领域。本发明解决的技术问题是现有的固态光合细菌颗粒的制备方法繁琐，制备得到的固态光合细菌颗粒浓缩程度较低，在投放水中后立即开始发散导致沉降过程菌体流失大，在投入水体后发散面积小，净化效率偏低。本发明的技术方案是提供一种固态光合细菌颗粒，由下述重量配比的成分组成沸石粉900～1000份、膨润土30～50份和光合细菌菌液1000份。
文档编号C02F11/02GK102533714SQ201110450340
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者张戈, 李建, 王显勇, 龙波 申请人:四川清和科技有限公司