包埋装置及固定化微生物载体的制作方法与流程

本发明涉及污水处理，尤其涉及一种凝固速度快、凝固后硬度高的包埋装置及固定化微生物载体的制作方法。
背景技术：
：脱氮最根本的技术都离不开微生物的降解作用。而经筛选过的高效硝化菌和反硝化菌是污水水生物脱氮技术中的核心菌种。生物脱氮技术首先将通过硝化菌的硝化作用将氨态氮转化成硝态氮，再通过反硝化作用将后者转变成氮气排入大气中，最终实现氮元素的循环和氨氮的无害化。而传统的生物脱氮技术中存在着如下问题：①因水体深度的不同溶解氧的浓度不均、而硝化（硝化过程为耗氧过程）细菌自身无法大量富集于水体表层，因而影响其生物活性；②因部分营养盐及碳源的短缺导致有效微生物在水体中无法存活或存活时间过短；③大量微生物因其自身重力所致，沉淀至水体底泥中，丧失其降解水体中溶解态氮元素的作用；④一些高分子固定化微生物载体因自身无法降解、导致水体产生二次污染。由于传统的生物脱氮工艺存在着自养硝化细菌得不到生长优势、难维持较高的生物浓度、投资和运行费用较高及容易造成二次污染等诸多弊端。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种包埋装置及固定化微生物载体的制作方法，以克服现有技术中存在的不足。为实现上述发明目的，本发明提供一种包埋装置，其包括：内管、第一中间管、第二中间管、外管；所述内管、第一中间管、第二中间管、外管由内而外依次套设而成，且各管之间保持连通，所述第一中间管的下端固定于所述内管的外侧壁上，所述第二中间管的下端固定于所述第一中间管的外侧壁上，所述外管的下端固定于所述第二中间管的外侧壁上，所述内管、第一中间管、第二中间管、外管均连接有一进液管，所述内管的上端形成入口，下端形成出口。作为本发明的包埋装置的改进，所述内管、第一中间管、第二中间管、外管均为自上而下内径逐渐减小的锥形管。作为本发明的包埋装置的改进，所述内管与中间管之间的距离为0.5-2mm；所述中间管与外管之间的距离为0.5-2mm。为实现上述发明目的，本发明提供一种固定化微生物载体的制作方法，其采用如上所述的包埋装置制作所述固定化微生物载体；所述制作方法包括如下步骤：由内管的入口加入甘蔗渣糖蜜溶液；由内管道的进液管加入第一菌种溶液；由第一中间管的进液管加入第一交联剂溶液；由第二中间管的进液管加入第二菌种溶液；由外管的进液管加入第二交联剂溶液；由内管的入口加入第三交联剂溶液；上述加入的各溶液聚合形成包埋有第一菌种溶液和第二菌种溶液的高分子球状载体。作为本发明的固定化微生物载体的制作方法的改进，所述甘蔗渣糖蜜溶液的用量为0.5-5w%，其制作过程为：将甘蔗渣粉碎，加热榨汁，冷却，将杂质沉淀；将上清液过滤，再加热榨汁、沉淀、过滤；反复多次后得到黑褐色高黏度的液体状糖蜜。作为本发明的固定化微生物载体的制作方法的改进，第一菌种为反硝化细菌，第二菌种为硝化细菌；或者，第一菌种和第二菌种均为产氢细菌；或者，第一菌种和第二菌种均为乳酸菌。作为本发明的固定化微生物载体的制作方法的改进，所述第一菌种和第二菌种还选自：芽孢杆菌、酵母菌、脱硫微生物的菌种、厌氧氨氧化细菌、好氧氨氧化细菌。作为本发明的固定化微生物载体的制作方法的改进，所述第一交联剂溶液为：0.3-5wt%氯化钙和饱和硼酸、0.5-3wt%二氧化硅溶液。作为本发明的固定化微生物载体的制作方法的改进，所述第二交联剂溶液为：0.3-5wt%氯化钙和饱和硼酸、0.1-5wt%硫酸铝溶液的混合物。作为本发明的固定化微生物载体的制作方法的改进，所述第三交联剂溶液为：0.3-5wt%氯化钙和饱和硼酸、0.5-3wt%二氧化硅、0.1-5%硫酸铝。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过双重包埋的方式，制备了新型固定化微生物载体。增强固定化微生物载体的耐曝气强度、机械强度高，没有聚乙烯醇和海藻酸钠的溶出，抵抗被处理环境对固定化微生物载体的影响。同时，减缓了固定化微生物载体的水溶胀性、改善了载体的机械强度和生物活性，延长了载体的使用寿命。从而，利用本发明可实现固定化微生物载体的工业化规模生产，进而降低废水处理的成本。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明的包埋装置的平面示意图。具体实施方式下面结合各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。本发明的发明构思为：利用甘蔗渣糖蜜作为碳源，通过其缓释作用供给于微生物。将厌氧菌和好氧菌固定化于同一载体上，厌氧菌被好氧菌包被，使得载体内产生溶解氧梯度。好氧菌在表面，溶解氧高；厌氧菌在内部，由于氧传递受阻及外部硝化菌的大量耗氧，造成厌氧区。通过加入具有二氧化硅及硫酸铝的交联剂进行多次交联反应，减缓了载体的水溶胀性、改善了载体的机械强度和生物活性，延长了载体的使用寿命。基于上述发明构思，本发明首先提供一种包埋装置。如图1所示，本发明的包埋装置包括：内管1、第一中间管2、第二中间管3、外管4。其中，所述内管1、第一中间管2、第二中间管3、外管4由内而外依次套设而成，且各管之间保持连通，所述第一中间管2的下端固定于所述内管1的外侧壁上，所述第二中间管3的下端固定于所述第一中间管2的外侧壁上，所述外管4的下端固定于所述第二中间管3的外侧壁上，所述内管1、第一中间管2、第二中间管3、外管4均连接有一进液管，所述内管1的上端形成入口，下端形成出口。优选地，所述内管1、第一中间管2、第二中间管3、外管4均为自上而下内径逐渐减小的锥形管，所述内管1与中间管之间的距离为0.5-2mm；所述中间管与外管4之间的距离为0.5-2mm。通过上述包埋装置，可通过内管1的进口、各进液管的进口加入多种物料，实现将厌氧菌和好氧菌固定化于同一载体上，厌氧菌被好氧菌包被，使得载体内产生溶解氧梯度。本发明还提供一种固定化微生物载体的制作方法，其采用如上所述的包埋装置制作所述固定化微生物载体。所述制作方法包括如下步骤：由内管的入口加入甘蔗渣糖蜜溶液；由内管道的进液管加入第一菌种溶液；由第一中间管的进液管加入第一交联剂溶液；由第二中间管的进液管加入第二菌种溶液；由外管的进液管加入第二交联剂溶液；由内管的入口加入第三交联剂溶液；上述加入的各溶液聚合形成包埋有第一菌种溶液和第二菌种溶液的高分子球状载体。其中，各溶液是通过重力作用由内管的出口滴到磁力搅拌容器中聚合成为直径为2-3mm的球状载体，从而确保工业化规模生产固定化微生物载体的实施。第一菌种为反硝化细菌，第二菌种为硝化细菌；或者，第一菌种和第二菌种均为产氢细菌；或者，第一菌种和第二菌种均为乳酸菌。此外，所述第一菌种和第二菌种还可选自：产氢细菌、乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌、脱硫微生物的菌种、厌氧氨氧化细菌、好氧氨氧化细菌等用于污水处理用的微生物，以及用于水产养殖用的功能性微生物及益生菌等。糖蜜是以甘蔗等为原料的制糖业的副产品，由于技术及成本等的原因从糖蜜中继续提取糖已不再经济。糖蜜的主要成分是糖，并含有蛋白质、天然矿物质和维生素等多种营养成分。它是一种深褐色、黏稠状的液体。糖蜜主要用于饲料工业,生产酒精、味精等发酵工业及制做工业用黏结剂等。其中饲料工业用量大约占世界贸易量的60%。根据目前国内的甘蕉糖蜜质量标准轻工标准（qb/t2684-2005）显示，甘蔗糖蜜是深棕色、呈粘稠状的液体，总糖分≥48%，纯度（总糖分/折射锤度）≥60%。甘蔗糖蜜的成分因甘蔗品种、成熟程度、种植气候、土壤条件、田间管理和制糖工艺等的不同而有较大的不同，主要含有水分、糖分、非糖分，其中糖分包括蔗糖、还原糖和非发酵性糖，非糖分包括有机物、可溶性树胶及其它碳水化合物、蛋白质、氨基酸、钠、钾、钙、氯、磷等离子，营养丰富、全面。甘蔗糖蜜的营养成分见表1。可见甘蔗渣糖蜜完全可以用于污水处理用碳源和营养物质。表1甘蔗糖蜜营养成分表项目含量（%）水分25干固75全糖分48-56蔗糖分30-40还原糖分15-20非发酵性糖2-4非糖有机物9-12乌头酸3蛋白质8-10硫酸灰分10-15na0.1-0.4k1.5-5.0ca0.4-0.8cl0.7-3.0p0.6-2.0所述第一交联剂溶液为：0.3-5wt%氯化钙和饱和硼酸、0.5-3wt%二氧化硅溶液。所述第二交联剂溶液为：0.3-5wt%氯化钙和饱和硼酸、0.1-5wt%硫酸铝溶液的混合物。所述第三交联剂溶液为：0.3-5wt%氯化钙和饱和硼酸、0.5-3wt%二氧化硅、0.1-5%硫酸铝。下面结合几个实施例，对上述固定化微生物载体的制作方法的技术方案进行举例说明。实施例1本实施例的工艺步骤如下：1.甘蔗渣糖蜜的处理由于甘蔗糖蜜成分复杂，混有大量的非糖成分和杂质（如黑色素、重金属离子、胶体物质等），使处理水的bod和色度增加，因此，制作固定化微生物载体之前必须除去这些杂质。首先将甘蔗渣粉碎，加热榨汁，冷却，将杂质沉淀。将上清液过滤，再加热榨汁、沉淀、过滤，反复多次后得到黑褐色高黏度的液体状糖蜜。所得糖蜜除含有糖分外，还含有钙、钾等矿物质元素以及各种氨基酸，适合作为反硝化细菌等异养微生物的碳源和营养物质。2.浓缩反硝化细菌的制备将恒温培养48h的反硝化细菌培养液装入离心管，以3000r/min的速度离心10min，弃去上清液，用无菌生理盐水洗后，再反复离心3~4次，得到浓缩反硝化细菌，放置到4℃的冰箱中保存待用。3.浓缩硝化细菌的制备将恒温培养24h的硝化细菌培养液装入离心管，以3000r/min的速度离心10min，弃去上清液，用无菌生理盐水洗后，再反复离心3~4次，得到浓缩硝化细菌，放置到4℃的冰箱中保存待用。4.固定化用高分子材料及交联剂的制备（1）高分子溶液的配制：各准确称取3gpva、1.5g海藻酸钠，加入100ml蒸馏水，40℃水浴加热搅拌预处理2h；升温至94℃，水浴加热至溶液完全溶解，冷却至室温，备用；（2）配制交联剂1，准确称取20g氯化钙和饱和硼酸及10g二氧化硅，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（3）配制交联剂2，准确称取20g氯化钙和饱和硼酸及10g硫酸铝，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（4）配制交联剂3，准确称取20g氯化钙、饱和硼酸和10g二氧化硅及10g硫酸铝，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（5）配制甘蔗糖蜜溶液：配制3%处理后的甘蔗糖蜜溶液；（6）配制反硝化细菌高分子混合液：称取3g浓缩后的反硝化细菌加入100ml高分子溶液中，混合均匀，备用；（7）配制硝化细菌高分子混合液：称取3g浓缩后的硝化细菌加入100ml高分子溶液中，混合均匀，备用。5.固定化微生物载体的制作按照本发明的方法，分别通过微量输液泵由四重管的进口1加入甘蔗糖蜜、由进口2加入反硝化细菌高分子混合液，由进口3加入交联剂1混合液，由进口4加入硝化细菌高分子混合液，由进口5加入交联剂2交联剂2，最后经出口6滴入交联剂3的溶液，聚合成高分子球状载体。实施例2为了实现代替煤炭和石油的新能源---h2的微生物生产和含有氨的废水对产氢细菌的影响，即处理废水的同时可以生产新的能源。通过制备固定化产氢细菌载体，提高产氢细菌对含有氨的废水的耐性，同时也提高了氢气的产氢量，利用固定化产氢细菌担体的培养的产氢量是没有固定化产氢细菌担体培养的产氢量的3倍。本实施例的工艺步骤如下：1.甘蔗渣糖蜜的处理由于甘蔗糖蜜成分复杂，混有大量的非糖成分和杂质（如黑色素、重金属离子、胶体物质等），使处理水的bod和色度增加，因此，制作固定化微生物载体之前必须除去这些杂质。首先将甘蔗渣粉碎，加热榨汁，冷却，将杂质沉淀。将上清液过滤，再加热榨汁、沉淀、过滤，反复多次后得到黑褐色高黏度的液体状糖蜜。所得糖蜜除含有糖分外，还含有钙、钾等矿物质元素以及各种氨基酸，适合作为反硝化细菌等异养微生物的碳源和营养物质。2.浓缩产氢细菌(enterobacteraerogenes)的制备将恒温培养48h的产氢细菌培养液装入离心管，以3000r/min的速度离心10min，弃去上清液，用无菌生理盐水洗后，再反复离心3~4次，得到浓缩产氢细菌，放置到4℃的冰箱中保存待用。3.固定化用高分子材料及交联剂的制备（1）高分子溶液的配制：各准确称取3gpva、1.5g海藻酸钠，加入100ml蒸馏水，40℃水浴加热搅拌预处理2h；升温至94℃，水浴加热至溶液完全溶解，冷却至室温，备用；（2）配制交联剂1，准确称取20g氯化钙和饱和硼酸及10g二氧化硅，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（3）配制交联剂2，准确称取20g氯化钙和饱和硼酸及10g硫酸铝，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（4）配制交联剂3，准确称取20g氯化钙、饱和硼酸和10g二氧化硅及10g硫酸铝，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（5）配制甘蔗糖蜜溶液：配制3%处理后的甘蔗糖蜜溶液；（6）配制产氢细菌高分子混合液：称取3g浓缩后的产氢细菌加入100ml高分子溶液中，混合均匀，备用；4.固定化微生物载体的制作按照本发明的方法，分别通过微量输液泵由四重管的进口1加入甘蔗糖蜜、由进口2加入产氢细菌高分子混合液，由进口3加入交联剂1混合液，由进口4加入产氢细菌高分子混合液，由进口5加入交联剂2交联剂2，最后经出口6滴入交联剂3的溶液，聚合成高分子球状载体。实施例3制备固定化乳酸菌载体，一是作为饲料微生物添加剂，以内服方式施加给养殖动物，以提高水产动物的免疫力，同时也作为水体微生态调控剂，用以改良水质。本实施例的工艺步骤如下：1.甘蔗渣糖蜜的处理由于甘蔗糖蜜成分复杂，混有大量的非糖成分和杂质（如黑色素、重金属离子、胶体物质等），使处理水的bod和色度增加，因此，制作固定化微生物载体之前必须除去这些杂质。首先将甘蔗渣粉碎，加热榨汁，冷却，将杂质沉淀。将上清液过滤，再加热榨汁、沉淀、过滤，反复多次后得到黑褐色高黏度的液体状糖蜜。所得糖蜜除含有糖分外，还含有钙、钾等矿物质元素以及各种氨基酸，适合作为反硝化细菌等异养微生物的碳源和营养物质。2.浓缩乳酸菌的制备将恒温培养48h的乳酸菌培养液装入离心管，以3000r/min的速度离心10min，弃去上清液，用无菌生理盐水洗后，再反复离心3~4次，得到浓缩乳酸菌，放置到4℃的冰箱中保存待用。3.固定化用高分子材料及交联剂的制备（1）高分子溶液的配制：各准确称取3gpva、1.5g海藻酸钠，加入100ml蒸馏水，40℃水浴加热搅拌预处理2h；升温至94℃，水浴加热至溶液完全溶解，冷却至室温，备用；（2）配制交联剂1，准确称取20g氯化钙和饱和硼酸及10g二氧化硅，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（3）配制交联剂2，准确称取20g氯化钙和饱和硼酸及10g硫酸铝，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（4）配制交联剂3，准确称取20g氯化钙、饱和硼酸和10g二氧化硅及10g硫酸铝，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（5）配制甘蔗糖蜜溶液：配制3%处理后的甘蔗糖蜜溶液；（6）配制乳酸菌高分子混合液：称取3g浓缩后的乳酸菌菌加入100ml高分子溶液中，混合均匀，备用；4.固定化微生物载体的制作按照本发明的方法，分别通过微量输液泵由四重管的进口1加入甘蔗糖蜜、由进口2加入乳酸菌高分子混合液，由进口3加入交联剂1混合液，由进口4加入乳酸菌高分子混合液，由进口5加入交联剂2交联剂2，最后经出口6滴入交联剂3的溶液，聚合成高分子球状载体。实施例4制备固定化复合微生物载体，作为水生态环境调控剂，用于污水处理厂提标，提高生化系统效率，深度处理，脱氮除磷，过程污泥减量；同时也可用于黑臭水体治理，微生态修复。本实施例的工艺步骤如下：1.甘蔗渣糖蜜的处理由于甘蔗糖蜜成分复杂，混有大量的非糖成分和杂质（如黑色素、重金属离子、胶体物质等），使处理水的bod和色度增加，因此，制作固定化微生物载体之前必须除去这些杂质。首先将甘蔗渣粉碎，加热榨汁，冷却，将杂质沉淀。将上清液过滤，再加热榨汁、沉淀、过滤，反复多次后得到黑褐色高黏度的液体状糖蜜。所得糖蜜除含有糖分外，还含有钙、钾等矿物质元素以及各种氨基酸，适合作为反硝化细菌等异养微生物的碳源和营养物质。2.复合微生物菌液的制备将恒温培养48h的复合微生物（主要是硝化细菌、杆菌、霉菌、放线菌、真菌、丝状菌）培养液装入离心管，以3000r/min的速度离心10min，弃去上清液，用无菌生理盐水洗后，再反复离心3~4次，得到菌液，放置到4℃的冰箱中保存待用。3.固定化用高分子材料及交联剂的制备（1）高分子溶液的配制：各准确称取3gpva、1.5g海藻酸钠，加入100ml蒸馏水，40℃水浴加热搅拌预处理2h；升温至94℃，水浴加热至溶液完全溶解，冷却至室温，备用；（2）配制交联剂1，准确称取20g氯化钙和饱和硼酸及10g二氧化硅，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（3）配制交联剂2，准确称取20g氯化钙和饱和硼酸及10g硫酸铝，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（4）配制交联剂3，准确称取20g氯化钙、饱和硼酸和10g二氧化硅及10g硫酸铝，加入1000ml蒸馏水中，混合均匀，备用；（5）配制甘蔗糖蜜溶液：配制3%处理后的甘蔗糖蜜溶液；（6）配制复合菌高分子混合液：称取3g浓缩后的复合菌（主要是硝化细菌、杆菌、霉菌、放线菌、真菌、丝状菌）加入100ml高分子溶液中，混合均匀，备用；4.固定化微生物载体的制作按照本发明的方法，分别通过微量输液泵由四重管的进口1加入甘蔗糖蜜、由进口2加入乳酸菌高分子混合液，由进口3加入交联剂1混合液，由进口4加入乳酸菌高分子混合液，由进口5加入交联剂2交联剂2，最后经出口6滴入交联剂3的溶液，聚合成高分子球状载体。综上所述，本发明通过双重包埋的方式，制备了新型固定化微生物载体。增强固定化微生物载体的耐曝气强度、机械强度高，没有聚乙烯醇和海藻酸钠的溶出，抵抗被处理环境对固定化微生物载体的影响。同时，减缓了固定化微生物载体的水溶胀性、改善了载体的机械强度和生物活性，延长了载体的使用寿命。从而，利用本发明可实现固定化微生物载体的工业化规模生产，进而降低废水处理的成本。进一步地，本发明利用反硝化菌和硝化菌固定化在同一载体上的特点，反硝化菌被硝化菌包被，使得固定化微生物载体内产生溶解氧梯度：硝化菌在表面，溶解氧高，耗氧实现硝化反应；反硝化菌在内部，由于氧传递受阻及外部硝化菌的大量耗氧，造成厌氧区，实现厌氧反硝化反应。因为甲醇作为碳源时反硝化速率相对较低，传统的添加方法不仅繁琐，且易形成二次污染。利用甘蔗糖蜜代替甲醇，通过甘蔗糖蜜的缓释溶解过程，为反硝化细菌不断地提供碳源，保障其高密度增殖、高效地进行脱氮处理。硝化细菌对水体中氨和亚硝酸盐具有有较强的去除能力，但由于硝化细菌属化能自养型细菌，生长时代周期长，对环境－因子变化敏感，在与异养菌的竞争中处于劣势。应用固定化硝化细菌技术能够提高系统耐受有毒物质冲击能力，高效去除水体中氨和亚硝酸盐对于水质生态健康及环境保护具有十分重要意义。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页12