專利名稱：生物相容性固定化載體、其制備方法及在固定化微生物中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固定化微生物技術(shù)領(lǐng)域，涉及固定微生物載體及其制備，以及固定化微生物載體在微生物的固定化中的應(yīng)用，更具體的說，是一種生物相容性、微生態(tài)性固定化載體、其制備方法及在固定化微生物中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
湖泊，河流等水體的污染和富營(yíng)養(yǎng)化是中國(guó)乃至世界上許多地區(qū)危及人類健康，制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)峻生態(tài)環(huán)境問題。我國(guó)的水體污染狀況和水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，根據(jù)調(diào)查，引起水體污染的各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中，主要以氮、磷為主。對(duì)于生活污水、工業(yè)污水的氮污染的治理，目前主要采用城市污水處理廠的脫氮工藝，生物膜等工藝；而對(duì)于湖泊、水庫(kù)等天然水體的氮污染的治理，目前主要采用營(yíng)養(yǎng)鹽控制，清淤挖泥，化學(xué)、機(jī)械等方法直接除藻，生物調(diào)控，水生高等植物修復(fù)，物理生態(tài)工程技術(shù)，固定化微生物技術(shù)等。
固定化微生物技術(shù)是生物工程領(lǐng)域中的一項(xiàng)新興技術(shù)。二十世紀(jì)八十年代初，國(guó)內(nèi)外開始應(yīng)用這種具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的新技術(shù)來(lái)處理工業(yè)廢水，除磷脫氮，分解難生物降解的有機(jī)污染物，取得了令人矚目的成果。它和傳統(tǒng)的懸浮生物處理法相比，具有處理效率高，穩(wěn)定性強(qiáng)，能純化和保持高效菌種，生物濃度高，產(chǎn)污泥量少，固液分離效果好等優(yōu)點(diǎn)。
固定化技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)強(qiáng)調(diào)兩個(gè)方面，高性能的載體和高效的微生物菌種。理想的固定化微生物載體應(yīng)該具有以下特征對(duì)微生物無(wú)毒性，傳質(zhì)性能好，性質(zhì)穩(wěn)定，不易被微生物分解，機(jī)械強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)等。在已有的研究報(bào)道中，運(yùn)用的包埋材料主要分為天然高分子凝膠類和有機(jī)合成高分子化合物兩大類。
天然高分子凝膠載體如瓊脂(專利申請(qǐng)?zhí)?2117766.X-利用海藻酸鈣固定化德氏假單胞菌R-8進(jìn)行油品脫硫的方法，對(duì)此有描述)、卡拉膠等，一般對(duì)生物無(wú)毒，傳質(zhì)性能好，但缺點(diǎn)是強(qiáng)度低，在厭氧條件下易被微生物分解，在實(shí)際運(yùn)用中常需加入某種添加劑增強(qiáng)強(qiáng)度。
有機(jī)合成高分子化合物凝膠如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等，一般強(qiáng)度較高，化學(xué)穩(wěn)定性好，但也存在以下不足傳質(zhì)性能稍差，在進(jìn)行包埋時(shí)對(duì)細(xì)胞的活性有影響，在實(shí)際應(yīng)用中往往需要在包埋的同時(shí)添加吸附劑來(lái)增強(qiáng)固定化小球的微孔孔道，提高其傳質(zhì)性能。另外專利申請(qǐng)?zhí)?00410020228.3(聚乙二醇修飾的含脫氫酶生物硅凝膠)中公開了采用聚乙二醇制備載體對(duì)脫氫酶進(jìn)行了修飾固定載體具有平均孔徑大等特點(diǎn)，但仍沒有擺脫包埋法固定化方法對(duì)生物活性物質(zhì)的影響問題?！秲艋此w氮污染的固定化硝化-反硝化菌研究》(湖泊科學(xué)，2000，12(2)119～123)中采用低溫輻射技術(shù)制備聚合物載體poly(HEA-14G)固定化硝化、反硝化細(xì)菌進(jìn)行了固定化研究，取得較好的效果。但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)由于poly(HEA-14G)聚合物載體中，原有濃度的配比范圍較窄，因此制備出的共聚物載體的水合度較難控制，制備過程較復(fù)雜。固定化載體的制備需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
1、要解決的技術(shù)問題現(xiàn)有固定化載體制備技術(shù)過程復(fù)雜，制備出的固定化載體還不能完全滿足固定化微生物的要求。本發(fā)明提出一種應(yīng)用輻射技術(shù)制備載體的方法，可以制備出一種生物相容性固定化載體，可使得固定化載體機(jī)械強(qiáng)度增高、延長(zhǎng)使用壽命，更好的對(duì)微生物進(jìn)行固定化。
2、技術(shù)方案生物相容性固定化載體的制備方法，其主要包括以下步驟(1)將甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯(親水性的玻璃態(tài)單體)、n乙二醇二甲基丙烯酸酯(弱疏水性)和蒸餾水以體積比10～30∶4～20∶50～86混合均勻；(2)向(1)的混合物中充入氮?dú)?，?63～-95℃溫度內(nèi)，采用輻射劑量為1×103～1×106Gy的高能射線輻照聚合形成生物相容性固定化載體。
所述的n乙二醇二甲基丙烯酸酯單體為2G、4G、9G、14G的一種。高能射線為60Co-γ射線，137Cs-γ射線、電子束。甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯、n乙二醇二甲基丙烯酸酯和蒸餾水體積比為20～30∶4～15∶65～75。
生物相容性固定化載體，由以上所述的制備方法制備而成。
生物相容性固定化載體在固定化微生物中的應(yīng)用，其主要包括以下步驟
a)將生物相容性固定化載體切成小塊，用蒸餾水浸泡使之充分膨脹后滅菌；b)用含有碳源的合成廢水浸泡固定化載體，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；c)在固定化載體中加入經(jīng)離心所得微生物經(jīng)振蕩后靜置使之吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的多孔載體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)固定化。
步驟(c)中所述的微生物為氮循環(huán)細(xì)菌。合成廢水的組成如下每25L溶液中碳源以碳計(jì)3.6～5.6g，NH4+離子1.0～2.0g，NO3-離子6.1～9.2g，Mg2+0.06～0.12g，F(xiàn)e元素0.07～0.24g，并加入緩沖劑使得pH值為7.0～7.5。
合成廢水的加入組分如下時(shí)效果更好每25L溶液中碳源以碳計(jì)3.6～5.6g，NH4+離子1.0～2.0g，NO3-離子6.1～9.2g，NO2-離子3～4g，緩沖劑7.3～10.6g，Mg2+0.06～0.12g，F(xiàn)e元素0.07～0.24g，Co2+0.01～0.04g。
步驟C中固定化載體中加入的氮循環(huán)細(xì)菌的量可以根據(jù)所要達(dá)到的目的進(jìn)行調(diào)整。加入的量越多，效果越好，但同時(shí)所需要的成本也高。
本發(fā)明的原理如下親水性的單體甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯與弱疏水性n乙二醇二甲基丙烯酸酯(nG)系列單體進(jìn)行輻射共聚形成二元共聚物，由于n乙二醇二甲基丙烯酸酯(nG)系列單體分子鏈中具有乙二醇[-(OCH2CH2)n-]基團(tuán)，其數(shù)目分別為2，4，9，14，即n＝2，4，9，14。隨著n乙二醇二甲基丙烯酸酯系列單體中乙二醇[-(OCH2CH2)n-]基團(tuán)數(shù)目的增加，單體分子的鏈長(zhǎng)增加，輻射形成共聚物后載體結(jié)構(gòu)中交聯(lián)分子鏈之間的距離也相應(yīng)增加，進(jìn)而導(dǎo)致共聚物微孔結(jié)構(gòu)的孔徑相對(duì)可以調(diào)整，可以人為的按照不同的微生物的形狀、大小設(shè)計(jì)制備適宜于微生物生存、生長(zhǎng)、增殖的微孔孔徑和微生態(tài)型載體。
可以人為的按照不同的微生物的形狀、大小設(shè)計(jì)制備適宜于微生物生存、生長(zhǎng)、增殖的微孔孔徑和微生態(tài)型載體。制備形成的固定化載體具有良好微孔結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了一種適宜于微生物生存、生長(zhǎng)、增殖的“微生態(tài)”環(huán)境，當(dāng)外界環(huán)境變化時(shí)，微生物可以依靠載體提供的微生態(tài)環(huán)境，逐步適應(yīng)外界條件的劇烈變化。由于固定化載體具有特殊微孔結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了載體內(nèi)外相互分異的硝化—反硝化微環(huán)境，這樣便提供了一種存在于厘米尺度上的人工制造的氧化—還原界面。這種人工微環(huán)境在自然水體中的存在類似于自然水體中水—沉積物界面具有的硝化—反硝化功能，可以人為營(yíng)造一種具有良好水氣通道和硝化—反硝化微孔立體結(jié)構(gòu)界面的微環(huán)境，將僅存在于自然水體中的水—沉積物界面及氧化—還原微環(huán)境從平面擴(kuò)展到立體。載體的這種人工微環(huán)境在自然水體中的存在，彌補(bǔ)了目前富營(yíng)養(yǎng)化湖泊水體中因大量水生高等植物衰亡導(dǎo)致的水體均一性增加、非均一性(異質(zhì)性)減少而使氧化—還原環(huán)境惡變及水體自凈能力下降的不足。采用此種固定化載體布設(shè)到自然水體可以起到一種在類似于荒漠化的均一性自然水體中引入一種人工制造的非均一性的劇烈的氧化-還原環(huán)境，大大增加水體的硝化-反硝化能力，增加水體氮素的轉(zhuǎn)化效果，顯著改善水生態(tài)修復(fù)的效果。另外，采用此種方法制備的固定化載體可以使用繼第一代固定化酶、第二代靜止細(xì)胞技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的第三代固定化增殖細(xì)胞技術(shù)對(duì)微生物進(jìn)行固定化，顯著改善微生物的固定效果和生長(zhǎng)、增殖能力，微生物可以利用共聚物載體具備的良好的生物相容性及其對(duì)微生物的親和性迅速吸附增殖微生物，并向外界釋放和擴(kuò)散，增加污染水體的微生物數(shù)量(如固定化氮循環(huán)細(xì)菌數(shù)量)，隨著水體中的氨化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌數(shù)量大大增加，水體中的有機(jī)氮經(jīng)氨化細(xì)菌氨化作用轉(zhuǎn)化為氨氮和氣態(tài)的NH3，氨氮在載體表面富氧區(qū)被氧化成硝態(tài)氮，硝態(tài)氮在固定化載體內(nèi)部缺氧區(qū)被反硝化細(xì)菌還原為氣態(tài)氮進(jìn)入大氣，水體中不同形態(tài)的氮素污染物正是在載體的這種對(duì)微生物的親和、吸附、增殖、擴(kuò)散過程中，加強(qiáng)硝化-反硝化的作用下逐漸被去除。
由于甲基丙烯酸β羥乙酯和丙烯酸羥乙酯分子鏈中具有親水性的單官能團(tuán)(-OH)，與n乙二醇二甲基丙烯酸酯系列單體輻射聚合后形成的聚合物，對(duì)生命活性物質(zhì)(包括各種細(xì)胞，微生物)具有一定的親和作用—即生物相容性。
3、有益效果通過本方法制備的固定化載體具有傳質(zhì)性好、機(jī)械強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，并具有微生態(tài)性、生物相容性?？梢匀藶榈陌凑詹煌奈⑸锏男螤?、大小設(shè)計(jì)制備適宜于微生物生存、生長(zhǎng)、增殖的微孔孔徑和微生態(tài)型載體。采用本發(fā)明制備的固定化載體可以使用繼第一代固定化酶、第二代靜止細(xì)胞技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的第三代固定化增殖細(xì)胞技術(shù)對(duì)微生物進(jìn)行固定化。顯著改善微生物的固定效果和生長(zhǎng)、增殖能力，具有細(xì)胞密度高、反應(yīng)速度快、產(chǎn)物分離容易、反應(yīng)進(jìn)程易于控制等特點(diǎn)。采用本固定化載體制備的固定化微生物對(duì)氮污染型污水處理，以及水生態(tài)修復(fù)具有明顯的效果。
四

圖1為單體(HEA-9G)20/10制備的共聚物載體的微孔結(jié)構(gòu)電子顯微鏡照片圖2單體(HEA-9G)25/5制備的共聚物載體的微孔結(jié)構(gòu)電子顯微鏡照片五具體實(shí)施方式
以下通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明實(shí)施例1將親水性的玻璃態(tài)單體甲基丙烯酸β羥乙酯(2-Hydroxyethyl methylacrylate(HEMA))作為組分A，弱疏水性的14乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 14G]作為組分B；蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為25/4/70(v/v/v)使用振蕩器以1000r/min振蕩5min混合均勻；2.充氮?dú)夂?，?78℃的溫度下，控制輻射劑量范圍在1×103～1×106Gy，采用高能射線(137Cs-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射后的載體切成1cm×cm×cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡7d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌30min。
4.用合成廢水(C6H12O614g，NH4Cl 6g，KNO312g，NaHCO39g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g，NaCl 0.5g，F(xiàn)eCl30.5g，CoCl20.05g)浸泡固定化載體，28℃200r/min振蕩24h并交換3次合成廢水，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；5.將適量經(jīng)4000r/min、4℃離心20min后所得氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌投入載體，在28℃下振蕩24h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細(xì)菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的具有良好微孔生長(zhǎng)環(huán)境的共聚物載體內(nèi)部，使之被固定化。
6.采用此固定化載體制備的固定化氮循環(huán)細(xì)菌(氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌)進(jìn)行高有機(jī)質(zhì)負(fù)荷的工業(yè)污水處理，當(dāng)進(jìn)水CODCr473.8mg/L、TN為112.0mg/L、碳氮比為4.23時(shí)，經(jīng)過固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)處理，出水平均CODCr有大幅度的降低，去除率達(dá)到76％，TN、NH4+-N的去除率分別為80％，94％，表明采用低溫輻射固定化載體制備的固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)具有較強(qiáng)去除工業(yè)污水高濃度有機(jī)負(fù)荷沖擊，降解有機(jī)物及脫氮的能力。
實(shí)施例21.將親水性的玻璃態(tài)單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，弱疏水性的9乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 9G]作為組分B；蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為20/5/75(v/v/v)，使用振蕩器以850r/min振蕩4min混合均勻；2.充氮?dú)夂?，?63℃的溫度下，控制輻射劑量范圍在5×104Gy，采用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射后的載體切成1.5cm×1.5cm×1.5cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡9d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌40min。
4.用合成廢水(甲醇10g，NH4Cl 5g，KNO310g，NaHCO37g，KH2PO40.5g，MgSO40.3g，NaCl 0.5g，F(xiàn)eCl30.21g，CoCl20.025g)浸泡固定化載體，28℃200r/min振蕩24h并交換3次合成廢水，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；5.將適量經(jīng)5000r/min、3℃離心25min后所得氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌投入載體，在28℃下振蕩36h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細(xì)菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的具有良好微孔生長(zhǎng)環(huán)境的共聚物載體內(nèi)部，使之被固定化。
6.采用此固定化載體制備的固定化氮循環(huán)細(xì)菌(氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌)進(jìn)行凈化太湖富營(yíng)養(yǎng)化水實(shí)驗(yàn)，湖水經(jīng)過固定化氮循環(huán)細(xì)菌凈化處理后處理后，TN、NH4+-N、COD的去除率分別達(dá)到75％和91.5％和75％，出水水質(zhì)明顯改善。采用該載體制備技術(shù)固定化氮循環(huán)細(xì)菌對(duì)湖泊、水庫(kù)等天然水體的富營(yíng)養(yǎng)化治理具有明顯的效果。
實(shí)施例31.選用親水性的玻璃態(tài)單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，弱疏水性的9乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 9G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為21/9/70(v/v/v)，使用振蕩器以900r/min振蕩4min混合均勻；2.充氮?dú)夂?，?95℃的溫度下，控制輻射劑量范圍在1×105Gy，采用高能射線(電子束)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射后的載體切成2cm×2cm×2cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡10d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌45min。
4.用合成廢水(C6H12O69.0g，NH4Cl 5.5g，KNO314.9g，NaHCO37.5g，KH2PO40.45g，MgSO40.6g，F(xiàn)eCl30.69g，CoCl20.08g)浸泡固定化載體，28℃170r/min振蕩36h并交換3次合成廢水，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；5.將適量經(jīng)7000r/min、2℃離心30min后所得氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌投入載體，在28℃下振蕩28h、靜置50h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細(xì)菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的具有良好微孔生長(zhǎng)環(huán)境的共聚物載體內(nèi)部，使之被固定化。
6.采用此固定化載體制備的固定化氮循環(huán)細(xì)菌(氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌)進(jìn)行高氮負(fù)荷的生活污水處理，當(dāng)TN為112mg/L，NH4+-N為60.5mg/L左右，經(jīng)過固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)處理，TN、NH4+-N有大幅度的降低，去除率分別達(dá)到80％，94％。表明采用此載體固定化氮循環(huán)細(xì)菌能夠有效抗擊較高負(fù)荷的氮污染沖擊，具有較好的處理高氮負(fù)荷生活污水的能力。
實(shí)施例41.選用親水性的玻璃態(tài)單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，與弱疏水性的14乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 14G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為10/8/65(v/v/v)，使用振蕩器以1100r/min振蕩2min混合均勻；2.充氮?dú)夂螅瑴囟葹?63℃～-78℃，控制輻射劑量在2×104Gy，采用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；
3.將輻射后的載體切成1.4cm×1.4cm×1.4cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡6d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌36min。
4.用合成廢水(甲醇10g，NH4Cl 2.9g，KNO310g，NaHCO310.3g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g，NaCl 0.5g，F(xiàn)eCl30.5g，CoCl20.05g)浸泡固定化載體，28℃200r/min振蕩24h并交換3次合成廢水，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；5.將適量經(jīng)4500r/min、1℃離心28min后所得氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌投入載體，在28℃下振蕩40h、靜置40h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細(xì)菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的具有良好微孔生長(zhǎng)環(huán)境的共聚物載體內(nèi)部，使之被固定化。
6.采用此固定化載體制備的固定化氮循環(huán)細(xì)菌(氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌)30kg，進(jìn)行野外凈化紅楓湖富營(yíng)養(yǎng)化水實(shí)驗(yàn)，在5600m2、流量為2m3/s的紅楓湖生態(tài)工程試驗(yàn)區(qū)，經(jīng)過100天的連續(xù)運(yùn)行，在氣溫為0～4℃條件下，湖水經(jīng)過固定化氮循環(huán)細(xì)菌凈化處理后，TN、NH4+-N、非離子氨的去除率分別達(dá)到74％和89.5％和76.5％，出水水質(zhì)明顯改善。采用該載體制備技術(shù)固定化氮循環(huán)細(xì)菌對(duì)流速較高的天然水庫(kù)型等天然水體的富營(yíng)養(yǎng)化治理具有明顯的效果。
實(shí)施例51.選用親水性的玻璃態(tài)單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，弱疏水性的4乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 4G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為27/7/50(v/v/v)，使用振蕩器以1100r/min振蕩6min混合均勻；2.充氮?dú)夂?，?78℃～-88.5℃的溫度下，控制輻射劑量為1×105Gy，采用高能射線(137Cs-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射后的載體切成1.5cm×2cm×2cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡12d使之充分膨脹，在高壓鍋中121℃溫度下滅菌42min。
4.用合成廢水(甲醇7.5g，(NH4)2SO43.4g，KNO311g，NaHCO39.5g，KH2PO41.1g，MgSO40.42g，F(xiàn)eCl30.41g)浸泡固定化載體，28℃210r/min振蕩40h并交換4次合成廢水，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；5.將適量經(jīng)6500r/min、0℃離心25min后所得氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌投入載體，在28.5℃下振蕩28h、靜置56h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細(xì)菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的具有良好微孔生長(zhǎng)環(huán)境的共聚物載體內(nèi)部，使之被固定化。
6.采用此固定化載體制備的固定化氮循環(huán)細(xì)菌(氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌)對(duì)南京市外秦淮河污染水體進(jìn)行氮負(fù)荷去除處理，當(dāng)TN為6.3mg/L，NH4+-N為3.4mg/L左右，經(jīng)過固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)處理，TN、NH4+-N有較大幅度的降低，去除率分別達(dá)到75.6％，91.3％。表明采用此載體固定化氮循環(huán)細(xì)菌能夠有效去除河道污染水體的氮素污染物，具有較好的處理流動(dòng)水體(河道污染氮污染)的能力。
實(shí)施例61.選用親水性的玻璃態(tài)單體甲基丙烯酸β羥乙酯(2-Hydroxyethyl methylacrylate(HEMA))作為組分A，弱疏水性的2乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 2G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為31/4/65(v/v/v)，使用振蕩器以750r/min振蕩10min混合均勻；；2.用氮?dú)怙柡秃?，?88.5℃的溫度范圍內(nèi)，控制輻射劑量范圍為1×105Gy～1×106Gy，采用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射后的載體切成1.6cm×2.0cm×2.0cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡6d使之充分膨脹，在121℃高溫下滅菌40min。
4.用合成廢水(C6H12O614.5g，NH4Cl 5.5g，KNO311.5g，NaHCO39.5g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g，CoCl20.05g)浸泡固定化載體，28.5℃250r/min振蕩20h并交換4次合成廢水，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；5.將適量經(jīng)6000r/min、0℃離心30min后所得氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌投入載體，在28℃下振蕩24h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細(xì)菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的具有良好微孔生長(zhǎng)環(huán)境的共聚物載體內(nèi)部，使之被固定化。
6.采用此固定化載體制備的固定化氮循環(huán)細(xì)菌(氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌)對(duì)南京市玄武湖水進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化水體去除氮素污染物實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)轉(zhuǎn)化湖泊氮素實(shí)驗(yàn)，TN、NH4+-N、NO3--N、和NO2--N、均有大幅度的降低，去除率分別為80％，85.4％，79％和77％，表明采用固定化載體制備的固定化氮循環(huán)細(xì)菌技術(shù)具有較強(qiáng)去除旅游湖泊氮污染的能力。
實(shí)施例71.選用親水性的玻璃態(tài)單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，與弱疏水性的2乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 2G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為30/20/86，(v/v/v)，使用振蕩器以1000r/min振蕩6min混合均勻；；2.用氮?dú)怙柡秃?，?93.5℃的溫度下，控制輻射劑量在1×104～1×105Gy，采用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射后的載體切成2.0cm×2.0cm×2.0cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡10d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌36min。
4.用合成廢水(甲醇9g，NH4Cl 5g，KNO310g，NaHCO37g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g)浸泡固定化載體，28℃240r/min振蕩24h并交換3次合成廢水，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；5.將適量經(jīng)7500r/min、0℃離心30min后所得氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌投入載體，在28℃下振蕩30h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細(xì)菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的具有良好微孔生長(zhǎng)環(huán)境的共聚物載體內(nèi)部，使之被固定化。
6.采用此固定化載體制備的固定化氮循環(huán)細(xì)菌(氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌)30kg加上水生植物，在華家池生態(tài)工程試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行野外凈化富營(yíng)養(yǎng)化水實(shí)驗(yàn)，在5000m2生態(tài)工程試驗(yàn)區(qū)，經(jīng)過150天的連續(xù)運(yùn)行，在氣溫為10℃～38℃條件下，湖水經(jīng)過固定化氮循環(huán)細(xì)菌+水生植物的凈化處理后，TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N的去除率分別達(dá)到74％～78％和89.5％～91％、76.5～79％、73.％～75％，水質(zhì)明顯改善。采用該載體制備技術(shù)固定化氮循環(huán)細(xì)菌對(duì)養(yǎng)殖型等天然水體的富營(yíng)養(yǎng)化治理具有明顯的效果。
實(shí)施例81.選用親水性的玻璃態(tài)單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，與弱疏水性的2乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 2G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為10/4/55，(v/v/v)，使用振蕩器以1000r/min振蕩6min混合均勻；；2.用氮?dú)怙柡秃?，?95℃的溫度下，控制輻射劑量在1×103～1×104Gy范圍內(nèi)，采用高能射線(137Cs-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射后的載體切成2.0cm×2.0cm×2.0cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡10d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌36min。
4.用合成廢水(甲醇9g，NH4Cl 5g，KNO310g，NaHCO37g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g)浸泡固定化載體，28℃240r/min振蕩24h并交換3次合成廢水，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；5.將適量經(jīng)7500r/min、0℃離心30min后所得氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌投入載體，在28℃下振蕩30h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細(xì)菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的具有良好微孔生長(zhǎng)環(huán)境的共聚物載體內(nèi)部，使之被固定化。
6.采用此固定化載體制備的固定化氮循環(huán)細(xì)菌(氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌)30kg加上水生植物，在華家池生態(tài)工程試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行野外凈化富營(yíng)養(yǎng)化水實(shí)驗(yàn)，在5000m2生態(tài)工程試驗(yàn)區(qū)，經(jīng)過150天的連續(xù)運(yùn)行，在氣溫為10℃～38℃條件下，湖水經(jīng)過固定化氮循環(huán)細(xì)菌+水生植物的凈化處理后，TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N的去除率分別達(dá)到74％～78％和89.5％～91％、76.5～79％、73.％～75％，水質(zhì)明顯改善。采用該載體制備技術(shù)固定化氮循環(huán)細(xì)菌對(duì)養(yǎng)殖型等天然水體的富營(yíng)養(yǎng)化治理具有明顯的效果。
實(shí)施例91.選用親水性的玻璃態(tài)單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，與弱疏水性的2乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 2G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為20/10/76，(v/v/v)，使用振蕩器以1000r/min振蕩6min混合均勻；；2.用氮?dú)怙柡秃螅?93.5℃～-95℃的溫度下，控制輻射劑量在1×103～1×104Gy范圍內(nèi)，采用高能射線(137Cs-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射后的載體切成2.0cm×2.0cm×2.0cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡10d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌36min。
4.用合成廢水(甲醇9g，NH4Cl 5g，KNO310g，NaHCO37g，KH2PO40.5g，MgSO40.5g)浸泡固定化載體，28℃240r/min振蕩24h并交換3次合成廢水，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；5.將適量經(jīng)7500r/min、0℃離心30min后所得氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌投入載體，在28℃下振蕩30h、靜置48h，使氨化、硝化、亞硝化和反硝化細(xì)菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的具有良好微孔生長(zhǎng)環(huán)境的共聚物載體內(nèi)部，使之被固定化。
6.采用此固定化載體制備的固定化氮循環(huán)細(xì)菌(氨化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌)30kg加上水生植物，在華家池生態(tài)工程試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行野外凈化富營(yíng)養(yǎng)化水實(shí)驗(yàn)，在5000m2生態(tài)工程試驗(yàn)區(qū)，經(jīng)過150天的連續(xù)運(yùn)行，在氣溫為10℃～38℃條件下，湖水經(jīng)過固定化氮循環(huán)細(xì)菌+水生植物的凈化處理后，TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N的去除率分別達(dá)到74％～78％和89.5％～91％、76.5～79％、73.％～75％，水質(zhì)明顯改善。采用該載體制備技術(shù)固定化氮循環(huán)細(xì)菌對(duì)養(yǎng)殖型等天然水體的富營(yíng)養(yǎng)化治理具有明顯的效果。
實(shí)施例101.選用親水性的玻璃態(tài)單體丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl acrylate(HEA))作為組分A，與弱疏水性的14乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 2G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為19/6/70，(v/v/v)，使用振蕩器以1000r/min振蕩6min混合均勻；；2.用氮?dú)怙柡秃?，?88.5℃的溫度下，控制輻射劑量在1×103～1×104Gy范圍內(nèi)，采用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射后的載體切成1.4cm×1.4cm×1.4cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡10d使之充分膨脹，在1.03×105Pa高壓鍋中滅菌36min。
4.用合成廢水(C6H12O6250g，(NH4)2SO412.5g，MgSO47.5g，NaCl7.5g，F(xiàn)eSO40.9g，MnSO40.75g，Ca3(PO4)250g，25L，pH7.2)浸泡固定化載體，28℃240r/min振蕩24h并交換3次合成廢水，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；5.將適量經(jīng)7500r/min、0℃離心30min后所得積磷菌、發(fā)酵產(chǎn)酸菌投入載體，在28℃下振蕩30h、靜置48h，使積磷菌、發(fā)酵產(chǎn)酸菌交替在有氧條件及厭氧條件下吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的具有良好微孔生長(zhǎng)環(huán)境的共聚物載體內(nèi)部，使之被固定化。
6.采用此固定化載體制備的固定化細(xì)菌(積磷菌、發(fā)酵產(chǎn)酸菌)進(jìn)行含磷工業(yè)污水處理，運(yùn)行工藝為SBR法，進(jìn)水0.5h，缺氧攪拌3小時(shí)，曝氣7小時(shí)，沉淀排水3小時(shí)，當(dāng)進(jìn)水CODCr513.5mg/L、TP為103.0mg/L時(shí)，經(jīng)過固定化細(xì)菌技術(shù)處理，出水平均TP和CODCr有大幅度的降低，去除率分別為80％，83％，表明采用固定化載體制備的固定化細(xì)菌(積磷菌、發(fā)酵產(chǎn)酸菌)技術(shù)具有較強(qiáng)去除工業(yè)污水高濃度有機(jī)負(fù)荷沖擊，降解有機(jī)物及除磷的能力。
實(shí)施例111.選用親水性的玻璃態(tài)單體甲基丙烯酸β羥乙酯(2-Hydroxyethyl methylacrylate(HEMA))作為組分A，弱疏水性的9乙二醇二甲基丙烯酸酯[Polyethylene glycoldimethacrylate 9G]作為組分B；加入蒸餾水作為組分C，按A∶B∶C為28/10/62(v/v/v)，使用振蕩器以750r/min振蕩10min混合均勻；；2.用氮?dú)怙柡秃螅?63℃～95℃的溫度范圍內(nèi)，控制輻射劑量范圍為1×105Gy～1×106Gy，采用高能射線(60Co-γ射線)輻照聚合形成固定化載體；3.將輻射后的載體切成1.6cm×2.0cm×2.0cm小塊放在三角瓶中用蒸餾水浸泡6d使之充分膨脹，在121℃高溫下滅菌40min。
4.用合成廢水(Na2S2O3250g，K2HPO4100g，KH2PO4100g，NH4Cl 10g，MgSO420g，F(xiàn)eSO40.05g，MnSO4.0.05g，25L，pH7.0～7.8)浸泡固定化載體，28.5℃250r/min振蕩20h并交換4次合成廢水，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；5.將適量經(jīng)6000r/min、0℃離心30min后所得硫桿菌投入載體，在28℃下振蕩24h、靜置48h，使硫桿菌通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的具有良好微孔生長(zhǎng)環(huán)境的共聚物載體內(nèi)部，使之被固定化。
6.采用此固定化載體制備的固定化硫桿菌煤漿進(jìn)行脫硫，結(jié)果表明，采用低溫輻射技術(shù)制備的載體固定化硫桿菌，經(jīng)過3小時(shí)左右的固定化硫桿菌對(duì)煤漿進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)黃鐵礦中的硫的去除率為65％左右，表明固定化硫桿菌對(duì)黃鐵礦中的硫有較好的去除效果。
權(quán)利要求
1.一種生物相容性固定化載體的制備方法，其主要包括以下步驟(1)將甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯、n乙二醇二甲基丙烯酸酯和蒸餾水以體積比10～30∶4～20∶50～86混合均勻；(2)向(1)混合物中充入氮?dú)?，?63～-95℃溫度內(nèi)，采用輻射劑量為1×103～1×106Gy的高能射線輻照聚合形成生物相容性固定化載體。
2.一種生物相容性固定化載體的制備方法，其特征在于所述的n乙二醇二甲基丙烯酸酯單體為2G、4G、9G、14G的一種。
3.一種生物相容性固定化載體的制備方法，其特征在于所述的高能射線為60Co-γ射線、137Cs-γ射線、電子束。
4.一種生物相容性固定化載體的制備方法，其特征在于所述的甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯、n乙二醇二甲基丙烯酸酯和蒸餾水體積比為20～30∶4～15∶65～75。
5.一種生物相容性固定化載體，其特征在于由權(quán)利要求1或2或3或4所述的制備方法制備而成。
6.一種生物相容性固定化載體在固定化微生物中的應(yīng)用，其主要包括以下步驟(a)將生物相容性固定化載體切成小塊，用蒸餾水浸泡使之充分膨脹后滅菌；(b)用含有碳源的合成廢水浸泡固定化載體，使合成廢水充分進(jìn)入膨脹后的固定化載體內(nèi)部；(c)在固定化載體中加入經(jīng)離心所得微生物經(jīng)振蕩后靜置使之吸附于固定化載體表面并通過增殖進(jìn)入充滿合成廢水的多孔載體內(nèi)部實(shí)現(xiàn)固定化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物相容性固定化載體在固定化微生物中的應(yīng)用，其特征在于步驟(c)中所述的微生物為氮循環(huán)細(xì)菌。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物相容性固定化載體在固定化微生物中的應(yīng)用，其特征在于合成廢水的組成如下每25L溶液中碳源以碳計(jì)3.6～5.6g，NH4+離子1.0～2.0g，NO3-離子6.1～9.2g，Mg2+0.06～0.12g，F(xiàn)e元素0.07～0.24g，并加入緩沖劑使得pH值為7.0～7.5。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物相容性固定化載體在固定化微生物中的應(yīng)用，其特征在于合成廢水的加入組分如下每25L溶液中碳源以碳計(jì)3.6～5.6g，NH4+離子1.0～2.0g，NO3-離子6.1～9.2g，NO2-離子3～4g，緩沖劑7.3～10.6g，Mg2+0.06～0.12g，F(xiàn)e元素0.07～0.24g，Co2+0.01～0.04g。
全文摘要
本發(fā)明屬于固定化微生物技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供了生物相容性固定化載體的制備方法，其步驟(1)將甲基丙烯酸β羥乙酯或丙烯酸羥乙酯、n乙二醇二甲基丙烯酸酯和蒸餾水以體積比10～30∶4～20∶50～86混合均勻；(2)向(1)的混合物中充入氮?dú)?，在?3～－95℃溫度內(nèi)，采用輻射劑量為1×10
文檔編號(hào)C12N11/02GK1693457SQ20051003883
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月12日
發(fā)明者李正魁, 濮培民, 寧安 申請(qǐng)人:南京大學(xué)