本發(fā)明屬于機械技術領域，具體涉及一種適合用于制備固定化微生物的一體化攪拌液壓裝置。

背景技術：

為了應對日益嚴峻的污染問題，世界各國科學家都在努力尋找低成本、低能耗、二次污染低的水處理技術。其中，由于微生物在去除污染物中的獨特作用，生物降解被視為相對有效、經(jīng)濟節(jié)能的水處理技術。

目前，現(xiàn)有傳統(tǒng)的微生物技術在處理污水時，通常直接將微生物接種在待處理的污水中，通過微生物的生長、吸收、代謝將污染物質濃度降低。然而，由于環(huán)境因素、競爭作用、易流失等原因，致使傳統(tǒng)方法處理效果不是十分理想。與固定化微生物法的去除率相比，傳統(tǒng)方法可能相差數(shù)倍之多。相較之下，固定化微生物技術更是由于出眾的費效比而得到各國科學家的高度重視，近年來新的研究成果不斷涌現(xiàn)，新的應用領域不斷拓展，被視為二十一世紀最有潛力的水處理技術之一。

對于固定化微生物技術，主要通過物理、化學作用把游離的生物定位于限定區(qū)域。這與傳統(tǒng)的懸浮生物處理相比，能夠純化和保持高效菌種。但是，由于缺少生產(chǎn)制備固定化微生物材料的工藝設備，限制了固定化微生物材料的加工生產(chǎn)。固定化微生物的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝相對落后，不僅生產(chǎn)效率低，而且微生物活性低。

例如，在公開號為cn101693775a的中國專利文獻中，公開了一種固定化微生物橡膠顆粒填料制備以及其應用。其生產(chǎn)制備固定化微生物所用方法為：橡膠顆粒膠體與pva-海藻酸混合并發(fā)生交聯(lián)反應，所述橡膠顆粒由80％的舊輪胎粉末和20％的添加劑混合并壓縮成顆粒制得，將所述固定化微生物橡膠顆粒填料按10％-15％的比例投加到生物膜流化床池內，再將污水引入到污水處理裝置中，對于氨氮去除效率達到92％。然而，這種方法主要是把微生物固定在橡膠球表面，其單位質量載體固定量較低。

由此可見，現(xiàn)有固定化微生物的加工工藝不成熟，需要進一步研究和完善出一種新的適用的加工設備或裝置。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術所存在的缺陷，現(xiàn)提供一種用于制備固定化微生物的一體化攪拌液壓裝置及方法，以解決如何實現(xiàn)自動化控制物料混合均勻攪拌和擠壓成型的問題，并進一步簡化包埋技術工藝，滿足高產(chǎn)量化加工要求，確保產(chǎn)品品質。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

首先提供一種用于制備固定化微生物的一體化攪拌液壓裝置，包括機架，所述機架的上部設有控制面板以及時間繼電器，所述機架的下部設有機臺，所述控制面板上間隔設有攪拌機構以及壓料機構，所述機臺上設有物料缸，所述物料缸通過傳送板往復傳送于所述攪拌機構與所述壓料機構之間的對應位置，所述機臺的內部設有物料盤以供盛放由所述物料缸所擠壓出的物料，所述物料盤通過傳送軸傳送，所述時間繼電器同時控制所述壓料機構以及所述傳送軸的運行速度。

優(yōu)選地，所述攪拌機構包括攪拌電機以及攪拌機伸縮軸，所述攪拌電機安裝于所述控制面板內部，所述攪拌機伸縮軸向下伸出所述控制面板以供攪拌所述物料缸內的物料，所述壓料機構包括液壓驅動泵、液壓軸以及壓料板，所述液壓驅動泵安裝于所述控制面板內部，所述液壓軸向下伸出所述控制面板，所述壓料板安裝于所述液壓軸上以供壓出物料。

優(yōu)選地，所述物料缸的底部設有可拆卸的實心底板，所述實心底板上間隔設有鏤空底板，所述鏤空底板上開設有壓料孔以供擠出物料，所述實心底板上開設有出料口。

優(yōu)選地，所述傳送板平鋪安裝于所述機臺的表面，所述物料缸放置于所述傳送板上以水平傳送，所述機臺的內部設有傳送板電機以供控制所述傳送板的運行速度。

優(yōu)選地，所述傳送軸為水平設置的螺旋傳送軸且對應安裝于所述壓料機構之下，所述傳送軸下設有支撐軸以供調節(jié)所述傳送軸的高度，所述機臺的內部設有螺旋軸電機以供控制所述傳送軸的運行速度。

優(yōu)選地，所述時間繼電器控制所述液壓驅動泵、所述傳送板電機以及所述螺旋軸電機在同頻率下運行。

本發(fā)明還提供一種利用上述裝置制備固定化微生物的方法，包括以下步驟：

提供一物料缸并往缸內注水，開始攪拌，加入聚乙烯醇，直至攪拌均勻；

在所述物料缸中加入載體材料，攪拌均勻后得到微生物固定化載體；

在所述物料缸中繼續(xù)加入微生物菌劑，攪拌后得到初步固定的微生物材料；

暫停攪拌，將物料缸傳送并進行壓料工序；

提供一物料盤以供盛放由所述物料缸所擠壓出的物料；

在所述物料盤中加入交聯(lián)反應液，控制所述物料缸以及所述物料盤在同頻率下運行傳送；

當所述物料盤內部的所述交聯(lián)反應液達到一定盤深位置時，更換物料盤，待所述物料盤內交聯(lián)反應持續(xù)24h后取出，在烘箱內烘干備用。

優(yōu)選地，所加入的所述微生物菌劑的含量為40％；所加入的所述交聯(lián)反應液的液體體積占物料總體積的1/3。

優(yōu)選地，所述物料缸的缸深越深，所述物料缸的底部所開設的壓料孔的孔徑越大且攪拌時間越長。

優(yōu)選地，還包括以下步驟：

提供如上所述任一的攪拌液壓裝置；

通過所述攪拌液壓裝置的攪拌機構對所物料缸進行攪拌；

待暫停攪拌后，通過傳送板將物料缸傳送至壓料機構對應的位置下；

待所述物料盤中加入交聯(lián)反應液后，啟動所述攪拌液壓裝置的傳送軸以及液壓驅動泵，通過調節(jié)時間繼電器控制所述壓料機構以及所述傳送軸在同頻率下運行。

本發(fā)明的有益效果包括：

1)本發(fā)明通過擠壓法進行生產(chǎn)，微生物菌劑含量占比較高，單位載體材料固定量比傳統(tǒng)“滴定法”提高10-30倍；

2)本發(fā)明的固定化產(chǎn)品形狀較好，采用機械化設備，基本實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，效率高；

3)本發(fā)明工藝簡單，占地面積小，運行管理方便，投資和運行費用低，適應條件范圍廣，可在固定化材料制備中廣泛應用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一體化攪拌液壓裝置的整體結構示意圖；

圖2為對應于圖1中物料缸的立面結構示意圖；

圖3為對應于圖2中樓板底板的平面局部放大結構示意圖。

附圖標記：

1--控制面板；2--攪拌電機；3--液壓驅動泵；4--攪拌機伸縮軸；5--液壓軸；6--壓料板；7--物料缸；8--支撐軸；9--物料缸傳送板；10--物料盤；11--物料盤螺旋軸；12--螺旋支撐軸；13--傳送板電；14--螺旋軸電機；15--固定式腳輪；16--活動式腳輪。

具體實施方式

以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明進一步加以說明。

結合圖1和圖2所示，本發(fā)明首先提供了一種用于制備固定化微生物的一體化攪拌液壓裝置，包括：控制面板1、攪拌電機2、液壓驅動泵3、攪拌機伸縮軸4、液壓軸5、壓料板6、物料缸7、支撐軸8、物料缸傳送板9、物料盤10、物料盤螺旋軸11、螺旋支撐軸12、傳送板電機13、螺旋軸電機14、固定式腳輪15、活動式腳輪16。其中：

控制面板1用于控制攪拌電機2、液壓驅動泵3、螺旋軸電機14的運轉頻率。

攪拌電機2用于攪拌混合物料，攪拌速度控制范圍200至1500r/min，優(yōu)選為攪拌速度500至1250r/min，攪拌時間15至60min，優(yōu)選為30至45min。

物料缸7底部設有鏤空底板70和實心底板72兩層，缸深500至1000mm，優(yōu)選為500至700mm，缸壁厚度15至30mm，優(yōu)選為20至25mm，底板直徑250至400mm，鏤空底板孔徑3至10mm。

物料缸傳送板9用于傳送物料缸7，物料缸傳送板9固定在支撐臺面上。物料進行攪拌時，物料缸7放置在物料缸傳送板9上，物料在完成攪拌后，通過物料缸傳送帶轉移至壓料板6下。物料缸轉移至液壓裝置下之后，需要把實心板72拆卸，物料缸傳送板9的運行由物料缸傳送板電機13控制，傳送速度控制范圍0.2至1m/min。

液壓裝置由液壓驅動系統(tǒng)、液壓軸5和壓料板6組成。液壓驅動系統(tǒng)采用液壓驅動泵4，該方式驅動系統(tǒng)環(huán)節(jié)少，結構簡單，壓強能按所需的工作力自動增減，減少了電能消耗。壓料板6的厚度為20至50mm，優(yōu)選為30至35mm。在材料生產(chǎn)制備過程中，壓力范圍1至25噸，優(yōu)選為3至15噸。液壓裝置的運行由時間繼電器控制。

物料盤10固定于物料盤螺旋軸11之上，用于盛放物料缸擠壓出的物料，物料盤10內有硼酸等交聯(lián)反應藥劑，藥劑容量占物料盤10體積的1/3。物料盤10的放置高度低于物料缸7底板下沿和/或出料口，優(yōu)選為低于物料缸7底板下沿和/或出料口3至5cm。物料盤10的運行同樣由時間繼電器控制。因為時間繼電器同時控制液壓裝置和物料盤10，所以能夠保障物料缸7壓出物料速度與物料盤10的傳送速度一致。

根據(jù)實際工藝需要，可以調整物料盤螺旋軸11的高度，物料缸傳送板9、物料盤10、物料盤螺旋軸11、傳送板電機13、螺旋軸電機14均可以進行拆卸。

以下結合實施例對本發(fā)明的制備方法作進一步的說明。上述各實施例的各組分的重量份在各自的范圍內可以任意組合并應用于其它實施例中。

實施例1

本實施例提供了一種用于制備固定化微生物的裝置，其中，物料缸7缸深600mm，缸壁厚度25mm，底板直徑360mm，鏤空底板孔徑5mm；壓料板厚度30mm，液壓過程控制壓力為7噸。操作方法包括如下步驟：

(1)、在物料缸7內注水2/3，開啟攪拌電機2，調節(jié)攪拌速率為500r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下攪拌30min，直至混合均勻；

(2)、在物料缸中繼續(xù)加入其它載體材料，在1000r/min的攪拌速率下攪拌20min，直至混合均勻后得到微生物固定化載體；

(3)、在物料缸中繼續(xù)加入40％微生物菌劑，并在600r/min的攪拌速率下攪拌20min，，得到初步固定的微生物材料；

(4)、步驟(3)結束后獲得攪拌均勻的物料，關閉攪拌電機2，攪拌軸上升。開啟控制面板上的物料缸傳送板旋鈕，物料缸傳送板9把物料缸轉移至液壓裝置下。傳送速度控制在0.5m/min。

(5)、在物料盤10內加入交聯(lián)反應液，液體體積占物料總體積的1/3。先啟動物料盤螺旋軸11，再啟動液壓驅動泵3，通過調節(jié)時間繼電器，控制液壓驅動泵3和螺旋軸電機14在同頻率下運行。

(6)、當物料盤內部液體達到盤深的2/3時，及時更換物料盤10，物料盤內交聯(lián)反應24h后取出，在25℃烘箱內烘干備用。

實施例2

本實施例提供了一種用于制備固定化微生物的裝置，其中，物料缸7缸深500mm，缸壁厚度25mm，底板直徑360mm，鏤空底板孔徑3mm；壓料板厚度30mm，液壓過程控制壓力為7噸。操作方法包括如下步驟：

(1)、在物料缸7內注水2/3，開啟攪拌電機2，調節(jié)攪拌速率為500r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下攪拌30min，直至混合均勻；

(2)、在物料缸中繼續(xù)加入其它載體材料，在1000r/min的攪拌速率下攪拌20min，直至混合均勻后得到微生物固定化載體；

(3)、在物料缸中繼續(xù)加入40％微生物菌劑，并在600r/min的攪拌速率下攪拌20min，，得到初步固定的微生物材料；

(4)、步驟(3)結束后獲得攪拌均勻的物料，關閉攪拌電機2，攪拌軸上升。開啟控制面板上的物料缸傳送板旋鈕，物料缸傳送板9把物料缸轉移至液壓裝置下。傳送速度控制在0.5m/min。

(5)、在物料盤10內加入交聯(lián)反應液，液體體積占物料總體積的1/3。先啟動物料盤螺旋軸11，再啟動液壓驅動泵3，通過調節(jié)時間繼電器，控制液壓驅動泵3和螺旋軸電機14在同頻率下運行。

(6)、當物料盤內部液體達到盤深的2/3時，及時更換物料盤10，物料盤內交聯(lián)反應24h后取出，在25℃烘箱內烘干備用。

實施例3

本實施例提供了一種用于制備固定化微生物的裝置，其中，物料缸7缸深1000mm，缸壁厚度25mm，底板直徑360mm，鏤空底板孔徑10mm；壓料板厚度30mm，液壓過程控制壓力為7噸。操作方法包括如下步驟：

(1)、在物料缸7內注水2/3，開啟攪拌電機2，調節(jié)攪拌速率為500r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下攪拌30min，直至混合均勻；

(2)、在物料缸中繼續(xù)加入其它載體材料，在1000r/min的攪拌速率下攪拌20min，直至混合均勻后得到微生物固定化載體；

(3)、在物料缸中繼續(xù)加入40％微生物菌劑，并在600r/min的攪拌速率下攪拌20min，，得到初步固定的微生物材料；

(4)、步驟(3)結束后獲得攪拌均勻的物料，關閉攪拌電機2，攪拌軸上升。開啟控制面板上的物料缸傳送板旋鈕，物料缸傳送板9把物料缸轉移至液壓裝置下。傳送速度控制在0.5m/min。

(5)、在物料盤10內加入交聯(lián)反應液，液體體積占物料總體積的1/3。先啟動物料盤螺旋軸11，再啟動液壓驅動泵3，通過調節(jié)時間繼電器，控制液壓驅動泵3和螺旋軸電機14在同頻率下運行。

(6)、當物料盤內部液體達到盤深的2/3時，及時更換物料盤10，物料盤內交聯(lián)反應24h后取出，在25℃烘箱內烘干備用。

實施例4

本實施例提供了一種用于制備固定化微生物的裝置，其中，物料缸7缸深1000mm，缸壁厚度25mm，底板直徑360mm，鏤空底板孔徑10mm；壓料板厚度30mm，液壓過程控制壓力為7噸。操作方法包括如下步驟：

(1)、在物料缸7內注水2/3，開啟攪拌電機2，調節(jié)攪拌速率為500r/min，然后加入5％聚乙烯醇，在500r/min的速率下攪拌45min，直至混合均勻；

(2)、在物料缸中繼續(xù)加入其它載體材料，在1000r/min的攪拌速率下攪拌30min，直至混合均勻后得到微生物固定化載體；

(3)、在物料缸中繼續(xù)加入40％微生物菌劑，并在600r/min的攪拌速率下攪拌30min，，得到初步固定的微生物材料；

(4)、步驟(3)結束后獲得攪拌均勻的物料，關閉攪拌電機2，攪拌軸上升。開啟控制面板上的物料缸傳送板旋鈕，物料缸傳送板9把物料缸轉移至液壓裝置下。傳送速度控制在0.5m/min。

(5)、在物料盤10內加入交聯(lián)反應液，液體體積占物料總體積的1/3。先啟動物料盤螺旋軸11，再啟動液壓驅動泵3，通過調節(jié)時間繼電器，控制液壓驅動泵3和螺旋軸電機14在同頻率下運行。

(6)、當物料盤內部液體達到盤深的2/3時，及時更換物料盤10，物料盤內交聯(lián)反應24h后取出，在25℃烘箱內烘干備用。

以下結合實驗對本發(fā)明作進一步的說明。

實驗一：固定化微生物產(chǎn)品的微生物釋放速率測試：

本實驗的目的在于檢測固定化微生物產(chǎn)品的微生物釋放速率，若釋放速率較小，則說明微生物已經(jīng)很好地被固定。

本實驗包括如下步驟：

(1)、配備0.1mol/l的碘標準溶液，采用哈希色度儀測色度，并作色度—淀粉標準曲線。

(2)、在標號為1(1#)的200ml燒杯中加0.1mol/l碘液200ml，再向燒杯加入固定化微生物產(chǎn)品10g。

(3)、在標號為2(2#)的100ml燒杯中加0.1mol/l碘液100ml，再向燒杯加入固定化微生物產(chǎn)品10g，并在轉速1000r/min的轉自攪拌器上進行試驗。分別在24h、48h、72h后通過比色計算釋放量。實驗結果如下表1所示：

表1實驗一的結果比較表

該實驗證明，本發(fā)明的固定化微生物產(chǎn)品具有較低的釋放率，提示微生物已經(jīng)得到了很好的固定。

實驗二：固定化微生物產(chǎn)品的微生物活性測試

本實驗的目的在于檢測固定化微生物產(chǎn)品的微生物的活性，固定微生物微高效硝化菌和好氧反硝化細菌(比例2:1)若固定化的微生物與游離的微生物的活性相差不大，則說明本發(fā)明的固定化微生物產(chǎn)品中的微生物仍基本能保持原有的活性，從而能夠適用于工業(yè)化應用。

本實驗為污染水體凈化實驗，其包括如下步驟：

(1)、在標號為1(1#)的500ml燒杯中加200ml污水20ml，作為空白；

(2)、在標號為2(2#)的500ml燒杯中加200ml污水20ml，再向燒杯加入固定化微生物10g；

(3)、在標號為3(2#)的500ml燒杯中加200ml污水20ml，再向燒杯加入固定化微生物20g；

(4)、48h后測試水質指標變化情況，結果如下表2所示。

表2實驗二的結果比較表

該實驗證明，本發(fā)明在對微生物進行固定化的過程中并沒有大幅度減損微生物的活性，使微生物仍然保持一定的污水凈化活性。

完成上述實施過程后，應能體現(xiàn)出本發(fā)明的以下特點：

本發(fā)明的一體化攪拌液壓裝置操作簡單、易行、對物料固定化效果好，生產(chǎn)工藝技術成熟、集成化程度高、操作易于控制，可以滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求。

上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。