专利名称：光合细菌颗粒及其制备方法
技术领域：
本发明涉及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，对酚氰等毒物有一定有忍受和分解能力，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，在应用中不可避免地出现菌体流失和固液分离两个问题。为了解决这两个问题，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，由此造成处理工艺流程复杂，增加处理成本，严重影响了它在生产中的推广应用。为了在更好的利用光合细菌，因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，提高处理水质效率。制备光合细菌颗粒是光合细菌固化技术的一种。目前用到的有吸附法、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，是生产应用前景最好的方法。常用的吸附材料多为无机或有机材料，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，含水量高，CaCl2对菌体活性影响大，制备得到光合细菌颗粒粘合不紧密，沉降过程中菌体流失大，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，对光合细菌的利用率不高。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种光合细菌颗粒及制备方法。本发明解决的技术问题是现有的光合细菌颗粒制备过程耗时长，制备的光合细菌颗粒的单位体积含菌量低，投入水体后发散面积小，光合细菌利用率低。
本发明提供了一种光合细菌颗粒，由下述重量配比的成分组成硅藻土 450 500 份、沸石粉450 500份、膨润土 30 50份和光合细菌菌液1000份。优选的，上述光合细菌颗粒由下述重量配比的成分组成硅藻土 475份、沸石粉 475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，上述膨润土为钠基膨润土。其中，上述光合细菌菌液的浓度为20 50亿个/mL。本发明同时提供了光合细菌颗粒的制备方法，包括如下步骤a、将硅藻土、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、将硅藻土、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，即得光合细菌颗粒。其中，上述硅藻土、沸石粉、膨润土、光合细菌菌液的重量配比为475 500 份475 500份30 50份1000份。其中，上述硅藻土的使用方法为步骤a中取25 50份硅藻土加入到光合细菌菌液中，在步骤b中将剩余硅藻土加入到光合细菌浓缩液中；上述沸石粉的使用方法为步骤 a中取25 50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。其中，步骤b中光合细菌物料的含水量在5 8%。其中，步骤c中按以下规格造粒每粒光合细菌颗粒质量为5g，体积为3cm3。本发明中光合细菌颗粒耐储藏、保质期长达12个月，运输方便，沉降迅速，可在沉底后5分钟内开始发散，发散面积扩大3 5倍，形成大面积菌膜。本发明方法所采用的原料来源广泛，生产成本低，生产中不添加任何化学成分、不会影响光合细菌的活性；以膨润土作为粘结剂，由于其也具有吸附性，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公斤光合细菌颗粒，每克光合细菌颗粒的含菌量与每毫升菌液的含菌量相当，极大地提高了光合细菌颗粒中有效成分的含量。本发明中光合细菌颗粒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。本发明能够满足规模化生产的需要，具有广阔的市场前景。
具体实施例方式本发明提供了一种光合细菌颗粒，由下述重量配比的成分组成硅藻土 450 500 份、沸石粉450 500份、膨润土 30 50份和光合细菌菌液1000份。优选的，上述光合细菌颗粒由下述重量配比的成分组成硅藻土 475份、沸石粉 475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，上述膨润土为钠基膨润土。
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其中，上述光合细菌菌液的浓度为20 50亿个/mL。本发明同时提供了光合细菌颗粒的制备方法，包括如下步骤a、将硅藻土、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、将硅藻土、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，即得光合细菌颗粒。其中，上述硅藻土、沸石粉、膨润土、光合细菌菌液的重量配比为475 500 份475 500份30 50份1000份。其中，上述硅藻土的使用方法为步骤a中取25 50份硅藻土加入到光合细菌菌液中，在步骤b中将剩余硅藻土加入到光合细菌浓缩液中；上述沸石粉的使用方法为步骤 a中取25 50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。其中，步骤b中光合细菌物料的含水量在5 8%。其中，步骤c中按以下规格造粒每粒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，其菌体营养丰富，蛋白质含量高达65%，且富含多种维生素、辅酶等生物活性物质和微量元素，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、氰等毒物有一定的分解能力，在水处理方面具有其它微生物无法替代的优势。适用于本发明的光合细菌可选用红螺菌科(Rhodospirillaceae)红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)的光合细菌，例如沼泽红假单胞菌(Rhodopseudanonas palustris)。在实际生产中，可以根据生产条件、产品的应用范围等选择合适的光合细菌。本发明人研究发现，光合细菌菌液浓度达到 20 50亿个/mL即可用于本发明。本发明中膨润土用作粘结剂。膨润土可吸附8 15倍于自身体积的水量，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。 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。根据膨润土的层间阳离子种类将膨润土分为四类层间阳离子为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、有较高的可塑性和较强的粘结性，具有优越的理化学性质和工艺技术性能。在本发明中使用钠基膨润土可以使光合细菌颗粒的使用效果更好。本发明中硅藻土和沸石粉起吸附剂的作用。硅藻土和沸石粉均具有无毒、多孔性、 较大的比表面积、孔隙度大、化学稳定性、吸附性强、离子交换性等特点，被广泛用作吸附剂、离子交换剂，也可用于气体的干燥、净化和污水处理等方面。因此，硅藻土和沸石粉非常适于用作制备光合细菌颗粒的吸附载体。本发明中硅藻土和沸石粉从市场购买即可。在本发明中采用精致硅藻土可使制备得到的光合细菌颗粒的使用效果更好。本发明制备方法中硅藻土和沸石粉分两步使用，先加入一部分沸石粉和硅藻土到光合细菌菌液中，是为了让沸石粉和硅藻土充分吸附光合细菌，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硅藻土、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、过滤设备的孔径等条件来调整加入到光合细菌菌液中的硅藻土和沸石粉的重量。将一部分硅藻土和沸石粉加入到光合细菌菌液后，要均勻搅拌使硅藻土和沸石粉充分吸附光合细菌，然后经过滤将菌体被吸附后剩余的水分去除，过滤时可根据所选用的光合细菌的大小及产品其它的要求来选择过滤设备。为了使光合细菌颗粒的粘结良好，同时又不会影响光合细菌颗粒在投放后的发散效果，可控制光合细菌物料的含水量在5 8%。造粒的标准为每粒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光合细菌颗粒，用来与本发明的制备方法制备的光合细菌颗粒作比较。本发明对制备得到的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
做其中描述。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目的硅藻土，其主要成分为70% (wt/wt)的二氧化硅、15 18% (wt/wt)的三氧化二铝、4% (wt/wt)的三氧化二铁、8 10% (wt/wt)的水，松密度为0. 40g/cm3。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。实施例1光合细菌颗粒的制备a、将25公斤硅藻土和25公斤沸石粉加入1000公斤光合细菌菌液中，充分搅拌，使硅藻土和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425公斤硅藻土、425公斤沸石粉和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8%的光合细菌物料；C、按每粒光合细菌颗粒质量为5g，体积为3cm3的规格，用辊造粒机对步骤b得到的光合细菌物料进行造粒，即得光合细菌颗粒。制备得到的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光合细菌颗粒的制备a、将25公斤硅藻土和25公斤沸石粉加入1000公斤光合细菌菌液中，充分搅拌， 使硅藻土和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450公斤硅藻土、450公斤沸石粉和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7. 4%的光合细菌物料；C、按每粒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，即得光合细菌颗粒。制备得到的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光合细菌颗粒的制备a、将25公斤硅藻土和25公斤沸石粉加入1000公斤光合细菌菌液中，充分搅拌， 使硅藻土和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475公斤硅藻土、475公斤沸石粉和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%的光合细菌物料；C、按每粒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，即得光合细菌颗粒。制备得到的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
请公开的方法制备光合细菌颗粒a、将浓度为5g/L的磷酸氢钙溶液加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，即得光合细菌颗粒。制备得到的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、对比例中制备的光合细菌颗粒沉降速度和发散面积测定
权利要求
1.光合细菌颗粒，其特征在于由下述重量配比的成分组成硅藻土450 500份、沸石粉450 500份、膨润土 30 50份和光合细菌菌液1000份。
2.根据权利要求1所述的光合细菌颗粒，其特征在于由下述重量配比的成分组成硅藻土 475份、膨润土 475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.光合细菌颗粒的制备方法，包括如下步骤a、将硅藻土、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、将硅藻土、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，即得光合细菌颗粒。
7.根据权利要求6所述的光合细菌颗粒的制备方法，其特征在于上述硅藻土、沸石粉、膨润土、光合细菌菌液的重量配比为475 500份475 500份30 50份1000 份。
8.根据权利要求7所述的光合细菌颗粒的制备方法，其特征在于所述硅藻土的使用方法为步骤a中取25 50份硅藻土加入到光合细菌菌液中，在步骤b中将剩余硅藻土加入到光合细菌浓缩液中；所述沸石粉的使用方法为步骤a中取25 50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 8%。
10.根据权利要求6所述的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光合细菌颗粒质量为5g，体积为3cm3。
全文摘要
本发明涉及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光合细菌颗粒制备过程耗时长，制备的光合细菌颗粒的单位体积含菌量低，投入水体后发散面积小，光合细菌利用率低。本发明的技术方案是提供一种光合细菌颗粒，由下述重量配比的成分组成硅藻土450～500份、沸石粉450～500份、膨润土30～50份和光合细菌菌液1000份。
文档编号C12R1/01GK102433320SQ201110450339
公开日2012年5月2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