[发明专利]一种微生物固定化剂及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种微生物固定化剂及其制备方法和应用，该微生物固定化剂，以生物炭为载体，负载Fe₂O₃和Fe₃O₄，以质量百分数计，所述Fe₂O₃的负载量为5～25％，粒径为10～100nm；所述Fe₃O₄的负载量为5～15％，粒径为10～100nm。本发明微生物固定化剂以生物炭为载体，负载Fe₂O₃和Fe₃O₄，用于作为微生物的固定剂，不仅提高了生物炭的比表面和吸附能力，使待固定的微生物可附着面积增加，提高废水中重金属污染物的处理效果，而且以Fe₂O₃为光催化剂，Fe₃O₄为光催化促进剂，显著提高废水中有机污染物的处理效果。

主权项

1.一种微生物固定化剂在处理含硫酸盐的重金属、有机污染物综合废水中的应用，其特征在于，所述微生物固定化剂的制备方法为：(1)制备生物炭：取秸秆，洗净、风干后破碎，过2mm筛，在600℃的无氧条件下热解2h，进行炭化；待炭化产物自然冷却后，研磨，取200～400目筛筛网之间的截留物，用1mol/L盐酸处理2h去除灰分物质，用蒸馏水洗涤至洗液呈中性后，80℃下烘干，获得生物炭；(2)Fe₂O₃、Fe₃O₄的负载：a：取步骤(1)获得的生物炭100g，加入到1L含0.25mol FeCl₃的水溶液中，再加入NaOH溶液，搅拌4h后，收集沉淀物；Fe³⁺与NaOH的摩尔比为1:7；b：用去离子水清洗沉淀物6次，将沉淀物与NaOH溶液混合后置于水热釜中，在160℃条件下水热反应20h，反应完成后，取出固相，自然冷却，并用去离子水冲洗5次，得到负载有Fe₂O₃的改性生物炭I；沉淀物上负载的Fe³⁺与NaOH的摩尔比为1:10；c：将b步骤的改性生物炭I加入到1L含0.086mol FeCl₃和0.043mol FeSO₄·7H₂O的水溶液中，Fe³⁺与Fe²⁺的摩尔比为2:1，在氮气条件下，边搅拌边逐滴滴加NH₃·H₂O，Fe³⁺与NH₃·H₂O的摩尔比为1:8.5，滴加完成后，再搅拌10min，并用去离子水清洗3次，得到负载有Fe₂O₃和Fe₃O₄的改性生物炭II；以质量百分数计，制得的Fe₂O₃负载量为20％，Fe₃O₄的负载量为10％；(3)氨基的负载：在氮气保护下，将c步骤的改性生物炭II与乙二胺和氨水混合，密封，搅拌，在95℃下氨基化反应12h，反应后分离固相，用去离子水清洗三次，干燥，得到负载有Fe₂O₃、Fe₃O₄和氨基的改性生物炭III；乙二胺和氨水的体积比为4:1，改性生物炭II与氨水的质量体积比为1g：2.5ml；(4)微生物的固定化：将污泥按4％接种到富集培养基中，在36±2℃下恒温密闭培养，至培养液变黑；按相同比例反复接种培养，取36h内变黑的活性较高的硫酸盐还原菌菌液，将此菌液接入富集培养基中，放入密闭容器内4℃冷藏保存；富集培养基的组成为：磷酸氢二钾：0.5g/L，氯化钙：0.1g/L，氯化铵：1g/L，酵母膏：1g/L，七水硫酸镁：2g/L，乳酸钠4g/L，硫酸钠：0.5g/L，硫酸亚铁铵：1.2g/L，培养基溶液pH为7.4～7.6；将上述硫酸盐还原菌按接种量8％接种至硫酸盐还原菌固定培养基中，取改性生物炭III置于固定培养基中，以固定培养基的体积为基准，投加量为30g/L，混合均匀后液体石蜡封口，在36±2℃、160～180r/min下，振荡固定培养24h，进行硫酸盐还原菌的固定，固定好后，分离上清液，取下层沉淀，得到固定化硫酸盐还原菌的改性生物炭III；固定培养基的组成为：磷酸氢二钾：0.5g/L，氯化钙：0.1g/L，氯化铵：1g/L，酵母膏：1g/L，七水硫酸镁：0.06g/L，乳酸钠5g/L，硫酸钠：4g/L，柠檬酸钠：0.3g/L，七水硫酸亚铁：0.005g/L，培养基溶液pH为7；(5)重金属和硫酸盐的负载：将步骤(4)获得的固定化硫酸盐还原菌的改性生物炭III加入到pH调为6的A废水中，厌氧还原反应6h后，通入B废水，固定化硫酸盐还原菌的改性生物炭III的投加量为50g/L；在光照条件下，反应48h，静置2h，生成固定化硫酸盐还原菌的改性生物炭IV；所述A废水含3158mg/L的SO₄^2‑，7435mg/L的COD，890倍的色度，62.1mg/L的硝基苯类，39.5mg/L的4‑氯酚，pH＝2.1；所述B废水含185mg/L的Cd²⁺，290mg/L的Cr(VI)，510mg/L的SO₄^2‑，1120mg/L的COD，pH＝6.1；车间A废水和车间B废水体积比为1:3。