專利名稱：高強度高活性包埋微生物載體的制備方法
技術領域：
本發明涉及常溫有氧條件下，一種簡便易行的高強度高活性包埋微生物的制備及相應配方。此方法及配方制備的包埋微生物活性高，能高效去除高濃度氨氮及苯酚廢水中的污染物，并在流化反應器中的運行壽命可超過I. 5年以上。由于光化學合成方法具有常溫下進行，有氧下操作的特點，并且包埋材料具有生物相容性的特點，因此方法及配方可廣泛應用于多種微生物、酶、蛋白質及非微生物種類物質的包埋。并可大規模工業化制備。
背景技術：
包埋微生物技術由于具有微生物密度高，耐外界環境沖擊能力強，固液分離簡單，操作簡單等優點，因此在廢水處理等行業等領域具有非常廣泛的應用前景。但是目前的包埋菌普遍存在活性低、壽命短的缺點，因此，目前難以實現工業化應用。如何在保證包埋載 體內微生物活性的基礎上，提高載體的壽命，使之在反應器中長期穩定運行是目前的難題。

發明內容
本發明的目的在于克服現有包埋微生物活性不高，載體強度較低的缺點。通過調整丙烯酰胺與聚乙烯醇之間的配比，在常溫有氧條件下，通過光化學對微生物進行包埋固定。由于將微生物在接近生理條件下包埋于載體中，保持了微生物的活性；此載體在流化反應器中的運行時間可超過I. 5年以上。此方法簡單、方便、易于操作。本發明的配方及制備過程如下
制備過程一
I.將適量的丙烯酰胺溶解于a ml的水中，加入一定量的亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌至溶解，得A溶液； 2.在80-90° C的60-a ml去離子水中加入一定量的聚乙烯醇，攪拌至溶解，得B溶液；
3.將A與B混勻，然后加入PBS緩沖液到其中至其為中性；然后加入待包埋的微生物，攪拌均勻，得混合液C ;
4.在混合液C中加入安息香二甲醚溶液O.4ml,四甲基乙二胺I. 6ml，過硫酸鉀飽和溶液4ml,快速攪拌均勻；
5.將4中的反應液置于輻照光源下輻照2-8分鐘，進行固化；
6.根據需要將固化后的包埋菌切割成相應的尺寸及大小。制備過程二
1.在80-90°C的60ml去離子水中加入一定量的聚乙烯醇，攪拌至溶解，得A溶液；
2.將適量的丙烯酰胺溶解于A溶液中，加入一定量的亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌至溶解，得B溶液； 3.在B溶液中加入PBS緩沖液至其為中性；然后加入待包埋的微生物，攪拌均勻，得混合液C ;
4.在混合液C中加入安息香二甲醚溶液O. 4ml,四甲基乙二胺I. 6ml，過硫酸鉀飽和溶液4ml,快速攪拌均勻；5.將4中的反應液置于輻照光源下輻照2-8分鐘，進行固化；
6.根據需要將固化后的包埋菌切割成相應的尺寸及大小。該種包埋菌制備方法可在常溫有氧條件下，通過光源輻照，達到對透明體系，不透明體系及包埋體系進行光化學高效引發，使之固化，并得到高活性及長壽命的包埋菌。特別適用于包埋固定化微生物或其它非生物的固定包埋體系。該包埋對透明、不透明的包埋體系進行光化學引發進行固化包埋，一般包括以下步驟
步驟一，在80-90° C的60ml或a ml去離子水中加入I. 8 g_9g聚乙烯醇,攪拌至溶解，得A溶液；
步驟二，在步驟一的60 ml的A溶液加入4. 8 g-8. 4 g的丙烯酰胺單體及O. 12 g_0. 6g的交聯劑，攪拌至溶解，得溶液B ;或者
向b ml的去離子水中加入4. 8 g-8. 4 g的丙烯酰胺及O. 12 g- 0.6 g的N，N、亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌至溶解，得溶液A’，其中a+b=60 ；
步驟三，將步驟一的a ml的A溶液與b ml的A’溶液共混，然后加入PBS緩沖液，至其pH至中性，得溶液C ;或者
在步驟二的60ml的B溶液中加入PBS緩沖液，至其至中性，得溶液C ；
步驟四，在溶液C中加入1-6 g待包埋物，攪拌均勻，得混合液D ；
步驟五，在混合液D中加入安息香二甲醚溶液O. 2-0. 6ml，四甲基乙二胺O. 8-2. 8ml，過硫酸鉀飽和溶液2-8ml，快速攪拌均勻；
步驟六，將步驟五中得到的反應液置于輻照光源下輻照2-8分鐘，進行固化；
步驟七，根據需要將固化后的包埋菌切割成相應的尺寸及大小。其中，在一優選實施方式中，所述交聯劑為N，-亞甲基雙丙烯酰胺。其中，在一優選實施方式中，在步驟一中，聚乙烯醇在溶液中的濃度為每100 ml溶液中含的聚乙烯醇的含量為3-15 go在一優選實施方式中，在步驟二中，所述的單體在溶液中的濃度為每100 ml溶液中含的丙烯酰胺單體的含量為8 14 g ；Ν, ΝΛ-亞甲基雙丙烯酰胺在溶液中的質量體積百分數為 O. 2 l%(m/v, g/ml)。在一優選實施方式中，在步驟三中，在溶有反應物的反應液中入PBS緩沖液，至其pH至中性。在一優選實施方式中，在步驟四中，反應液中所加入的待包埋物是活性污泥、微生物或其它包埋對象，所述待包埋物在溶液中的質量體積百分數為3. 2 20% (m/v)。在一優選實施方式中，在步驟五中，所述的過硫酸鉀、安息香二甲醚及四甲基乙二胺在步驟五所得的溶液中的含量分別是O. 03-0. 67%(m/v, g/ml) ,0. 1-1. 2%(m/v, g/ml),1-5% (v/v，ml/ml)0在一優選實施方式中，在步驟六中，所述照射為2-8分鐘。在本發明中，所述術語“透明體系”是指光學透明的體系，包括但不限于透明、能夠吸收光源發射出的光子的體系，如透明溶液等。在本發明中，所述術語“不透明體系”是指光學不透明的體系，包括但不限于、不透明、不能大量吸收光源發射出的光子能量的體系。
在本發明中，所述術語“交聯劑”是指含有不飽和雙鍵的化學交聯劑，包括但不限
于N，N、亞甲基雙丙烯酰胺。在本發明中，所述術語“待包埋物”是指微生物、細菌、酶等，包括但不限于活性污泥、微生物(例如硝化菌)、酶等。這些待包埋物質來自廢水處理或其它化學生化行業領域生產處理過程。在本發明中，所述術語“輻射光源”包括但不限于紫外光源(例如500W高壓汞燈或其它類似輻照源)等。與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果
本發明的包埋菌配方，不僅可用于透明體系的微生物或非微生物包埋，還可適用于非透明體系的微生物或非微生物體系的包埋。并且所得的包埋菌載體活性高，壽命長，在流化反應器中的使用壽命超過I. 5年以上。而且，本發明中的光化學引發劑高效，光化學固化簡 單快速，時間一般在4分鐘內，并且聚合體系簡單，成本較低，適合于大規模的包埋菌制備。
具體實施方案本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，或按照制造廠商所建議的條件。實施例I
步驟一，在80-90°C的60 ml去離子水中加入3g的聚乙烯醇，攪拌至溶解，得A溶液；步驟二，A溶液冷卻至室溫，在其中加入6. 5g丙烯酰胺，O. 36g N，N、亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌至溶解，得溶液B;
步驟三，將PBS緩沖液加入到溶液B中，調整其pH為中性；然后加入4g活性污泥(上海市閔行污水處理廠提供)，攪拌均勻；
步驟四，在步驟三中得到的混合液中加入安息香二甲醚溶液O. 4 ml，四甲基乙二胺I. 6ml,,過硫酸鉀飽和溶液4ml,快速攪拌均勻；
步驟五，將步驟四中得到的反應液置于輻照光源下輻照4分鐘，進行固化；
步驟六，根據需要將固化后的包埋菌切割成相應的尺寸及大小。實施例2
步驟一，丙烯酰胺6g溶解在20ml水中，加入N, Nr-亞甲基雙丙烯酰胺O. 24 g,攪拌至溶解，得溶液A ;
步驟二，在80-90° C的40 ml去離子水中加4g的聚乙烯醇，攪拌至溶解，得B溶液； 步驟三，將A與B共混，充分攪拌均勻；
步驟四，將PBS緩沖液加入到步驟三得到的共混溶液中，調整其pH為中性，再加入6g活性污泥，攪拌均勻；
步驟四，在步驟三中得到的混合液中加入安息香二甲醚溶液0.4 ml，四甲基乙二胺I. 6ml,過硫酸鉀飽和溶液4ml,快速攪拌均勻；
步驟五，將步驟四中得到的反應液置于輻照光源下輻照5分鐘，進行固化；
步驟六，根據需要將固化后的包埋菌切割成相應的尺寸及大小。實施例3步驟一，在80-90° C的60 ml去離子水中加入3g的聚乙烯醇，攪拌至溶解，得A溶液；步驟二，A溶液冷卻至室溫，在其中加入4. 5g丙烯酰胺，O. 36g N，N、亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌至溶解，得溶液B;
步驟三，將PBS緩沖液加入到溶液B中，調整其pH為中性；然后加入4g混合菌(硝化菌與異氧菌以I :1的比例混合。其中，硝化菌為上海閔行污水處理廠的濃縮污泥于40mg/l氨氮廢水中馴化而得；異氧菌為上海閔行污水處理廠的好氧池濃縮污泥)，攪拌均勻；
步驟四，在步驟三中得到的混合液中加入安息香二甲醚溶液O. 5 ml，四甲基乙二胺I. 2ml,過硫酸鉀飽和溶液4ml,快速攪拌均勻；
步驟五，將步驟四中得到的反應液置于輻照光源下輻照3分鐘，進行固化；
步驟六，根據需要將固化后的包埋菌切割成相應的尺寸及大小。
實施例4
步驟一，在80-90° C的60 ml去離子水中加入9g的聚乙烯醇，攪拌至溶解，得A溶液；步驟二，A溶液冷卻至室溫，在其中加入2. 5g丙烯酰胺，O. 18g N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌至溶解，得溶液B;
步驟三，將PBS緩沖液加入到溶液B中，調整其pH為中性；然后加入4g硝化菌(上海閔行污水處理廠濃縮污泥經40gm/l氨氮廢水馴化而得)，攪拌均勻；
步驟四，在步驟三中得到的混合液中加入安息香二甲醚溶液O. 5 ml，四甲基乙二胺I. 2ml,過硫酸鉀飽和溶液4ml,快速攪拌均勻；
步驟五，將步驟四中得到的反應液置于輻照光源下輻照3分鐘，進行固化；
步驟六，根據需要將固化后的包埋菌切割成相應的尺寸及大小。實施例5
步驟一，在80-90° C的60 ml去離子水中加入6g的聚乙烯醇，攪拌至溶解，得A溶液；步驟二，A溶液冷卻至室溫，在其中加入3. 5g丙烯酰胺，O. 28g N，N、亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌至溶解，得溶液B;
步驟三，將PBS緩沖液加入到溶液B中，調整其pH為中性；然后加入4g硝化菌，攪拌均勻；
步驟四，在步驟三中得到的混合液中加入安息香二甲醚溶液O. 5 ml，四甲基乙二胺
I.2ml,過硫酸鉀飽和溶液4ml,快速攪拌均勻；
步驟五，將步驟四中得到的反應液置于輻照光源下輻照3分鐘，進行固化；
步驟六，根據需要將固化后的包埋菌切割成相應的尺寸及大小。本發明實施例1，2，3，4，5中制備的包埋菌，具有較高的活性。經短暫馴化后(2個星期，優于其它現有技術的包埋菌，一般包埋菌的馴化期為4-6星期)，在高濃度氨氮廢水及微污染水的處理中表現良好，并具有長的使用壽命，一般可達到I年以上。其中實施例5及3所制備的包埋菌的壽命可達I. 5年(目前其它制備的包埋菌壽命一般不超過6個月)。它們在好氧流化反應器中(填充率為10% )，于7小時內，對500mg/l濃度及以下的氨氮廢水的氨氮去除率分別可達96%、94%、98%、93%和91%。對微污染水中COD的去除率分別可達到75%，68%，72%，65%以及74%，達到或超過目前其它的包埋菌。盡管已參考示例性具體實施方式
描述本發明，本領域技術人員將理解的是在不偏離本發明的范圍的情況下可進行各種變化且可用等同替代方式替代與其對應的元件。此夕卜，在不偏離本發明的基本范圍的情況下，可進行多種修飾以使特定的情況或材料適應本發明的教導。盡管已通過參考各種特定的具體實施方式
對本發明進行了描述，將理解的是在描述的創造性概念的精神和范圍內可進行多種變化。本發明的意圖是不受限于所描述的具體 實施方式，但是將具有由所附的權利要求書的語言所定義的全部范圍。
權利要求
1.一種高活性高強度包埋微生物載體的制備方法，其特征在于 步驟一，在80-90° C的60 ml或a ml去離子水中加入I. 8 g-9 g聚乙烯醇,攪拌至溶解，得A溶液； 步驟二，在步驟一的60 ml的A溶液冷卻室溫后，在其中加入4. 5 g-9 g的丙烯酰胺單體及O. I g-0.7 g交聯劑，攪拌至溶解，得溶液B;或者 在b ml的去離子水中,加入4. 5 g-9 g丙烯酰胺單體及O. I g-0.7 g交聯劑,攪拌溶解，得溶液A’，其中a+b=60 ； 步驟三，將步驟一的a ml的A溶液與b ml的A’溶液共混，然后加入PBS緩沖液，至其pH至中性，得溶液C ;或者 在步驟二的60ml的B溶液中加入PBS緩沖液，至其pH至中性，得溶液C ； 步驟四，在溶液C中加入l-8g的待包埋物，攪拌均勻，得混合液D ; 步驟五，在混合液D中加入相應量的安息香二甲醚溶液，四甲基乙二胺，以及過硫酸鉀飽和溶液，迅速攪拌均勻；其中過硫酸鉀在所得溶液中的百分比為O. 03-0. 67%(m/v, g/ml),安息香二甲醚在溶液中的百分比為O. l_1.2%(m/v，g/ml)，四甲基乙二胺在溶液中的百分比為 1-5% (v/v, ml/ml)； 步驟六，將步驟五中得到的反應液置于輻照光源下輻照2-8分鐘，進行固化； 步驟七，根據需要將固化后的包埋菌切割成相應的尺寸及大小。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述交聯劑為N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺。
3.如權利要求I或2所述的方法，其特征在于，聚乙烯醇在最終反應液中的濃度為每100 ml溶液中含的聚乙烯醇的含量為3-15 g ;丙烯酰胺在最終反應液中的濃度為每100ml溶液中含的丙烯酰胺單體的含量為8 14 g ;交聯劑在最終反應液中的質量體積百分數為 O. 2 l%(m/v, g/ml)。
4.如權利要求I或2所述的方法，其特征在于，在步驟五中，所述的過硫酸鉀、安息香二甲醚及四甲基乙二胺在步驟五所得的溶液中的含量分別是O. 03-0. 67%(m/v, g/ml)，O.1-1. 2%(m/v, g/ml)，1-5% (v/v, ml/ml)。
5.如權利要求I或2所述的方法，其特征在于，在步驟六中，所述照射時間為2-5分鐘。
6.根據權利要求1-5任一項所述的方法制備的包埋微生物載體。
全文摘要
本發明涉及常溫有氧條件下，一種簡便易行的高活性長壽命包埋微生物的制備及相應配方。此方法及由其制備的包埋微生物載體活性高、強度高，能高效去除高濃度氨氮及苯酚廢水中的污染物，并在流化反應器中的運行壽命可超過1.5年以上。由于光化學合成方法具有常溫下進行，有氧下操作的特點，并且包埋材料具有生物相容性的特點，因此方法及配方可廣泛應用于多種微生物、酶、蛋白質及非微生物種類物質的包埋，并可大規模工業化制備。
文檔編號C12N11/08GK102827823SQ20121035672
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者喬向利 申請人:上海交通大學