一种生物活性炭及其制备方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711361278.1 (22)申请日 2017.12.18 (71)申请人 玉山县三清活性炭有限公司 地址 334700 江西省上饶市玉山县城西工 业区 (72)发明人 郑迅荟郑宇杰 (51)Int.Cl. C12N 11/14(2006.01) C12N 1/20(2006.01) C02F 3/34(2006.01) C12R 1/07(2006.01) C12R 1/38(2006.01) (54)发明名称 一种生物活性炭及其制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种

2、生物活性炭及其制备方 法， 该生物活性炭的制备方法包括以下步骤： 1) 菌种的筛选、 驯化、 扩大培养和复配， 得到复合菌 种； 2)活性炭的预处理； 3)生物活性炭的制备： 将 预处理过的活性炭和复合菌种混合均匀， 2427 恒温培养3540小时， 充分干燥。 本发明的生 物活性炭比表面积大， 吸附能力强， 对污水中COD 的去除效果好， 制备工艺简单， 生产成本低， 生物 活性炭上的复合菌群可以针对性地降解污水中 主要的COD组分， 所形成的生物膜也具有一定的 吸附功能， 使得生物活性炭具备COD吸附生物膜、 活性炭吸附载体的双重吸附性能， 延长了生物活 性炭的使用寿命， 减少了污水处理过

3、程中活性炭 的用量， 市场应用价值高。 权利要求书1页 说明书4页 CN 107988200 A 2018.05.04 CN 107988200 A 1.一种生物活性炭的制备方法， 其特征在于： 包括以下步骤： 1)菌种的筛选、 驯化、 扩大培养和复配： 根据污水中的主要污染物种类和含量选择对应 的菌种， 先分别进行驯化和扩大培养， 再进行复配， 得到复合菌种； 2)活性炭的预处理： 用盐酸对活性炭进行浸泡预处理， 再将活性炭分离出来， 充分干 燥； 3)生物活性炭的制备： 将预处理过的活性炭和复合菌种混合均匀， 2427恒温培养 3540小时， 充分干燥， 得到生物活性炭。 2.根据权利要求

4、1所述的制备方法， 其特征在于： 步骤1)所述的培养基为牛肉膏液体培 养基或牛肉膏固体培养基， pH7.27.5， 所述的牛肉膏液体培养基的组成为： 牛肉膏： 0.3； 蛋白胨： 1.0； NaCl： 0.5， 所述的牛肉膏固体培养基的组成为： 牛肉膏： 0.3； 蛋 白胨： 1.0； NaCl： 0.5； 琼脂： 1.52.0。 3.根据权利要求2所述的制备方法， 其特征在于： 步骤1)所述的培养基中还添加有 (NH4)2SO4、 酵母抽提粉、 葡萄糖中的至少一种。 4.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 步骤1)所述的菌种为芽孢杆菌、 假单 胞菌中的至少一种。 5.根据权利要求4

5、所述的制备方法， 其特征在于： 步骤1)所述的菌种为芽孢杆菌。 6.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 步骤2)所述的活性炭为椰壳炭、 木质 炭、 煤质炭、 果壳炭中的至少一种。 7.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 步骤2)所述的活性炭的形状为蜂窝 状、 柱状、 颗粒状、 粉末状中的至少一种。 8.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 步骤3)所述的活性炭、 复合菌种的质 量比为1 (0.81.2)。 9.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 步骤3)所述的生物活性炭中有效活菌 含量2109个/克。 10.权利要求19中任意一项所述的方法制备的一种用于降

6、解污水COD的生物活性炭。 权利要求书 1/1 页 2 CN 107988200 A 2 一种生物活性炭及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种生物活性炭及其制备方法。 背景技术 0002 随着现代工业的深入发展， 工业生产的污水、 废气种类也越来越多， 污水中 COD的 成分变得越来越复杂。 COD(Chemical Oxygen Demand)为化学需氧量又称化学耗氧量， 用来 反映污水中需要被氧化的还原性物质的量， 在河流污染和工业污水性质的研究以及污水处 理厂的运行管理中， 它是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数。 0003 目前， 污水处理技术领域大多使用活性炭作为吸附

7、载体， 活性炭吸附污染物的同 时也会吸附环境中的微生物， 微生物在一定时间内聚积、 繁衍会形成对所在环境中的有机 物具有降解能力的生物膜。 由于活性炭吸附的微生物均来源于自然环境， 菌种的生长繁殖 能力、 降解性能等未知性很大， 导致天然驯化的时间长短不一， 形成生物膜的时间不统一， 生物膜与活性炭的结合不稳定， 容易受到环境中温度、 污染物浓度、 pH值的影响而被破坏， 甚至可能还具有致病性， 且活性炭天然吸附的微生物所形成的生物膜较致密， 会影响活性 炭结构中大孔和部分中孔的吸附性能。 0004 因此， 有必要开发一种新的生物活性炭材料。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种生物活

8、性炭及其制备方法。 0006 本发明所采取的技术方案是： 0007 一种生物活性炭的制备方法， 包括以下步骤： 0008 1)菌种的筛选、 驯化、 扩大培养和复配： 根据污水中的主要污染物种类和含量选择 对应的菌种， 先分别进行驯化和扩大培养， 再进行复配， 得到复合菌种； 0009 2)活性炭的预处理： 用盐酸对活性炭进行浸泡预处理， 再将活性炭分离出来， 充分 干燥； 0010 3)生物活性炭的制备： 将预处理过的活性炭和复合菌种混合均匀， 2427恒温 培养3540小时， 充分干燥， 得到生物活性炭。 0011 步骤1)所述的培养基为牛肉膏液体培养基或牛肉膏固体培养基， pH7.2 7.

9、5， 所述的牛肉膏液体培养基的组成为： 牛肉膏： 0.3； 蛋白胨： 1.0； NaCl： 0.5， 所述的牛 肉膏固体培养基的组成为： 牛肉膏： 0.3； 蛋白胨： 1.0； NaCl： 0.5； 琼脂： 1.5 2.0。 0012 步骤1)所述的培养基中还添加有(NH4)2S04、 酵母抽提粉、 葡萄糖中的至少一种。 0013 步骤1)所述的菌种为芽孢杆菌、 假单胞菌中的至少一种。 0014 步骤1)所述的菌种为芽孢杆菌。 0015 步骤2)所述的活性炭为椰壳炭、 木质炭、 煤质炭、 果壳炭中的至少一种。 0016 步骤2)所述的活性炭的形状为蜂窝状、 柱状、 颗粒状、 粉末状中的至少一种

10、。 说明书 1/4 页 3 CN 107988200 A 3 0017 步骤3)所述的活性炭、 复合菌种的质量比为1 (0.81.2)。 0018 步骤3)所述的生物活性炭中有效活菌含量2109个/克。 0019 采用本发明的生物活性炭进行污水处理包括以下步骤： 0020 1)取原厂污水按照15g/L的添加量加入生物活性炭， 通过调整污水的pH 值(3 10)、 培养箱的温度(1040)和培养时间(1272h)， 确定污水处理最适宜的生物活性炭 的添加量、 污水处理pH值、 降解温度和降解时间； 0021 2)根据步骤1)确定的污水中COD降解最适宜的处理工艺参数， 对污水厂污水进行 深度处理

11、。 0022 本发明的有益效果是： 本发明的生物活性炭比表面积大， 吸附能力强， 对污水中 COD的去除效果好， 制备工艺简单， 生产成本低， 生物活性炭上的复合菌群可以针对性地降 解污水中主要的COD组分， 所形成的生物膜也具有一定的吸附功能， 使得生物活性炭具备 COD吸附生物膜、 活性炭吸附载体的双重吸附性能， 延长了生物活性炭的使用寿命， 减少了 污水处理过程中活性炭的用量， 市场应用价值高。 具体实施方式 0023 一种生物活性炭的制备方法， 包括以下步骤： 0024 1)菌种的筛选、 驯化、 扩大培养和复配： 根据污水中的主要污染物种类和含量选择 对应的菌种， 先分别进行驯化和扩大

12、培养， 再进行复配， 得到复合菌种； 0025 2)活性炭的预处理： 用盐酸对活性炭进行浸泡预处理， 再将活性炭分离出来， 充分 干燥； 0026 3)生物活性炭的制备： 将预处理过的活性炭和复合菌种混合均匀， 2427恒温 培养3540小时， 充分干燥， 得到生物活性炭。 0027 优选的， 步骤1)所述的培养基为牛肉膏液体培养基或牛肉膏固体培养基， pH 7.27.5， 所述的牛肉膏液体培养基的组成为： 牛肉膏： 0.3； 蛋白胨： 1.0； NaCl： 0.5， 所述的牛肉膏固体培养基的组成为： 牛肉膏： 0.3； 蛋白胨： 1.0； NaCl： 0.5； 琼 脂： 1.52.0。 00

13、28 进一步优选的， 步骤1)所述的培养基中还添加有(NH4)2S04、 酵母抽提粉、 葡萄糖 中的至少一种。 0029 优选的， 步骤1)所述的菌种为芽孢杆菌、 假单胞菌中的至少一种。 0030 进一步优选的， 步骤1)所述的菌种为芽孢杆菌。 0031 再进一步优选的， 步骤1)所述的菌种为好氧反硝化芽孢杆菌、 枯草芽孢杆菌、 地衣 芽孢杆菌、 二氯吡啶降解芽孢杆菌、 胶质芽孢杆菌、 枯草芽孢杆菌、 地衣芽孢杆菌中的至少 一种。 0032 优选的， 步骤2)所述的活性炭为椰壳炭、 木质炭、 煤质炭、 果壳炭中的至少一种。 0033 优选的， 步骤2)所述的活性炭的形状为蜂窝状、 柱状、 颗粒

14、状、 粉末状中的至少一 种。 0034 优选的， 步骤2)所述的活性炭的孔径小于200nm。 0035 优选的， 步骤3)所述的活性炭、 复合菌种的质量比为1 (0.81.2)。 0036 优选的， 步骤3)所述的生物活性炭中有效活菌含量2109个/克。 说明书 2/4 页 4 CN 107988200 A 4 0037 下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。 0038 实施例1： 0039 污水为某食品加工厂废水， COD为硝态氮， 所选用的菌种为好氧反硝化芽孢杆菌、 枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌。 0040 1)菌种的筛选、 驯化、 扩大培养和复配： 在某食品加工厂的废水排污口附近

15、采集污 水或土壤样品， 再接种在硝酸钾浓度为500mg/L的牛肉膏液体培养基上， 于摇床上30富集 培养4天， 再按5的接种量， 将驯化培养液接种到硝酸钾浓度为600mg/L的牛肉膏液体培养 基上， 于摇床上30富集培养4天， 再按照底物硝酸钾的浓度每次增加100mg/L， 进行循环驯 化， 直到硝酸钾的浓度为 1000mg/L， 再将驯化液中的菌种分离出来， 于30静置恒温培养 60小时， 得到好氧反硝化芽孢杆菌， 再进行降解硝态氮试验选择具有较强硝态氮降解功能 的好氧反硝化芽孢杆菌， 再将其与无拮抗作用的枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌混合均匀， 好氧反硝化芽孢杆菌、 枯草芽孢杆菌、 地衣芽孢杆

16、菌的质量比为1 1 1， 得到复合菌种。 0041 2)活性炭的预处理： 将煤质粉末状活性炭加入到0.1mol/L的盐酸中浸泡24 小时， 再用水反洗60分钟， 洗至水清， 再将活性炭分离出来， 45干燥2小时； 0042 3)生物活性炭的制备： 将预处理过的活性炭和复合菌种按质量比1 1混合均匀， 27 恒温培养40小时， 50干燥4小时， 得到生物活性炭。 0043 选取一定量的食品加工厂生产废水(主要污染物为硝态氮)， 分别添加单一生物菌 剂、 单一活性炭和本实施例制备的生物活性炭， 投加量均为2， 进行COD 降解率测试。 0044 0045 本发明的生物活性炭对污水中硝态氮的降解率达

17、到98.56， 处理效果优于单一 添加微生物菌剂或活性炭， 主要是因为生物活性炭同时存在活性炭吸附、 生物降解和生物 吸附等高效反应过程， 而单一施加活性炭的处理优于单一施加微生物菌剂的处理， 主要是 因为活性炭的附着作用使微生物增长率及稳定性相对较高， 可促进硝态氮的吸附和去除。 0046 实施例2： 0047 污水为某除草剂工厂生产废水， COD为二氯吡啶， 所选用的菌种为具有二氯吡啶降 解功能的二氯吡啶降解芽孢杆菌、 胶质芽孢杆菌、 枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌。 0048 1)菌种的筛选、 驯化、 扩大培养和复配： 在某除草剂工厂的废水排污口附近采集污 水或土壤样品， 再接种在二氯吡啶浓

18、度为500mg/L的牛肉膏液体培养基上， 于摇床上35富 集培养3天， 再按3的接种量， 将驯化培养液接种到二氯吡啶浓度为600mg/L的牛肉膏液体 培养基上， 于摇床上30富集培养4天， 再按照底物二氯吡啶的浓度每次增加100mg/L， 进行 循环驯化， 直到二氯吡啶的浓度为1000mg/L， 再将驯化液中的菌种分离出来， 于35静置恒 温培养48 小时， 得到二氯吡啶降解芽孢杆菌， 再进行降解二氯吡啶试验选择具有较强二氯 吡啶降解功能的二氯吡啶降解芽孢杆菌， 再将其与无拮抗作用的胶质芽孢杆菌、 枯草芽孢 杆菌和地衣芽孢杆菌混合均匀， 二氯吡啶降解芽孢杆菌、 胶质芽孢杆菌、 枯草芽孢杆菌、

19、地 衣芽孢杆菌的质量比为1 1 1 1， 得到复合菌种； 0049 2)活性炭的预处理： 将椰壳粉末状活性炭加入到0.1mol/L的盐酸中浸泡20 小时， 再用水反洗45分钟， 洗至水清， 再将活性炭分离出来， 45干燥6小时； 0050 3)生物活性炭的制备： 将预处理过的活性炭和复合菌种按质量比1 1.2混合均匀， 25恒温培养37小时， 45干燥6小时， 得到生物活性炭。 说明书 3/4 页 5 CN 107988200 A 5 0051 选取一定量的除草剂工厂生产废水(主要污染物为二氯吡啶)， 分别添加单一生物 菌剂、 单一活性炭和本实施例制备的生物活性炭， 投加量均为2， 进行 CO

20、D降解率测试。 0052 0053 本发明的生物活性炭对污水中二氯吡啶的降解率达到52.83， 处理效果优于单 一添加微生物菌剂或活性炭， 主要是因为生物活性炭同时存在活性炭吸附、 生物降解和生 物吸附等高效反应过程， 而单一施加活性炭的处理优于单一施加微生物菌剂的处理， 主要 是因为活性炭的附着作用使微生物增长率及稳定性相对较高， 可促进二氯吡啶的吸附和去 除。 0054 上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、 替代、 组合、 简化， 均应为等效的置换方式， 都包含在本发明的保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 107988200 A 6