一種微生物包埋修復劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及修復劑領域，具體而言，涉及一種微生物包埋修復劑及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]濱海河口濕地、灘涂濕地、海岸沙灘等由于受陸源有機物、石油污染物和海洋溢油等的影響，其污染已經(jīng)成為近幾年海洋生態(tài)工程領域普遍面臨的嚴重問題。濕地污染和功能退化常常導致一系列嚴峻的生態(tài)問題，對濱海環(huán)境、氣候、水產(chǎn)、近海養(yǎng)殖業(yè)、漁業(yè)及濱海景觀等都造成不可逆的影響。因此，對濱海濕地進行修復，使其恢復原有的生態(tài)功能，具有重要意義。
[0003]微生物修復是較徹底地清除濱海濕地石油污染、恢復其自然景觀和生態(tài)功能的重要途徑。但是，用常規(guī)方法如噴灑、播散等方式將石油降解微生物菌劑投放到濱海濕地后，由于濕地環(huán)境底物限制或菌群不占優(yōu)勢等原因，常常使投放的微生物難以適應周圍環(huán)境，生長受到抑制，正常的代謝停滯而死亡，不能發(fā)揮其應有的修復功能。
[0004]將微生物進行固定化包埋，利用包埋菌劑進行生物修復，可以提高石油降解菌在復雜環(huán)境條件下的耐受性和生存期。傳統(tǒng)的微生物固定化載體包括合成的聚合物載體、天然高分子載體及無機材料載體等。但是，這些材料微觀結構致密，孔隙尺寸主要在亞微米量級，石油污染物及微生物代謝產(chǎn)物分子在載體孔隙內(nèi)的擴散運移和傳質(zhì)阻力大，微生物生長受限，菌劑修復效果達不到要求。同時，具有內(nèi)部傳質(zhì)阻力小、無污染、安全性好的生物修復固定化包埋載體及制備技術一直是一個難以解決的問題；另外，規(guī)?；苽淞骄坏陌裥迯洼d體顆粒也是一個難題。
[0005]有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的第一目的在于提供一種微生物包埋修復劑，所述的微生物包埋修復劑具有發(fā)達的相互連通的孔隙網(wǎng)絡系統(tǒng)，孔徑大，適于微生物代謝產(chǎn)物和原油微油珠的運移擴散；包埋修復劑內(nèi)的微生物細胞可以長期生存，對外界環(huán)境的適應能力強；該修復劑安全且可完全降解。
[0007]本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述的微生物包埋修復劑的制備方法，該制備方法操作簡單，可方便地進行工業(yè)化放大，并可控制粒徑，實現(xiàn)粒徑的均一化。
[0008]本發(fā)明的第三目的在于提供所述的微生物包埋修復劑在河口、海口沙灘或濕地的生物修復方面的用途。適于在海濱濕地環(huán)境及岸灘環(huán)境下對原油污染物的微生物修復，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護領域具有廣闊的應用前景。
[0009]為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術方案:
[0010]一種微生物包埋修復劑，所述微生物包埋修復劑為多孔顆粒，所述多孔顆粒包括包埋骨架和其內(nèi)部包埋的微生物和營養(yǎng)組分。
[0011]本發(fā)明提供的微生物包埋修復劑，包埋骨架具有相互連通的超大孔隙，在骨架內(nèi)包埋有微生物和營養(yǎng)組分，傳質(zhì)阻力小，適于微生物代謝產(chǎn)物和原油微油珠的運移擴散；包埋修復劑內(nèi)的微生物細胞可以長期生存，對外界環(huán)境的適應能力強。適于海濱濕地環(huán)境及岸灘環(huán)境下對原油污染物的微生物修復，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護領域具有廣闊的應用前景。
[0012]優(yōu)選地，所述微生物包埋修復劑具有從亞微米到微米量級的超大孔隙，以適于微生物代謝產(chǎn)物和原油微油珠的運移擴散。
[0013]優(yōu)選地，所述營養(yǎng)組分優(yōu)選為尿素。營養(yǎng)組分為微生物提供營養(yǎng)成分，協(xié)助微生物細胞進行長期生存。
[0014]進一步地，所述微生物包埋修復劑的粒徑為2?6mm，孔徑為0.1?200 μ m，孔隙率為70%?96%。
[0015]優(yōu)選地，所述微生物包埋修復劑的粒徑為2?6mm，孔徑為I?100 μ m，孔隙率為75%?90%。
[0016]更優(yōu)選地，所述微生物包埋修復劑的粒徑為3?5mm，孔徑為0.5?80 μ m，孔隙率為 80%?85%。
[0017]如在一些實施例中，微生物包埋修復劑的粒徑為2mm，孔徑為I?100 μ m，孔隙率為75%?90% ;在一些實施例中，微生物包埋修復劑的粒徑為3mm，孔徑為0.5?200 μ m，孔隙率為70%?96% ;在一些實施例中，微生物包埋修復劑的粒徑為4_，孔徑為0.1?200 μ m，孔隙率為70%?96% ;在一些實施例中，微生物包埋修復劑的粒徑為5mm，孔徑為0.5?80 μ m，孔隙率為80%?85% ;在一些實施例中，微生物包埋修復劑的粒徑為6mm，孔徑為10?200 μ m，孔隙率為70%?96% ;等等。
[0018]優(yōu)選地，所述包埋骨架由可降解型基質(zhì)材料交聯(lián)制成。
[0019]可降解型基質(zhì)材料可選用海洋天然材料，其與交聯(lián)劑反應制得的多孔顆粒作為包埋骨架。由于選用海洋天然材料，能被完全降解，并被微生物利用，避免了二次污染問題，具有很好的環(huán)境效益和安全性能。為了進一步減少海洋天然材料對環(huán)境造成的損害，海洋天然材料優(yōu)選為食品級海洋天然材料。
[0020]海藻酸鹽交聯(lián)凝膠具有超大孔隙，且具有優(yōu)良的儲備和緩釋的功能。優(yōu)選地，所述包埋骨架為海藻酸鹽交聯(lián)凝膠。
[0021]海藻酸鈉與鈣鹽的水溶液反應可制成具有超大孔隙的海藻酸鹽交聯(lián)凝膠，具有優(yōu)良的儲備和緩釋的功能。
[0022]優(yōu)選地，所述海藻酸鹽交聯(lián)凝膠由海藻酸鈉和鈣鹽的水溶液交聯(lián)而成。
[0023]優(yōu)選地，所述微生物為可降解石油污染物的微生物。
[0024]骨架內(nèi)包埋有降解石油污染物的微生物和營養(yǎng)組分，傳質(zhì)阻力小，適于微生物代謝產(chǎn)物和原油微油珠的運移擴散；包埋修復劑內(nèi)的微生物細胞可以長期生存，對外界環(huán)境的適應能力強；適于海濱濕地環(huán)境及岸灘環(huán)境下對原油污染物的微生物修復，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護領域具有廣闊的應用前景。
[0025]經(jīng)驗證，紅球菌或乳酪短桿菌具有非常好的分解原油污染物的作用，并且易于在包埋骨架內(nèi)生存，優(yōu)選地，所述微生物為紅球菌或乳酪短桿菌。
[0026]本發(fā)明還提供了所述的微生物包埋修復劑的制備方法，包括以下步驟:
[0027]將制備包埋骨架的基質(zhì)材料、微生物和營養(yǎng)組分加水制成懸浮液，然后在交聯(lián)劑的溶液中進行冷凍結晶致孔和交聯(lián)反應，得到所述微生物包埋修復劑。
[0028]本發(fā)明提供的微生物包埋修復劑的制備方法，將各成分制成懸浮液，通過在交聯(lián)劑中進行冷凍結晶致孔和交聯(lián)反應，制得特定規(guī)格的多孔顆粒，即為微生物包埋修復劑。該制備方法操作簡單，并可控制粒徑的大小，實現(xiàn)粒徑的均一化，方便進行工業(yè)化放大生產(chǎn)。
[0029]優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑為鈣鹽，更優(yōu)選為氯化鈣。
[0030]進一步地，所述懸浮液中，基質(zhì)材料的質(zhì)量濃度為1.0%?2.5%，營養(yǎng)組分的質(zhì)量濃度為1%?2%，微生物菌體濃度為0.1?0.5mg/ml ;
[0031]交聯(lián)劑溶液質(zhì)量濃度為3%?30%，所述交聯(lián)劑溶液的體積為所述懸浮液體積的50?1000倍，交聯(lián)反應時間為0.5?4h。
[0032]優(yōu)選地，所述懸浮液中，基質(zhì)材料的質(zhì)量濃度為1.5%?2.0%，營養(yǎng)組分的質(zhì)量濃度為1%?2%，微生物菌體濃度為0.2?0.5mg/ml ;
[0033]交聯(lián)劑溶液質(zhì)量濃度為5%?25%，所述交聯(lián)劑溶液的體積為所述懸浮液體積的100?800倍，交聯(lián)反應時間為I?4h。
[0034]更優(yōu)選地，所述懸浮液中，基質(zhì)材料的質(zhì)量濃度為1.5%?2.0%，營養(yǎng)組分的質(zhì)量濃度為1.5%?2%，微生物菌體濃度為0.3?0.4mg/ml ;
[0035]交聯(lián)劑溶液質(zhì)量濃度為10%?20%，所述交聯(lián)劑溶液的體積為所述懸浮液體積的150?500倍，交聯(lián)反應時間為2?4h。
[0036]通過特定濃度的各成分，在特定濃度的交聯(lián)劑中反應特定的時間，以制得符合特定規(guī)格的多孔顆粒。操作簡單，可方便地進行工業(yè)化放大，并可控制粒徑，實現(xiàn)粒徑的均一化。
[0037]進一步地，所述懸浮液先利用微通道反應器制備成為尺寸均勻的懸浮液滴，再在交聯(lián)劑溶液中進行冷凍結晶致孔和交聯(lián)反應。
[0038]通過在微通道反應器制備成尺寸均勻的懸浮液滴，使得最終制得的微生物包埋修復劑的粒徑控制均勻，能并行工業(yè)化放大制備，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護等領域具有廣闊的應用前景。
[0039]本發(fā)明還提供了所述的微生物包埋修復劑在河口、?？谏碁┗驖竦氐纳镄迯头矫娴挠猛尽?br>[0040]本發(fā)明通過在多孔顆粒中包埋不同的微生物，可用于對不同污染物進行微生物修復，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護領域具有廣闊的應用前景。
[0041]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0042](I)本發(fā)明提供的微生物包埋修復劑為環(huán)境污染物的微生物降解菌提供了良好的載體場所，可以提高降解菌在濱海濕地環(huán)境條件下的耐受性和生存期，為濱海濕地石油污染等的微生物修復提供了一條新途徑。
[0043](2)本發(fā)明提供的微生物包埋修復劑具有高度發(fā)達的孔隙系統(tǒng)，孔徑尺寸從亞微米到微米量級，傳質(zhì)阻力小，適于石油降解微生物等生長代謝過程中污染物底物和代謝產(chǎn)物分子的運移擴散。
[0044](3)本發(fā)明提供的微生物包埋修復劑載體基質(zhì)材料為可降解基質(zhì)材料，如來源于海洋的食品級天然材料，生物安全性優(yōu)異，無污染，可完全降解，并被微生物利用，避免了二次污染問題，具有很好的環(huán)境效益和安全性能。
[0045](4)本發(fā)明提供的微生物包埋修復劑的制備方法簡單，操作方便，通過微通道反應器控制載體顆粒的粒徑，可控制粒徑的大小，制備所得微生物包埋修復劑的粒徑均勻，方便進行并行放大生產(chǎn)，適于工業(yè)化應用，在海洋生態(tài)工程和環(huán)境保護等領域具有廣闊的應用前景。
【具體實施方式】