用于负载微生物的多孔载体、载体菌剂及其应用和方法与流程

本发明属于微生物固定化载体与有机废弃物生物处理，具体涉及一种用于负载微生物的载体、载体菌剂及其应用和方法。

背景技术：

1、微生物强化处理是有机废弃物处理、堆肥、污泥稳定化、餐厨垃圾水解、畜禽粪污处理、发酵床运行、土壤或固体基质生物修复等领域中的重要技术手段。在此类体系中，微生物通过分泌胞外酶、形成生物膜、产生代谢中间产物或参与群落互作，对有机质进行水解、酸化、氧化、还原、腐熟、除臭或资源化转化。

2、为了提高微生物在处理体系中的有效浓度和作用时间，通常需要将微生物固定或富集在一定载体上，以形成负载型菌剂或生物膜载体。现有微生物载体多用于水相环境，例如污水、废水、生物滤池、流化床、移动床生物膜反应器等体系，在此类体系中，多孔载体主要承担生物膜附着、提高比表面积、增加生物量的作用。比如中国实用新型cn 2734746y公开了一种多孔微生物载体结构，它是一种污水处理装置，它将不同形状的多孔层嵌套或由支持杆支持在一起而成多孔层；该多孔层可以是球形、立方体、长方体和多面体；多孔层上的孔是不规则的呈圆形、菱形、方形或矩形等，载体的材料可以是塑料、pvc、upvc等易加工耐腐蚀的材料，也可以是回收利用的废弃的这些材料，用于固定微生物并可以产生好氧、微好氧和厌氧多种环境的多孔载体结构可以促进污泥的减量化和不产污泥。

3、但对于固态或半固态有机物料体系，例如餐厨垃圾、厨余垃圾、堆肥物料、污泥、果蔬残渣和畜禽粪污等，物料通常具有高含固率、高黏度、颗粒结构复杂、纤维和油脂含量高、搅拌阻力大、物料摩擦强等特点，仅依靠载体表面形成生物膜仍然存在不足。载体表面的生物膜容易被固体颗粒、纤维物、砂粒、果皮、骨渣、秸秆或其他硬质杂质破坏、剥离或覆盖。在长期运行或强搅拌条件下，载体被挤压、整体结构或孔结构被破坏、菌体保留率降低，导致处理效果波动，并需要频繁补充菌剂，运行稳定性不足。

4、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃材料具有良好的机械强度、耐腐蚀性和成型性，是通常用于形成载体的材质，但其表面偏疏水，形成的载体材料一般不具有水分和含水物料可以快速浸润的孔道，微生物负载均匀性和初始附着效率可能不足，造成微生物在载体上的负载浓度和载体固定活菌比例不高。聚氨酯软泡沫、凝胶或强吸水材料虽然具有较强吸水能力和较高孔隙率，但在高含固、高摩擦或长期搅拌条件下会出现压缩变形、破碎、堵孔、过度吸水软化或难以回收的问题，进而造成微生物在载体上的负载浓度和载体固定活菌比例不高和材料的不稳定性。因此，这些载体材料对于固态或半固态有机废弃物的处理而言都存在材料自身的不足。

5、因此，人们一直在致力于探索如何提高微生物在载体上的负载浓度和载体固定活菌比例，希望得到一种区别于常规水处理生物膜填料、软泡沫高吸水载体和普通表面凹凸载体的新型微生物负载载体，希望所得到的载体能够具有足够机械强度，能够适应搅拌、翻抛、喷淋、渗滤液回流和固体颗粒摩擦环境，以提高处理体系中的有效菌量稳定性，降低菌剂流失和重复补加需求，从而更好地提高固态或半固态有机物料体系的处理能力。

技术实现思路

1、本技术的一个目的在于通过构建一种满足特定模型体系要求的多孔载体来提高微生物在载体上的负载浓度、载体固定活菌比例以及提高微生物在处理体系中的保留性、持续作用能力和处理稳定性，从而使得所述载体或由所述载体得到的载体菌剂在针对固相或半固相有机物料（尤其是固相或半固相有机废弃物）的处理体系中有更好的处理能力。本技术的另一个目的在于提供使用所述满足特定模型体系要求的硬质或半硬质多孔载体形成的载体菌剂。本技术的再一个目的是提供所述载体或载体菌剂在固相或半固相有机废物料处理体系中的应用改善。

2、为此，本技术提供如下实施方案：

3、<1>．一种用于负载微生物的多孔载体，其包括由硬质或半硬质高分子材料形成的载体本体和位于所述载体本体的外表面和内部的三维连通开孔结构，所述三维连通开孔结构包括与载体本体外表面连通的表面开口孔、位于载体本体内部并与所述表面开口孔连通的内部孔道，以及连通相邻内部孔道的孔喉；所述载体的总孔隙率为40%～90%，所述三维连通开孔结构中最大连通孔隙域的体积占总孔隙体积的比例不低于80%，所述三维连通开孔结构的孔径d50为50～350 μm，孔径d90为200～800 μm，孔径d10为20~80 μm，所述载体中不与外表面连通的闭孔体积占总孔隙体积的比例不高于10%，且所述载体在10%相对形变下的规定压缩应力不低于0.5 mpa。

4、<2>．根据<1>所述的多孔载体，其中，所述载体的总孔隙率为60%～85%。

5、<3>．根据以上各项所述的多孔载体，其中，所述最大连通孔隙域的体积占总孔隙体积的比例不低于90%，更优选地所述最大连通孔隙域的体积占总孔隙体积的比例不低于95%。

6、<4>．根据以上各项所述的多孔载体，其中，所述三维连通开孔结构的孔径d50为80～300 μm。

7、<5>．根据以上各项所述的多孔载体，其中，所述载体中不与外表面连通的闭孔体积占总孔隙体积的比例不高于3%。

8、<6>．根据以上各项所述的多孔载体，其中，所述载体的平均粒径为6～25 mm，并且所述载体的厚度或高度为5～50 mm。

9、<7>．根据以上各项所述的多孔载体，其中，所述载体在10%相对形变下的规定压缩应力不低于2 mpa，更优选所述载体在10%相对形变下的规定压缩应力不低于6 mpa。

10、<8>. 根据以上各项所述的多孔载体，其中，所述高分子材料选自聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇改性材料、生物基聚合物、植物纤维改性聚合物和无机填料改性聚合物中的一种或多种。

11、<9>. 根据以上各项所述的多孔载体，其中，所述多孔载体具有以下性能中的至少一种：

12、1）经121℃蒸汽灭菌处理至少一次后，仍保持三维连通开孔结构，即，闭孔体积占总孔隙体积的比例不高于10%，最大连通孔隙域的体积占总孔隙体积的比例不低于80%；

13、2）所述载体经湿态摩擦处理后，质量损失率不高于1%；

14、3）所述载体在去离子水中浸渍1 min后的质量增加率为5%～50%，且浸渍后不发生明显软化、溶胀或结构塌陷；

15、4）所述载体在ph 2.0～10.0的水性介质中浸泡24～168 h后，未发生明显软化、溶胀、开裂或结构塌陷。

16、<10>. 根据以上各项任一项所述的多孔载体在微生物负载与固定化、生物膜构建、微生物驻留强化，代谢产物富集与释放及生物转化中的应用，尤其是在固相或半固相有机废弃物物的微生物处理中的应用。

17、<11>. 根据<10>所述的应用，其中，所述固相或半固相有机废弃物选自餐厨垃圾、厨余垃圾、果蔬垃圾、食品加工废弃物、污泥、农业有机废弃物、畜禽养殖废弃物、堆肥物料、园林废弃物、中药渣、酒糟、豆渣、屠宰废弃物、水产加工废弃物、含油有机废弃物、高含水有机废弃物、污染土壤或固体基质中的一种或多种。

18、<12>. 根据权利要求<10>所述的应用，其中，所述微生物处理包括有机物催化氧化、有机物降解、液化减量、堆肥、抑菌、除臭、发酵床处理、固态发酵、厌氧消化预处理、生物修复处理中的一种或多种。

19、<13>. 根据<1>至<9>中任一项所述的多孔载体在有机废弃物生物处理技术领域、环境治理领域、农业领域、医药与健康领域中的应用。

20、<14>. 一种负载微生物的载体菌剂，其包括<1>至<9>中任一项所述的多孔载体以及负载于所述多孔载体上的微生物，其中所述微生物负载于所述载体本体的外表面、三维连通开孔结构内部或二者中，所述微生物选自细菌、真菌、放线菌和复合微生物中的至少一种。

21、<15>. 一种处理固相或半固相污染物的微生物处理方法，所述方法包括：将<1>至<9>中任一项所述的多孔载体加入到含微生物或待接种微生物的固相或半固相污染物处理体系中并使它们充分接触，或者将<14>所述的负载微生物的载体菌剂加入到固相或半固相污染物处理体系中并使它们充分接触。

22、<16>. 根据<14>所述的载体菌剂，其中，所述载体中保留的活菌数占总负载活菌数的比例不低于20%，优选不低于30%。