一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料制備及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料制備及應(yīng)用，屬于水處理領(lǐng)域。固定式生物活性填料由包埋體和載體兩部分組成：載體是以聚乙烯、聚丙烯等為主要材料，并添加聚乙烯醇等親水材料經(jīng)熱熔或板材熱壓而成的網(wǎng)狀固定式載體；載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可使包埋體貫穿網(wǎng)孔與載體形成鉚固結(jié)構(gòu)而增加填料整體穩(wěn)定性；包埋液由硫氧化細菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合組成；包埋液均勻涂布于網(wǎng)狀載體上，經(jīng)硼酸二次交聯(lián)固定后形成包埋體，并結(jié)合于網(wǎng)狀載體得到硫氧化細菌生物活性填料。本發(fā)明所制備的生物活性填料，不僅可以有效解決硫氧化細菌附著能力差、易流失等問題，還可以提高反應(yīng)器處理能力，縮短啟動時間。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式 生物活性填料制備及應(yīng)用。 -種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填 料制備及應(yīng)用

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，在煉油、焦化、制藥及石油化工等行業(yè)中常有含硫化物 的廢水大量排出。目前針對水中硫化物的處理大致包含物化法和生物氧化法，而生物氧化 法由于具有無需投加化學(xué)藥劑、去除效率高、生物污泥量產(chǎn)生少、無二次污染等優(yōu)勢，逐步 成為含硫廢水處理的主要方法和研究重點。利用硫氧化細菌的生物代謝功能對含硫廢水進 行處理時，常常由于進水硫化物濃度高而使反應(yīng)器內(nèi)的功能微生物的代謝活動受到抑制， 致使功能微生物需要很長的適應(yīng)期，而且由于硫氧化細菌的附著性能不強，極易隨出水流 失，所以要在反應(yīng)器中保持較高的硫氧化細菌濃度也十分不易。近年來，許多學(xué)者開始采用 填料掛膜的形式來試圖保持反應(yīng)器中硫氧化細菌的生物量，但由于傳統(tǒng)填料的局限性，在 實際廢水處理實踐中收效甚微。于是，一些學(xué)者開始了硫氧化細菌的固定化技術(shù)。
[0003] 微生物細胞固定化技術(shù)可以在短時間內(nèi)大幅度提高水處理單元中功能微生物的 生物量和細胞濃度，使反應(yīng)器的啟動時間縮短、微生物流失量降低、對原水酸堿度、毒性、鹽 度等變化的適應(yīng)能力明顯增強。利用微生物細胞固定化技術(shù)能夠創(chuàng)建穩(wěn)定的特定功能微生 物的生態(tài)優(yōu)勢，產(chǎn)生預(yù)期的物質(zhì)代謝過程，在水處理領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。常見的微 生物細胞固定化方法有吸附法、交聯(lián)法和包埋法。其中，以包埋法最為常用，已成功地用于 微生物細胞包埋的材料有聚乙烯醇、瓊脂、K-卡拉膠、明膠、海藻酸鈉、聚丙烯酰胺、聚氨酯 等。上述包埋材料具有傳質(zhì)性能好、不易被生物分解、性能穩(wěn)定、機械強度高、使用壽命長、 價格低、對微生物無毒等優(yōu)點。
[0004] 目前，傳統(tǒng)的細菌包埋方法研究集中在如何將細菌與包埋材料穩(wěn)定結(jié)合在一起， 形成包埋體，例如微球、包埋塊等。操作方法雖然簡單，但局限性較大，無法理想的應(yīng)用到工 程實際當(dāng)中。我們經(jīng)過多年研究，在傳統(tǒng)的包埋方法上做了改進，將包埋體與載體結(jié)合在一 起，形成整體的生物活性填料。包埋體和載體的有機結(jié)合，使生物活性填料具有更多的性 能，其結(jié)合了單純微生物細菌與包埋材料所具有的優(yōu)點。
[0005] 通過包埋體與載體的結(jié)合而制備出的生物活性填料具有巨大的應(yīng)用優(yōu)勢和廣闊 的應(yīng)用空間。填料結(jié)構(gòu)形式和固定化技術(shù)的選擇應(yīng)用直接決定了生物活性填料的應(yīng)用效果 和使用壽命。經(jīng)過試驗研究比較，我們發(fā)現(xiàn)基于傳統(tǒng)填料結(jié)構(gòu)形式和包埋方法而制備出的 生物活性填料在試驗應(yīng)用中效果難以達到預(yù)期目的，存在著生物活性填料整體穩(wěn)定性差、 包埋體容易脫落和水溶等諸多問題。針對上述問題，我們開發(fā)出的一種整體穩(wěn)定性好的基 于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料具有廣泛的應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于開發(fā)出一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活 性填料，該生物活性填料載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計，使包埋體通過網(wǎng)孔與載體形成整體的鉚固 結(jié)構(gòu)，包埋體不易脫落，并且包埋體能在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)，使制得的生物 活性填料整體穩(wěn)定性好、整體通透性好、傳質(zhì)效果較高。此外，生物活性填料通過框架結(jié)構(gòu) 支撐體固定在反應(yīng)器中，填料不會隨水流流失，處理效果穩(wěn)定。
[0007] -種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于：固定 化固定式生物活性填料為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長方形片載體被含硫氧化細菌包埋體包埋，構(gòu)成網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)的長方形片載體的網(wǎng)絲被硫氧化細菌包埋體通過網(wǎng)孔包埋形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)。優(yōu)選 網(wǎng)孔的絲徑為0. 5 - 2. 0mm。硫氧化細菌包埋體在網(wǎng)狀片形結(jié)構(gòu)上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)。
[0008] 所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長方形片載體，長度范圍為0. 1 -3.0m，寬度范圍為0. 1 -3.0m，所 述網(wǎng)狀載體的網(wǎng)孔可為圓形、菱形、正方形、矩形。
[0009] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。
[0010] 一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于：以聚 乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂材料為主，添加質(zhì)量百分數(shù)為6%-9%聚乙烯醇（PVA)親水 材料，通過絲條熱熔或者板材熱壓成孔等方式制成片狀的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體；所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 長方形片狀載體，長為〇· l-3m，寬為0· l-3m，網(wǎng)孔為圓形、菱形、正方形、矩形，網(wǎng)孔的絲徑 0. 5-2_ ;含硫氧化細菌的包埋體包埋固定于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長方形片狀載體，構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 長方形片狀載體的網(wǎng)絲被通過網(wǎng)孔的包埋體包埋形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)；包埋體在網(wǎng)狀片狀 結(jié)構(gòu)上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)。
[0011] 上述一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料的制備方法，其 特征在于，包含以下步驟：
[0012] (1)以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂為主要材料，添加質(zhì)量百分數(shù)為6%_9% 親水劑聚乙烯醇（PVA)，通過絲條熱熔或者板材熱壓成孔等方式制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長方形片 狀載體；
[0013] (2)將硫氧化細菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸鈣制備成包埋液，聚乙 烯醇質(zhì)量濃度為80-100g/L，碳酸鈣質(zhì)量濃度為10-40g/L ;
[0014] (3)根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將步驟（2)中的包埋液均勻涂布在網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)長方形片狀載體表面上，放入飽和硼酸溶液中l(wèi)_3h后，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH到8-10,交聯(lián) 3-24h，將其取出，洗凈表面殘留物質(zhì)，得到片狀生物活性填料。
[0015] 優(yōu)選將上述多個基于網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料平行地固定于框架 結(jié)構(gòu)支撐體上，然后將支撐體置于反應(yīng)器中用于水處理。
[0016] 載體中聚乙烯醇（PVA)的添加量可以根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整，此為現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選聚乙 烯醇（PVA)的質(zhì)量百分含量為5-10%。
[0017] 本發(fā)明所述的基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料的有益效 果主要體現(xiàn)在：
[0018] 1.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使包埋體通過網(wǎng)孔與載體形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體不易 脫落，使制得的生物活性填料整體穩(wěn)定性好，硫氧化細菌不易流失，反應(yīng)器中能夠保持較高 濃度的硫氧化細菌；
[0019] 2.固定化生物活性填料的硫氧化細菌包菌量大，硫氧化細菌可以在短時間內(nèi)建立 菌群優(yōu)勢，處理效率高、穩(wěn)定性好；
[0020] 3.網(wǎng)狀載體由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂為主要材料，添加了親水劑聚 乙烯醇，改善了載體的親水性，增加了載體與包埋體粘結(jié)的強度，提高了填料整體的穩(wěn)定 性；
[0021] 4.生物活性填料由于網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的存在使包埋體可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)厚度較小的同 時又增強了整體結(jié)構(gòu)對水處理運行環(huán)境變化的適應(yīng)性，較小的厚度能提高底物的傳質(zhì)效率 和包埋體的利用率，如果用包埋體自身材料做成如此厚度無法在水處理工藝處理單元里實 現(xiàn)良好的填料性能；
[0022] 5.固定式生物活性填料的表面全部被包埋體覆蓋，加之包埋體結(jié)構(gòu)較薄，有利于 硫氧化細菌接觸底物，同時避免了材料的浪費，有效的提高了載體填料的利用率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為片狀硫氧化細菌生物活性填料示意圖；
[0024] 圖2為圖1的I - I剖面示意圖；
[0025] 圖3為圖1的II - II剖面示意圖；
[0026] 圖4為固定式硫氧化細菌生物活性填料示意圖。
[0027] 圖中1.網(wǎng)絲，2.包埋體，3.框架結(jié)構(gòu)支撐體

【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合實施案例對本發(fā)明作進一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于 此。
[0029] 實施例1
[0030] 1.網(wǎng)狀載體的制備
[0031] 以聚氯乙烯為主要材料，添加質(zhì)量分數(shù)為6%的親水材料聚乙烯醇（PVA)，長方形 片狀載體長1. 〇m，寬0. 4m，其網(wǎng)孔形狀為正方形，絲徑為1mm。
[0032] 2.硫氧化細菌濃縮液的制備
[0033] 將擴增培養(yǎng)后的硫氧化細菌菌懸液離心濃縮，得到3. 5X 109個/mL的硫氧化細菌 的濃縮液。
[0034] 3.包埋液的制備
[0035] 稱取聚乙烯醇5kg，加入25L超純水后加熱至85°C，溶解15min。將溶解的聚乙烯 醇溶液取出并攪拌均勻后再加熱5min，攪拌均勻冷卻至31 ± 1 °C。25L聚乙烯醇溶液和制備 好的25L硫氧化細菌濃縮液混合，并加入lkg碳酸鈣，攪拌均勻后即制成50L包埋液。
[0036] 4.包埋液和網(wǎng)狀載體的結(jié)合
[0037] 將包埋液均勻涂布在網(wǎng)狀載體表面，確保網(wǎng)狀載體表面全部被包埋液均勻覆蓋。
[0038] 5.硫氧化細菌生物活性填料的制備
[0039] 將步驟（4)中涂抹包埋液的網(wǎng)狀載體放入飽和硼酸溶液中，使其處于淹沒狀態(tài)，靜 置3h，調(diào)節(jié)溶液pH至9. 0,靜置4h完成固定化，清洗，得到硫氧化細菌生物活性填料，此生 物活性填料比重在〇. 98-1. 02之間。
[0040] 6.硫氧化細菌生物活性填料活性的應(yīng)用
[0041] 將硫氧化細菌生物活性填料通過框架結(jié)構(gòu)支撐體固定于500L的方形有機玻璃反 應(yīng)器中，該反應(yīng)器長為1. 〇m，寬為0· 5m，高為1. 0m，框架長為0· 9m，寬為0· 4m，高為0· 9m, 長方形片狀填料長1. 〇m，寬0. 4m，固定間距為10cm，。水溫為24°C -26°C，HRT=0. 4h，DO為 1.0-4. Omg/L。采用硫酸鹽還原反應(yīng)器出水作為進水，硫化物濃度為352?391mg/L。每天 測定反應(yīng)器的脫硫效果，出水檢測結(jié)果表明，反應(yīng)器運行到第八天，反應(yīng)器生物脫硫效果穩(wěn) 定，出水硫化物的平均濃度為10. 3?21. 8mg/L，去除率保持在94%以上，反應(yīng)器連續(xù)運行1 年，反應(yīng)器生物脫硫效果穩(wěn)定，生物活性填料完整率達93%。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于：固定化 固定式生物活性填料為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長方形片載體被含硫氧化細菌包埋體包埋，構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)的長方形片載體的網(wǎng)絲被硫氧化細菌包埋體通過網(wǎng)孔包埋形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)。
2. 按照權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其 特征在于：網(wǎng)孔的絲徑0. 5_2mm。
3. 按照權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其 特征在于：包埋體在網(wǎng)狀片狀結(jié)構(gòu)上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)。
4. 按照權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其 特征在于：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的片狀載體，長為0. l_3m，寬為0. l-3m，所述網(wǎng)狀載體的網(wǎng)孔為圓形、 菱形、正方形或矩形。
5. 制備權(quán)利要求1-4所述的任一一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物 活性填料的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS樹脂高分子材料為主，添加親水劑PVA，通過絲 條熱熔或者板材熱壓成孔方式制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長方形片狀載體； (2) 將硫氧化細菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸鈣制備成包埋液； (3) 根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將步驟（2)中的包埋液均勻涂布在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)長 方形片狀載體表面上，放入飽和硼酸溶液中l(wèi)_3h后，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH到8-10,交聯(lián)3-24h， 將其取出，洗凈表面殘留物質(zhì)，得到硫氧化細菌片形生物活性填料。
6. 權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料平行地 固定于框架結(jié)構(gòu)支撐體上，然后將支撐體置于反應(yīng)器中，用于水處理。
【文檔編號】C02F3/34GK104108800SQ201410137255
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊宏, 陳偉, 胡希佳, 管清坤, 王猛, 鄢琳, 王小樂, 吳城鋒, 孟婷, 陶慕翔, 尚海源, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達 申請人:北京工業(yè)大學(xué)