一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀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)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料制備及應(yīng)用，屬于水處理領(lǐng)域。直筒生物活性填料由載體和包埋液固定化而成的包埋體兩部分組成；載體是以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂為主要材料，并添加親水材料聚乙烯醇，經(jīng)熱熔或板材熱壓而成的網(wǎng)狀直筒載體；載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可使包埋體貫穿網(wǎng)孔形成鉚固結(jié)構(gòu)而增加填料整體穩(wěn)定性；包埋液由反硝化細(xì)菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合組成；包埋體由包埋液經(jīng)硼酸二次交聯(lián)固定而成，并結(jié)合網(wǎng)狀載體，得到反硝化細(xì)菌生物活性填料。本發(fā)明所制備的生物活性填料，不僅可以有效解決反硝化污泥易上浮、易流失、不易排氣的問題，還可維持高效的反硝化能力，縮短反應(yīng)器的啟動時間。
【專利說明】一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填
料制備及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料制備及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)氮肥的過量施用，工業(yè)含氮廢水和城市生活污水的不合理處置，造成水中硝酸鹽氮濃度升高。人體攝入過量高硝酸鹽氮的水會引發(fā)消化道癌癥或肝癌，高硝酸鹽水體也會引發(fā)水體富營養(yǎng)化的問題，因此去除硝酸鹽氮的研究成為國內(nèi)外的研究熱點。
[0003]常用的傳統(tǒng)脫氮方法是生物法。目前生物法處理水中的硝酸鹽氮，主要是活性污泥法，該脫氮方法存在的主要問題有:反硝化細(xì)菌在目前工藝條件下難以形成較強的菌群優(yōu)勢，脫氮效率低，反應(yīng)器的啟動時間長；與生物膜法相比，系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力較差；大量的反硝化細(xì)菌在高濃度下，在沉淀池部位易出現(xiàn)污泥呈大團(tuán)塊上浮現(xiàn)象，對出水水質(zhì)有很大的影響。
[0004]反硝化細(xì)菌固定化技術(shù)可以大幅度提高反硝化細(xì)菌濃度，使反硝化細(xì)菌不易流失、縮短反應(yīng)器啟動時間、抗毒性和耐酸堿、耐鹽能力明顯增強，能純化反硝化細(xì)菌的生態(tài)優(yōu)勢，產(chǎn)生特性高效反應(yīng)，顯示出良好的應(yīng)用前景。
[0005]微生物細(xì)胞常用的固定化方法有吸附法、交聯(lián)法和包埋法。吸附法固定的微生物量少，微生物與吸附載體之間的結(jié)合力不強；交聯(lián)法對微生物的活性有影響，并且交聯(lián)劑比較昂貴；傳統(tǒng)單純的包埋反硝化細(xì)菌是將反硝化細(xì)菌與包埋材料結(jié)合在一起，形成包埋體，例如微球、包埋塊等，此方法操作簡單，但使用局限性大，包埋體本身缺乏水處理填料所具有的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，無法理想應(yīng)用到工程實際當(dāng)中。
[0006]針對上述問題，我們把細(xì)菌包埋和載體填料有機(jī)結(jié)合在一起。開發(fā)出一種整體穩(wěn)定性好、工藝性能好的的反硝化細(xì)菌固定化生物活性填料，具有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于開發(fā)出一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料。該生物活性填料載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計，使反硝化細(xì)菌包埋體通過網(wǎng)孔和載體形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，細(xì)菌包埋體不易脫落，并且細(xì)菌包埋體能在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)。固定化生物活性填料整體穩(wěn)定性、通透性好，傳質(zhì)效果較高。水流對直筒狀的反硝化生物活性填料的切向摩擦可以抑制雜菌生長，利于優(yōu)勢菌群的保持，中空結(jié)構(gòu)可使水流穿過，不會造成填料內(nèi)腔堵塞。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。
[0009]一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化的直筒生物活性填料的制備方法，其特征在于:以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂高分子材料為主，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-10%的親水材料聚乙烯醇(PVA)，通過熱熔或板材熱壓的方式，制成中空直筒狀的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體，直筒的直徑為1.0-3.5cm,直筒高為1.0-3.5cm,直筒筒壁為網(wǎng)狀的，網(wǎng)孔形狀為圓形、菱形、正方形或矩形，優(yōu)選網(wǎng)孔的絲徑為0.5-2mm。
[0010]以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將富集培養(yǎng)反硝化細(xì)菌后得到的反硝化細(xì)菌菌懸液離心濃縮，得到細(xì)菌濃度為IO8-1O9個/mL的反硝化細(xì)菌濃縮液，根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，向聚乙烯醇中添加碳酸鈣或活性炭粉末，在90°C中溶解后冷卻至31 °C ± I °C，將反硝化細(xì)菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合制得反硝化包埋液，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，活性炭質(zhì)量濃度為10g/L，將上述包埋液均勻涂布在網(wǎng)狀載體上，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)，得到反硝化細(xì)菌生物活性填料。
[0011]本發(fā)明基于網(wǎng)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料應(yīng)用于水處理。
[0012]本發(fā)明所述的網(wǎng)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料的有益效果主要體現(xiàn)在:
[0013]1.反硝化細(xì)菌生物活性填料能在反應(yīng)器內(nèi)維持較高的反硝化細(xì)菌濃度，脫氮效率高，減少處理設(shè)施的體積和占地面積，運行效果穩(wěn)定；
[0014]2.反硝化細(xì)菌生物活性填料的表面積全部為有效面積，避免了材料的浪費；
[0015]3.實驗研究表明，傳統(tǒng)固定化生物活性填料，穩(wěn)定性差，包埋材料易脫落，而以網(wǎng)狀載體固定化得到的生物活性填料整體穩(wěn)定性好，填料壽命在3年以上；
[0016]4.水流對直筒 狀生物活性填料的切向(筒壁外表面切向)摩擦可以促使生物載體沿中心軸旋轉(zhuǎn)，避免雜菌的生長，中空結(jié)構(gòu)可使水流穿過，不會造成填料內(nèi)腔堵塞；
[0017]5.反硝化細(xì)菌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)厚度較小的同時又不失整體結(jié)構(gòu)對水處理運行環(huán)境的變化性，較小的厚度能實現(xiàn)較高的傳質(zhì)效率和包埋體較高的利用率，并且利于排出氣體；
[0018]6.固定化制得的反硝化細(xì)菌生物活性填料，整體密度在0.90-1.10范圍內(nèi)，在水中成懸浮狀態(tài)，有利于傳質(zhì)和氮氣排出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為直筒狀反硝化細(xì)菌生物活性填料示意圖；
[0020]圖2為1-1首I]面不意圖；
[0021]圖3為I1-1I剖面示意圖。
[0022]圖中1.網(wǎng)絲,2.包埋體。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合實施案例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0024]實施例1
[0025]1.網(wǎng)狀載體的制備
[0026]以聚丙烯等高分子聚合物為主要材料，添加親水材料5￥丨％聚乙烯醇(PVA)，制成直徑為1.0cm，高為1.0cm的直筒狀網(wǎng)狀載體，絲徑為1mm，其網(wǎng)孔形狀為菱形。
[0027]2.反硝化細(xì)菌的處理[0028]取已培養(yǎng)好的反硝化細(xì)菌菌懸液離心濃縮，得到3.5X109個/mL的反硝化細(xì)菌濃縮液。
[0029]3.包埋液的獲取
[0030]稱取聚乙烯醇7.2kg，加入40L超純水后加熱至90°C溶解15min，取出攪拌均勻后在90°C溫度下加熱5min，取出后攪拌均勻并冷卻至30°C，將40L聚乙烯醇溶液和制備好的40L反硝化細(xì)濃縮液混合，并加入1.44kg碳酸鈣，攪拌均勻后制成80L包埋液。
[0031]4.包埋液和網(wǎng)狀載體的結(jié)合
[0032]將反硝化包埋液均勻涂布在網(wǎng)狀載體外表面，確保網(wǎng)狀載體表面全部被包埋液覆蓋均勻。
[0033]5.反硝化細(xì)菌生物活性填料的制備[0034]將步驟(4)中涂抹反硝化包埋液的網(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，得到反硝化細(xì)菌生物活性填料，此生物活性填料比重為0.95-1.05之間。
[0035]6.反硝化細(xì)菌生物活性填料的應(yīng)用
[0036]向1000L的上向流方形反應(yīng)器中投加包埋好的直筒狀生物活性填料，填充率為40%，水溫 20±2°C，HRT=2h，pH 為 ?.3-7.5，NOf-N 濃度為 80mg/L，以甲醇作為碳源，C/N=8，DO在0.5mg/L以下，按時測定反應(yīng)器的反硝化效果。出水檢測結(jié)果表明，反應(yīng)器運行I周后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，出水NO3--N濃度在2mg/L以下，NO3^N去除率在97.5%以上，幾乎沒有亞硝氮的積累，反硝化效果穩(wěn)定。連續(xù)運行I年，填料完整率達(dá)97%以上，使用壽命長，具有較好的應(yīng)用前景。
[0037]實例2
[0038]1.網(wǎng)狀載體的制備
[0039]以聚乙烯等高分子聚合物為主要材料，添加親水材料6?丨％聚乙烯醇(PVA)，制成直徑為1.0cm,高為1.0cm的直筒狀網(wǎng)狀載體,絲徑為1mm,其網(wǎng)孔形狀為直徑2mm的圓形。
[0040]2.反硝化細(xì)菌的處理
[0041]取已培養(yǎng)好的反硝化細(xì)菌菌懸液離心濃縮,得到3.5 X IO9個/mL的反硝化細(xì)濃縮液。
[0042]3.包埋液的獲取
[0043]稱取聚乙烯醇7.2kg，加入40L超純水后加熱至90°C溶解15min，取出攪拌均勻后在90°C溫度下加熱5min，取出后攪拌均勻并冷卻至30°C，將40L聚乙烯醇溶液和制備好的40L濃縮液混合，并加入800.0g活性炭粉末，攪拌均勻后制成80L包埋液。
[0044]4.包埋液和網(wǎng)狀載體的結(jié)合
[0045]將包埋液均勻涂布在直筒狀網(wǎng)狀載體表面，確保網(wǎng)狀載體表面全部被包埋液覆蓋均勻。
[0046]5.反硝化細(xì)菌生物活性填料的制備
[0047]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，得到反硝化生物活性填料，此生物活性填料密度在0.95-1.05之間。
[0048]6.反硝化細(xì)菌生物活性填料的應(yīng)用[0049]將上述的反硝化生物活性填料按反應(yīng)器體積填充率40%投加到有效容積為1000L的方形上向流反應(yīng)器中，水溫為20±2°C，HRT=2h，pH=7.3-7.5，Ν03__Ν濃度為80mg/L，以甲醇作為碳源，C/N=9, DO在0.5mg/L以下，按時測定反應(yīng)器的反硝化效果。出水監(jiān)測結(jié)果表明:反應(yīng)器運行I周后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，NO3--N濃度在2mg/L以下，NO3^N去除率在97.5%，幾乎沒有亞硝氮的積累，反硝化效果穩(wěn)定。連續(xù)運行I年，反硝化生物活性填料包埋體完好率約為97%，避免了細(xì) 菌的流失，較傳統(tǒng)生物濾池排氣、傳質(zhì)好，有利于反硝化細(xì)菌的生長繁殖。
【權(quán)利要求】
1.一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料的制備方法，其特征在于:以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS樹脂高分子材料為主,添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-10%聚乙烯醇(PVA)的親水材料，通過熱熔或板材熱壓的方式，制成中空直筒狀的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體，直筒的直徑為1.0-3.5cm,直筒高為1.0-3.5cm，直筒筒壁為網(wǎng)狀的，網(wǎng)孔形狀為圓形、菱形、正方形或矩形；以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，篩選富集反硝化細(xì)菌，通過濃縮得到IO8-1O9個/mL的反硝化細(xì)菌濃縮液，根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，向聚乙烯醇中添加碳酸鈣或活性炭粉末，在90°C中溶解后冷卻至30°C，將反硝化細(xì)菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合制得反硝化 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，活性炭質(zhì)量濃度為10g/L，將上述包埋液均勻涂布在立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體上，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)，得到反硝化細(xì)菌生物活性填料。
2.按照權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料的制備方法，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)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料的制備方法，其特征在于:細(xì)菌包埋體在立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)。
4.按照權(quán)利要求1-3的任一方法制備得到的基于網(wǎng)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料。
5.按照權(quán)利要求1-3的任一方法制備得到的基于網(wǎng)狀載體的反硝化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料用于水處理。
【文檔編號】C02F3/28GK103951050SQ201410137270
【公開日】2014年7月30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, 孟婷, 姚仁達(dá), 王小樂, 王猛, 管清坤, 陳偉, 鄢琳, 吳城鋒, 陶慕翔, 尚海源, 胡希佳, 趙月蘭, 王玉潔 申請人:北京工業(yè)大學(xué)