專利名稱：一種固定化微生物橡膠顆粒填料及其制備以及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固定化微生物橡膠顆粒填料，還涉及所述固定化微生物橡膠顆粒
填料的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
固定化微生物技術(shù)是利用化學(xué)或物理手段將游離細(xì)胞定位于限定的空間區(qū)域，并 使其保持活性，且能被重復(fù)和連續(xù)利用的一種新型生物技術(shù)。在污水處理中采用固定化微 生物技術(shù)，有利于提高生物反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度，也有利于反應(yīng)后的固液分離，還有利于 除氮或除去高濃度有機(jī)物或某種難降解物質(zhì)，因此是一種高效低耗、運(yùn)轉(zhuǎn)管理容易，十分有 前途的污水處理技術(shù)。目前普遍認(rèn)為，固定化微生物技術(shù)在污水處理中尤其是在特種污水 處理領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。 本申請(qǐng)人一直致力于微生物污水處理的研究，在第四屆水處理行業(yè)新技術(shù)、新工 藝應(yīng)用交流會(huì)上發(fā)表了題目為《流動(dòng)床生物膜處理技術(shù)在市政污水處理廠中的工程應(yīng)用》 的論文，該論文對(duì)流動(dòng)床生物膜污水處理技術(shù)做了詳細(xì)的描述，并介紹了該技術(shù)的原理、特 點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則，以及其在實(shí)際工程中的具體應(yīng)用實(shí)例，其中在該文章中還公開了所用的水 處理填料為外加添加劑的橡膠粉(見該文章第35頁(yè)第2段及圖2，橡膠粉即橡膠顆粒)，所
述橡膠顆粒填料由于表面粗糙度高，孔徑分布合理，機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨損和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)， 具有很好的彈性，因此被廣泛地用在污水處理中。如在公開號(hào)為CN1884152A的中國(guó)專利文 獻(xiàn)中，公開了一種生活污水處理裝置及方法，其所用的水處理填料為也為橡膠顆粒，所述橡 膠顆粒填料上附著生長(zhǎng)了微生物富集的生物膜(見說(shuō)明書第1頁(yè)最后一段至第2頁(yè)第一 段前兩行)，然而經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用和研究，本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)所述橡膠顆粒作為水處理填料還存 在以下缺點(diǎn)掛膜啟動(dòng)較慢(即生物膜開始起作用需要較長(zhǎng)的時(shí)間)，且受原水水質(zhì)影響較 大，掛膜后的生物穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種掛膜啟動(dòng)快且生物穩(wěn)定性好的固 定化微生物橡膠顆粒填料。 本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題在于提供上述固定化微生物橡膠顆粒填料的 制備方法及其應(yīng)用。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種固定化微生物橡膠顆粒填料，所述填料包括
作為載體的橡膠顆粒，包埋劑以及用于提供微生物的微生物酶制劑，其中，所述橡膠顆粒與
所述包埋劑以及與所述微生物酶制劑相互作用形成合成高分子凝膠，將所述微生物酶制劑
中的微生物包埋固定在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，形成所述固定化微生物的橡膠顆粒填料。 所述橡膠顆粒由80%的舊輪胎粉末和20%的添加劑混合并壓縮成顆粒制得。所
述添加劑為乙烯_醋酸乙烯共聚物或活性炭或兩者的混合物。 所述橡膠顆粒、包埋劑以及所述微生物酶制劑之間的質(zhì)量比為(3 6.5) : (30 38) : (0.02 0.08)，優(yōu)選4.5 : 35 : 0.05。 所述包埋劑為聚乙烯醇和海藻酸鈉的混合物。所述包埋劑中聚乙烯醇和海藻酸鈉
的質(zhì)量比為(40 70) : 1，優(yōu)選50 : i。 —種制備所述固定化微生物橡膠顆粒填料的方法，包括以下步驟，(1)將包埋劑配 成溶液待用；(2)將微生物酶制劑配成溶液與步驟(1)的溶液混合，攪拌均勻后得到膠體； (3)將橡膠顆粒與步驟(2)得到的所述膠體混合使之發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，即得到所述固定化微 生物的橡膠顆粒填料。 所述固定化微生物橡膠顆粒填料在污水處理中的應(yīng)用。 本發(fā)明的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)，(1)本發(fā)明的固定化微生 物橡膠顆粒填料，以橡膠顆粒作為載體，通過(guò)橡膠顆粒與包埋劑以及微生物酶制劑的相互 作用形成高分子凝膠，將所述微生物酶制劑中的微生物包埋固定在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，所制得的 固定化微生物橡膠顆粒填料不僅具有橡膠顆粒的優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)在橡膠顆粒中添加包埋劑 和微生物酶制劑，使其比重比普通橡膠顆粒填料輕，更易于生物反應(yīng)器內(nèi)循化流化態(tài)的形 成，使得污水與所述填料的接觸更充分，因此生物膜的穩(wěn)定性好；(2)本發(fā)明固定化微生物 橡膠顆粒填料，掛膜啟動(dòng)非常快(普通橡膠顆粒填料開始掛膜的時(shí)間為5-7天，成熟生物 膜時(shí)間為20天左右，而本發(fā)明的固定化微生物橡膠顆粒填料開始掛膜的時(shí)間為3-4天，成
熟生物膜時(shí)間為io天左右)，提高了生物反應(yīng)器內(nèi)微生物細(xì)胞的濃度和純度，保持高效微
生物，有利于反應(yīng)器的固液分離，也有利于氨氮和高濃度有機(jī)物或某些難降解物質(zhì)的去除； (3)本發(fā)明的固定化微生物橡膠顆粒填料中不但含有橡膠顆粒，還含有微生物酶制劑，因 此在保持了橡膠顆粒原有的優(yōu)點(diǎn)外，微生物的活性很好，所述填料能夠依靠豐富的酶降解 有機(jī)污染物，縮短循化時(shí)間，所以用于污水處理時(shí)對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)；(4)本發(fā)明的固定化 微生物橡膠顆粒填料中，所述橡膠顆粒、包埋劑以及所述微生物酶制劑之間的質(zhì)量比優(yōu)選 4.5 : 35 : 0.05，按這種比例制得的填料生物膜穩(wěn)定性最好，掛膜啟動(dòng)最快；(5)本發(fā)明的 固定化微生物橡膠顆粒填料中，所述包埋劑為聚乙烯醇和海藻酸鈉，其最佳配比為50 : 1， 這種配比的包埋劑對(duì)橡膠顆粒及微生物酶制劑的包埋效果最好；(6)本發(fā)明的固定化微生 物橡膠顆粒填料制備方法簡(jiǎn)單，原料便宜，且所制備的填料處理污水效果好，具有很強(qiáng)的實(shí) 用性和推廣性。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合 附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中 圖1是本發(fā)明的微生物酶制劑的掃描電子顯微鏡圖(SEM圖)； 圖2是本發(fā)明的橡膠顆粒的SEM圖； 圖3是本發(fā)明的固定化微生物橡膠顆粒填料的SEM圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例中各原料的來(lái)源如下聚乙烯醇和海藻酸鈉均由天津市福晨化學(xué)試劑 廠生產(chǎn)，為實(shí)驗(yàn)室試劑；微生物酶制劑由歐洲微邦集團(tuán)生產(chǎn)。
實(shí)施例1
4
本發(fā)明的固定化微生物橡膠顆粒填料，包括作為載體的橡膠顆粒，包埋劑以及用 于提供微生物的微生物酶制劑，所述橡膠顆粒與所述包埋劑以及與所述微生物酶制劑相互 作用形成合成高分子凝膠，將所述微生物酶制劑中的微生物包埋固定在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，形成 所述固定化微生物的橡膠顆粒填料，在本實(shí)施例中所用的微生物酶制劑為碳化菌體，參見 圖1 ，其粒徑為0. 5-lmm，所用的橡膠顆粒的直徑為5-8毫米(參見圖2)，所用的包埋劑為聚 乙烯醇，其中橡膠顆粒、聚乙烯醇和碳化菌體的質(zhì)量比為3 : 30 : 0.02。
本實(shí)施例的固定化微生物橡膠顆粒填料的制備方法如下(1)橡膠顆粒的制備 將80%的舊輪胎粉末和20%的乙烯-醋酸乙烯(EVA)混合攪拌，并壓縮成直徑為5-8毫米 的顆粒；(2)將300千克聚乙烯醇配成溶液；(3)將0. 2千克碳化菌體的干粉加入去離子水 中攪勻，然后加入所述步驟(2)的溶液中，繼續(xù)攪拌至均勻，得到膠體；(4)將所述步驟(1) 的橡膠顆粒30千克和所述步驟(3)的膠體混合，然后放置于搖床，在25t:，轉(zhuǎn)速130r/min 條件下交聯(lián)反應(yīng)24小時(shí)，然后取出，用生理性鹽水沖洗三次，在室溫下保存于去離子水中 備用，得到所述固定化微生物橡膠顆粒填料，圖3為所述固定化微生物橡膠顆粒填料的SEM 圖。 本實(shí)施例中的固定化微生物橡膠顆粒填料用于處理污水中的有機(jī)物的方法將所 述固定化微生物橡膠顆粒填料按10% _15%的比例投加到生物膜流化床池，再將污水引入 到污水處理裝置中，使所述固定化微生物橡膠顆粒填料在曝氣器的攪拌下上下翻滾形成流 態(tài)，通過(guò)微生物產(chǎn)生的酶將水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化降解，實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)12天的培養(yǎng)，停留時(shí)間 為4. 8小時(shí)，污水中的有機(jī)物去除率達(dá)到99%以上。
對(duì)比例1 在該對(duì)比例中，用普通的橡膠顆粒填料(即背景技術(shù)中本申請(qǐng)人所使用的橡膠 粉)處理污水中的有機(jī)物，實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)施例l相同，則需要經(jīng)過(guò)20天的培養(yǎng)，停留時(shí)間為
5. 8小時(shí)，污水中的有機(jī)物去除率達(dá)到92%以上。
實(shí)施例2 本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)僅在于橡膠顆粒、聚乙烯醇和碳化菌體的質(zhì)量比為
6. 5 : 38 : 0. 08，其他均與實(shí)施例1相同，不再贅述。
實(shí)施例3 在本實(shí)施例中所用的微生物酶制劑為碳化菌體，參見圖l，其粒徑為0. 5-lmm，所 用的橡膠顆粒的直徑為5-8毫米(參見圖2)，所用的包埋劑為聚乙烯醇和海藻酸鈉，其中橡 膠顆粒、包埋劑和碳化菌體的質(zhì)量比為4.5 : 35 : 0.05，聚乙烯醇和海藻酸鈉的質(zhì)量比為
50 : i。 本實(shí)施例的固定化微生物橡膠顆粒填料的制備方法如下(1)橡膠顆粒的制備 將80%的舊輪胎粉末和20%的乙烯_醋酸乙烯(EVA)和活性炭混合攪拌，并壓縮成直徑為 5-8毫米的顆粒；(2)聚乙烯醇和海藻酸鈉的總質(zhì)量為350千克，將聚乙烯醇和海藻酸鈉按 50 : 1的質(zhì)量比配成溶液，；(3)將0.5千克碳化菌體的干粉加入去離子水中攪勻，然后加 入所述步驟(2)的溶液中，繼續(xù)攪拌至均勻，得到膠體；(4)將所述步驟(1)的橡膠顆粒45 千克和所述步驟(3)的膠體混合，然后放置于搖床，在25t:，轉(zhuǎn)速130r/min條件下交聯(lián)反 應(yīng)48小時(shí)，然后取出，用生理性鹽水沖洗三次，在室溫下保存于去離子水中備用，得到所述 固定化微生物橡膠顆粒填料。
本實(shí)施例中的固定化微生物橡膠顆粒填料用于處理污水中的有機(jī)物的方法將所 述固定化微生物橡膠顆粒填料按10% _15%的比例投加到生物膜流化床池內(nèi)，再將污水引 入到污水處理裝置中，使所述固定化微生物橡膠顆粒填料在曝氣器的攪拌下上下翻滾形成 流態(tài)，通過(guò)微生物產(chǎn)生的酶將水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化降解，實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)10的培養(yǎng)，停留時(shí)間 為4. 8小時(shí)，污水中的有機(jī)物去除率達(dá)到99%以上。
實(shí)施例4 本實(shí)施例與實(shí)施例3的不同點(diǎn)在于所用的微生物酶制劑為硝化菌體干粉，粒徑 0. 5-lmm，聚乙烯醇和海藻酸鈉的質(zhì)量比為70 : 1。 本實(shí)施例中的固定化微生物橡膠顆粒填料用于處理污水中的氨氮的方法將所述 固定化微生物橡膠顆粒填料按10% _15%的比例投加到生物膜流化床池內(nèi)，再將污水引入 到污水處理裝置中，使橡膠顆粒固定化微生物填料在曝氣器的攪拌下上下翻滾形成流態(tài)， 實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)15天的培養(yǎng)，污水中的氨氮去除率達(dá)到92%以上。
實(shí)施例5 在本實(shí)施例中所用的微生物酶制劑為硝化菌體，其粒徑為0. 5-lmm，所用的橡膠顆 粒的直徑為5-8毫米(參見圖2)，所用的包埋劑為聚乙烯醇和海藻酸鈉，其中橡膠顆粒、包
埋劑和碳化菌的質(zhì)量比為4 : 36 : 0.08，聚乙烯醇和海藻酸鈉的質(zhì)量比為40 : i。 本實(shí)施例的固定化微生物橡膠顆粒填料的制備方法如下(1)橡膠顆粒的制備 將80%的舊輪胎粉末和20%的乙烯_醋酸乙烯(EVA)和活性炭混合攪拌，并壓縮成直徑為 5-8毫米的顆粒；(2)聚乙烯醇和海藻酸鈉的總質(zhì)量為360千克，將聚乙烯醇和海藻酸鈉按 40 : l的質(zhì)量比配成溶液；(3)將0.8千克硝化菌體的干粉加入去離子水中攪勻，然后加入 所述步驟(2)的溶液中，繼續(xù)攪拌至均勻，得到膠體；(4)將所述步驟(1)的橡膠顆粒40千 克和所述步驟(3)的膠體混合，然后放置于搖床，在25t:，轉(zhuǎn)速130r/min條件下交聯(lián)反應(yīng) 48小時(shí)，然后取出，用生理性鹽水沖洗三次，在室溫下保存于去離子水中備用，得到所述固 定化微生物橡膠顆粒填料。 本實(shí)施例中的固定化微生物橡膠顆粒填料用于處理污水中的氨氮的方法將所述 固定化微生物橡膠顆粒填料按10% _15%的比例投加到生物膜流化床池內(nèi)，再將污水引入 到污水處理裝置中，使橡膠顆粒固定化微生物填料在曝氣器的攪拌下上下翻滾形成流態(tài)， 通過(guò)硝化菌的硝化作用完成污水中氨氮的去除，實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)15天的培養(yǎng)，污水中的氨氮 去除率達(dá)到92%以上。
對(duì)比例2 在該對(duì)比例中，使用普通的橡膠顆粒填料(即背景技術(shù)中本申請(qǐng)人所使用的橡膠 粉)處理污水中的氨氮，實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)施例5相同，則需要經(jīng)過(guò)25天的培養(yǎng)，污水中的氨氮 去除率達(dá)到85%以上。 通過(guò)上述對(duì)比例可以看出本發(fā)明實(shí)施例的固定化微生物橡膠顆粒填料處理污水 的時(shí)間大大縮短，運(yùn)行穩(wěn)定，處理效率高。 從以上實(shí)施例可以看出本發(fā)明通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的普通橡膠顆粒填料進(jìn)行包埋處理使 橡膠顆粒、包埋劑以及微生物酶制劑之間相互作用，并通過(guò)對(duì)包埋劑的選擇以及對(duì)各組分 配比的改進(jìn)，從而提高了本發(fā)明的固定化微生物橡膠顆粒填料的生物膜穩(wěn)定性和掛膜啟動(dòng) 速度，縮短了污水處理的時(shí)間，在實(shí)際污水處理中達(dá)到了良好的效果和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)用性
6強(qiáng)。 顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì) 于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或 變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或 變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
一種固定化微生物橡膠顆粒填料，其特征在于所述填料包括作為載體的橡膠顆粒，包埋劑以及用于提供微生物的微生物酶制劑，其中，所述橡膠顆粒與所述包埋劑以及與所述微生物酶制劑相互作用形成合成高分子凝膠，將所述微生物酶制劑中的微生物包埋固定在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，形成所述固定化微生物的橡膠顆粒填料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特征在于所述橡膠顆粒由 80 %的舊輪胎粉末和20 %的添加劑混合并壓縮成顆粒制得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特征在于所述添加劑為乙 烯_醋酸乙烯共聚物或活性炭或兩者的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特征在 于所述橡膠顆粒、包埋劑以及所述微生物酶制劑之間的質(zhì)量比為(3 6.5) : (30 38) : (0. 02 0. 08)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特征在于所述橡膠顆粒、包埋劑以及所述微生物酶制劑之間的質(zhì)量比為4.5 : 35 : 0.05。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特征在于所述包埋劑為聚 乙烯醇和海藻酸鈉的混合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特征在于所述包埋劑中聚 乙烯醇和海藻酸鈉的質(zhì)量比為(40 70) : 1。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特征在于所述聚乙烯醇和 海藻酸鈉的質(zhì)量比為50 : 1。
9. 一種制備權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的固定化微生物橡膠顆粒填料的方法，其特 征在于包括以下步驟，(1) 將包埋劑配成溶液待用；(2) 將微生物酶制劑配成溶液與步驟(1)的溶液混合，攪拌均勻后得到膠體；(3) 將橡膠顆粒與步驟(2)得到的所述膠體混合使之發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，即得到所述固定 化微生物的橡膠顆粒填料。
10. 權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的固定化微生物橡膠顆粒填料在污水處理中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固定化微生物的橡膠顆粒填料，所述填料包括作為載體的橡膠顆粒，包埋劑以及用于提供微生物的微生物酶制劑，其中，所述橡膠顆粒與所述包埋劑以及與所述微生物酶制劑相互作用形成合成高分子凝膠，將所述微生物酶制劑中的微生物包埋固定在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，形成所述固定化微生物的橡膠顆粒填料。本發(fā)明還進(jìn)一步公開了所述固定化微生物填料的制備方法及在污水處理中的應(yīng)用。本發(fā)明的固定化微生物填料，由于在橡膠顆粒中添加了聚乙烯醇和微生物酶制劑，使其比重比普通橡膠顆粒輕，更易于生物反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流化態(tài)的形成，使得污水與所述固定化微生物填料的接觸更充分，生物膜的穩(wěn)定性更好。
文檔編號(hào)C08L21/00GK101693775SQ200910236439
公開日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者丁紹峰, 李若征, 樊兆世, 滕濟(jì)林 申請(qǐng)人:北京國(guó)電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司;