一種基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料的制備及應用的制作方法
【專利摘要】一種基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料的制備及應用，屬于水處理【技術領域】。生物活性填料由包埋體和聚氨酯載體兩部分組成；聚氨酯泡沫載體的多孔結構吸附含菌包埋液，包埋液由氨氧化細菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合制成；采用整張聚氨酯泡沫作為包埋載體，通過擠壓方式使包埋液浸入聚氨酯泡沫內部，經硼酸二次交聯后形成包埋體，并結合于聚氨酯載體制成符合要求的填料形狀，得到氨氧化細菌生物活性填料；本發(fā)明所制備的氨氧化細菌固定化生物活性填料，不僅解決了氨氧化細菌優(yōu)勢建立困難、易流失等問題，而且提高了反應器處理能力，縮短了啟動時間，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】一種基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料的
制備及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理【技術領域】，特別涉及一種基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料的制備及應用。
【背景技術】
[0002]當今，氨氮污染問題越來越嚴重，氨氮成為十二五減排新的約束指標，提升氨氮污染防治水平成為改善水環(huán)境質量的必要舉措。目前，氨氮廢水處理方法分為三大類，物化法、生化法和高級氧化法。生化法由于工藝成熟，性能穩(wěn)定，被公認為是一種經濟、有效和最有發(fā)展前途的方法。生化法包括活性污泥法和生物膜法。傳統(tǒng)活性污泥法中通過污泥回流來保持細菌量，要想獲得高效率就必須增大回流量來保持高的細菌濃度，這樣就會造成運行成本上升，顯然不實際。另外，硝化細菌的世代周期長，增值速率慢，致使反應器中硝化細菌濃度低，處理效率難以提高。受季節(jié)影響大。夏季溫度升高，生化速率快，而到了冬季，北方大部分污水廠都會面臨絲狀菌引起的污泥膨脹問題，導致硝化菌流失，進而導致出水氨氮超標。因此，可考慮應用生物膜法來彌補活性污泥法中的缺點，但是生物膜法同樣存在問題，對于硝化細菌來說，由于自身成膜能力較差，自然掛膜時間很長，而且，自然掛膜無選擇性，難以形成高密度的菌群優(yōu)勢。種種原因表明，傳統(tǒng)生化法無法達到高效的硝化效率。 [0003]硝化反應是氨氧化細菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化細菌(NOB)共同作用完成的，AOB將氨氮氧化成亞氮，NOB將亞氮進一步轉化成硝氮。短程硝化又稱亞硝化，此工藝可減少25%的硝化需氧量、40%的反硝化碳源、50%的污泥產量及反硝化池容積。
[0004]CN101941758公開了 “一種聚氨酯固定化硝化細菌處理電廠含氮廢水的方法”，它的目的是提供一種提高污水脫氮處理效率的聚氨酯固定化硝化細菌處理電廠含氮廢水的方法。該技術方案:從脫氮污水處理系統(tǒng)的好氧活性污泥中篩選出高活力的硝化細菌進行擴增培養(yǎng)，離心濃縮制成硝化菌懸浮液備用，向16wt%的聚乙烯醇中添加0.016g/L的海藻酸鈉，溶解冷卻后加入等體積菌懸液，之后倒入直徑0.5-1.0cm的球形聚氨酯載體中進行吸附，1-2小時后，加入飽和硼酸進行交聯，制成聚氨酯固定化硝化細菌并將其投加到流化床反應器中運行。其不足之處是:將直徑0.5-1.0cm的球形聚氨酯載體單獨吸附固定化后，聚氨酯表面會形成一層致密的膜，影響傳質，處理效率低，球形聚氨酯制作困難。此外，研究表明，聚氨酯載體直徑大于0.5cm時，載體內部傳質受到影響形成死區(qū)。聚乙烯醇為16wt%，此質量分數對于聚氨酯載體固定化來說濃度偏大，采用自然吸附方式會因為聚乙烯醇濃度太高，粘度大，導致聚氨酯載體內部無法吸附到聚乙烯醇混合液。此外全程硝化不僅耗能大，而且處理費用高。
[0005]針對上述問題，我們開發(fā)出一種具有高效的硝化效率的生物活性填料具有廣泛的應用前景。

【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的在于開發(fā)出一種基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料，該生物活性填料采用固定化的方式制成，能夠形成高效的氨氧化細菌菌群優(yōu)勢，而且以聚氨酯泡沫作為載體，聚氨酯泡沫在成型過程中內部形成了很多微孔，可為微生物提供非常良好的、相對安穩(wěn)的生存環(huán)境，有利于微生物的附著、繁殖。
[0007]一種基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料，其特征在于:塊狀聚氨酯載體通過擠壓吸附包埋液吸附固載有氨氧化細菌。
[0008]為了實現上述狀態(tài)，本發(fā)明采用了以下技術方案。
[0009]一種基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料的制備，其特征在于:以聚氨酯泡沫等高分子材料為包埋載體；以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的氨氧化細菌菌懸液離心濃縮，得到IO8-1O9個/mL的氨氧化細菌濃縮液；根據聚乙烯醇-硼酸二次交聯方法，將氨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，聚乙烯醇質量濃度為30-50g/L，碳酸鈣質量濃度為lg/L ;將包埋液倒入到整張聚氨酯泡沫塊體中，反復擠壓聚氨酯泡沫，使包埋液進入到聚氨酯泡沫內部，放入飽和硼酸溶液中l(wèi)_3h后，調節(jié)硼酸溶液pH到8-10，交聯3-24h，將其取出，洗凈表面殘留物質，切割；切成符合要求的形狀，其形狀可為邊長3-5_的正方體，長寬高分別為3-5_的長方體，直徑3-5mm、高3_5mm的圓柱體，得到氨氧化細菌生物活性填料。
[0010]上述基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料用于水處理。
[0011]本發(fā)明所述的基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料的有益效果主要體現在:
[0012]1.氨氧化細菌 固定化生物活性填料包菌量大，可建立氨氧化細菌菌群優(yōu)勢，實現短程硝化，亞硝化效率高；
[0013]2.聚氨酯載體在成型過程中會形成很多的內部孔穴，可為氨氧化細菌提供非常良好的、相對安穩(wěn)的生存環(huán)境，有利于氨氧化細菌的附著、繁殖；
[0014]3.交聯結束后將聚氨酯泡沫制成符合要求的形狀，避免了交聯前切割造成每個填料表面形成一層致密的膜，有利于傳質，節(jié)省了原料；
[0015]4.生物填料形狀可為邊長3-5mm的正方體，長寬高分別為3_5mm的長方體，直徑3-5mm、高3_5_的圓柱體,實驗結果表明，此范圍大小的生物活性填料不會在填料內部形成死區(qū)，填料利用率高；
[0016]5.通過擠壓方式將包埋液浸入聚氨酯泡沫內部，確保了包埋液能夠完全浸入聚氨酯泡沫內部；
[0017]6.該聚氨酯載體比表面積大，親水性好，有助于傳質，能提高水處理效果；
[0018]7.氨氧化細菌種群優(yōu)勢可將氨氮控制氧化成亞氮，實現短程硝化不僅節(jié)約了能源也降低了處理費用；
[0019]8.固定化制得的氨氧化細菌生物活性填料，整體比重在0.98-1.05之間，在氣提作用下流化狀態(tài)好，不存在邊角堆積，水流短路等問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為聚氨酯載體氨氧化細菌固定化生物活性填料示意圖；
[0021]圖2為聚氨酯載體氨氧化細菌固定化生物活性填料活性恢復及運行效果圖。[0022]圖中1.氨氧化細菌包埋體，2.聚氨酯孔穴【具體實施方式】
[0023] 下面結合實施案例對本發(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。
[0024]實施例1
[0025]1.氨氧化細菌的處理
[0026]以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的氨氧化細菌菌懸液離心濃縮，得到3.5 X IO9個/mL的氨氧化細菌濃縮液。
[0027]2.包埋液的獲取
[0028]稱取聚乙烯醇200g，加入2500ml超純水后加熱至90°C溶解15min，取出攪拌均勻后再加熱至90°C溶解5min，取出后攪拌均勻并冷卻至30°C，將2500ml聚乙烯醇溶液和制備好的2500ml濃縮液混合,并加入50g碳酸|丐，攪拌均勻后制成5000ml包埋液。
[0029]3.包埋液和聚氨酯載體的結合
[0030]將包埋液倒入整張聚氨酯泡沫材料(中，反復擠壓聚氨酯泡沫,使包埋液能夠進入聚氨酯內部。
[0031]4.氨氧化細菌生物活性填料的制備
[0032]將步驟(3)中粘有包埋液的聚氨酯載體放入飽和硼酸溶液中，使其處于淹沒狀態(tài)，靜置3h，調節(jié)溶液pH至9.0，靜置4h完成固定化，清洗，切成邊長為3-5mm的正方體，邊長小于3mm的聚氨酯生物活性填料應用局限性大，邊長大于5mm的聚氨酯生物活性填料內部傳質會受到影響形成死區(qū)。切割后得到氨氧化細菌生物活性填料，此生物活性填料比重為
0.99-1.05 之間。
[0033]5.生物活性填料活性的應用
[0034]向100L的反應器中投加包埋好的氨氧化細菌生物活性填料，填充率為30%，水溫25±2°C，HRT=5h，pH 為 7.5-8.5，NH:-N 濃度為 160mg/L，溶解氧濃度為 1.0-1.5mg/L,生物活性填料在氣提的作用下成懸浮流化狀態(tài)，按時測定反應器的硝化效果。出水檢測結果表明，反應器在培養(yǎng)I周后恢復到包埋前的硝化活性的97.5%，NH4+-N濃度為5mg/L以下，去除率為96.8%,亞氮積累率在90%以上，生物活性填料連續(xù)運行3年，亞硝化效果穩(wěn)定。
[0035]上述實例表明，利用聚氨酯載體進行氨氧化細菌固定化制備生物活性填料操作過程簡單，可在培養(yǎng)I周后恢復到包埋前硝化活性的97.5%，且此生物活性填料內部孔隙有利于氨氧化細菌附著、繁殖，亞硝化性能高效穩(wěn)定，使用壽命長，具有較好的應用前景。
【權利要求】
1.一種基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料的制備，其特征在于，包括以下步驟:以聚氨酯泡沫高分子材料為包埋載體；以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的氨氧化細菌菌懸液離心濃縮，得到IO8-1O9個/mL的氨氧化細菌濃縮液；根據聚乙烯醇-硼酸二次交聯方法，將氨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，聚乙烯醇質量濃度為30-50g/L，碳酸鈣質量濃度為lg/L ;將包埋液倒入到整張聚氨酯泡沫塊體中，反復擠壓聚氨酯泡沫，使包埋液進入到聚氨酯泡沫內部，放入飽和硼酸溶液中l(wèi)_3h后，調節(jié)硼酸溶液pH到8-10，交聯3-24h，將其取出，洗凈表面殘留物質，切割。
2.按照權利要求2的方法，其特征在于:切成符合要求的形狀，其形狀為邊長3-5mm的正方體，長寬高分別為3-5mm的長方體或直徑3_5mm、高3_5mm的圓柱體。
3.按照權利要求1或2的方法制備得到的基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料。
4.權 利要求1的基于聚氨酯載體的氨氧化細菌固定化生物活性填料用于水處理。
【文檔編號】C02F3/34GK103951040SQ201410137213
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊宏, 尚海源, 吳城鋒, 管清坤, 陳偉, 鄢琳, 王小樂, 王猛, 孟婷, 陶慕翔, 胡希佳, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達 申請人:北京工業(yè)大學