一種基于網(wǎng)狀載體的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。直筒狀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、聚丙烯為主要材料，并添加聚乙烯醇親水材料經(jīng)熱熔或板材熱壓而成的直筒狀載體；載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可使包埋體貫穿網(wǎng)孔和載體形成鉚固結(jié)構(gòu)而增加填料整體穩(wěn)定性；包埋液由細(xì)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)后形成包埋體，并結(jié)合于網(wǎng)狀載體得到生物活性填料。本發(fā)明所制備的固定化直筒狀生物活性填料，不僅解決了細(xì)菌優(yōu)勢(shì)建立困難、易流失等問(wèn)題，而且提高了反應(yīng)器處理能力，縮短了啟動(dòng)時(shí)間，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種基于網(wǎng)狀載體的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)明屬于水處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于網(wǎng)狀載體的固定化直筒狀生物活性填料制備及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]微生物細(xì)胞固定化技術(shù)可以大幅度提高微生物濃度，使微生物不易流失、縮短反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間、抗毒性和耐酸堿、耐鹽能力明顯增強(qiáng)，能純化和創(chuàng)造特性細(xì)菌的生態(tài)優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生特性高效反應(yīng)，顯示出良好的應(yīng)用前景。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。其中，以包埋法最為常用，已成功地用于微生物細(xì)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。上述包埋材料具有對(duì)微生物無(wú)毒性、傳質(zhì)性能好、不易被生物分解、性質(zhì)穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等特點(diǎn)。
[0003]目前，傳統(tǒng)的細(xì)菌包埋方法是將細(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(jiǎn)單，但局限性大，無(wú)法理想應(yīng)用到工程實(shí)際當(dāng)中。我們經(jīng)過(guò)多年研究，在傳統(tǒng)的包埋方法上做了改進(jìn)，將包埋體與載體結(jié)合在一起，形成整體的生物活性填料。由于包埋體和載 體的有機(jī)結(jié)合，使生物活性填料具有更多的性能，其繼承了原有單純細(xì)菌與包埋材料的所有優(yōu)點(diǎn)；由于載體材料的應(yīng)用使生物活性填料具有各種載體所具有的特性，例如易流動(dòng)性、比表面積大、不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)；還可根據(jù)需要做成可懸浮式、可沉淀式、可漂浮式或者區(qū)域“固定式”等具有其它功能的各種形式的生物活性填料。實(shí)驗(yàn)研究表明，利用現(xiàn)有的拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、懸浮改性填料等傳統(tǒng)載體與包埋體通過(guò)粘附方式結(jié)合起來(lái)制得的生物活性填料均存在整體穩(wěn)定性差，包埋體容易脫落，造成細(xì)菌流失等問(wèn)題。
[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)出一種整體穩(wěn)定性好的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】

[0005]本發(fā)明的目的在于開(kāi)發(fā)出一種基于網(wǎng)狀載體的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(jì)，使包埋體通過(guò)網(wǎng)孔和載體交聯(lián)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(jí)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。網(wǎng)狀載體設(shè)計(jì)為直筒狀，水流對(duì)生物活性填料的切向摩擦可以加快生物活性填料表面生物膜的更新，避免雜菌生長(zhǎng)，中空結(jié)構(gòu)可使流體穿過(guò)，不會(huì)造成生物膜堵塞。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述狀態(tài)，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0007]—種基于網(wǎng)狀載體的固定化直筒狀生物活性填料，其特征在于:所述的直筒狀生物活性填料整體是中空直筒狀，具有網(wǎng)孔的載體被包含菌體的包埋體通過(guò)網(wǎng)孔和載體交聯(lián)形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上形成毫米級(jí)的薄膜結(jié)構(gòu)。
[0008]網(wǎng)狀載體以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹(shù)脂高分子材料為主，添加適量聚乙烯醇(PVA)親水材料，通過(guò)絲條熱熔成型或板材熱壓成孔方式，制成具有網(wǎng)狀筒壁的筒狀結(jié)構(gòu)載體，筒狀結(jié)構(gòu)直徑為0.5-3cm，高為0.5-3cm，其筒壁的網(wǎng)孔形狀可為圓形、菱形、正方形、矩形。優(yōu)選網(wǎng)孔的絲徑0.5-2mm。
[0009] 上述一種基于網(wǎng)狀載體的直筒狀生物活性填料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010](I)以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹(shù)脂高分子材料為主，添加適量聚乙烯醇(PVA)親水材料，通過(guò)絲條熱熔成型或板材熱壓成孔等方式，制成網(wǎng)狀壁面的直筒狀結(jié)構(gòu)載體；
[0011](2)將聚乙烯醇溶液與細(xì)菌濃縮液混合形成的包埋液均勻涂布在直筒狀結(jié)構(gòu)載體的外表面上，根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將涂布有包埋液的直筒狀結(jié)構(gòu)載體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)，得到生物活性填料。
[0012]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%。
[0013]本發(fā)明基于網(wǎng)狀載體的直筒狀生物活性填料應(yīng)用于水處理。
[0014]本發(fā)明所述的基于網(wǎng)狀載體的固定化直筒狀生物活性填料的有益效果主要體現(xiàn)在:
[0015]1.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使包埋體通過(guò)網(wǎng)孔形成整體的鉚固結(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，有利于保持較高的細(xì)菌濃度；
[0016]2.網(wǎng)狀載體設(shè)計(jì)為直筒狀，水流對(duì)生物活性填料的切向(筒壁外表面切向)摩擦可以促使生物填料沿中心軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而加快生物活性填料表面生物膜的更新，避免雜菌的生長(zhǎng)，中空結(jié)構(gòu)可使流體穿過(guò)，不會(huì)造成筒狀內(nèi)腔生物膜堵塞；
[0017]3.實(shí)驗(yàn)研究表明，以傳統(tǒng)填料為載體固定化得到的生物活性填料，穩(wěn)定性差，2天內(nèi)包埋材料幾乎全部脫落，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；
[0018]4.固定化制得的生物活性填料，整體密度可接近于水、大于水或者小于水，可制成懸浮式、沉淀式或者漂浮式，可根據(jù)水處理工況條件的需求制成具有某種功能的生物活性填料，例如可固定式等；
[0019]5.網(wǎng)狀載體由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹(shù)脂為主要材料，添加了聚乙烯醇(PVA)親水材料，改善了載體的親水性，增加了載體與包埋體粘結(jié)的強(qiáng)度，提高了整體的穩(wěn)定性；
[0020]6.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(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)厚度較小的同時(shí)又不失整體結(jié)構(gòu)對(duì)水處理運(yùn)行環(huán)境的變化性，較小的厚度能實(shí)現(xiàn)較高的傳質(zhì)效率和包埋體較高的利用率，如果用包埋體自身材料做成如此厚度在水處理工藝處理單元里無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的填料性能；
[0021]7.固定化生物活性填料包菌量大，可建立菌群優(yōu)勢(shì)，處理效率高；
[0022]8.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(fèi)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0023]圖1為直筒狀生物活性填料示意圖；
[0024]圖2為1-1首I]面不意圖；
[0025]圖3為I1-1I剖面示意圖。
[0026]圖中1.網(wǎng)絲，2.包埋體。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0028]實(shí)例1
[0029]1.網(wǎng)狀載體的制備
[0030]以聚丙烯等高分子聚合物為主要材料，添加親水材料聚乙烯醇(PVA)(優(yōu)選5%的含量)，制成直徑為0.5 - 1.5cm，高為0.5 - 1.5cm的直筒狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)面載體，其網(wǎng)孔形狀為正方形，絲徑為0.5_。
[0031]2.硝化細(xì)菌的處理
[0032]以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的硝化細(xì)菌菌懸液離心濃縮，得到3.5 X IO9個(gè)/mL的硝化細(xì)菌濃縮液。
[0033]3.硝化細(xì)菌包埋液的獲取
[0034]稱取聚乙烯醇500g，加入4000ml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4000ml聚乙烯醇溶液和制備好的1000ml濃縮液混合,并加入100g碳酸|丐，攪拌均勻后制成5000ml包埋液。
[0035]4.包埋液和網(wǎng)狀載體的結(jié)合
[0036]將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。
[0037]5.硝化細(xì)菌生物活性填料的制備
[0038]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(méi)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，得到硝化細(xì)菌生物活性填料，
[0039]此生物活性填料比重在0.95 - 1.10之間。
[0040]6.生物活性填料活性的應(yīng)用
[0041]向100L的反應(yīng)器中投加包埋好的筒狀生物活性填料，填充率為30%，水溫25 ±2。。，HRT=4h，pH 為 7.5 - 8.5，溶解氧為 2.0 - 4.0mg/L, NH: - N 濃度為 160mg/L，生物活性填料在氣提的作用下成懸浮流化狀態(tài)，按時(shí)測(cè)定反應(yīng)器的硝化效果。出水檢測(cè)結(jié)果表明，反應(yīng)器在培養(yǎng)I周后恢復(fù)到包埋前的硝化活性的97.5%，NH4+ - N濃度在3mg/L以下，去除率在98.1%以上，生物活性填料連續(xù)運(yùn)行3年，不出現(xiàn)脫落，硝化效果穩(wěn)定。
[0042]實(shí)例2
[0043]1.網(wǎng)狀載體的制備
[0044]以聚乙烯等高分子聚合物為主要材料，添加親水材料聚乙烯醇(PVA)(含量6%)，制成直徑為1.0 -2.0cm，高為1.0 -2.0cm的直筒狀網(wǎng)狀載體，其網(wǎng)孔形狀為菱形，絲徑0.5mm。
[0045]2.硝化細(xì)菌的處理
[0046]以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的硝化細(xì)菌菌懸液離心濃縮，得到3.5 X IO9個(gè)/mL的硝化細(xì)菌濃縮液。
[0047]3.硝化細(xì)菌包埋液的獲取
[0048]稱取聚乙烯醇5kg，加入40L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40L聚乙烯醇溶液和制備好的IOL硝化細(xì)菌濃縮液混合，并加入Ikg碳酸鈣，攪拌均勻后制成50L包埋液。
[0049]4.包埋液和網(wǎng)狀載體的結(jié)合
[0050]將包埋液均勻涂布在直筒狀載體表面，確保網(wǎng)狀載體表面全部被包埋液覆蓋均勻。
[0051]5.硝化細(xì)菌生物活性填料的制備
[0052]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(méi)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，得到硝化細(xì)菌生物活性填料，此生物活性填料比重在0.95 - 1.10之間。
[0053]6.生物活性填料活性的應(yīng)用
[0054]向Im3的實(shí)驗(yàn)室中成熟的A2O反應(yīng)器的好氧池中投加包埋好的直筒狀生物活性填料，填充率為30%，水溫20±2°C，HRT=2.5h，溶解氧為2.0 - 4.0mg/L,進(jìn)水水質(zhì)為城市生活污水(NH4+ -N濃度為40 _70mg/L)，按時(shí)測(cè)定好氧池的硝化能力，檢測(cè)結(jié)果表明，反應(yīng)器在培養(yǎng)I周后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài) ，出水NH4+ -N濃度為5mg/L以下，去除率在90%以上，運(yùn)行I年后仍無(wú)包埋體脫落現(xiàn)象，硝化性能穩(wěn)定。
[0055]上述實(shí)例表明，利用網(wǎng)狀載體進(jìn)行硝化細(xì)菌固定化制備生物活性填料操作過(guò)程簡(jiǎn)單，包埋體與載體通過(guò)網(wǎng)孔形成的整體鉚固結(jié)構(gòu)，使制得的生物活性填料整體穩(wěn)定性好、包埋體不易脫落，細(xì)菌濃度較高，可在培養(yǎng)I周后恢復(fù)到包埋前硝化活性的97.5%，且此生物活性填料穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)，具有較好的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種基于網(wǎng)狀載體的直筒狀生物活性填料，其特征在于:所述的直筒狀生物活性填料整體是中空直筒狀，具有網(wǎng)孔的載體被包含菌體的包埋體通過(guò)網(wǎng)孔和載體交聯(lián)形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體在網(wǎng)狀載體上形成毫米級(jí)的薄膜結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的直筒狀生物活性填料，其特征在于:網(wǎng)狀載體以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS樹(shù)脂高分子材料為主，添加適量聚乙烯醇(PVA)親水材料，通過(guò)絲條熱熔成型或板材熱壓成孔方式，制成具有網(wǎng)狀筒壁的筒狀結(jié)構(gòu)載體，筒狀結(jié)構(gòu)直徑為0.5-3cm,高為0.5-3cm，其筒壁的網(wǎng)孔形狀為圓形、菱形、正方形或矩形，網(wǎng)絲的絲徑0.5-2mm。
3.制備權(quán)利要求1或2的一種基于網(wǎng)狀載體的直筒狀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、ABS樹(shù)脂高分子材料為主，添加適量聚乙烯醇(PVA)親水材料，通過(guò)絲條熱熔成型或板材熱壓成孔方式，制成網(wǎng)狀壁面的直筒狀結(jié)構(gòu)載體； (2)將菌液和聚乙烯醇溶液混合形成的包埋液均勻涂布在直筒狀結(jié)構(gòu)載體的外表面上，根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將涂布有包埋液的直筒狀載體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)，得到直筒狀生物活性填料。
4.權(quán)利要求1或2 的任一一種基于網(wǎng)狀載體的直筒狀生物活性填料用于水處理。
【文檔編號(hào)】C02F3/10GK103951084SQ201410137349
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)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, 尚海源, 管清坤, 吳城鋒, 陳偉, 鄢琳, 王小樂(lè), 王猛, 孟婷, 陶慕翔, 胡希佳, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達(dá) 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)