CN100340498C

CN100340498C - 一种微生物填料及其制备方法

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Publication number: CN100340498C
Application number: CNB2004100503971A
Authority: CN
Inventors: 郭兵兵; 刘丽
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2004-09-11
Filing date: 2004-09-11
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2024-09-11
Also published as: CN1746115A

Abstract

本发明涉及一种固定化微生物填料体的制备方法以及制备而成的相应填料体的物化性质：采用动植物、炭、纺织物以及工程塑料的颗粒或纤维体作为填料体的组成构架，将由活性污泥经过驯化培养获得的菌液通过浸渍、淋洗、固化、定型，制备出含有净化微生物膜的固定化微生物填料体，用于废气的微生物净化，特别是用于水处理设施排放废气的净化。本发明制备的填料体可为颗粒状、纤维状及各种形状的混合体。本发明中组成填料体的物质为泥炭、活性炭、各种植物体的杆或叶的混合物、空心塑料体以及以上各种物质的混合体。

Description

一种微生物填料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种微生物填料及其制备方法，特别是固定化微生物填料体及其制备方法。

背景技术

各种工业废水及生活污水处理设施(以下简称水处理设施)，在生产过程中，经常产生一些有毒有害物质，特别是恶臭物质，如：硫化物(硫化氢、低分子硫醇、硫醚、二甲二硫等)、挥发性有机化合物(苯系物、酚类化合物等)、氨、低分子有机胺等。这些有毒有害物质随着水处理设施的排气而排放(以下简称废气)，污染了周边区域，产生诸如恶臭等环境污染。

众所周知，采用微生物净化工艺(如CN 97121666)，可以有效净化多种有毒有害废气、消除恶臭等气体污染，具有脱除效率高、运行成本低的优点。微生物填料是微生物净化工艺中的最为重要的组成部分，使用合适的微生物填料，可以在净化工艺运行中保持微生物填料的微生物反应环境，维持较为稳定的微生物净化效率。

现有的微生物净化废气工艺通常采用如下的工艺形式：在净化反应器内装填纤维填料(如CN 97121666中的泥炭)、环状填料(如CN97211331中的不锈钢环)或颗粒填料(如《中国环境科学》-1999-19(1)-59中的陶土颗粒)，然后用含有净化微生物的液体淋洗或浸泡填料的方法，在填料表面挂载微生物膜，再通过间歇或连续的营养液淋洗，来维系填料表面微生物膜的生长，从而确保微生物净化工艺的正常运行。

这种方法具有填料装填简单、微生物膜挂载方便，但缺点也是显而易见的。采用纯泥炭的填料，由于泥炭本身构架强度很低，随着微生物装置运行时间的延长，这种填料体积会逐渐减少，密度增大，以致会导致装置的压力降增大很多，在微生物塔内，气流会形成偏流，使净化效率下降。采用陶土、环状填料、或其它颗粒的填料，则存在微生物膜容易脱落，去除效率不高的问题。JP63277467、JP810560等公开了一种微生物脱臭装置，其主要特征为使用了一种以泥炭、黄土或含有泥炭黄土的颗粒物为微生物的载体。该方法不能解决填料在长期运转时易堵塞、压降增大的问题。JP494733公开了一种净泥炭填料成型化技术，在泥炭中加入一种或几种有机或无机添加剂，较好地解决了填料易堵塞、压降大的问题。但采用填料先成型后挂载微生物的方式，微生物膜在微生物填料上的挂载强度低，易于脱落，微生物的生长环境不稳定，耐冲击性差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种微生物净化活性稳定、保证净化工艺平稳正常运行、延长微生物净化装置运转周期、耐冲击性强的微生物填料及其制备方法。

本发明微生物填料以颗粒或纤维物体为载体，载体表面固化微生物膜，微生物填料中含有交联剂，交联剂将微生物膜固化在载体上。用于载体的颗粒和/或纤维物体包括植物的茎、叶、根的残体、泥炭、活性炭、纺织物、动物毛发、工程塑料中的一种或几种的混合物。微生物膜来自于经过驯化、培养后获得的菌液。用于微生物填料的菌液通常来自于活性污泥、受污染地区周围的土壤、废水生化处理厂中的废水或经过驯化后的菌种。微生物膜的量为1×10⁵～3×10⁹株/g干填料。交联剂包括壳聚糖、聚乙烯化合物(如聚乙烯醇、聚氨酯、聚醋酸乙烯等)、海藻酸盐、明胶中、氢氧化钙、氧化钙等中的一种或几种。交联剂用量为0.02～0.5g/g干填料，优选为0.05～0.3g/g干填料。

本发明微生物填料制备过程包括如下步骤：

(1)选择颗粒或纤维物体作为微生物填料的载体；

(2)用微生物菌液浸渍上述载体，然后用营养液喷淋；

(3)用交联剂将步骤(2)得到的挂载微生物的载体进行微生物膜固化；

(4)将步骤(3)得到的固化微生物膜的载体定型为微生物填料。

本发明采用了浸渍、淋洗和固化定型等手段，使微生物膜附着于载体上并得到强化与固化，从而加强了微生物填料体内微生物膜的挂载强度，使其不会脱落，稳定了微生物的生长环境，耐冲击性增强。另外填料经过定型后，填料的构架强度增强，不会出现填料体积变化很大，使气体出现偏流的现象。通过本发明，使得微生物填料的净化活性保持较长时期的稳定，确保废气净化工艺的连续正常运行，提高净化效率。

具体实施方式

本发明微生物填料制备方法的具体内容如下：

步骤(1)中涉及的颗粒或纤维状物体可以是植物的茎、叶、根的残体、泥炭、活性炭、纺织物、动物毛发、工程塑料中的一种或几种的混合物，优选泥炭和植物的茎、叶、根的残体、活性炭的一种或几种的混合物。其中所述的泥炭的含水率为30％～90％，最优为55％～70％，泥炭纤维的长度平均为1mm～50mm，优选15mm～40mm，填充密度为150kg/m³～400kg/m³，最优为220kg/m³～280kg/m³。活性炭为柱状或不定型颗粒，柱状直径为2mm～7mm，最优为3mm～4.5mm。泥炭与其它材料混合使用时，泥炭的体积含量一般为40％～90％，优选为55％～75％。

步骤(2)微生物菌液浸渍载体的过程为：将载体完全浸没于菌液当中，使净化微生物生长并附着于载体上。菌液通常来自于活性污泥，活性污泥一般需使用营养液进行好氧或厌氧方式培养1～7天，营养液可以使用本领域通常的营养液组成，如用含有0.1～0.5w％牛肉膏、0.1～0.5w％蛋白胨、0.2～0.8w％NaCl、0.01～0.1w％Na₂S₂O₃及0.02～0.1M磷酸等。培养条件采用本领域常规方法和和条件，如在pH 7.0～7.2、温度20～30℃左右，好氧培养进行通空气或搅动。菌液也可以来自菌种筛选或其它方法所获得的微生物培养液。然后用营养液体对经过菌液浸渍的载体进行1～3天持续或间断的淋洗，强化载体表面的微生物膜，并清除多余的微生物量。

步骤(3)涉及的微生物膜固化过程为：采用交联剂，将载体表面经过淋洗后的微生物膜进行交联固化。交联剂可以是壳聚糖、聚乙烯化合物(如聚乙烯醇、聚氨酯、聚醋酸乙烯等)、海藻酸盐、明胶中的一种或几种，也可以是无机物如氢氧化钙，氧化钙等。使用时，将交联剂和载体混合在一起，搅拌均匀，加入载体体积的1～5倍的水，优选2～3倍，再稍微搅拌，使载体和交联剂混合均匀。或直接用交联剂水溶液浸泡已挂载微生物的填料。固化处理温度为30～90℃，优选为40～60℃，处理时间20～120小时，优选为48～72小时。然后将多余的水沥出，使填料的含水率达到40w％～95w％。

步骤(4)涉及的填料定型过程为：将经过微生物膜固化的载体用混合、挤压的方法加工成所需要的形状，如球形、柱形、环形、鞍形、板形以及其它各种形状。然后在温度为30℃～80℃条件下处理12～240小时，最好在40℃～70℃下处理24～96小时。

本发明方法得到的微生物填料可以适用于废气微生物净化，特别适用浓度小于1000mg/m³的各种废气的净化如水处理设施排放废气的净化。下面通过实施例进一步说明本发明方法的过程和应用效果。

实施例1

污水处理场生化曝气反应池，经常排放出含有硫化氢、苯、挥发烃等废气。采用微生物净化工艺，可以对排放的废气进行净化处理。

微生物净化工艺装置中装填采用泥炭纤维为载体的微生物填料，微生物填料的制备方法如下：

将取自污水处理场生化曝气反应池的活性污泥，用含有0.4w％牛肉膏、0.3w％蛋白胨、0.2w％NaCl、0.1w％Na₂S₂O₃及0.1M磷酸缓冲液的培养基在pH7.0、25℃下曝气4天，离心分离残余的污泥，获得的富含净化微生物的菌液，用这种菌液将泥炭纤维完全浸渍，添加0.4w％酵母膏、2w％NH₄Cl、0.1w％Na₂S₂O₃以及0.001mol的Fe⁺和Mg⁺、0.01w％维生素等成分，调控pH为7.0、在25℃下用好氧方式(搅拌操作)培养6天，使菌液中的净化微生物能够充分生长并附着于泥炭纤维上，再将泥炭纤维取出，用含有0.4w％牛肉膏、0.3w％蛋白胨及Na⁺、K⁺的0.1M磷酸缓冲液的营养液体对上述泥炭纤维进行每隔4h进行循环淋洗，淋洗强度为每立方米填料每小时用0.03立方米营养液。同时调控pH为7.0，持续进行3天，使附着于泥炭纤维表面的微生物膜得到强化，并使多余的微生物量随淋洗液排出。然后用聚醋酸乙烯溶液浸泡泥炭纤维(交联剂用量为0.2g/g干填料)，将其表面经过淋洗后的微生物膜在30℃下进行72h的交联固化，最后，将固化后的泥炭纤维沥水，使其含水率达到85w％后，挤压成柱型填料体，再用40℃下热稳定4天即可。

上述过程制备出的固定化微生物填料性能参数如下表所示：

表1 泥炭纤维微生物填料体物性

强度	比表面积	微生物量	孔隙率	装填密度(干)
强度	比表面积	微生物量	孔隙率	装填密度(干)	2.5kg/cm²	12000m²/m³	2.5×10⁹个/g干填料	42v％	291g/L

实施例2

采用微生物净化工艺处理含有硫化氢、有机硫化物恶臭的废气。净化装置中装填活性炭颗粒为载体的微生物填料。微生物填料的制备方法如下：

将取自污水处理设施的活性污泥，用含有0.4w％牛肉膏、0.2w％(NH₄)₂SO₄、0.2w％NaCl、及0.1M磷酸缓冲液的培养基在pH 7.0、25℃下曝气培养4天，离心分离后获得的富含净化微生物的菌液，用这种菌液将活性炭颗粒完全浸渍，继续用上述培养基并添加0.001mol的Fe⁺、Mg⁺和0.01w％维生素等成分，调控pH为7.0、在20～30℃下好氧培养6天后，再将活性炭颗粒取出，用含有0.4w％牛肉膏、0.01w％Na₂S₂O₃及Na⁺、K⁺的0.1M磷酸缓冲液的营养液体对上述活性炭颗粒进行4h间隔的循环淋洗，同时调控pH为7.0～7.5，持续进行3天，然后用海藻酸钠溶液浸泡活性炭颗粒(交联用量为0.3g/g干填料)，在80℃下对微生物膜进行48h的交联固化，在70℃稳定2天即可。

制备出的固定化微生物填料性能参数如下表所示：

表2 活性炭纤维微生物填料体物性

强度	比表面积	微生物量	孔隙率	装填密度(干)
强度	比表面积	微生物量	孔隙率	装填密度(干)	2.3kg/cm²	14000m²/m³	1.3×10⁶个/g干填料	41v％	270g/L

实施例3

按照实施例1所述的制备过程，将其中的泥炭换为泥炭与活性炭体积比为3∶1的混合载体材料。微生物菌液浸渍、营养液喷淋过程与实施例相同。交联剂使用壳聚糖和氢氧化钙(重量比2∶1)的混合物，每克干填料加交联剂0.05克，混合均匀，加载体体积2倍的水混合均匀，在50℃下对微生物膜进行30h的交联固化，沥出多余水，成型后在70℃稳定2天即可。

上述过程制备出的固定化微生物填料性能参数如下表所示：

表3 泥炭纤维微生物填料体物性

强度	比表面积	微生物量	孔隙率	装填密度(干)
强度	比表面积	微生物量	孔隙率	装填密度(干)	2.4kg/cm²	13000m²/m³	8.0×10⁷个/g干填料	43v％	285g/L

应用例1

将实施例1中的填料应用于含硫化合物、苯系物为主要污染物的废气处理装置，含硫化合物中硫化氢的浓度为0～20μL/L，有机硫的浓度为5～30μL/L，苯系物的浓度为5～30μL/L，填料的含水率为80％～85％，常温，体积空速300h^-1。一周后含硫化合物、苯系物的去除率可达93％。

应用例2

将实施例2中的填料应用于以硫化氢为主要污染物的废气处理装置，硫化氢的浓度为10～60μL/L，在保持填料湿度为80％的情况下，常温，体积空速300h^-1，硫化氢的去除率在24h后达85％，36h后去除率达100％。稳定运行1月以上。

比较例1

将没有进行载体浸渍步骤的成型填料，应用于以硫化氢为主要污染物的废气处理装置，硫化氢的浓度为10～60μL/L，保持填料湿度为80％，常温，体积空速300h^-1，硫化氢的去除率在240h后达85％，432h后去除率达100％。稳定运行1月以上。

应用例2和比较例1中可看出，进行载体浸渍后，载体内已经存在了降解硫化氢的菌落，装置运行时，填料的驯化时间很短，而比较例中未微生物挂膜的填料驯化时间是应用例1中的12倍。

应用例3与比较例2(耐冲击性试验)

应用例3

将实施例1中的填料应用于以硫化氢主要污染物的废气处理装置，硫化氢的平均浓度为71.2μL/L，填料的含水率为60％，一周后硫化氢的去除率稳定在100％。将浓度突然升高至181.5μL/L，常温，体积空速300h^-1，去除率降低到98％，经过2天后，去除率又恢复到100％。将浓度提高至322.1μL/L，去除率仅降低到90.3％。

比较例2

将没有挂载微生物的泥炭作为生物载体，应用于硫化氢的平均浓度为50μL/L的处理装置上。在活性炭吸附饱和后，开始驯化，五周后，硫化氢去除率为98％，常温，体积空速300h^-1。将浓度提高至150μL/L，去除率则降低到85％。浓度提高至250μL/L，则去除率下降至71％。

从应用例3和比较例2可看出，挂载微生物的填料比未挂载微生物的填料抗负荷冲击能力高出一倍多。

Claims

1、一种微生物填料，以颗粒或纤维物体为载体，其特征在于载体表面固化微生物膜，微生物填料中含有交联剂，交联剂将微生物膜固化在载体上，交联剂用量为0.02～0.5g/g干填料，所述的交联剂选自壳聚糖、聚乙烯化合物、海藻酸盐、明胶、氢氧化钙和氧化钙中的一种或几种。

2、按照权利要求1所述的微生物填料，其特征在于所述的载体材料为颗粒和/或纤维物体，微生物膜来自于经过驯化、培养后获得的菌液，微生物膜的量1×10⁵～3×10⁹株/g干填料。

3、根据权利要求1或2所述的微生物填料，其特征在于所述的载体选自植物的茎、叶、根的残体、泥炭、活性炭、纺织物、动物毛发、工程塑料中的一种或几种的混合物。

4、按照权利要求1所述的微生物填料，其特征在于所述的交联剂用量为0.05～0.3g/g干填料。

5、一种权利要求1所述微生物填料的制备方法，包括如下步骤：

(1)选择颗粒或纤维物体作为微生物填料的载体；

(2)用微生物菌液浸渍上述载体，然后用营养液喷淋；

(3)用交联剂将步骤(2)得到的挂载微生物的载体进行微生物膜固化，所述的交联剂选自壳聚糖、聚乙烯化合物、海藻酸盐、明胶、氢氧化钙和氧化钙中的一种或几种，交联剂的用量为0.02～0.5g/g干填料；

(4)将步骤(3)得到的固化微生物膜的载体定型为微生物填料。

6、按照权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述的颗粒或纤维状物体选自植物的茎、叶、根的残体、泥炭、活性炭、纺织物、动物毛发、工程塑料中的一种或几种的混合物。

7、按照权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的微生物菌液浸渍载体的过程为：将载体完全浸没于菌液当中，使净化微生物生长并附着于载体上；菌液来自于活性污泥，活性污泥一般需使用营养液进行好氧或厌氧方式培养1～7天；所述的营养液喷淋过程为：对经过菌液浸渍的载体进行1～3天持续或间断的淋洗，强化载体表面的微生物膜，并清除多余的微生物量。

8、按照权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的微生物膜固化过程为：采用交联剂，将载体表面经过淋洗后的微生物膜进行交联固化，然后将多余的水沥出。

9、按照权利要求8所述的方法，其特征在于所述的交联固化过程中交联剂加入方法为：采用将交联剂和载体混合在一起，搅拌均匀，加入载体体积的1～5倍的水，混合均匀；或直接用交联剂水溶液浸泡已挂载微生物的填料。

10、按照权利要求8所述的方法，其特征在于所述的交联固化在温度为30～90℃条件下保持20～120小时。

11、按照权利要求5所述的方法，其特征在于步骤(4)所述的填料定型过程为：将经过微生物膜固化的载体用混合、挤压的方法加工成所需要的形状，然后在温度为30℃～80℃条件下处理12～240小时。

12、按照权利要求10所述的方法，其特征在于所述的成型后的处理条件为在40℃～70℃下处理24～96小时。