CN101462790A

CN101462790A - 一种改性生物滤池填料

Info

Publication number: CN101462790A
Application number: CNA2009100280355A
Authority: CN
Inventors: 朱加征; 吴科昌; 沈骏; 张磊; 华卫
Original assignee: Suzhou Jiajing Water Treatment Equipment Co Ltd
Current assignee: Suzhou Greinworth Environmental Protection Technology Co., Ltd.
Priority date: 2009-01-12
Filing date: 2009-01-12
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2029-01-12
Also published as: CN101462790B

Abstract

一种改性生物滤池填料，涉及到应用于曝气生物滤池的改性填料及其加工方法。以无机填料陶粒或火山岩或多孔陶瓷为载体，经过酸洗、碱洗、烘干灭菌等加工程序之后，浸渍在含有阳离子聚丙烯酰(Polyacrylamide，缩写为PAM)稀水溶液中，使填料的内表面改性，获得在内孔表面形成带有正电荷的聚合物分子主体的无机载体，并通过驯化养生成为固定化微生物填料。通过物理吸附和离子键结合的双重作用，提高了固定化微生物无机载体的物理化学性能和耐冲洗性能，并有利于提高微生物的负载量和微生物的驯化和增殖。同时节省反应器体积、缩短反应时间，提高了生物脱氮的效率，并节省投资。

Description

一种改性生物滤池填料

技术领域

本发明涉及到滤池填料，特别涉及到应用于曝气生物滤池的改性填料及其加工方法。

背景技术

日趋严重的环境问题迫切要求开发高效的环境治理新技术，因而近年来固定化微生物技术已成为各国学者研究的热点课题之一。固定化微生物技术就是利用化学的或物理的手段将游离的细胞定位于限定的空间区域，并使之成为不悬浮于水仍保持生物活性、可反复利用的方法，在水处理技术中有广泛应用的前景。固定化微生物技术与传统的物理化学方法相比，它具有处理效率高、稳定性强、无二次污染、能耗低等优点；其与悬浮生物处理法相比，具有菌种高纯高效、生物浓度高、反应易于控制、丧失活性可恢复等优点。

固定化微生物的制备方法，从固定化的定义就可以看出，要实现微生物固定化就要求有固态的不溶性载体。目前常用的载体可分为无机载体、有机高分子载体和复合载体三大类型。常见无机载体有硅藻土、多孔玻璃、陶粒、火山岩、活性炭等；有机载体有琼脂、角叉莱胶、海藻酸钙和一些有机合成高分子凝胶(如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、海藻酸钙、聚丙烯酸酯、琼脂)等。固定化微生物的制备方法主要有吸附法、包埋法、包络法、共价法和交联法和无载体固定法等。

固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选择的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。这种技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物)的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。

利用固定化微生物技术提高废水处理效率的工艺方法也被称作“生物增效”，其适用的领域非常广泛，例如：化粪池、隔油槽、排水管、城市污水处理厂以及工业废水...等。一般而言，针对特殊污染源，来自天然环境的微生物消耗很快、效率低下，即使有快速的繁殖能力仍不足以负荷。因此，生物增效的作业过程还是依循自然的方式，向目标添加定制的、具有已知降解能力的微生物制剂(固定化微生物)，处理效果则有明显的提升。

无机载体是曝气生物滤池中经常采用的填料，无机载体固定化微生物的方法常采用吸附法。曝气生物滤池中经常采用的填料例如，陶粒、火山岩、多孔陶瓷等等。这些多孔无机材料本身就有吸附能力，其表面也能形成生物膜。但是吸附能力不强。吸附法中微生物与载体结合不牢固，易脱落，吸附数量不多，因此其效果受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提出一种改性生物滤池填料，对其内表面进行加工改性，成为一种新型填料，可以用于固定某种特定目标微生物，提高水处理设备对某种污染物的处理效果。

本发明是通过以下的技术措施来实现的。一种改性生物滤池填料，采用阳离子聚丙烯酰胺稀溶液，对无机载体的内孔表面进行改性处理，获得在内孔表面形成带有正电荷的聚合物分子主体的无机载体。

所述的无机载体是陶粒或火山岩或多孔陶瓷颗粒。

一种改性生物滤池填料的加工方法，包括以下步骤：

(1)将所述的无机载体用水洗净；

(2)用5％～10％强酸浸泡2～3小时，水洗至中性；

(3)用5％～10％强碱浸泡2～3小时，水洗至中性；

(4)用清水将填料洗净，105℃烘干2～3小时；

(5)将洗净烘干后的填料在尚未冷却条件下投入含有阳离子聚丙烯酰胺0.005～0.01％的稀水溶液中，浸渍24小时以上；

阳离子聚丙烯酰胺(Polyacrylamide)缩写PAM.分子式为(C₃H₅NO)_n。

(6)将浸渍后的填料用清水淋洗一次，去除填料颗粒外部表面的溶液，沥干水分。置于烘房中以每小时升高10℃逐步升温，温度达到105℃以后保温1～2小时。

所述的强酸是盐酸(HCl)。

所述的强碱是烧碱(NaOH)。

一种固定化微生物的加工程序，包括以下步骤：将经以上加工处理的无机载体放到含有培养基的活性污泥上清液的培养设备中，通入PH＝7-8的工业废水进行驯化养生，同时加入增菌培养基，接种一定量的微生物菌种(例如反硝化菌、硝化菌)，曝气供氧，保温20℃～25℃培养3～10天。就成为固定化微生物填料。

所述的培养基是反硝化菌、硝化菌。

所述的增菌培养基是pH＝7.0-7.5的蛋白质0.8-1.2％、牛肉膏0.4-0.6％、酵母汁0.05-0.2％及无机质培养基的溶液，

在以上加工程序中，酸洗、碱洗的作用是去除填料内表面的酸性氧化物和碱性氧化物杂质以及其他对固定化微生物有害的物质，同时可以扩大内孔的容积。烘干的作用首先是灭菌，去除对固定化微生物有害的杂菌；其次是驱除填料内孔的水份，在小孔内部空气热膨胀条件下将填料投入阳离子聚丙烯酰胺的稀水溶液中，小孔内部空气迅速冷却收缩，溶液被吸入小孔内部。用阳离子聚丙烯酰胺的稀水溶液浸渍的目的是使阳离子聚丙烯酰胺的溶液进入填料孔的内部。填料颗粒外部的溶液被淋洗去除，在升温烘干的过程中填料内部的阳离子聚丙烯酰胺溶液中的水分逐步挥发，阳离子聚丙烯酰胺的分子被浓缩干燥，均匀涂布在填料内孔的表面，使得填料内表面的性质发生改变。

无机填料(陶粒或火山岩或多孔陶瓷)的化学成分主要是硅铝酸盐，其表面是惰性的。在采用生物方法的水处理设备中，由于表面吸附，填料表面会形成天然的生物膜。载体对微小物质的吸附，与填料表面的性质和被吸附物质的条件和特征有关。载体对微生物的吸附，主要是载体与微生物之间的静电相互作用的结果。所谓的静电相互作用，有范德华力和静电定向力两种类型。范德华力是非极性分子之间的作用力，是比较弱的一种作用力；静电定向力是极性分子之间的作用力，比范德华力强。而离子型氢键力是一种更强的定向力。物质表面的分子如果存在离子型氢键力，就会大大强化分子之间的相互作用，具有较强的吸附功能。

影响吸附的另一个因素是被吸附物质的表面的带电性质，吸附现象与物质分子电荷有密切的关系。微生物细胞壁带负电荷，因此，在固定化工艺过程中应选择带正电荷的载体。

利用本发明所述的方法加工而成的无机载体(陶粒或火山岩或多孔陶瓷)其内表面引入了阳离子聚丙烯酰胺，表面性质发生了变化。阳离子聚丙烯酰胺在水解过程中能够形成羟基，其聚合物分子主体带有正电荷，它们在溶液中起到离子交换材料的作用，可生成相应的氢氧化物，很自然对带有负电荷的微生物细胞壁具有较强的亲和力。通过整合机制，由细胞表面上适当的氨基和羧基取代载体表面的羟基、形成载体—微生物细胞复合物。

本发明采用上述技术措施后，经过表面处理后的无机载体孔表面带有阳离子聚丙烯酰胺的离子功能团，使它在进行微生物培养处理时，微生物菌群发生离子键结合作用，通过物理吸附和离子键结合的双重作用，提高了固定化微生物陶粒载体的物理化学性能和耐冲洗性能，并有利于提高微生物的负载量和微生物的驯化和增殖。经过改性的生物滤池填料(陶粒或火山岩或多孔陶瓷)可应用于脱氮。废水脱氮是水污染控制中的一个重要研究方向。去除氨氮污染的根本途径在于先通过硝化作用将NH₄ ⁺转变成NO_x ^-，再通过反硝化作用将NO_x ^-转变成N₂排入大气中，实现氮元素的循环和氨氮的无害化。

本发明专利将固定化微生物方法与同时硝化反硝化工艺结合了起来，从而节省反应器体积、缩短反应时间，提高了生物脱氮的效率，并节省投资。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

填料改性：取粒径为3～4毫米的陶粒10kg，清水洗净后用5％ HCl浸泡2小时，水洗至中性，再用5％NaOH浸泡2小时，水洗至中性，置于烘箱中105℃烘干2小时；将烘干后的陶粒在尚未冷却条件下投入含有阳离子聚丙烯酰胺0.008％的稀水溶液中，浸渍24小时。将浸渍后的陶粒置于滤网中用1升清水淋洗一次，去除陶粒外部表面的溶液，沥干水分。置于烘箱中以每小时升高10℃逐步升温，温度达到105℃以后保温1.5小时，取出冷却即成为改性的陶粒填料。

微生物固定：在一个容积为20升的培养桶内，加入经过改性的陶粒载体，加入经过培养的活性污泥上清液，其中含有反硝化菌、硝化菌微生物菌种。通入事先调好pH＝7-8的工业废水浸没载体，于闷曝条件下进行培养24小时，从第二天起每天更换1/3桶废水进入驯化养生阶段，驯化养生过程中尽量加入总体积5％的增菌培养基并酌情补加活性污泥上清液。增菌培养基为蛋白质1％、牛肉膏0.5％、酵母汁0.1％及无机质培养基的溶液，其PH＝7.0。驯化养生7天。开始进行实际的污水处理。

驯化养生后，加入COD为100mg/L、，NH⁺—N为20mg/L pH＝6-9的工业污水；启动曝气装置进行接触氧化反应，污水经过8小时生化处理，出水指标COD为60mg/L，NH⁺—N为4mg/L，达到国家一级排放标准。

实施例2：

填料改性：取粒径为3～5毫米的火山岩颗粒10kg，清水洗净后用8％HCl浸泡2小时，水洗至中性，再用8％NaOH浸泡2小时，水洗至中性，置于烘箱中105℃烘干1.5小时；将烘干后的火山岩颗粒在尚未冷却条件下投入含有阳离子聚丙烯酰胺0.007％的稀水溶液中，浸渍24小时。将浸渍后的火山岩颗粒置于滤网中用1升清水淋洗一次，去除火山岩颗粒外部表面的溶液，沥干水分。置于烘箱中以每小时升高10℃逐步升温，温度达到105℃以后保温1小时，取出冷却即成为改性的火山岩填料。

微生物固定：在一个容积为20升的培养桶内，加入经过改性的火山岩载体，加入经过培养的活性污泥上清液，其中含有反硝化菌、硝化菌微生物菌种。通入事先调好pH＝7-8的工业废水浸没载体，于闷曝条件下进行培养24小时，从第二天起每天更换1/3桶废水进入驯化养生阶段，驯化养生过程中每天加入总体积5％的增菌培养基并酌情补加活性污泥上清液。增菌培养基为蛋白质0.8％、牛肉膏0.6％、酵母汁0.1％及无机质培养基的溶液，其PH＝7.2。驯化养生8天。开始进行实际的污水处理。

驯化养生后，加入COD为110mg/L、，NH⁺—N为18mg/L pH＝6-9的工业污水；启动曝气装置进行接触氧化反应，污水经过9小时生化处理，出水指标COD为55mg/L，NH/-N为3mg/L，达到国家一级排放标准。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本1发明的保护笵围。

Claims

1.一种改性生物滤池填料，其特征在于：采用阳离子聚丙烯酰胺稀溶液，对无机载体的内孔表面进行改性处理，获得在内孔表面形成带有正电荷的聚合物分子主体的无机载体。

2.根据权利要求1所述的一种改性生物滤池填料，其特征在于：所述的无机载体是陶粒。

3.根据权利要求1所述的一种改性生物滤池填料，其特征在于：所述的无机载体是火山岩颗粒。

4.根据权利要求1所述的一种改性生物滤池填料，其特征在于：所述的无机载体是多孔陶瓷颗粒。

5.一种改性生物滤池填料的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将所述的无机载体用水洗净；

(2)用5％～10％强酸浸泡2～3小时，水洗至中性；

(3)用5％～10％强碱浸泡2～3小时，水洗至中性；

(4)用清水将填料洗净，105℃烘干2～3小时；

6.根据权利要求4所述的一种改性生物滤池填料的加工方法，其特征在于：所述的强酸是盐酸(HCl)。

7.根据权利要求4所述的一种改性生物滤池填料的加工方法，其特征在于：所述的强碱是烧碱(NaOH)。