CN101693775A - 一种固定化微生物橡胶颗粒填料及其制备以及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固定化微生物的橡胶颗粒填料，所述填料包括作为载体的橡胶颗粒，包埋剂以及用于提供微生物的微生物酶制剂，其中，所述橡胶颗粒与所述包埋剂以及与所述微生物酶制剂相互作用形成合成高分子凝胶，将所述微生物酶制剂中的微生物包埋固定在凝胶网络中，形成所述固定化微生物的橡胶颗粒填料。本发明还进一步公开了所述固定化微生物填料的制备方法及在污水处理中的应用。本发明的固定化微生物填料，由于在橡胶颗粒中添加了聚乙烯醇和微生物酶制剂，使其比重比普通橡胶颗粒轻，更易于生物反应器内循环流化态的形成，使得污水与所述固定化微生物填料的接触更充分，生物膜的稳定性更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种固定化微生物橡胶颗粒填料，还涉及所述固定化微生物橡胶颗粒填料的制备方法及其应用。
背景技术
固定化微生物技术是利用化学或物理手段将游离细胞定位于限定的空间区域，并使其保持活性，且能被重复和连续利用的一种新型生物技术。在污水处理中采用固定化微生物技术，有利于提高生物反应器内的微生物浓度，也有利于反应后的固液分离，还有利于除氮或除去高浓度有机物或某种难降解物质，因此是一种高效低耗、运转管理容易，十分有前途的污水处理技术。目前普遍认为，固定化微生物技术在污水处理中尤其是在特种污水处理领域中具有广阔的应用前景。
本申请人一直致力于微生物污水处理的研究，在第四届水处理行业新技术、新工艺应用交流会上发表了题目为《流动床生物膜处理技术在市政污水处理厂中的工程应用》的论文，该论文对流动床生物膜污水处理技术做了详细的描述，并介绍了该技术的原理、特点和设计原则，以及其在实际工程中的具体应用实例，其中在该文章中还公开了所用的水处理填料为外加添加剂的橡胶粉(见该文章第35页第2段及图2，橡胶粉即橡胶颗粒)，所述橡胶颗粒填料由于表面粗糙度高，孔径分布合理，机械强度高，耐磨损和化学稳定性强，具有很好的弹性，因此被广泛地用在污水处理中。如在公开号为CN1884152A的中国专利文献中，公开了一种生活污水处理装置及方法，其所用的水处理填料为也为橡胶颗粒，所述橡胶颗粒填料上附着生长了微生物富集的生物膜(见说明书第1页最后一段至第2页第一段前两行)，然而经过长期的使用和研究，本申请人发现所述橡胶颗粒作为水处理填料还存在以下缺点：挂膜启动较慢(即生物膜开始起作用需要较长的时间)，且受原水水质影响较大，挂膜后的生物稳定性较差。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种挂膜启动快且生物稳定性好的固定化微生物橡胶颗粒填料。
本发明所要解决的另一个技术问题在于提供上述固定化微生物橡胶颗粒填料的制备方法及其应用。
为解决上述技术问题，本发明的一种固定化微生物橡胶颗粒填料，所述填料包括作为载体的橡胶颗粒，包埋剂以及用于提供微生物的微生物酶制剂，其中，所述橡胶颗粒与所述包埋剂以及与所述微生物酶制剂相互作用形成合成高分子凝胶，将所述微生物酶制剂中的微生物包埋固定在凝胶网络中，形成所述固定化微生物的橡胶颗粒填料。
所述橡胶颗粒由80％的旧轮胎粉末和20％的添加剂混合并压缩成颗粒制得。所述添加剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物或活性炭或两者的混合物。
所述橡胶颗粒、包埋剂以及所述微生物酶制剂之间的质量比为(3～6.5)∶(30～38)∶(0.02～0.08)，优选4.5∶35∶0.05。
所述包埋剂为聚乙烯醇和海藻酸钠的混合物。所述包埋剂中聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为(40～70)∶1，优选50∶1。
一种制备所述固定化微生物橡胶颗粒填料的方法，包括以下步骤，(1)将包埋剂配成溶液待用；(2)将微生物酶制剂配成溶液与步骤(1)的溶液混合，搅拌均匀后得到胶体；(3)将橡胶颗粒与步骤(2)得到的所述胶体混合使之发生交联反应，即得到所述固定化微生物的橡胶颗粒填料。
所述固定化微生物橡胶颗粒填料在污水处理中的应用。
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点，(1)本发明的固定化微生物橡胶颗粒填料，以橡胶颗粒作为载体，通过橡胶颗粒与包埋剂以及微生物酶制剂的相互作用形成高分子凝胶，将所述微生物酶制剂中的微生物包埋固定在凝胶网络中，所制得的固定化微生物橡胶颗粒填料不仅具有橡胶颗粒的优点，而且通过在橡胶颗粒中添加包埋剂和微生物酶制剂，使其比重比普通橡胶颗粒填料轻，更易于生物反应器内循化流化态的形成，使得污水与所述填料的接触更充分，因此生物膜的稳定性好；(2)本发明固定化微生物橡胶颗粒填料，挂膜启动非常快(普通橡胶颗粒填料开始挂膜的时间为5-7天，成熟生物膜时间为20天左右，而本发明的固定化微生物橡胶颗粒填料开始挂膜的时间为3-4天，成熟生物膜时间为10天左右)，提高了生物反应器内微生物细胞的浓度和纯度，保持高效微生物，有利于反应器的固液分离，也有利于氨氮和高浓度有机物或某些难降解物质的去除；(3)本发明的固定化微生物橡胶颗粒填料中不但含有橡胶颗粒，还含有微生物酶制剂，因此在保持了橡胶颗粒原有的优点外，微生物的活性很好，所述填料能够依靠丰富的酶降解有机污染物，缩短循化时间，所以用于污水处理时对水质的适应性强；(4)本发明的固定化微生物橡胶颗粒填料中，所述橡胶颗粒、包埋剂以及所述微生物酶制剂之间的质量比优选4.5∶35∶0.05，按这种比例制得的填料生物膜稳定性最好，挂膜启动最快；(5)本发明的固定化微生物橡胶颗粒填料中，所述包埋剂为聚乙烯醇和海藻酸钠，其最佳配比为50∶1，这种配比的包埋剂对橡胶颗粒及微生物酶制剂的包埋效果最好；(6)本发明的固定化微生物橡胶颗粒填料制备方法简单，原料便宜，且所制备的填料处理污水效果好，具有很强的实用性和推广性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明的微生物酶制剂的扫描电子显微镜图(SEM图)；
图2是本发明的橡胶颗粒的SEM图；
图3是本发明的固定化微生物橡胶颗粒填料的SEM图。
具体实施方式
以下实施例中各原料的来源如下：聚乙烯醇和海藻酸钠均由天津市福晨化学试剂厂生产，为实验室试剂；微生物酶制剂由欧洲微邦集团生产。
实施例1
本发明的固定化微生物橡胶颗粒填料，包括作为载体的橡胶颗粒，包埋剂以及用于提供微生物的微生物酶制剂，所述橡胶颗粒与所述包埋剂以及与所述微生物酶制剂相互作用形成合成高分子凝胶，将所述微生物酶制剂中的微生物包埋固定在凝胶网络中，形成所述固定化微生物的橡胶颗粒填料，在本实施例中所用的微生物酶制剂为碳化菌体，参见图1，其粒径为0.5-1mm，所用的橡胶颗粒的直径为5-8毫米(参见图2)，所用的包埋剂为聚乙烯醇，其中橡胶颗粒、聚乙烯醇和碳化菌体的质量比为3∶30∶0.02。
本实施例的固定化微生物橡胶颗粒填料的制备方法如下：(1)橡胶颗粒的制备：将80％的旧轮胎粉末和20％的乙烯-醋酸乙烯(EVA)混合搅拌，并压缩成直径为5-8毫米的颗粒；(2)将300千克聚乙烯醇配成溶液；(3)将0.2千克碳化菌体的干粉加入去离子水中搅匀，然后加入所述步骤(2)的溶液中，继续搅拌至均匀，得到胶体；(4)将所述步骤(1)的橡胶颗粒30千克和所述步骤(3)的胶体混合，然后放置于摇床，在25℃，转速130r/min条件下交联反应24小时，然后取出，用生理性盐水冲洗三次，在室温下保存于去离子水中备用，得到所述固定化微生物橡胶颗粒填料，图3为所述固定化微生物橡胶颗粒填料的SEM图。
本实施例中的固定化微生物橡胶颗粒填料用于处理污水中的有机物的方法：将所述固定化微生物橡胶颗粒填料按10％-15％的比例投加到生物膜流化床池，再将污水引入到污水处理装置中，使所述固定化微生物橡胶颗粒填料在曝气器的搅拌下上下翻滚形成流态，通过微生物产生的酶将水中的有机物转化降解，实验表明经过12天的培养，停留时间为4.8小时，污水中的有机物去除率达到99％以上。
对比例1
在该对比例中，用普通的橡胶颗粒填料(即背景技术中本申请人所使用的橡胶粉)处理污水中的有机物，实验条件与实施例1相同，则需要经过20天的培养，，停留时间为5.8小时，污水中的有机物去除率达到92％以上。
实施例2
本实施例与实施例1的不同点仅在于橡胶颗粒、聚乙烯醇和碳化菌体的质量比为6.5∶38∶0.08，其他均与实施例1相同，不再赘述。
实施例3
在本实施例中所用的微生物酶制剂为碳化菌体，参见图1，其粒径为0.5-1mm，所用的橡胶颗粒的直径为5-8毫米(参见图2)，所用的包埋剂为聚乙烯醇和海藻酸钠，其中橡胶颗粒、包埋剂和碳化菌体的质量比为4.5∶35∶0.05，聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为50∶1。
本实施例的固定化微生物橡胶颗粒填料的制备方法如下：(1)橡胶颗粒的制备：将80％的旧轮胎粉末和20％的乙烯-醋酸乙烯(EVA)和活性炭混合搅拌，并压缩成直径为5-8毫米的颗粒；(2)聚乙烯醇和海藻酸钠的总质量为350千克，将聚乙烯醇和海藻酸钠按50∶1的质量比配成溶液，；(3)将0.5千克碳化菌体的干粉加入去离子水中搅匀，然后加入所述步骤(2)的溶液中，继续搅拌至均匀，得到胶体；(4)将所述步骤(1)的橡胶颗粒45千克和所述步骤(3)的胶体混合，然后放置于摇床，在25℃，转速130r/min条件下交联反应48小时，然后取出，用生理性盐水冲洗三次，在室温下保存于去离子水中备用，得到所述固定化微生物橡胶颗粒填料。
本实施例中的固定化微生物橡胶颗粒填料用于处理污水中的有机物的方法：将所述固定化微生物橡胶颗粒填料按10％-15％的比例投加到生物膜流化床池内，再将污水引入到污水处理装置中，使所述固定化微生物橡胶颗粒填料在曝气器的搅拌下上下翻滚形成流态，通过微生物产生的酶将水中的有机物转化降解，实验表明经过10的培养，停留时间为4.8小时，污水中的有机物去除率达到99％以上。
实施例4
本实施例与实施例3的不同点在于所用的微生物酶制剂为硝化菌体干粉，粒径0.5-1mm，聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为70∶1。
本实施例中的固定化微生物橡胶颗粒填料用于处理污水中的氨氮的方法：将所述固定化微生物橡胶颗粒填料按10％-15％的比例投加到生物膜流化床池内，再将污水引入到污水处理装置中，使橡胶颗粒固定化微生物填料在曝气器的搅拌下上下翻滚形成流态，实验表明经过15天的培养，污水中的氨氮去除率达到92％以上。
实施例5
在本实施例中所用的微生物酶制剂为硝化菌体，其粒径为0.5-1mm，所用的橡胶颗粒的直径为5-8毫米(参见图2)，所用的包埋剂为聚乙烯醇和海藻酸钠，其中橡胶颗粒、包埋剂和碳化菌的质量比为4∶36∶0.08，聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为40∶1。
本实施例的固定化微生物橡胶颗粒填料的制备方法如下：(1)橡胶颗粒的制备：将80％的旧轮胎粉末和20％的乙烯-醋酸乙烯(EVA)和活性炭混合搅拌，并压缩成直径为5-8毫米的颗粒；(2)聚乙烯醇和海藻酸钠的总质量为360千克，将聚乙烯醇和海藻酸钠按40∶1的质量比配成溶液；(3)将0.8千克硝化菌体的干粉加入去离子水中搅匀，然后加入所述步骤(2)的溶液中，继续搅拌至均匀，得到胶体；(4)将所述步骤(1)的橡胶颗粒40千克和所述步骤(3)的胶体混合，然后放置于摇床，在25℃，转速130r/min条件下交联反应48小时，然后取出，用生理性盐水冲洗三次，在室温下保存于去离子水中备用，得到所述固定化微生物橡胶颗粒填料。
本实施例中的固定化微生物橡胶颗粒填料用于处理污水中的氨氮的方法：将所述固定化微生物橡胶颗粒填料按10％-15％的比例投加到生物膜流化床池内，再将污水引入到污水处理装置中，使橡胶颗粒固定化微生物填料在曝气器的搅拌下上下翻滚形成流态，通过硝化菌的硝化作用完成污水中氨氮的去除，实验表明经过15天的培养，污水中的氨氮去除率达到92％以上。
对比例2
在该对比例中，使用普通的橡胶颗粒填料(即背景技术中本申请人所使用的橡胶粉)处理污水中的氨氮，实验条件与实施例5相同，则需要经过25天的培养，污水中的氨氮去除率达到85％以上。
通过上述对比例可以看出本发明实施例的固定化微生物橡胶颗粒填料处理污水的时间大大缩短，运行稳定，处理效率高。
从以上实施例可以看出本发明通过对现有的普通橡胶颗粒填料进行包埋处理使橡胶颗粒、包埋剂以及微生物酶制剂之间相互作用，并通过对包埋剂的选择以及对各组分配比的改进，从而提高了本发明的固定化微生物橡胶颗粒填料的生物膜稳定性和挂膜启动速度，缩短了污水处理的时间，在实际污水处理中达到了良好的效果和经济效益，实用性强。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种固定化微生物橡胶颗粒填料，其特征在于：所述填料包括作为载体的橡胶颗粒，包埋剂以及用于提供微生物的微生物酶制剂，其中，所述橡胶颗粒与所述包埋剂以及与所述微生物酶制剂相互作用形成合成高分子凝胶，将所述微生物酶制剂中的微生物包埋固定在凝胶网络中，形成所述固定化微生物的橡胶颗粒填料。
2.根据权利要求1所述的固定化微生物橡胶颗粒填料，其特征在于：所述橡胶颗粒由80％的旧轮胎粉末和20％的添加剂混合并压缩成颗粒制得。
3.根据权利要求2所述的固定化微生物橡胶颗粒填料，其特征在于：所述添加剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物或活性炭或两者的混合物。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的固定化微生物橡胶颗粒填料，其特征在于：所述橡胶颗粒、包埋剂以及所述微生物酶制剂之间的质量比为(3～6.5)∶(30～38)∶(0.02～0.08)。
5.根据权利要求4所述的固定化微生物橡胶颗粒填料，其特征在于：所述橡胶颗粒、包埋剂以及所述微生物酶制剂之间的质量比为4.5∶35∶0.05。
6.根据权利要求1所述的固定化微生物橡胶颗粒填料，其特征在于：所述包埋剂为聚乙烯醇和海藻酸钠的混合物。
7.根据权利要求6所述的固定化微生物橡胶颗粒填料，其特征在于：所述包埋剂中聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为(40～70)∶1。
8.根据权利要求7所述的固定化微生物橡胶颗粒填料，其特征在于：所述聚乙烯醇和海藻酸钠的质量比为50∶1。
9.一种制备权利要求1-8中任意一项所述的固定化微生物橡胶颗粒填料的方法，其特征在于：包括以下步骤，
(1)将包埋剂配成溶液待用；
(2)将微生物酶制剂配成溶液与步骤(1)的溶液混合，搅拌均匀后得到胶体；
(3)将橡胶颗粒与步骤(2)得到的所述胶体混合使之发生交联反应，即得到所述固定化微生物的橡胶颗粒填料。
10.权利要求1-8中任意一项所述的固定化微生物橡胶颗粒填料在污水处理中的应用。
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Granted publication date: 20120905 Termination date: 20201021 |
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