CN103951030A - 一种硫氧化细菌固定式生物活性填料、制备及应用 - Google Patents

Abstract

一种硫氧化细菌固定式生物活性填料、制备及应用，属于水处理技术领域。硫氧化细菌固定式生物活性填料由包埋体和载体两部分组成：载体由多层聚乙烯醇无纺布和一层纺织物缝制而成；包埋体由细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合而成的包埋液经硼酸交联固定而成；将载体浸泡于包埋液中，通过硼酸二次交联，载体与包埋体能牢固的粘合在一起，包埋体透过纺织物网孔形成铆固结构，包埋体不易脱落，纺织物良好的抗拉性能提高了生物活性填料的整体稳定性。载体安装于预制框架上并放置于反应器中，不仅可以有效解决硫氧化细菌附着能力差、易流失等问题，还可以提高反应器处理能力，缩短启动时间。

Description

一种硫氧化细菌固定式生物活性填料、制备及应用

技术领域

本发明属于水处理领域，特别涉及一种硫氧化细菌固定式生物活性填料制备及应用。

背景技术

随着我国工业的快速发展，在炼油、焦化、制药及石油化工等行业中常有含硫化物的废水大量排出。目前针对水中硫化物的处理大致包含物化法和生物氧化法，而生物氧化法由于具有无需投加化学药剂、去除效率高、生物污泥量产生少、无二次污染等优势，逐步成为含硫废水处理的主要方法和研究重点。利用硫氧化细菌的生物代谢功能对含硫废水进行处理时，常常由于进水硫化物浓度高而使反应器内的功能微生物的代谢活动受到抑制，致使功能微生物需要很长的适应期，而且由于硫氧化细菌的附着性能不强，极易随出水流失，所以要在反应器中保持高浓度硫氧化细菌浓度也十分不易。近年来，许多学者开始采用填料挂膜的形式来试图保持反应器中硫氧化细菌的生物量，但由于传统填料的局限性，在实际废水处理实践中收效甚微。于是，一些学者开始了硫氧化细菌的固定化技术。

微生物细胞固定化技术可以在短时间内大幅度提高水处理单元中功能微生物的生物量和细胞浓度，使反应器的启动时间缩短、微生物流失量降低、对原水酸碱度、毒性、盐度等变化的适应能力明显增强。利用微生物细胞固定化技术能够创建稳定的特定功能微生物的生态优势，产生预期的物质代谢过程，在水处理领域显示出巨大的应用前景。常见的微生物细胞固定化方法有吸附法、交联法和包埋法。其中，以包埋法最为常用，已成功地用于微生物细胞包埋的材料有聚乙烯醇、琼脂、K-卡拉胶、明胶、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚氨酯等。上述包埋材料具有传质性能好、不易被生物分解、性能稳定、机械强度高、使用寿命长、价格低、对微生物无毒等优点。

目前，传统的细菌包埋方法研究集中在如何将细菌与包埋材料稳定结合在一起，形成包埋体，例如微球、包埋块等。操作方法虽然简单，但局限性较大，无法理想的应用到工程实际当中。我们经过多年研究，在传统的包埋方法上做了改进，将包埋体与载体结合在一起，形成整体的生物活性填料。包埋体和载体的有机结合，使生物活性填料具有更多的性能，其结合了单纯微生物细菌与包埋材料所具有的优点。

通过包埋体与载体的结合而制备出的活性填料具有巨大的应用优势和广阔的应用空间。填料结构形式和固定化技术的选择应用直接决定了生物活性填料的应用效果和使用寿命。经过试验研究比较，我们发现基于传统填料结构形式和包埋方法而制备出的生物活性填料在试验应用中效果并不理想，存在着生物活性填料整体稳定性差、包埋体容易脱落和水溶等诸多问题。针对上述问题，我们开发出一种整体稳定性好的硫氧化细菌固定式生物活性填料具有广泛的应用前景。

发明内容

针对上述问题，我们提出了一种整体稳定性好的硫氧化细菌固定化生物活性填料制备方法，由此方法制备出的生物活性填料具有填料结构稳定性好、抗水流冲击作用强、细菌优势地位建立时间短及生物群落结构维持时间长等优点。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

多层无纺布和一层纺织物叠加在一起的载体被含有硫氧化细菌的包埋体包埋，使无纺布与无纺布之间、无纺布与纺织物之间均有包埋体，载体被包埋体包埋后的厚度可为3.5mm-11mm，将此包埋载体固定在框架上，多个被包埋体包埋的载体以纺织物为支撑平行地固定在预制框架上。

固定式生物活性填料的制备步骤如下：

（1）将硫氧化细菌菌悬液离心浓缩至细胞浓度为10⁹个/mL，得到包埋用细菌浓缩液；

（2）将聚乙烯醇加入超纯水后加热至85℃，溶解15min。将溶解的聚乙烯醇溶液取出并搅拌均匀后再加热5min，搅拌均匀。

（3）将步骤（2）中的聚乙烯醇溶液冷却至30℃并与步骤（1）得到细菌浓缩液充分混合，得到包埋液，包埋液中聚乙烯醇的质量浓度可为80g/L-150g/L；

（4）将多层聚乙烯醇无纺布与一层纺织物叠在一起，得到包埋载体；

（5）将步骤（4）得到的载体浸泡于步骤（3）所得到的包埋液中15min，然后将其置于饱和硼酸中交联1.5h后取出调节硼酸溶液pH值在8-10之间进行二次交联，二次交联时间为5h，二次交联结束后用清水冲洗，然后将纺织物固定在预制框架（预制框架为正方体或长方体，框架的外形尺寸可为0.3m-2m）上即完成固定式生物活性填料的制备过程。填料的厚度可根据无纺布载体层数的不同而变化，可为3.5mm-11mm。

上述固定式生物活性填料用于水处理。

本发明所述固定式生物活性填料的有益效果体现在：

（1）所采用无纺布的主要成分为聚乙烯醇纤维，经过硼酸二次交联法交联固化填料，载体与包埋体能牢固的粘合在一起，包埋体层通过纺织物网孔形成铆固结构，包埋体不易脱落，生物活性填料可稳定运行3年以上；

（2）所采用纺织物强度高、耐酸碱能力强，制备的生物活性填料抗水流冲击能力强；

（3）生物活性填料由于网状骨架结构的存在使包埋体实现结构厚度较小的同时又增强了整体结构对水处理运行环境变化的适应性，较小的厚度能实现较高的传质效率和包埋体较高的利用率，如果用包埋体自身材料做成如此厚度无法在水处理工艺处理单元里实现良好的填料性能；

（4）包埋体交联固定采用聚乙烯醇-硼酸二次交联法，可以有效的降低细菌生物量的损失，有利于保持细菌活性和功能微生物的数量。

（5）固定化生物活性填料的硫氧化细菌包菌量大，硫氧化细菌可以在短时间内建立菌群优势，处理效率高、稳定性好。

附图说明

图1为固定式生物活性填料整体及局部剖面示意图，图中：1为无纺布，2为包埋体，3为纺织物，4为预制框架。

具体实施方式

下面结合实施案例对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。

（1）将扩增培养后的硫氧化细菌离心浓缩至细胞浓度达到3.5×10⁹个/mL，得到细菌浓缩液，取15.0L硫氧化细菌浓缩液备用；

（2）将6.0kg聚乙烯醇溶于35L超纯水后加热至85℃，溶解15min。将溶解的聚乙烯醇溶液取出并搅拌均匀后再加热5min，搅拌均匀。

（3）将步骤（2）中的聚乙烯醇溶液冷却至30℃并与步骤（1）得到的硫氧化细菌浓缩液充分混合，加水定容到50L得到包埋液，该包埋液中聚乙烯醇的质量浓度为100g/L；

（4）将四层聚乙烯醇无纺布与一层纺织物（纺织物两侧各两层无纺布）叠在一起，得到包埋载体；

（5）将步骤（4）得到的包埋载体置于步骤（3）得到的包埋液中浸泡15min，然后将其置于饱和硼酸中交联1.5h后取出，调节硼酸溶液pH值在8-10之间进行二次交联，二次交联时间为5h，二次交联结束后用清水冲洗，然后利用纺织物将填料平行倾斜地固定在预制框架上即完成硫氧化细菌固定式生物活性填料的制备。

（6）固定式生物活性填料的应用：将硫氧化细菌生物活性填料通过固定式方式安置于500L的方形有机玻璃反应器中，该反应器长为1.0m，宽为0.5m，高为1.0m，框架长为0.9m，宽为0.4m，高为1.0m，固定式片状填料长1.0m，宽0.4m，固定式间距为10cm。水温为24℃-26℃，HRT=0.4h，DO为1.0-2.5mg/L，采用硫酸盐还原反应器出水作为进水，硫化物浓度为348-394mg/L。每天测定反应器的脱硫效果，出水检测结果表明，反应器运行到第七天，出水中硫化物的浓度稳定在浓度为9.3-15.8mg/L，去除率保持在94%以上，反应器连续运行1年，反应器生物脱硫效果稳定。

Claims (5)

1.一种硫氧化细菌固定式生物活性填料，其特征在于：多层无纺布和一层纺织物叠加在一起的载体被含有硫氧化细菌的包埋体包埋，使无纺布与无纺布之间、无纺布与纺织物之间均有包埋体，将此包埋载体固定在框架上。

2.按照权利要求1的一种硫氧化细菌固定式生物活性填料，其特征在于：载体被包埋体包埋后的厚度为3.5mm-11mm。

3.按照权利要求1的一种硫氧化细菌固定式生物活性填料，其特征在于：多个被包埋体包埋的载体以纺织物为支撑平行地固定在预制框架上。

4.制备权利要求1的一种硫氧化细菌固定式生物活性填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将硫氧化细菌菌悬液离心浓缩至细胞浓度为10⁸-10⁹个/mL，得到包埋用细菌浓缩液；

（2）聚乙烯醇加热溶解于水中，得到聚乙烯醇溶液；

（3）将步骤（2）中的聚乙烯醇溶液冷却至30℃并与步骤（1）得到细菌浓缩液按一定比例充分混合，得到包埋液；

（4）将多层聚乙烯醇无纺布与一层纺织物叠在一起，得到包埋载体；

（5）将步骤（4）得到的载体浸泡于步骤（3）所得到的包埋液中15min，然后将其置于饱和硼酸中交联1.5h后取出调节硼酸溶液pH值在8-10之间进行二次交联，二次交联时间为5h，二次交联结束后用清水冲洗，然后利用纺织物固定在预制框架上即完成固定式生物活性填料的制备过程。

5.权利要求1的一种硫氧化细菌固定式生物活性填料用于水处理。