CN103951041A - 一种三明治型多层固定化生物活性填料制备及应用 - Google Patents

一种三明治型多层固定化生物活性填料制备及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN103951041A
CN103951041A CN201410137333.9A CN201410137333A CN103951041A CN 103951041 A CN103951041 A CN 103951041A CN 201410137333 A CN201410137333 A CN 201410137333A CN 103951041 A CN103951041 A CN 103951041A
Authority
CN
China
Prior art keywords
filler
embedding
woven fabrics
sandwich
type multilayer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410137333.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103951041B (zh
Inventor
杨宏
管清坤
尚海源
吴城锋
王猛
陈伟
鄢琳
王小乐
孟婷
陶慕翔
胡希佳
赵月兰
王玉洁
姚仁达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Science and technology innovation service center of Hunan Miluo circular economy industrial park
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201410137333.9A priority Critical patent/CN103951041B/zh
Publication of CN103951041A publication Critical patent/CN103951041A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103951041B publication Critical patent/CN103951041B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Abstract

一种三明治结构固定化生物活性填料制备及应用，属于水处理技术领域。生物活性填料由包埋体和无纺布载体两部分组成；包埋体由包埋液经硼酸二次交联固化得到；包埋体和无纺布载体相间排布；无纺布载体的维丝与包埋体结合为一个稳定的有机整体，将由细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合而成的包埋液均匀涂布于无纺布载体上，多层载体叠加在一起，经硼酸二次交联固定后形成类似三明治结构的层状填料，再经切割制成颗粒状生物活性填料。本发明解决了传统生化法中细菌浓度低、易流失等问题，而且无纺布和包埋体形成的类似三明治层状结构提高了生物活性填料的稳定性，具有良好的应用前景。

Description

一种三明治型多层固定化生物活性填料制备及应用
技术领域
本发明涉及水处理中一种三明治结构固定化生物活性填料制备及应用，属于水处理领域。
背景技术
微生物细胞固定化技术可以大幅度提高微生物浓度、使微生物不易流失、缩短反应器启动时间、纯化和创造特性细菌的生态优势，并且固定化后的生物活性填料抗毒性和耐酸碱、耐盐能力明显增强，具有良好的应用前景。微生物细胞常用的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。上述包埋材料具有对微生物无毒性、传质性能好、不易被生物分解、性质稳定、机械强度高、寿命长、价格低等特点。
目前，传统的细菌包埋方法是将细菌与包埋材料结合在一起，形成包埋体，例如微球、包埋块等。此方法操作简单，但局限性大，制备的微球、包埋块容易发生水溶膨胀的问题，微球、包埋块在使用过程中机械强度会因水溶膨胀而大大减弱，甚至会出现破碎的现象，因而缩短了填料的使用寿命，无法理想地应用到工程实际当中。实验研究表明，利用现有的拉西环、鲍尔环、阶梯环、悬浮改性填料等传统载体与包埋体通过粘附方式结合起来制得的填料均存在整体稳定性差、包埋体容易脱落、细菌易流失等问题。因此提高填料的整体稳定性才是填料长期稳定高效运行的关键。
发明内容
针对上述问题，本发明开发出一种三明治型多层固定化生物活性填料，其特征在于，该填料是由包埋体和无纺布载体两部分组成，无纺布载体和包埋体相间排布，包埋体由包埋液经硼酸二次交联固化得到，填料整体固化后切割至颗粒状生物活性填料，无纺布载体的纤维丝与包埋体材料牢固结合构成一个稳定的有机整体，生物活性填料呈三明治层状结构，稳定性好。由于包埋体和无纺布的有机结合，生物活性填料具有更多的性能，其继承了原有单纯细菌与包埋材料的所有优点；制备的颗粒状生物活性填料具有各种载体所具有的特性，例如流动性强、比表面积大、不易堵塞等优点。
一种三明治型多层固定化生物活性填料的制备步骤如下：
（1）将细菌菌悬液离心浓缩浓度至108-109个/mL，得到细菌浓缩液；
（2）将聚乙烯醇加热至90℃溶解于水，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）得到的细菌浓缩液按一定比例充分混合，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）本填料采用聚乙烯醇无纺布（无纺布规格可为40g/m2-200g/m2），将步骤（3）得到的包埋液均匀涂抹在无纺布载体上，将涂有包埋液的无纺布多层叠加在一起，经饱和硼酸交联1.5h后取出，调节硼酸溶液pH值至8-10进行第二次交联，二次交联时间为5h，二次交联结束后用清水冲洗，随后将其切割成正方体（边长可为5mm-10mm）、长方体（长宽可为5mm-20mm）或圆柱体（底面直径可为5mm-10mm）即完成固定化生物活性填料的制备过程，填料整体厚度可根据载体层数的不同而变化，制备完成后的填料厚度可为3mm-10mm。
本发明的三明治型多层固定化生物活性填料用于水处理。
本发明所述的三明治结构多层固定化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，通过硼酸二次交联法交联固化填料，无纺布载体的立体不规则纤维丝与包埋体材料结合为一个稳定的有机整体，多层无纺布的应用起到了在不影响传质的情况下保持填料整体结构稳定的作用，生物活性填料可稳定运行3年以上；
（2）最终制备成的生物活性填料产品为颗粒状，在水中曝气搅拌作用下呈悬浮状态，流化状态好，有利于生物活性填料与底物的充分接触；
（3）在填料交联过程中，包埋体外层会形成一层致密的膜，阻碍底物传递，因此本发明采用先整体固化，填料成型后切割成颗粒状生物活性填料，减少了致密膜的形成；
（4）三明治结构的设计，使包埋体置于无纺布之间，有效地减少了填料使用过程中包埋体之间的相互摩擦；
（5）生物活性填料有效比表面积大、底物传质效率高，细菌能在短时间内形成菌群优势，缩短启动时间。
附图说明
图1为正方体颗粒状三明治结构固定化生物活性填料三维示意图，图中：1、无纺布，2、包埋体。
图2为长方体颗粒状三明治结构固定化生物活性填料三维示意图，图中：1、无纺布，2、包埋体。
图3为圆柱体颗粒状三明治结构固定化生物活性填料三维示意图，图中：1、无纺布，2、包埋体。
具体实施方式
现以硝化细菌为例进一步描述本发明，该实施方式旨在进一步举例说明硝化细菌固定化生物活性填料、制备及使用，但是本发明的实施方式不限于此。
（1）将驯化后的硝化细菌菌悬液经离心浓缩后得到硝化细菌浓缩液，取45L离心后含菌量为7.5x108个/mL的硝化细菌浓缩液备用；
（2）取30.0kg聚乙烯醇水浴加热至90℃加热溶解于200L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）得到的细菌浓缩液充分混合，加水定容到300L得到包埋液，该包埋液中聚乙烯醇质量浓度为100g/L；
（4）将步骤（3）得到的包埋液均匀涂抹到聚乙烯醇无纺布载体上，四层载体叠加在一起，经饱和硼酸交联1.5h后取出，调节硼酸溶液pH值至8-10进行第二次交联，二次交联时间为5h，二次交联结束后填料厚度为6mm-7mm，清洗后将其切割成长、宽各为10mm的长方体颗粒块即完成硝化细菌固定化生物活性填料的制备过程；
（5）生物活性填料的应用：向800L的反应器中投加步骤（4）得到的三明治结构物填料，填充率为46.7%，水温25±1℃，HRT2.5h，pH7.5-8.5，NH4 +-N进水浓度为100±5mg/L，生物活性填料在曝气充氧的作用下被搅拌呈悬浮流化状态，反应器中溶解氧基本维持在3.0±0.5mg/L，定时测定反应器的出水氨氮浓度。出水检测结果表明：反应器在10天后出水基本稳定，出水NH4 +-N浓度稳定在1.0mg/L以下，去除率在99%以上。生物填料连续运行3年，硝化效果稳定。

Claims (6)

1.一种三明治型多层固定化生物活性填料，其特征在于，该填料是由无纺布载体和包埋体两部分组成，无纺布载体和包埋体相间排布，填料整体固化后切割至颗粒状，无纺布载体的纤维丝与包埋体材料牢固结合构成一个稳定的有机整体，生物活性填料呈三明治层状结构。
2.按照权利要求1的一种三明治型多层固定化生物活性填料，其特征在于，三明治型多层固定化生物活性填料呈正方体、长方体或圆柱体。
3.按照权利要求2的一种三明治型多层固定化生物活性填料，其特征在于，所述的正方体的边长为5mm-10mm；长方体与无纺布载体平行的面的长宽为5mm-20mm，垂直面的高为3mm-10mm；所述的圆柱体底面平行于无纺布载体，底面直径可为5mm-10mm，圆柱体的高为3mm-10mm。
4.制备权利要求1的一种三明治型多层固定化生物活性填料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将细菌菌悬液离心浓缩至细菌浓度108-109个/mL；
（2）将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℃与步骤（1）得到的细菌浓缩液按一定比例充分混合，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）将步骤（3）得到的包埋液均匀涂抹在无纺布载体上，将涂有包埋液的无纺布多层叠加在一起，经饱和硼酸交联1.5h后取出，调节硼酸溶液pH值在8-10之间进行第二次交联，二次交联5h后用清水冲洗填料，随后将其切割至颗粒状生物活性填料。
5.按照权利要求4的方法，其特征在于，无纺布载体表面积密度为40g/m2-200g/m2。
6.权利要求1的三明治型多层固定化生物活性填料用于水处理。
CN201410137333.9A 2014-04-04 2014-04-04 一种三明治型多层固定化生物活性填料制备及应用 Active CN103951041B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410137333.9A CN103951041B (zh) 2014-04-04 2014-04-04 一种三明治型多层固定化生物活性填料制备及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410137333.9A CN103951041B (zh) 2014-04-04 2014-04-04 一种三明治型多层固定化生物活性填料制备及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103951041A true CN103951041A (zh) 2014-07-30
CN103951041B CN103951041B (zh) 2016-04-20

Family

ID=51328434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410137333.9A Active CN103951041B (zh) 2014-04-04 2014-04-04 一种三明治型多层固定化生物活性填料制备及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103951041B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108126514A (zh) * 2017-08-15 2018-06-08 云南万魁生物科技有限公司 一种用于净化空气的垫子
CN110642392A (zh) * 2019-10-19 2020-01-03 闽南师范大学 一种牡蛎壳基水体净化生物制剂及其制备方法
CN110776103A (zh) * 2019-09-30 2020-02-11 中冶华天工程技术有限公司 利用固定化微囊藻吸附膜系统和制备方法
CN111099745A (zh) * 2019-12-26 2020-05-05 厦门纳莱科技有限公司 一种高效电纺纤维生物膜及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103194437A (zh) * 2013-04-12 2013-07-10 北京工业大学 一种聚乙烯醇-硼酸二次交联完成细菌固定化的方法
CN103657399A (zh) * 2012-09-06 2014-03-26 中国石油化工股份有限公司 一种高分子活性炭复合填料的制造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103657399A (zh) * 2012-09-06 2014-03-26 中国石油化工股份有限公司 一种高分子活性炭复合填料的制造方法
CN103194437A (zh) * 2013-04-12 2013-07-10 北京工业大学 一种聚乙烯醇-硼酸二次交联完成细菌固定化的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄霞等: ""固定化优势菌种处理焦化废水中几种难降解有机物的试验研究"", 《中国环境科学》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108126514A (zh) * 2017-08-15 2018-06-08 云南万魁生物科技有限公司 一种用于净化空气的垫子
CN108126514B (zh) * 2017-08-15 2024-03-15 云南万魁生物科技有限公司 一种用于净化空气的垫子
CN110776103A (zh) * 2019-09-30 2020-02-11 中冶华天工程技术有限公司 利用固定化微囊藻吸附膜系统和制备方法
CN110776103B (zh) * 2019-09-30 2022-04-22 中冶华天工程技术有限公司 利用固定化微囊藻吸附膜系统和制备方法
CN110642392A (zh) * 2019-10-19 2020-01-03 闽南师范大学 一种牡蛎壳基水体净化生物制剂及其制备方法
CN111099745A (zh) * 2019-12-26 2020-05-05 厦门纳莱科技有限公司 一种高效电纺纤维生物膜及其制备方法
CN111099745B (zh) * 2019-12-26 2022-01-11 厦门纳莱科技有限公司 一种高效电纺纤维生物膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103951041B (zh) 2016-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103951041B (zh) 一种三明治型多层固定化生物活性填料制备及应用
CN103951074B (zh) 一种以聚乙烯醇纤维为骨架材料的颗粒状反硝化细菌固定化生物活性填料制备及应用
CN103951081B (zh) 一种固定式生物活性填料制备及应用
CN103951050B (zh) 一种基于网状载体的反硝化细菌固定化直筒状生物活性填料制备及应用
CN103951079A (zh) 一种基于聚氨酯载体的反硝化细菌固定化生物活性填料的制备及应用
CN103951071B (zh) 一种基于网状载体的固定化固定式生物活性填料制备及应用
CN103951033A (zh) 一种硫氧化细菌三明治型多层固定化生物活性填料、制备及应用
CN103952391A (zh) 一种以立体三维网状聚乙烯醇纤维为骨架材料的颗粒状固定化生物活性填料制备及应用
CN103951087A (zh) 一种硫酸盐还原菌三明治型多层固定化生物活性填料、制备及应用
CN103951038A (zh) 一种氨氧化细菌三明治型多层固定化生物活性填料制备及应用
CN103951053B (zh) 一种厌氧氨氧化细菌三明治型多层固定化生物活性填料、制备及应用
CN103951077B (zh) 一种以聚乙烯醇纤维为骨架材料的氨氧化细菌固定化颗粒状生物活性填料制备及应用
CN103951086B (zh) 一种聚乙烯醇纤维为骨架材料的颗粒状硫氧化细菌固定化生物活性填料制备及应用
CN104108799B (zh) 一种基于网状载体的硫酸盐还原菌固定化固定式生物活性填料制备及应用
CN104108798B (zh) 一种硫酸盐还原菌固定式生物活性填料、制备及应用
CN103952390A (zh) 一种聚乙烯醇纤维为骨架材料的颗粒状硫酸盐还原菌固定化生物活性填料制备及应用
CN103951080B (zh) 一种颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料、制备及应用
CN103951030B (zh) 一种硫氧化细菌固定式生物活性填料、制备及应用
Lin et al. Mathematical model of L-lactic acid fermentation in a RDC coupled with product separation by ion exchange
CN103951072B (zh) 一种基于网状载体的硫氧化细菌固定化星形生物活性填料制备及应用
CN103951083B (zh) 一种氨氧化细菌固定式生物活性填料、制备及应用
Young et al. Conformational model of active transport: role of protons
CN103951049B (zh) 一种厌氧氨氧化细菌固定式生物活性填料、制备及应用
CN103951073B (zh) 一种基于网状载体的氨氧化细菌固定化星形生物活性填料制备及应用
CN103951078A (zh) 一种基于网状载体的反硝化细菌固定化星形生物活性填料制备及应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200821

Address after: Room 302, No. 8319, Yanshan Road, Bengbu City, Anhui Province

Patentee after: Bengbu Lichao Information Technology Co.,Ltd.

Address before: 100124 Chaoyang District, Beijing Ping Park, No. 100

Patentee before: Beijing University of Technology

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201203

Address after: 414400 100m northwest of the intersection of Longzhou North Road and Longzhou South Road, Miluo City, Yueyang City, Hunan Province

Patentee after: Science and technology innovation service center of Hunan Miluo circular economy industrial park

Address before: Room 302, No. 8319, Yanshan Road, Bengbu City, Anhui Province

Patentee before: Bengbu Lichao Information Technology Co.,Ltd.