CN103951052A - 一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料制备及应用 - Google Patents

Abstract

一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌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聚氨酯载体两部分组成：聚氨酯泡沫载体的多孔结构，可为微生物提供非常良好的、相对安定的生存环境，有利于微生物的附着、繁殖；包埋液由硫氧化细菌菌悬液和聚乙烯醇溶液混合制成；采用整张聚氨酯泡沫作为包埋载体，通过挤压等方式使包埋液浸入聚氨酯泡沫内部，经硼酸二次交联后形成包埋体，并结合于聚氨酯载体后，制成符合要求的填料形状得到硫氧化细菌生物活性填料。本发明所制备的硫氧化细菌固定化生物活性填料，不仅解决了硫氧化细菌易流失等问题，还可以缩短反应器的启动时间，具有广阔的应用前景。

Description

一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料制备及应用

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别涉及一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化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，我们开发出一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于开发出一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料，该生物活性填料采用固定化的方式制成，能够维持反应器中硫氧化细菌生物量，而且以聚氨酯泡沫作为载体，聚氨酯泡沫在成型过程中内部形成了很多微孔，可为硫氧化细菌提供非常良好的、相对安定的生存环境，有利于微生物的附着、繁殖，而且微孔结构可为单质硫的外排提供通道，有利于生物硫的回收利用。根据聚乙烯醇‐硼酸二次交联方法，将硫氧化细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸钙制备成包埋液，聚乙烯醇质量浓度为80-100g/L，碳酸钙质量浓度为10g/L；将包埋液倒入整张聚氨酯泡沫中，反复挤压聚氨酯泡沫，使包埋液进入到聚氨酯泡沫内部，放入饱和硼酸溶液中1‐3h后，调节硼酸溶液pH到8‐10，交联3‐24h，将其取出，洗净表面残留物质，切成符合要求形状；其形状可为边长3‐5mm的正方体，长宽高分别为3‐5mm的长方体，直径3‐5mm、高3‐5mm的圆柱体，得到反硝化细菌生物活性填料。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料，其特征在于，块状的聚氨酯泡沫通过挤压吸附包埋液吸附固载有硫氧化细菌的包埋液固化后进行切割得到的颗粒状生物活性填料。

上述一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将培养后的硫氧化细菌菌悬液离心浓缩，得到10⁸-10⁹个/mL的硫氧化细菌的浓缩液；

（2）将硫氧化细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸钙制备成包埋

液，聚乙烯醇质量浓度为80-100g/L，碳酸钙质量浓度为10-40g/L；

（3）整张聚氨酯泡沫作为包埋载体，通过挤压等方式使包埋液浸入聚氨酯泡沫内部，经硼酸二次交联后形成包埋体，并结合于聚氨酯载体后，洗净表面残留物质，切成符合要求形状；其形状可为长宽高分别为3-5mm的长方体或正方体，直径3-5mm、高3-5mm的圆柱体，得到颗粒状硫氧化细菌生物活性填料。

上述的一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料用于水处理拘束领域。

本发明所述的基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料的有益效果主要体现在：

1.固定化生物活性填料包菌量大，可建立硫氧化细菌的菌群优势，处理效率高。

2.聚氨酯载体在成型过程中会形成很多的内部孔穴，可为硫氧化细菌提供非常良好的、相对安定的生存环境，有利于硫氧化细菌的繁殖、附着。

3.交联结束后将聚氨酯泡沫制成符合要求的行状，避免了交联前切块造成每个填料表面形成一层致密的膜，有利于传质，节省了原料。

4.生物填料形状可为边长3‐5mm的正方体、长宽高分别为3‐5mm的长方体、直径3‐5mm，高3‐5mm的圆柱体等，实验结果表明，此范围大小的生物活性填料不会在填料内部形成死区，填料利用率高。

5.通过挤压方式将包埋体浸入聚氨酯泡沫内部，确保了包埋体能够完全浸入聚氨酯泡沫内部。

6.该聚氨酯载体比表面积大，亲水性好，有助于传质，能提高水处理效果。

7.固定化制得的硫氧化细菌活性填料，整体密度为0.98‐1.05之间，在气提作用下流化状态好，不存在边角堆积，水流短路等问题。

附图说明

图1为聚氨酯载体硫氧化细菌固定化生物活性填料立体示意图；

图中1.包埋体，2.聚氨酯孔穴。

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。

实施例1

1.硫氧化细菌浓缩液的制备

将扩增培养后的硫氧化细菌菌悬液离心浓缩，得到细胞浓度为3.5×10⁹个/mL的硫氧化细菌的浓缩液。

2.包埋液的制备

称取聚乙烯醇5kg，加入25L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，搅拌均匀后再冷却至31±1℃。25L聚乙烯醇溶液和制备好的25L硫氧化细菌浓缩液混合，并加入0.9kg碳酸钙，搅拌均匀后即制成50L包埋液。

3.硫氧化细菌生物活性填料的制备

整张聚氨酯泡沫作为包埋载体，通过浸没挤压方式使包埋液浸入聚氨酯泡沫内部，将含有包埋液的聚氨酯泡沫放入饱和硼酸溶液中，使其处于淹没状态，静置3h，调节溶液pH至9.0，静置4h完成固定化，清洗，并将填料切成边长为0.5cm正方体，即得到硫氧化细菌生物活性填料，此生物活性填料比重为0.98-1.02之间。

4.硫氧化细菌生物活性填料的应用

向500L的反应器中投加硫氧化细菌生物活性填料，填充率为60%，水温为24℃-26℃，HRT=0.5h，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357～416mg/L。反应器通过出水回流方式增加水的上升流速，使生物活性填料在曝气和水力循环的双重作用下成悬浮流化状态，每天测定反应器的脱硫效果。出水检测结果表明，反应器运行一周以后，出水硫化物的含量稳定于10.9～18.2mg/L，去除率保持在95%以上，反应器连续运行1年，反应器生物脱硫效果稳定。

Claims (4)

1.一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料，其特征在于，块状的聚氨酯泡沫通过挤压吸附包埋液吸附固载有硫氧化细菌的包埋液固化后进行切割得到的颗粒状生物活性填料。

2.按照权利要求1的一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料，其特征在于，所述的颗粒状为长宽高分别为3-5mm的长方体或正方体，直径3-5mm、高3-5mm的圆柱体。

3.制备权利要求1或2的一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将培养后的硫氧化细菌菌悬液离心浓缩，得到108-109个/mL的硫氧化细菌的浓缩液；

（2）将硫氧化细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸钙制备成包埋液，聚乙烯醇质量浓度为80-100g/L，碳酸钙质量浓度为10-40g/L；

（3）整张聚氨酯泡沫作为包埋载体，通过挤压等方式使包埋液浸入聚氨酯泡沫内部，经硼酸二次交联后形成包埋体，并结合于聚氨酯载体后，洗净表面残留物质，切成符合要求形状的颗粒状硫氧化细菌生物活性填料。

4.要求1或2的一种基于聚氨酯载体的硫氧化细菌固定化生物活性填料用于水处理技术领域。