CN103951078B - 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 - Google Patents
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Abstract
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，属于水处理技术领域。星形生物活性填料由包埋体和载体两部分组成；载体是以聚乙烯、聚丙烯等为主要材料，并添加聚乙烯醇等亲水材料经热熔或板材热压而成的片形网状载体；再将若干片形的网状载体通过热熔挤压、粘接等方式制成不同形式的星形网状载体；包埋体由包埋液经硼酸交联固化而成，包埋液由反硝化细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合组成，包埋液均匀涂布于网状载体上，经硼酸二次交联固定后结合于网状载体得到反硝化细菌生物活性填料。本发明所制备的反硝化细菌生物活性填料稳定性好，反硝化细菌浓度高，传质效果好，脱氮效率高，性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别涉及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。
背景技术
水体中硝酸盐氮含量的超标，不仅使水环境质量恶化，还会对人类以及其他生物有严重危害作用。目前针对水中硝酸盐氮的处理大致包括物理化学法和生物法。物理化学法虽然简单，但易引起二次污染。目前生物法处理水中的硝酸盐氮，主要是活性污泥法，该脱氮方法存在的主要问题有：反硝化细菌在目前工艺条件下难以形成较强的菌群优势，脱氮效率低，反应器的启动时间长；抗冲击负荷能力差；大量的反硝化细菌在高浓度下，在沉淀池部位易出现大团块污泥上浮，对出水水质有很大的影响。
细菌固定化技术可以大幅度提高细菌浓度，迅速建立细菌的生态优势，产生特性高效反应，缩短了反应器启动时间。微生物细胞常用的固定化方法有吸附法、交联法和包埋法。吸附法固定的微生物量少，微生物与吸附载体之间的结合力不强；交联法对微生物的活性有影响，并且交联剂比较昂贵；传统单纯的包埋细菌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，但使用局限性大，包埋体本身缺乏水处理填料所具有的结构优势，无法理想应用到工程实际当中。
针对上述问题，我们把细菌包埋体和载体填料有机结合在一起，开发出一种整体稳定性好，工艺性能好的反硝化细菌固定化生物活性填料。其具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提出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及其制备方法，并将制备出的反硝化细菌固定化星形生物活性填料应用。该反硝化细菌生物活性填料载体的网状结构设计，使包埋体通过网孔和载体形成整体的铆固结构，包埋体不易脱落，并且包埋体能在网状结构上形成毫米级的薄膜结构，使制得的反硝化生物活性填料整体稳定性好，整体通透性好，传质效果较高。网状载体设计为星形，可使反硝化生物活性填料之间始终处于蓬松状态，利于营养基质的传递和氮气的释放。而且每一翼片上的包埋体受到外界的切向摩擦力较小，保证了反硝化细菌在局部区域较高的细菌浓度，利于提高生物活性填料处理效率，保证其性能稳定。为了实现上述状态，本发明采用了以下技术方案。
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的制备方法，其特征在于：以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS树脂高分子材料为主，添加5wt%-10wt%的聚乙烯醇（PVA）等亲水材料，通过热熔或板材热压的方式，制成片形网状结构载体，其长为0.5-3cm，宽为0.5-3cm，丝径为0.5-2mm，网孔可为正方形、菱形、矩形或圆形。将若干片形的网状载体根据不同角度通过热熔挤压或粘接等方式制成星形网状载体（见图），在同一个星形网状载体中，相邻两片片形的网状载体之间的夹角相同，如三片、四片、五片、六片网状载体，分别采用120°、90°、72°、60°的夹角制成不同形状星形网状载体；以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源，筛选富集反硝化细菌，通过浓缩得到细菌数量108-1010个/mL的反硝化细菌浓缩液。根据聚乙烯醇‐硼酸二次交联方法，将反硝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。将上述包埋液均匀涂布在星形网状载体上，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，得到星形生物活性填料。此反硝化细菌生物活性填料比重在0.90-1.10之间。
上述得到的基于网状载体的反硝化细菌固定化星形生物活性填料用于水处理。
本发明所述的网状载体固定反硝化细菌星形生物活性填料的有益效果主要体现在：
1.网状结构的设计，使反硝化细菌包埋体通过网孔和载体形成整体的铆固结构，细菌包埋体不易脱落，使制得的反硝化细菌生物活性填料整体稳定性好，有利于保持较高的反硝化细菌浓度。
2.网状载体设计为星形，此结构可使反硝化细菌生物活性填料之间始终处于蓬松状态，利于营养基质的传递和氮气的释放。同时也保证了反硝化细菌生物活性填料翼片之间的细菌包埋体受到外界的摩擦力极小，而且每一翼片上的包埋体受到外界的切向摩擦力较小，保证了反硝化细菌在局部区域较高的细菌浓度，利于提高生物活性填料脱氮效率，保证其性能稳定。
3.固定化制得的反硝化细菌固定化星形生物活性填料，比重在0.90-1.10之间，可在反应器中呈现流化状态，利于传质。
4.网状载体由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS树脂为主要材料，添加了聚乙烯醇（PVA）等亲水材料，改善了载体的亲水性，增加了载体与反硝化细菌包埋体粘结的强度，提高了整体的稳定性。
5.反硝化生物活性填料由于网状骨架结构的存在使包埋体可以实现结构厚度较小的同时又不失整体结构对水处理运行环境的变化性，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在水处理工艺处理单元里无法实现良好的填料性能。
6.反硝化细菌生物活性填料的表面积全部为有效面积，避免了材料的浪费。
附图说明
图1为星形反硝化细菌生物活性填料翼片示意图；
图2为Ⅰ‐Ⅰ剖面示意图；
图3为Ⅱ‐Ⅱ剖面示意图；
图4、5、6、7为星形反硝化细菌生物活性填料示意图。
图中1.网丝，2.包埋体。
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.网状载体的制备
以聚丙烯为主要材料，添加5wt%的聚乙烯醇（PVA），制成长为1.0cm，宽为0.5cm的片形网状载体。将六片上述片形载体通过热熔，粘接形成夹角60°的星形网状载体。其网孔形状为直径2mm的正方形，丝径为1mm。
2.反硝化细菌的处理
将已培养好的反硝化细菌菌悬液离心浓缩，得到3.5×109个/mL的反硝化细菌浓缩液。
3.反硝化细菌包埋液的获取
称取聚乙烯醇8kg，加入40L超纯水后加热至80℃，溶解15min。将溶解的聚乙烯醇溶液取出搅拌均匀后再加热5min，搅拌均匀并冷却至30℃，将40L聚乙烯醇溶液和制备好的40L反硝化细菌浓缩液混合，并加入2kg碳酸钙，搅拌均匀后制成80L包埋液。
4.反硝化细菌包埋液和星形网状载体的结合
将反硝化包埋液均匀涂布在网状载体表面，确保星形网状载体表面全部被包埋液覆盖均匀。
5.反硝化细菌生物活性填料的制备
将步骤（4）中涂抹包埋液的网状载体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，得到反硝化生物活性填料，此生物活性填料比重在0.98-1.02之间。
6.反硝化细菌生物活性填料活性的应用
向1m3的反应器中投加包埋好的星形生物活性填料，填充率为50%，水温20±2℃，HRT=2h，pH为7.3-7.5，NO3 --N浓度为80mg/L，以甲醇为碳源，C/N=8，DO在0.5mg/L以下，按时测定反应器的反硝化效果。实验结果表明反应器中的生物活性填料1周后恢复到包埋前的反硝化活性，出水NO3 --N浓度保持在2mg/L以下，去除率保持在97.5%以上，运行12个月后仍无包埋体脱落现象，反硝化效果稳定。
上述实例表明，利用网状载体进行反硝化细菌固定化制备星形生物活性填料操作过程简单，反硝化细菌浓度高，可在1周后恢复到包埋前的反硝化活性，且此生物活性填料稳定性好，使用寿命长，具有较好的应用前景。
Claims (5)
1.一种基于网状载体的反硝化细菌固定化星形生物活性填料的制备方法，其特征在于：以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS树脂为主要材料，添加5wt％-10wt％的亲水材料聚乙烯醇(PVA)，通过热熔或板材热压的方式，制成片形网状结构载体，其长为0.5-3cm，宽为0.5-3cm，丝径为0.5-2mm，网孔为菱形、矩形或圆形；将若干片形网状结构载体根据不同角度通过热熔挤压或粘接方式制成星形网状载体，在同一个星形网状载体中，相邻两片片形的网状载体之间的夹角相同；以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源，筛选富集反硝化细菌，通过浓缩得到细菌浓度为108-1010个/mL的反硝化细菌浓缩液；根据聚乙烯醇-硼酸二次交联方法，将反硝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；将上述包埋液均匀涂布在星形网状载体上，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，得到星形生物活性填料。
2.按照权利要求1的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的制备方法，其特征在于：片形的网状载体为三片、四片、五片或六片时，相邻两片片形的网状载体之间的夹角分别采用120°、90°、72°或60°制成不同形状星形网状载体。
3.按照权利要求1的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的制备方法，其特征在于：反硝化细菌生物活性填料比重在0.90-1.10之间。
4.按照权利要求1-3所述的任一的方法制备得到的基于网状载体的反硝化细菌固定化星形生物活性填料。
5.按照权利要求1-3所述的任一的方法制备得到的基于网状载体的反硝化细菌固定化星形生物活性填料用于水处理。
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