CN103951079A - 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 - Google Patents

Abstract

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，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。包埋液由反硝化细菌浓缩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制成符合要求的填料形状，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固定化生物活性填料，不仅解决了反硝化细菌易流失的问题，而且提高了反应器脱氮能力，缩短了启动时间，具有广阔的应用前景。

Description

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

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反硝化细菌固定化生物活性填料的制备及应用。

背景技术

农业氮肥的过量施用，工业含氮废水和城市生活污水的不合理处置，造成水中硝酸盐氮浓度升高。人体摄入过量高硝酸盐氮的水会引发消化道癌症或肝癌，高硝酸盐水体也会引发水体富营养化的问题，因此去除硝酸盐氮的研究成为国内外的研究热点。

常用的传统脱氮方法是生物法。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；与生物膜法相比，系统抗冲击负荷能力较差；大量的反硝化细菌在高浓度下，在沉淀池部位易出现污泥呈大团块上浮现象，对出水水质有很大的影响。

反硝化细菌固定化技术可以大幅度提高反硝化细菌浓度，使反硝化细菌不易流失、缩短反应器启动时间、抗毒性和耐酸碱、耐盐能力明显增强，能纯化反硝化细菌的生态优势，产生特性高效反应，显示出良好的应用前景。

CN101941758公开了“一种聚氨酯固定化硝化细菌处理电厂含氮废水的方法”，它的目的是提供一种提高污水脱氮处理效率的聚氨酯固定化硝化细菌处理电厂含氮废水的方法。该技术方案：从脱氮污水处理系统的好氧活性污泥中筛选出高活力的硝化细菌进行扩增培养，离心浓缩制成硝化菌悬浮液备用，向16wt%的聚乙烯醇中添加0.016g/L的海藻酸钠，溶解冷却后加入等体积菌悬液，之后倒入直径0.5-1.0cm的球形聚氨酯载体中进行吸附，1-2小时后，加入饱和硼酸进行交联，制成聚氨酯固定化硝化细菌并将其投加到流化床反应器中运行。其不足之处是：将直径0.5-1.0cm的球形聚氨酯载体单独吸附固定化后，聚氨酯表面会形成一层致密的膜，影响传质，处理效率低。此外，研究表明，聚氨酯载体直径大于0.5cm时，载体内部传质受到影响形成死区。聚乙烯醇为16wt%，此质量分数对于聚氨酯载体固定化来说浓度偏大，采用自然吸附方式会因为聚乙烯醇浓度太高，粘度大，导致聚氨酯载体内部无法吸附到聚乙烯醇混合液。

针对上述问题，我们开发出一种具有高效的反硝化效率的生物活性填料，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反硝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，能够形成高效的反硝化菌群优势，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。

为了实现上述状态，本发明采用了以下技术方案。

一种基于聚氨酯载体的反硝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反硝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。

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方法，其特征在于：以聚氨酯泡沫等高分子材料为包埋载体；以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源，将筛选富集培养后的反硝化细菌菌悬液离心浓缩，得到10⁸-10⁹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30-50g/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，得到颗粒状反硝化细菌生物活性填料。

上述一种基于聚氨酯载体的反硝化细菌固定化生物活性填料用于水处理技术。

本发明所述的基于聚氨酯载体的反硝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，可建立反硝化菌群优势，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，可为反硝化细菌提供非常良好的、相对安定的生存环境，有利于硝化细菌的繁殖、附着；

3.交联结束后将聚氨酯泡沫制成符合要求的形状，避免了交联前切割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，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液浸入聚氨酯泡沫内部，确保了包埋液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.固定化制得的反硝化细菌生物活性填料，整体密度为0.98-1.05之间，在反应器中呈流化状态，不存在边角堆积，水流短路等问题。

附图说明

图1为聚氨酯载体反硝化细菌固定化生物活性填料示意图；

图中1.反硝化细菌包埋体，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.反硝化细菌的处理

以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源，将筛选富集培养后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。

2.反硝化细菌包埋液的获取

称取聚乙烯醇200g，加入2500mL超纯水后加热至90℃溶解15min，取出搅拌均匀后再加热至90℃溶解5min，取出后搅拌均匀并冷却至30℃，将2500mL聚乙烯醇溶液和制备好的2500mL浓缩液混合，并加入50g碳酸钙，搅拌均匀后制成5000mL包埋液。

3.包埋液和聚氨酯载体的结合

将包埋液倒入聚氨酯泡沫（1m*1m*9mm）中，反复挤压聚氨酯泡沫，使包埋液能够进入聚氨酯内部。

4.反硝化细菌生物活性填料颗粒的制备

将步骤（3）中粘有包埋液的聚氨酯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，切成边长3-5mm的正方体，边长小于3mm的聚氨酯生物活性填料应用局限性大，边长大于5mm的聚氨酯生物活性填料内部传质会受到影响形成死区。切块后得到反硝化细菌生物活性填料，此生物活性填料比重在0.99-1.05之间。

5.生物活性填料颗粒的应用

向100L的反应器中投加包埋好的反硝化细菌生物活性填料，填充率为40%，水温20±2℃，HRT=2h，pH为7.3-7.5，NO₃ ^--N浓度为80mg/L，以甲醇作为碳源，C/N=8，DO在0.5mg/L以下，按时测定反应器的反硝化效果。出水检测结果表明，反应器运行1周后达到稳定状态，出水NO₃ ^--N浓度在2mg/L以下，NO₃ ^--N去除率在97.5%以上，几乎没有亚硝氮的积累，反硝化效果稳定。连续运行1年，填料完整率达97%以上，使用寿命长，具有较好的应用前景。

Claims (4)

1.一种基于聚氨酯载体的反硝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反硝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反硝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反硝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：以聚氨酯泡沫高分子材料为包埋载体；以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源，将筛选富集培养后的反硝化细菌菌悬液离心浓缩，得到10⁸-10⁹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30-50g/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，得到颗粒状的反硝化细菌生物活性填料。

4.权利要求1或2的一种基于聚氨酯载体的反硝化细菌固定化生物活性填料用于水处理。