CN103951081A - 一种固定式生物活性填料制备及应用 - Google Patents
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Abstract
一种固定式生物活性填料制备及应用，属于水处理技术领域。填料由载体和包埋体组成，填料固定于预制框架上构成固定式生物活性填料；载体由多层聚乙烯醇无纺布和一层纺织物构成；包埋体由包埋液经硼酸交联固定而成；包埋液由细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合而成。将载体浸泡于包埋液中，通过硼酸二次交联，无纺布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。本发明所制备的生物活性填料不仅解决了活性污泥法中细菌浓度低、易流失等问题，而且方法简单、原料价廉，具有强度高、稳定性好、抗水流冲击能力强、缩短反应启动时间等优点，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及水处理中一种固定式生物活性填料制备及应用，特别涉及一种以纺织物和聚乙烯醇无纺布为载体的固定式生物活性填料，属于水处理技术领域。
背景技术
充分利用环境中微生物的生物吸附和生化降解作用来实现废水中污染物质的处理和处置是废水处理领域研究和实践的一条最优化路线。目前，生物处理方法主要有活性污泥法和生物膜法。在活性污泥生化体系中细菌之间竞争激烈，难以纯化特性细菌以创造特性细菌的生态优势，生物膜法虽然能弥补活性污泥法中的上述缺点，但是自然挂膜时间长，并且自然挂膜无选择性，难以建立高密度的细菌菌群优势。为了改善传统活性污泥法和生物膜法的氨氮处理负荷不高、功能微生物优势地位建立时间长、细菌易流失等问题，许多学者开始研究细菌固定化技术。
细菌固定化技术可以大幅度提高细菌浓度，使细菌不易流失、缩短反应器启动时间，能纯化和创造特性细菌的生态优势，产生特性高效反应，并且固定化后的细菌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研究集中在如何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。操作方法虽然简单，但局限性较大，无法理想地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，形成稳定性好的生物活性填料。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。
通过载体与包埋体的结合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活性生物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中效果不理想，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膨胀等诸多问题。
发明内容
针对上述问题，我们提出了一种整体稳定性好的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。
多层无纺布和一层纺织物叠加在一起的载体被含有菌体的包埋体包埋，此包埋载体被固定在框架上，包埋体由包埋液经硼酸二次交联固化而成。
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。
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整体填料厚度可为4mm-11mm。
固定式生物活性填料的制备步骤如下：
（1）将细菌菌悬液离心浓缩至细菌浓度108-109个/mL，得到包埋用细菌浓缩液；
（2）聚乙烯醇加热至90℃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，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，然后利用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0.5m-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4mm-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，无纺布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增加了整体结构对水处理运行环境变化适应性，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）生物活性填料有效比表面积大、底物传质效果好，功能微生物细菌能在短时间内形成较高的细菌浓度。
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
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固定式生物活性填料制备及应用，但是本发明的实施方式不限于此。
（1）驯化后的硝化细菌菌悬液经离心脱水后浓缩至7.5x108个/mL得到细菌浓缩液，取14.0L硝化细菌浓缩液备用；
（2）取10.0kg聚乙烯醇水浴加热至90℃溶解于70L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）得到的硝化细菌浓缩液充分混合，加水定容到100L得到包埋液，该包埋液中聚乙烯醇质量浓度为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固定式硝化细菌生物活性填料的制备过程，填料长1.2m、宽0.5m、平均厚6mm，共4片，预制框架长为1m、宽为0.5m、高为1m。
（6）固定式生物活性填料的应用：在500L的反应器中固定步骤（5）得到的硝化细菌生物活性填料，水温25±1℃，HRT3h，pH7.5～8.5，NH4 +-N进水浓度为150±5mg/L，向反应器中持续曝气充氧，反应器中溶解氧维持在2.5±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：反应器在第11天出水氨氮值达到稳定状态，之后出水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 (7)
1.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菌体的包埋体包埋，此包埋载体被固定在框架上。
2.按照权利要求1的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框架上。
3.按照权利要求1的固定式生物活性填料，其特征在于，无纺布与无纺布之间、无纺布与纺织物之间均有包埋体包埋。
4.按照权利要求1的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根据无纺布载体的层数的不同而变化，可为4mm-11mm。
5.制备权利要求1的固定式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浓度至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，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和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，随后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。
6.按照权利要求5的方法，其特征在于，聚乙烯醇无纺布规格可为40g/m2-200g/m2。
7.权利要求1的固定式生物活性填料用于水处理。
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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