CN104030457B - 应用微生物填料的净化富营养化水方法及流化床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应用微生物填料的净化富营养化水方法及流化床。微生物填料的净化富营养化水方法，包括如下步骤：（a）利用一种包埋方法将厌氧菌固定在材料中，形成粒径为5-10mm的填料颗粒；（b）利用壳聚糖将兼氧菌和好氧菌混合包裹在之前的颗粒外层，制成分层固定化净水的微生物填料，粒径15-20mm；（c）将该微生物填料置于微生物流化床中，将流化床固定于游船尾部或置于流水附近，使流水穿过流化床的微生物填料，通过微生物填料除去富营养化水体有机质和氮磷。使氧的利用率、水中有机污染物的传质效率等大为提高,另一方面使老化的生物膜易于从填料表面脱落,便于膜的更新,使膜保持活性。

Description

应用微生物填料的净化富营养化水方法及流化床

技术领域

本发明涉及污水净化技术领域，这里特指将富营养化污染水体，应用微生物填料的净化富营养化水方法。

背景技术

我国的江河湖泊水体污染主要包括氮磷等营养物和有机物污染两方面。削减水体N、P和有机污染物的技术途径除了消除点源（截流污染源）、减少和控制面源污染这些最基本的途径外，国内外最常见的方法有机械清淤法、引水冲洗法、化学法和生物修复法。与物理、化学方法相比，生物修复技术可在常温下高效完成，具有处理效果好、工程造价相对较低、不需耗能或低耗能、运行成本大大低于机械清淤和引水冲洗等技术，并可避免铺设机械设备、修坡筑堤以及由于污泥堆放造成的环境二次污染问题。在生物修复方法中，微生物技术更是具有明显的应用优势：其来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强；不仅能够去除各类有机物、病原体与有毒物质，还能去除臭味、提高透明度与降低色度等；对处理环境的影响小，不产生二次污染。

但是，直接应用微生物制剂处理污水存在治理成本高、效果不稳定的缺点，针对这一问题，微生物固定化技术在上世纪九十年代营运而生，它是利用载体材料或包埋物料将微生物进行固定，使其实现固着生长，从而有利于提高生物反应器内微生物的数量和反应后的固液分离，并有利于去除氮和去除高浓度有机物或难降解物质，提高系统的处理能力和适应性。目前的固定化技术均采用单层包埋或吸附技术，利用填料本身的空隙度，在环境中逐步让不同需氧类型的菌剂定位在不同层次生长，然而，这种方式存在如下问题：第一，不同类型菌剂定位在不同填料层次生长，并形成生物膜，需要一个缓慢的过程；第二，通常无法获得高效的厌氧菌，使固定化微生物的处理效果大打折扣。

另外，在微生物固定化技术应用于富营养化水体治理方面，目前的技术是将包埋填料直接置于网兜中，放入水体中，让其缓慢发生作用。这种方式由于填料通常静止于水体中，微生物的作用较为缓慢，生物膜容易老化。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种应用微生物填料的净化富营养化水方法。

本发明技术方案如下：

微生物填料的净化富营养化水方法，包括如下步骤：（a）利用一种包埋方法将厌氧菌固定在材料中，形成粒径为5-10mm的填料颗粒；（b）利用壳聚糖将兼氧菌和好氧菌混合包裹在之前的颗粒外层，制成分层固定化净水的微生物填料，粒径15-20mm；（c）将该微生物填料置于微生物流化床中，将流化床固定于游船尾部或置于流水附近，使流水穿过流化床的微生物填料，通过微生物填料除去富营养化水体有机质和氮磷。

所述的厌氧菌为丁酸梭菌、酵母菌的一种或多种混合；兼氧菌为反硝化细菌、乳酸菌、EM菌剂一种或多种混合；好氧菌为硝化细菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌等的一种或多种混合。

所述的厌氧菌的包埋方法为海藻酸钠-氯化钙包埋法（CA），步骤如下：配制质量浓度(w/v)为2.0-2.4%的海藻酸钠溶液100ml，121℃、30min灭菌，将100ml菌液高速离心后用5-10ml生理盐水重悬(或5-10g菌粉)，加入到冷却至室温的海藻酸钠溶胶中，充分搅拌混匀，用一定规格的注射器逐滴滴入2%(w/v)的氯化钙溶液中形成小球，将小球放置于4℃冰箱中固定化24h后用生理盐水洗涤。

所述的兼氧菌和好氧菌包埋方法步骤，称取一定量的片状或粉状壳聚糖，加入100-150倍质量的20-30%的冰乙酸配制成透明胶液，在剧烈搅拌下加入15mol/L的NaOH使溶液呈中性，将析出的壳聚糖凝胶离心洗涤；再按照菌液体积比凝胶体积1:10-100的体积比将备用的浓菌液加入到定量的凝胶中，加入凝胶体积1-5%的2-10%(v/v)的戊二醛溶液和凝胶体积1-5%的2-4%(w/v)的氯化钙溶液，之后将包埋好的厌氧菌小球加入至壳聚糖凝胶中，使其包裹凝聚成15-20mm的小球，放置于4℃交联24h，用生理盐水洗涤。

所述的微生物填料按体积比20-50%的量加入到流化床。

放置的微生物填料的流化床，床体采用密度较轻的塑料材质制成，外形呈圆柱体、长方体或正方体，床体的上表面及周边安装有泡沫浮球，并连接一个牵引铁环，底面设有金属固定环，床体的周侧及下底面均匀开孔，床体上端有填料口。

本发明的有益效果如下：本发明通过分层包埋各种不同类型微生物，分别为好氧以及厌氧微生物提供利于其生长的环境，促进其生长并形成稳定的生物膜，分工合作，层层递进，并且作为一个整体反应单元应用于富营养水体的净化处理，并利用流化床，建立一种全新的固定化微生物动态净化处理，由于填料在流化床中随水流运动,由此产生的气、水、填料三者间的充分接触和碰撞,一方面使氧的利用率、水中有机污染物的传质效率等大为提高,另一方面使老化的生物膜易于从填料表面脱落,便于膜的更新,使膜保持活性，由于填料较轻且由于水流的作用，所需曝气量极小，极大的减少了动力消耗，总之，本发明的具有低能耗、高效的特点。

附图说明

图1是本发明的海藻酸钠浓度成球效果图表；

图2是本发明的流化床结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步说明：

本发明公开的微生物填料的净化富营养化水方法，包括如下步骤：（a）利用一种包埋方法将厌氧菌固定在材料中，形成粒径为5-10mm的填料颗粒；（b）利用壳聚糖将兼氧菌和好氧菌混合包裹在之前的颗粒外层，制成分层固定化净水的微生物填料，粒径15-20mm；（c）将该微生物填料置于微生物流化床中，将流化床固定于游船尾部或置于流水附近，使流水穿过流化床的微生物填料，通过微生物填料除去富营养化水体有机质和氮磷。

所述的厌氧菌为丁酸梭菌、酵母菌的一种或多种混合；兼氧菌为反硝化细菌、乳酸菌、EM菌剂一种或多种混合；好氧菌为硝化细菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌等的一种或多种混合。

分别配制质量浓度(w/v)设为1.2%、1.8%、2.4%、3.0%、3.6%和4.2%的海藻酸钠溶液，121℃、30min灭菌，将150ml丁酸梭菌菌液高速离心后用10ml生理盐水重悬，加入到冷却至室温的海藻酸钠溶胶中，充分搅拌混匀，用50ml注射器逐滴滴入2.4%(w/v)的氯化钙溶液中形成小球，将小球放置于4℃冰箱中固定化24h后用生理盐水洗涤备用。将制备好的固定化微生物小球放人充足的营养液中,在恒温振荡器中,以200rpm速度振荡,观察球的破损情况，同时还将固定化微生物小球放入100ml大注射器中,加一定的压力,观察球的破损情况,来判断固定化小球的相对强度。不同海藻酸钠固定化小球的成型效果见下图1。因此我方选取配制质量浓度(w/v)为2.0-2.4%的海藻酸钠溶液。

所述的厌氧菌的包埋方法为海藻酸钠-氯化钙包埋法（CA），步骤如下：配制质量浓度(w/v)为2.0-2.4%的海藻酸钠溶液100ml，121℃、30min灭菌，将100ml菌液高速离心后用5-10ml生理盐水重悬(或5-10g菌粉)，加入到冷却至室温的海藻酸钠溶胶中，充分搅拌混匀，用一定规格的注射器逐滴滴入2%(w/v)的氯化钙溶液中形成小球，将小球放置于4℃冰箱中固定化24h后用生理盐水洗涤。海藻酸钠-氯化钙包埋法通过多次实验，

我方通过壳聚糖凝胶制备及兼氧、好氧菌的固化实验，取得最佳实验效果如下：称取100g的脱乙酰度70-85%的壳聚糖，加入10L25%的冰乙酸配制成透明胶液，在剧烈搅拌下加入15mol/L的NaOH使溶液呈中性，将析出的壳聚糖凝胶离心洗涤，再将备用的乳杆菌和枯草芽孢杆菌1:1混合菌液10ml加入到100ml的壳聚糖凝胶中，加入1ml的3%(v/v)戊二醛溶液和1ml的4%(w/v)的氯化钙溶液，之后将厌氧菌小球加入至壳聚糖凝胶中，使其包裹凝聚成15-20mm的小球，放置于4℃交联24h，用生理盐水洗涤。

因此，我方获得的最佳兼氧菌和好氧菌包埋方法步骤，称取一定量的片状或粉状壳聚糖，加入100-150倍质量的20-30%的冰乙酸配制成透明胶液，在剧烈搅拌下加入15mol/L的NaOH使溶液呈中性，将析出的壳聚糖凝胶离心洗涤；再按照菌液体积比凝胶体积1:10-100的体积比将备用的浓菌液加入到定量的凝胶中，加入凝胶体积1-5%的2-10%(v/v)的戊二醛溶液和凝胶体积1-5%的2-4%(w/v)的氯化钙溶液，之后将包埋好的厌氧菌小球加入至壳聚糖凝胶中，使其包裹凝聚成15-20mm的小球，放置于4℃交联24h，用生理盐水洗涤。

所述的微生物填料按体积比20-50%的量加入到流化床。

见图2所示，放置的微生物填料的流化床，床体1采用密度较轻的塑料材质制成，外形呈圆柱体、长方体或正方体，床体1的上表面及周边安装有泡沫浮球4，并连接一个牵引铁环6，牵引铁环连接一牵引绳7，底面设有金属固定,2，床体的周侧及下底面均匀开孔3，床体上端有填料口5。

总之，本发明通过分层包埋各种不同类型微生物，分别为好氧以及厌氧微生物提供利于其生长的环境，促进其生长并形成稳定的生物膜，分工合作，层层递进，并且作为一个整体反应单元应用于富营养水体的净化处理，并利用流化床，建立一种全新的固定化微生物动态净化处理，由于填料在流化床中随水流运动,由此产生的气、水、填料三者间的充分接触和碰撞,一方面使氧的利用率、水中有机污染物的传质效率等大为提高,另一方面使老化的生物膜易于从填料表面脱落,便于膜的更新,使膜保持活性，由于填料较轻且由于水流的作用，所需曝气量极小，极大的减少了动力消耗，总之，本发明的具有低能耗、高效的特点。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定，故在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明所述的构造、特征及原理所做的等效变化或装饰，均应落入本发明申请专利的保护范围内。

Claims (6)

1.应用微生物填料的净化富营养化水方法，其特征在于：包括如下步骤：（a）利用一种包埋方法将厌氧菌固定在材料中，形成粒径为5-10mm的填料颗粒；（b）利用壳聚糖将兼氧菌和好氧菌混合包裹在之前的颗粒外层，制成分层固定化净水的微生物填料，粒径15-20mm；（c）将该微生物填料置于微生物流化床中，将流化床固定于游船尾部，使流水穿过流化床的微生物填料，通过微生物填料除去富营养化水体有机质和氮磷。

2.根据权利要求1所述的应用微生物填料的净化富营养化水方法，其特征在于：所述的厌氧菌为丁酸梭菌、酵母菌的一种或多种混合；兼氧菌为反硝化细菌、乳酸菌、EM菌剂一种或多种混合；好氧菌为硝化细菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌的一种或多种混合。

3.根据权利要求1所述的应用微生物填料的净化富营养化水方法，其特征在于，所述的厌氧菌的包埋方法为海藻酸钠-氯化钙包埋法，步骤如下：配制质量浓度w/v为2.0-2.4%的海藻酸钠溶液100ml，121℃、30min灭菌，将100ml菌液高速离心后用5-10ml生理盐水重悬，加入到冷却至室温的海藻酸钠溶胶中，充分搅拌混匀，用一定规格的注射器逐滴滴入浓度w/v为2%的氯化钙溶液中形成小球，将小球放置于4℃冰箱中固定化24h后用生理盐水洗涤。

4.根据权利要求1所述的应用微生物填料的净化富营养化水方法，其特征在于，所述的兼氧菌和好氧菌包埋方法步骤，称取一定量的片状或粉状壳聚糖，加入100-150倍质量的20-30%的冰乙酸配制成透明胶液，在剧烈搅拌下加入15mol/L的NaOH使溶液呈中性，将析出的壳聚糖凝胶离心洗涤；再按照菌液体积比凝胶体积1:10-100的体积比将备用的浓菌液加入到定量的凝胶中，加入凝胶体积1-5%的浓度v/v为2-10%的戊二醛溶液和凝胶体积1-5%的浓度w/v为2-4%的氯化钙溶液，之后将包埋好的厌氧菌小球加入至壳聚糖凝胶中，使其包裹凝聚成15-20mm的小球，放置于4℃交联24h，用生理盐水洗涤。

5.根据权利要求1所述的应用微生物填料的净化富营养化水方法，其特征在于，所述的微生物填料按体积比20-50%的量加入到流化床。

6.根据权利要求1所述的应用微生物填料的净化富营养化水方法的流化床，其特征在于：床体采用密度较轻的塑料材质制成，外形呈圆柱体、长方体或正方体，床体的上表面及周边安装有泡沫浮球，并连接一个牵引铁环，底面设有金属固定环，床体的周侧及下底面均匀开孔，床体上端有填料口。