CN105039300A - 一种非均质细菌包埋颗粒的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非均质细菌包埋颗粒的制作方法，载体颗粒可以负载1:2~1：3的比例包埋厌氧细菌（细菌重量：包埋剂重量），再以负载1:1.5~1：3的比例包埋好氧细菌（细菌重量：包埋剂重量）。该颗粒在0~4℃温度条件下，将小颗粒挤入CaCl₂、乙酸、戊二醛等溶液中交联，得到固定化颗粒，通过微生物作用，在颗粒内部得到无氧的环境，顺利进行微生物厌氧反应，在外部空穴、通道的结构较大，又包埋好氧微生物，能顺利进行微生物好氧反应，因此该复合颗粒能同时厌氧/好氧反应，又有较好的脱氮除磷效果，该复合包埋颗粒的运用能提高废水处理效率，减少设备的体积，能优化废水处理工艺，拓展了微生物固定化技术。

Description

一种非均质细菌包埋颗粒的制作方法

技术领域

本发明属于生化环保技术领域，特别是涉及一种非均质细菌包埋颗粒的制作方法。

背景技术

目前每年产生和排放数十亿吨的工业废水，它们种类多，含有不易降解，甚至是有毒有害的化合物。生物降解是一种处理工业废水的有效方法，通过好氧生化反应、厌氧生化反应将废水的BOD、COD等大部分去除。厌氧、好氧工艺对有机物降解各有优势，实际运行过程往往将厌氧、好氧工艺组合，强化废水的脱氮除磷，使废水达标排放。如专利201120482944.9公开的一种厌氧、好氧污水处理装置，优化了以往的厌氧或好氧单一处理生物技术，能适应污水多种的处理，降解效果好；又如专利201210411724.6公开的一种高浓度活性污泥在污水处理设备中以厌氧、好氧方式降解污染物，提高了水解、酸化反应效果，缩短反应历程，减少污泥产生量。由于悬浮状态的微生物，在降解池运行中损失比较大，且易受到污染物底物浓度和pH浓度等变化的冲击，影响降解效果。为克服悬浮微生物的不足，人们研究使用微生物固定化技术，将普通游离、悬浮状态的微生物固定在特定空间，使微生物的浓度提高、流失少，又能使微生物保持较高的活性，使生化过程反应速度加快、微生物耐毒害能力强、固定化颗粒还能反复利用，延长使用寿命。

目前固定化颗粒以好氧微生物颗粒或厌氧微生物颗粒形式用于废水降解，如201210544859.X公开了一种制备好氧硝化细菌固定化载体的方法，以凹凸棒和高分子材料复合制备了一种载体颗粒，能有效提高降解卤代烃的能力，提高脱氮微生物的脱氮能力。如专利20101064521.2公开了一种厌氧氨氧化颗粒的培养方法，具有良好的产甲烷和去除氨氮和亚硝酸氮的能力。但这些单一的技术有一定的缺陷，而实际运行中，好氧颗粒对有机污染物的降解速度快，但对大分子、复杂结构有机物的降解效果不好；厌氧颗粒需要的降解条件苛刻，如需要在无氧条件下进行降解反应。

发明内容

所以本申请的目的是提供一种非均质细菌包埋颗粒的制作方法，将包埋颗粒分为进行厌氧降解的核心层和好氧降解的外层，内部包埋生产甲烷的厌氧菌，通过微生物作用，在颗粒内部得到无氧的环境，顺利进行微生物厌氧反应，在外部空穴、通道的结构较大，又包埋好氧微生物，能顺利进行微生物好氧反应。因此该复合颗粒能同时厌氧/好氧反应，又有较好的脱氮除磷效果，该复合包埋颗粒的运用能提高废水处理效率，减少设备的体积，能优化废水处理工艺，拓展了微生物固定化技术。

为此，本申请所采用的技术方案是：一种非均质细菌包埋颗粒的制作方法，包括以下步骤：

a)将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺加热至熔融状态，再自然冷却至45~55℃，加入碳酸铵，搅拌形成厌氧细菌包埋混合凝胶，壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、碳酸铵的重量比分别是40~50%、25~35%、18%~24%、1~2%、2.5%~4.5%；

b)将事先培养的厌氧菌用高速离心机在5000~6000r/min转速下离心25~35min，在45~50℃下与步骤a）所得的凝胶搅拌混合，待用；

c)在0~4℃温度条件下，用注射器将步骤b）所得的混合物挤入重量百分数为2%CaCl₂溶液中交联30min后，形成约5~6mm直径的厌氧固定化颗粒；

d)将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺加热至熔融状态，再自然冷却至45~55℃，加入碳酸铵，搅拌形成厌氧细菌包埋混合凝胶，壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、碳酸铵的重量比分别是40~45%、30~35%、20%~25%、1.5~2.5%、2.5%~4.5%，所述碳酸铵研磨至粒径10微米以下；

e)将事先培养的好氧菌用高速离心机在5000~6000r/min转速下离心25~35min，在45~50℃下与步骤d）所得的凝胶搅拌混合，待用；

f)将步骤c）所得的厌氧固定化颗粒放入步骤e）所得的凝胶混合物，置于包埋池中，使所述的凝胶混合物覆盖在所述的厌氧固定化颗粒表面，厚度3~4mm，从而形成直径10~12mm的厌氧/好氧细菌固定化颗粒，在重量百分数为2%CaCl₂溶液中交联30min，纯水洗净后移入重量百分数为1%乙酸和2.5%戊二醛的混合溶液，放置30min后，清水洗净待用；

g)将步骤f）所得的颗粒在在0~4℃温度条件下，保存12h以上，得到最终产物。

本发明内部包埋厌氧细菌、外部包埋好氧细菌，能在颗粒内外部快速进行物质交换，细菌能正常生长、繁殖，正常降解、转化污染物、中间产物。该颗粒有合适的空穴和通道、适宜的硬度和一定的弹性，既有利于微生物在空穴和通道内的固定生长，也有利于颗粒内外部传质。

该颗粒能利用厌氧细菌在颗粒内层降解大分子污染物，能使好氧微生物在颗粒外层快速分解有机物和内部排放出来的有机分子。该方法使在颗粒进行好氧降解过程和厌氧降解过程。起到了厌氧池和好氧池的降解效果。大大提高了厌氧/好氧微生物的培养，可以单独在废水池中使用，也能结合其他设备使用，比如结合膜生物反应器，在MBR运行过程中可提高降解速度、降低污泥量产生量。

海藻酸钠、壳聚糖是生物相容性有机高分子，在颗粒内、外层使用的包埋凝胶中可以添加活性炭、硅藻土、聚酰胺改善通透性和扩大孔径和内部通道，可以增加弹性，使得包含的颗粒造黑暗厌氧环境，或者有一定兼性厌氧环境，有部分光照效果，用这些物质进行调控。使其中的微生物能长时间释放，不断有效微生物，载体在水中能长时间沉浮，在水体的各个断面都能有效降解氨氮、COD、BOD、包埋的微生物可以是厌氧光合细菌/好氧光合细菌、降解工程菌，也可以是其他特定需要的厌氧菌/好氧菌。

本发明的细菌载体颗粒，在废水池中易于培养细菌，该颗粒可以达到高效、耐污染物浓度变化波动的效果，同时由于壳聚糖、海藻酸钠的生物相容性，使得颗粒能够在内层与外层分别包埋厌氧/好氧细菌。该颗粒易于在普通生化降解反应池使用，也能与膜生物反应器耦合；不易破裂，尤其是内部核心有一层膜保护，使得内部始终完好，同时可以保护内部核心的孔穴、通道大小、多少可以通过碳酸铵的数量、颗粒直径和均匀度，以及用乙酸的浓度、浸泡时间进行调节、控制，实现调节颗粒的空穴率、粒径大小、比重。

本发明的载体颗粒可以负载1:2~1：3的比例包埋厌氧细菌（细菌重量：包埋剂重量），再以负载1:1.5~1：3的比例包埋好氧细菌（细菌重量：包埋剂重量）。该颗粒在0~4℃温度条件下，将小颗粒挤入CaCl₂、乙酸、戊二醛等溶液中交联，得到固定化颗粒。

具体实施方式

以下结合实施例进一步阐述本发明。

实施例1：非均质细菌包埋颗粒的制备，具体步骤如下：

a)内层凝胶的制备：内层凝胶的重量百分比为壳聚糖2.8%、聚乙烯醇1.2%、海藻酸钠3%、聚酰胺0.6%、碳酸铵2%、水90.4%，首先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融状态，再自然冷却，在50℃加入研磨至粉末直径2微米以下碳酸铵，充分搅拌形成凝胶备用；

b)将厌氧细菌采用高速离心机以5000r/min离心30min待用；

c)将a)的内层凝胶冷却到温度为45℃与b)混合，混合比为12:1，充分混合后待用；将上述混合了厌氧细菌的凝胶用注射器挤出形成约5~6mm直径的厌氧固定化颗粒，放入重量百分比2%CaCl₂溶液中交联30min后，在0~4℃温度条件下保存20min；

d)外层凝胶的制备：外层凝胶的重量百分比为壳聚糖3.3%、聚乙烯醇1.5%、海藻酸钠2.2%、聚酰胺0.7%、碳酸铵2.5%、水89.8%，先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融，再自然冷却，到50℃加入研磨至粉末直径8微米碳酸铵，形成外层混合凝胶；

e)将好氧细菌用高速离心机以5000r/min离心30min，待外层混合凝胶温度降为45度与d)混合，外层凝胶与好氧细菌混合比为10:1，形成好氧细菌混合凝胶待用；

f)将上述好氧细菌凝胶覆盖在厌氧细菌颗粒表面，覆盖厚度3mm左右，形成约10~12mm直径的厌氧/好氧细菌固定化颗粒，用重量百分比2%CaCl₂溶液交联30min，纯水洗净后移入重量百分比1.2%乙酸及2.5%戊二醛混合溶液放置30min后，清水洗三遍，在0~4℃温度条件下，保存12h，得到可以使用的厌氧/好氧细菌固定化颗粒。

以上述步骤所得的复合包埋厌氧/好氧细菌颗粒，在印染废水BOD为2500mg/L、COD为1800mg/L的溶液中，载体颗粒投放量为3~4.5%，在降解池以曝气好氧条件下，经3天降解，BOD下降了83.4%、COD下降了84.9%。TP下降93.8%，TN下降95.8%。

实施例2：非均质细菌包埋颗粒的制备，具体步骤如下：

a)内层凝胶的制备：内层凝胶的重量百分比为壳聚糖2.8%、聚乙烯醇1.2%、海藻酸钠3%、聚酰胺0.6%、碳酸铵2%、水90.4%，首先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融状态，再自然冷却，在50℃加入研磨至粉末直径2微米以下碳酸铵，充分搅拌形成凝胶备用；

b)将厌氧细菌采用高速离心机以5000r/min离心30min待用；

c)将a)的内层凝胶冷却到温度为45℃与b)混合，混合比为12:1，充分混合后待用；将上述混合了厌氧细菌的凝胶用注射器挤出形成约5~6mm直径的厌氧固定化颗粒，放入重量百分比2%CaCl₂溶液中交联30min后，在0~4℃温度条件下保存20min；

d)外层凝胶的制备：外层凝胶的重量百分比为壳聚糖3.3%、聚乙烯醇1.5%、海藻酸钠2.2%、聚酰胺0.7%、碳酸铵2.5%、水89.8%，先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融，再自然冷却，到50℃加入研磨至粉末直径8微米碳酸铵，形成外层混合凝胶；

e)将好氧细菌用高速离心机以5000r/min离心30min，待外层混合凝胶温度降为45度与d)混合，外层凝胶与好氧细菌混合比为10:1，形成好氧细菌混合凝胶待用；

f)将上述好氧细菌凝胶覆盖在厌氧细菌颗粒表面，覆盖厚度3mm左右，形成约10~12mm直径的厌氧/好氧细菌固定化颗粒，用重量百分比2%CaCl₂溶液交联30min，纯水洗净后移入重量百分比1.2%乙酸及2.5%戊二醛混合溶液放置30min后，清水洗三遍，在0~4℃温度条件下，保存12h，得到可以使用的厌氧/好氧细菌固定化颗粒。

以上述步骤所得的复合包埋厌氧/好氧细菌颗粒，在BOD为8700mg/L、COD为4800mg/L的糖蜜废水中，载体颗粒投放量为4~6.5%，在降解池以曝气好氧条件下，经3天降解，BOD下降了90.5%、COD下降了93.6%TP下降95.2%，TN下降96.8%。

实施例3：非均质细菌包埋颗粒的制备，具体步骤如下：

a)内层凝胶的制备：内层凝胶的重量百分比为壳聚糖2.8%、聚乙烯醇1.2%、海藻酸钠3%、聚酰胺0.6%、碳酸铵2%、水90.4%，首先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融状态，再自然冷却，在50℃加入研磨至粉末直径2微米以下碳酸铵，充分搅拌形成凝胶备用；

b)将厌氧细菌采用高速离心机以5000r/min离心30min待用；

c)将a)的内层凝胶冷却到温度为45℃与b)混合，混合比为12:1，充分混合后待用；将上述混合了厌氧细菌的凝胶用注射器挤出形成约5~6mm直径的厌氧固定化颗粒，放入重量百分比2%CaCl₂溶液中交联30min后，在0~4℃温度条件下保存20min；

d)外层凝胶的制备：外层凝胶的重量百分比为壳聚糖3.3%、聚乙烯醇1.5%、海藻酸钠2.2%、聚酰胺0.7%、碳酸铵2.5%、水89.8%，先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融，再自然冷却，到50℃加入研磨至粉末直径8微米碳酸铵，形成外层混合凝胶；

e)将好氧细菌用高速离心机以5000r/min离心30min，待外层混合凝胶温度降为45度与d)混合，外层凝胶与好氧细菌混合比为10:1，形成好氧细菌混合凝胶待用；

f)将上述好氧细菌凝胶覆盖在厌氧细菌颗粒表面，覆盖厚度3mm左右，形成约10~12mm直径的厌氧/好氧细菌固定化颗粒，用重量百分比2%CaCl₂溶液交联30min，纯水洗净后移入重量百分比1.2%乙酸及2.5%戊二醛混合溶液放置30min后，清水洗三遍，在0~4℃温度条件下，保存12h，得到可以使用的厌氧/好氧细菌固定化颗粒。

以上述步骤所得的复合包埋厌氧/好氧细菌颗粒，在BOD为6500mg/L、COD为2900mg/L的豆浆废水中，载体颗粒投放量为3~5%，在降解池以曝气好氧条件下，经3天降解，BOD下降了94.8%、COD下降了91.3%，TP下降96.8%，TN下降98.8%。

实施例4：非均质细菌包埋颗粒的制备，具体步骤如下：

a)内层凝胶的制备：内层凝胶的重量百分比为壳聚糖2.8%、聚乙烯醇1.2%、海藻酸钠3%、聚酰胺0.6%、碳酸铵2%、水90.4%，首先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融状态，再自然冷却，在50℃加入研磨至粉末直径2微米以下碳酸铵，充分搅拌形成凝胶备用；

b)将厌氧细菌采用高速离心机以5000r/min离心30min待用；

c)将a)的内层凝胶冷却到温度为45℃与b)混合，混合比为12:1，充分混合后待用；将上述混合了厌氧细菌的凝胶用注射器挤出形成约5~6mm直径的厌氧固定化颗粒，放入重量百分比2%CaCl₂溶液中交联30min后，在0~4℃温度条件下保存20min；

d)外层凝胶的制备：外层凝胶的重量百分比为壳聚糖3.3%、聚乙烯醇1.5%、海藻酸钠2.2%、聚酰胺0.7%、碳酸铵2.5%、水89.8%，先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融，再自然冷却，到50℃加入研磨至粉末直径8微米碳酸铵，形成外层混合凝胶；

e)将好氧细菌用高速离心机以5000r/min离心30min，待外层混合凝胶温度降为45度与d)混合，外层凝胶与好氧细菌混合比为10:1，形成好氧细菌混合凝胶待用；

f)将上述好氧细菌凝胶覆盖在厌氧细菌颗粒表面，覆盖厚度3mm左右，形成约10~12mm直径的厌氧/好氧细菌固定化颗粒，用重量百分比2%CaCl₂溶液交联30min，纯水洗净后移入重量百分比1.2%乙酸及2.5%戊二醛混合溶液放置30min后，清水洗三遍，在0~4℃温度条件下，保存12h，得到可以使用的厌氧/好氧细菌固定化颗粒。

以上述步骤所得的复合包埋厌氧/好氧细菌颗粒，在BOD为2400mg/L、COD为2200mg/L的生活废水中，载体颗粒投放量为2.5~3.5%在降解池以曝气好氧条件下，经3天降解，在好氧条件下，经2天降解，BOD下降了94.9%、COD下降了96.5%，TP下降98.8%，TN下降98.4%。

实施例5：非均质细菌包埋颗粒的制备，具体步骤如下：

a)内层凝胶的制备：内层凝胶的重量百分比为壳聚糖2.8%、聚乙烯醇1.2%、海藻酸钠3%、聚酰胺0.6%、碳酸铵2%、水90.4%，首先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融状态，再自然冷却，在50℃加入研磨至粉末直径2微米以下碳酸铵，充分搅拌形成凝胶备用；

b)将厌氧细菌采用高速离心机以5000r/min离心30min待用；

c)将a)的内层凝胶冷却到温度为45℃与b)混合，混合比为12:1，充分混合后待用；将上述混合了厌氧细菌的凝胶用注射器挤出形成约5~6mm直径的厌氧固定化颗粒，放入重量百分比2%CaCl₂溶液中交联30min后，在0~4℃温度条件下保存20min；

d)外层凝胶的制备：外层凝胶的重量百分比为壳聚糖3.3%、聚乙烯醇1.5%、海藻酸钠2.2%、聚酰胺0.7%、碳酸铵2.5%、水89.8%，先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融，再自然冷却，到50℃加入研磨至粉末直径8微米碳酸铵，形成外层混合凝胶；

e)将好氧细菌用高速离心机以5000r/min离心30min，待外层混合凝胶温度降为45度与d)混合，外层凝胶与好氧细菌混合比为10:1，形成好氧细菌混合凝胶待用；

f)将上述好氧细菌凝胶覆盖在厌氧细菌颗粒表面，覆盖厚度3mm左右，形成约10~12mm直径的厌氧/好氧细菌固定化颗粒，用重量百分比2%CaCl₂溶液交联30min，纯水洗净后移入重量百分比1.2%乙酸及2.5%戊二醛混合溶液放置30min后，清水洗三遍，在0~4℃温度条件下，保存12h，得到可以使用的厌氧/好氧细菌固定化颗粒。

以上述步骤所得的复合包埋厌氧/好氧细菌颗粒，在BOD为6700mg/L、COD为4900mg/L的垃圾渗漏液，载体颗粒投放量为3.5~5.5%，在降解池以曝气好氧条件下，经3天降解，，BOD下降了87.5%、COD下降了84.1%，TP下降93.6%，TN下降95.4%。

实施例6：非均质细菌包埋颗粒的制备，具体步骤如下：

a)内层凝胶的制备：内层凝胶的重量百分比为壳聚糖2.8%、聚乙烯醇1.2%、海藻酸钠3%、聚酰胺0.6%、碳酸铵2%、水90.4%，首先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融状态，再自然冷却，在50℃加入研磨至粉末直径2微米以下碳酸铵，充分搅拌形成凝胶备用；

b)将厌氧细菌采用高速离心机以5000r/min离心30min待用；

c)将a)的内层凝胶冷却到温度为45℃与b)混合，混合比为12:1，充分混合后待用；将上述混合了厌氧细菌的凝胶用注射器挤出形成约5~6mm直径的厌氧固定化颗粒，放入重量百分比2%CaCl₂溶液中交联30min后，在0~4℃温度条件下保存20min；

d)外层凝胶的制备：外层凝胶的重量百分比为壳聚糖3.3%、聚乙烯醇1.5%、海藻酸钠2.2%、聚酰胺0.7%、碳酸铵2.5%、水89.8%，先将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、超纯水等混合加热至熔融，再自然冷却，到50℃加入研磨至粉末直径8微米碳酸铵，形成外层混合凝胶；

e)将好氧细菌用高速离心机以5000r/min离心30min，待外层混合凝胶温度降为45度与d)混合，外层凝胶与好氧细菌混合比为10:1，形成好氧细菌混合凝胶待用；

f)将上述好氧细菌凝胶覆盖在厌氧细菌颗粒表面，覆盖厚度3mm左右，形成约10~12mm直径的厌氧/好氧细菌固定化颗粒，用重量百分比2%CaCl₂溶液交联30min，纯水洗净后移入重量百分比1.2%乙酸及2.5%戊二醛混合溶液放置30min后，清水洗三遍，在0~4℃温度条件下，保存12h，得到可以使用的厌氧/好氧细菌固定化颗粒。

以上述步骤所得的复合包埋厌氧/好氧细菌颗粒，在BOD为3900mg/L、COD为2300mg/L的制药废水中，氨氮废水为240mg/L，载体颗粒投放量为1~3.5%，在降解池以曝气好氧条件下，各经5天降解，BOD下降了91.9%、COD下降了86.8%，TP下降95.1%，TN下降94.7%。

Claims (1)

1.一种非均质细菌包埋颗粒的制作方法，包括以下步骤：

a)将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺加热至熔融状态，再自然冷却至45~55℃，加入碳酸铵，搅拌形成厌氧细菌包埋混合凝胶，壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、碳酸铵的重量比分别是40~50%、25~35%、18%~24%、1~2%、2.5%~4.5%；

b)将事先培养的厌氧菌用高速离心机在5000~6000r/min转速下离心25~35min，在45~50℃下与步骤a）所得的凝胶搅拌混合，待用；

c)在0~4℃温度条件下，用注射器将步骤b）所得的混合物挤入重量百分数为2%CaCl₂溶液中交联30min后，形成约5~6mm直径的厌氧固定化颗粒；

d)将壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺加热至熔融状态，再自然冷却至45~55℃，加入碳酸铵，搅拌形成厌氧细菌包埋混合凝胶，壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚酰胺、碳酸铵的重量比分别是40~45%、30~35%、20%~25%、1.5~2.5%、2.5%~4.5%，所述碳酸铵研磨至粒径10微米以下；

e)将事先培养的好氧菌用高速离心机在5000~6000r/min转速下离心25~35min，在45~50℃下与步骤d）所得的凝胶搅拌混合，待用；

f)将步骤c）所得的厌氧固定化颗粒放入步骤e）所得的凝胶混合物，置于包埋池中，使所述的凝胶混合物覆盖在所述的厌氧固定化颗粒表面，厚度3~4mm，从而形成直径10~12mm的厌氧/好氧细菌固定化颗粒，在重量百分数为2%CaCl₂溶液中交联30min，纯水洗净后移入重量百分数为1%乙酸和2.5%戊二醛的混合溶液，放置30min后，清水洗净待用；

g)将步骤f）所得的颗粒在在0~4℃温度条件下，保存12h以上，得到最终产物。