CN111484123A - 一种高效硝化包埋生物活性填料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高效硝化包埋生物活性填料及其制备方法，属于污、废水处理领域。硝化包埋生物活性填料组成及质量百分比：PVA 20‑30％；硝化细菌浓缩液50％；硅藻土15‑20％；100目的木质活性炭4‑6％；碳酸钙4‑5％；其余1％无机混合物，制备成胶状包埋料，挤出，形成管条状挤出物，在饱和硼酸溶液中进行胶联4小时，清洗，切割，置于5％硫酸钠溶液中进行浸泡4小时，形成最终包埋填料产品。本发明提高硝化效率及简便的运行方式。

Description

一种高效硝化包埋生物活性填料及其制备方法
技术领域：
本发明属于污、废水处理领域，特别涉及一种高效硝化包埋生物活性填料及其制备方法。
背景技术：
目前，针对含氨氮污、废水处理方法分为三大类，物化法、生化法和高级氧化法。生化法由于工艺成熟，性能稳定，被公认为是一种经济、有效和最有发展前途的方法。生化法包括：活性污泥法和生物膜法。传统活性污泥法中通过污泥回流来保持细菌量，要想获得高效率就必须增大生化反应池中细菌浓度，但是现在采用的单泥系统混合污泥的硝化细菌含量极为有限，若想提高硝化细菌含量，只有整体大幅度提高反应池污泥浓度，这样就会造成运行成本上升和系统运行的困难。另外，硝化细菌的世代周期长，增值速率慢，致使反应池受季节影响大。到了冬季，北方大部分污水厂都会面临丝状菌引起的污泥膨胀问题，导致硝化菌流失，进而导致出水氨氮超标。因此，专业人士考虑应用生物膜法来弥补活性污泥法中的缺点，但是生物膜法同样存在问题，对于硝化细菌来说，由于自身成膜能力较差，自然挂膜时间很长，而且，自然挂膜对硝化细菌无选择性，难以形成高密度的硝化细菌菌群优势。种种原因表明，传统生化法无法实现更高的硝化效率。
微生物细胞固定化技术可以大幅度提高微生物浓度，针对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，已用于微生物细胞包埋的材料有:聚乙烯醇(PVA)、琼脂、K-卡拉胶、明胶、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚氨酯等。在上述包埋材料中PVA具有对微生物无毒性、传质性能好、胶联后不易被生物分解、性质稳定、机械强度高、寿命长、价格低等特点。通过包埋方法实施的细菌固定化技术，可以实现细菌的定性定量投加。
在包埋技术方法中，目前利用载体成型技术而制作的包埋生物活性填料成为生物填料产品和应用的标注性产品和具有一定先进性的技术(ZL201410137401.1)。利用该种技术方法制作的包埋生物活性填料(包埋的细菌中包括：氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB))，在实验和应用中表现出了优异的性能。但是，由于网状载体制作技术要求较高、单机产量很难实现高效率，致使生产制作成本和生产效率一直存在问题。
近几年利用网状直筒形包埋生物活性填料我们进行了大量的长周期的中试和生产性应用试验，在填料制作和使用过程中发现该填料，在制备工艺过程、制作成本和填料结构形式的复杂程度上存在着较大的提升空间。为了更加适应应用市场需求和增强制作过程中质量的可控性，以及能够有效提高生产效率，通过不断地摸索、研究、实验和总结，形成了本次包埋生物活性填料的制作技术。该技术方法的形成为包埋生物活性填料的生产和应用带来了更为有利的技术基础条件。
所以本次发明，对包埋生物活性填料的制作技术方法和结构形式进行了较大的改变，取得了实质性的进步和提高，同时为处理工艺的应用带来了更为有利的条件。
发明内容：
本发明的目的是克服现有技术提供一种硝化包埋生物活性填料制备方法，提高硝化效率及简便的运行方式。
一种硝化包埋生物活性填料，其特征在于，包括以下步骤：
(1)材料组成：将富集培养硝化细菌后得到的硝化细菌悬液离心浓缩得到硝化细菌浓缩液，细菌浓度为109-1010个/mL；硝化包埋生物活性填料组成及质量百分比：PVA 20-30％；硝化细菌浓缩液50％；硅藻土15-20％；100目的木质活性炭4-6％；碳酸钙4-5％；其余1％无机混合物，无机混合物的组成及质量比：为磷酸钠、硫酸镁、硫酸铁、硫酸锰、ZnSO4·7H2O、NaMoO4·2H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、CuSO4·5H2O组成的混合物，质量比为：5：21：21：52：0.4：0.15：0.15：0.15：0.15；
(2)制作过程：利用90℃水溶解PVA制备成40-50％质量浓度的PVA溶液；按照上述PVA添加比例同上述各组分通过高强度机械搅拌混匀制备成胶状包埋料；利用具有孔径为10-12mm，内嵌6-10mm(不同时为10mm)柱芯挤出头的强力挤出机进行挤出，形成管条状挤出物(优选壁厚1.5-2.5mm)；将该挤出物放置在饱和硼酸溶液中进行胶联4小时，胶联成型后用清水清洗完成基础和胶联成型过程；将成型后的长管条利用切割机进行切割，轴向长度为3-5mm；将切割完成的填料，置于5％硫酸钠溶液中进行浸泡4小时，取出后清水清洗，形成最终包埋填料产品。
硝化包埋生物活性填料的应用，将该填料装填入直径为80-150mm的网状悬浮球中，每个球中装填40-60％体积的填料，将装有填料的网状悬浮球置于含有氨氮的污水的反应器中，爆气，填料(1)在气提的作用下成悬浮流化状态，进行硝化反应。
其本发明的优点：
1.不利用网状载体，保持填料(1)壁厚1.5-2.5mm，使单个填料包埋体量增加了近20％，使形成的填料细菌包埋量更大；
2.通过包埋主材料PVA投加比例的增大(20-30％)，使填料整体结构更加稳定，同时，由于PVA投加量的增大，结合其他辅助材料添加的改变，使填料包埋体内部形成了更为紧密的微米级空穴，使细菌固定能力更为稳定；
3.通过辅助材料种类和添加比例的改变使填料本身的韧性有了极大的提高，结合由于PVA添加量的增加使填料在水中的稳定性得到更大的提高；
4.在填料圆筒长度上，采用3-5mm形成圆环结构，使填料内部水力条件更为优良，由于短环状形式的形成，使填料单个重量减小，填料在水中形成流态化状态更好，在使用中减小了对水力搅拌强度条件的要求；
5.由于填料韧性增大和个体体积的减小，使填料在水中相互碰撞、摩擦产生的破损得到了很好的控制，填料本身由于没有了原有硬性的网状载体，使填料本身由原有的硬性结构变成了弹性结构，实现了填料自身结构更好地保护。
6.本发明结合硝化细菌的特点，通过调整包埋材料中无机混合物的原料比例以及无机物的不同如采用硫酸铁等来调整包埋材料的环境，使得硝化细菌与包埋材料相互作用进一步加强硝化细菌的硝化反应。
附图说明
图1为本发明形成的填料的整体外观结构图。
1、单个填料；2、填料壁厚；3、填料内部。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
1.填料(1)的制备
以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源进行硝化细菌定向培养，将筛选富集培养后的硝化细菌菌悬液离心脱水浓缩，得到含水率为80％的硝化细菌培养物。
利用90℃水溶解PVA制备成40％质量浓度的PVA溶液；按照(PVA添加量为25％；硝化细菌浓缩液50％(浓度为109个/mL)；硅藻土15％；100目的木质活性炭4％；碳酸钙5％；其余1％为磷酸钠、硫酸镁、硫酸铁、硫酸锰，以及由ZnSO4·7H2O、NaMoO4·2H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、CuSO4·5H2O组成的混合物(重量比为：5：21：21：52：0.4：0.15：0.15：0.15：0.15)比例混合；将上述混合物利用高强度机械搅拌混匀制备成胶状硝化包埋料；利用具有孔径为10，内嵌8mm柱芯挤出头的强力挤出机进行挤出，形成管条状挤出物；将该挤出物放置在饱和硼酸溶液中进行胶联4小时，胶联成型后用清水清洗，完成硼酸胶联成型过程；将成型后的长管条进行切割，长度为5mm；将切割完成的填料(1)置于5％硫酸钠溶液中进行浸泡4小时，取出后清水清洗，形成最终硝化细菌包埋填料。
将该填料装填入直径为100mm的悬浮球中，每个球中装填一半的填料。
2.硝化生物活性填料的应用(100mg/L浓度)
向有效体积为100L的反应器中投加1.中制备好的装有填料(1)的悬浮球100个，最终形成硝化细菌包埋生物活性填料填充率为20％，水温25±2℃，HRT＝3h，pH为7.5-8.5，溶解氧控制在4.0-5.0mg/L，利用放置一周以上的市政污水配制NH4 +-N浓度为100mg/L的原水，填料(1)在气提的作用下成悬浮流化状态，按时测定反应器的硝化效果。出水检测结果表明，反应器在培养恢复10天后氨氮氧化率达到99％以上，出水NH4 +-N浓度为1mg/L以下，生物活性填料反应池连续运行近1年，硝化效果稳定。
实施例2
1.填料(1)的制备(同实例1相同)
2.硝化生物活性填料的应用(150mg/L浓度)
向有效容积为100L的反应器中投加1.中制备好的装有填料(1)的悬浮球100个，最终形成硝化细菌包埋生物活性填料填充率为20％，水温25±2℃，HRT＝4h，pH为7.5-8.5，溶解氧控制在4.0-5.0mg/L，利用放置一周以上的市政污水配制NH4 +-N浓度为150mg/L的原水，填料(1)在气提的作用下成悬浮流化状态，按时测定反应器的硝化效果。出水检测结果表明，反应器在培养恢复10天后氨氮氧化率达到99％以上，出水NH4 +-N浓度为1mg/L以下，生物活性填料反应池连续运行近8个月，硝化效果稳定。
本次发明特点：1.包埋填料壁(2)厚1.5-2.5mm，在保持了良好通透性前提下，单个填料(1)包埋细菌量更大，单位体积细菌量增大20％；2.通过包埋主材料聚乙烯醇(PVA)投加比例的增大，结合其他辅助材料添加的改变，使填料包埋体内部形成了更为紧密的微米级空穴，使细菌固定能力更为稳定；3.通过辅助材料种类和添加比例的改变使填料(1)本身的韧性有了极大的提高，使填料(1)在水中的稳定性得到更大的提高；4.在填料(1)圆筒长度上全部采用3-5mm，使填料内部(3)水力条件更为优良，填料(1)单个重量减小，填料(1)在水中形成流态化状态更好，在使用中减小了对水力搅拌强度条件的要求；5.由于填料(1)韧性增大和个体体积的减小，使填料(1)本身成为了弹性体在水中相互碰撞、摩擦产生的磨损小，实现了填料(1)自身的结构保护。6.本发明结合硝化细菌的特点，通过调整包埋材料中无机混合物的原料比例以及无机物的不同如采用硫酸铁等来调整包埋材料的环境，使得硝化细菌与包埋材料相互作用进一步加强硝化细菌的硝化反应。

Claims (4)

1.一种高效硝化包埋生物活性填料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)材料组成：将富集培养硝化细菌后得到的硝化细菌悬液离心浓缩得到硝化细菌浓缩液，细菌浓度为109-1010个/mL；硝化包埋生物活性填料组成及质量百分比：PVA 20-30％；硝化细菌浓缩液50％；硅藻土15-20％；100目的木质活性炭4-6％；碳酸钙4-5％；其余1％无机混合物，无机混合物的组成及质量比：为磷酸钠、硫酸镁、硫酸铁、硫酸锰、ZnSO4·7H2O、NaMoO4·2H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、CuSO4·5H2O组成的混合物，质量比为：5：21：21：52：0.4：0.15：0.15：0.15：0.15；
(2)制作过程：利用90℃水溶解PVA制备成40-50％质量浓度的PVA溶液；按照上述PVA添加比例同上述各组分通过高强度机械搅拌混匀制备成胶状包埋料；利用具有孔径为10-12mm，内嵌6-10mm(不同时为10mm)柱芯挤出头的强力挤出机进行挤出，形成管条状挤出物；将该挤出物放置在饱和硼酸溶液中进行胶联4小时，胶联成型后用清水清洗完成基础和胶联成型过程；将成型后的长管条利用切割机进行切割，轴向长度为3-5mm；将切割完成的填料，置于5％硫酸钠溶液中进行浸泡4小时，取出后清水清洗，形成最终包埋填料产品。
2.按照权利要求1所述的一种硝化包埋生物活性填料的制备方法，其特征在于，最终包埋填料壁厚1.5-2.5mm。
3.按照权利要求1或2所述的方法制备得到的一种硝化包埋生物活性填料。
4.按照权利要求1或2所述的方法制备得到的一种硝化包埋生物活性填料的应用，将该填料装填入直径为80-150mm的网状悬浮球中，每个球中装填40-60％体积的填料，将装有填料的网状悬浮球置于含有氨氮的污水的反应器中，爆气，填料(1)在气提的作用下成悬浮流化状态，进行硝化反应。
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