CN111484134A

CN111484134A - 一种反硝化脱氮包埋生物环状活性填料制备及应用

Info

Publication number: CN111484134A
Application number: CN202010375312.6A
Authority: CN
Inventors: 杨宏
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Tianchao Environmental Technology Beijing Co ltd; Yang Hong; Beijing University of Technology
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2020-08-04
Anticipated expiration: 2040-05-06
Also published as: CN111484134B

Abstract

一种反硝化脱氮包埋生物环状活性填料制备及应用，属于污、废水处理领域。包埋材料的原料质量百分比组成：PVA 20‑30％；反硝化细菌浓缩液50％；硅藻土15‑20％；100目的木质活性炭4‑6％；碳酸钙4‑5％；其余1％为无机物混合物；然后按照上述各组分添加材料添加到PVA水溶胶中制成胶状包埋料；挤出管条状物，置在饱和硼酸溶液中进行胶联，清洗切割，置于5％硫酸钠溶液中进行浸泡，清洗，形成最终包埋填料产品。能够加强反硝化细菌的反硝化反应。

Description

一种反硝化脱氮包埋生物环状活性填料制备及应用

技术领域：

本发明属于污、废水处理领域，特别涉及一种反硝化脱氮包埋生物活性填料制备及应用。

背景技术：

目前，生化法由于工艺成熟，性能稳定，被公认为是含氮污、废水处理的一种经济、有效的方法。生化法包括：活性污泥法和生物膜法。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，若想提高反硝化细菌含量，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，利用高通量测序技术测定，单泥系统的活性污泥中反硝化细菌所占比例仅为3％左右。这种状态带来的结果是，到了低温季节(深秋、冬季和初春)北方大部分污水厂都面临着系统总氮去除不彻底，导致出水总氮超标。在处理工艺上，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，对于反硝化细菌来说，自然挂膜对反硝化细菌无选择性，难以形成高密度的反硝化细菌菌群优势。种种原因表明，传统生化法无法实现更高的反硝化效率。

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(ZL201410137270.7)。该种形式的包埋生物活性填料，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(ZL201410137270.7)网状直筒形反硝化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，对于反硝化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反硝化脱氮包埋生物活性填料制备方法，提高反硝化效率及简便的运行方式。

一种反硝化脱氮包埋生物活性填料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)材料组成：将富集培养反硝化细菌后得到的反硝化细菌悬液离心浓缩得到反硝化细菌浓缩液，细菌浓度为10⁹-10¹⁰个/mL；包埋材料的原料质量百分比组成：PVA20-30％；反硝化细菌浓缩液50％；硅藻土15-20％；100目的木质活性炭4-6％；碳酸钙4-5％；其余1％为无机物混合物，无机物混合物的组成及质量比：磷酸钠、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰、ZnSO₄·7H₂O、NaMoO₄·2H₂O、CoCl₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O、CuSO₄·5H₂O组成的混合物，质量比为：5：21：30：43：0.4：0.15：0.15：0.15：0.15；

(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；按照上述各组分添加材料并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。

所述反硝化脱氮包埋生物活性填料的应用方法：按照上述方法所制得的反硝化生物活性填料，不但适合于常规城市污水脱氮，而且对于高浓度化工废水经驯化后也有较强的适应性(见实例2)。

本发明的优点：

1.不利用网状载体，保持填料壁厚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，从而使反硝化填料表面形成的生物絮体粘泥更容易脱落，同时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、本发明结合反硝化细菌的特点，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亚铁等来调整包埋材料的环境，使得反硝化细菌与包埋材料相互作用进一步加强反硝化细菌的反硝化反应。

附图说明

图1为本发明形成的桶装或环状填料的整体外观结构图。

1、桶装或环状填料的外壁；2、桶装或环状填料的筒壁；3、桶装或环状填料的内壁。

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.填料的制备

以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源进行反硝化细菌定向培养，将筛选富集培养后的反硝化细菌菌悬液离心脱水浓缩，得到反硝化细菌浓缩液，细菌浓度为10⁸-10⁹个/mL。

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％；反硝化细菌培养物50％；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、硫酸亚铁、硫酸锰，以及由ZnSO₄·7H₂O、NaMoO₄·2H₂O、CoCl₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O、CuSO₄·5H₂O组成的混合物(重量百分比为：5：21：30：43：0.4：0.15：0.15：0.15：0.15))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反硝化包埋料；利用具有孔径为10mm，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，形成最终反硝化细菌包埋填料。

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.反硝化生物活性填料的实验(氨氮浓度为100mg/L)

在硝化反应器后面建立反硝化反应器，向有效体积为50L的反硝化反应器中投加

1.中制备好的装有填料(1)的悬浮球50个，最终形成反硝化细菌包埋生物活性填料填充率为15％，水温25±2℃，HRT＝2h，pH为7.5-8.5，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，先经过硝化反应器进行氨氮的氧化，在保障硝化反应器出水氨氮降至1mg/L以下时，连接出水进入反硝化反应器进行反硝化脱氮运行，反硝化反应器每连续运行10天利用反冲洗对填料进行冲洗，每天测定反应器的脱氮效果。出水检测结果表明，反应器在培养恢复10天后总氮去除率达到95％以上，出水总氮浓度为5mg/L以下，生物活性填料反应池连续运行近10个月，反硝化效果稳定。

实施例2

1.填料(1)的制备(同实例1相同)

2.高浓度化工废水反硝化生物活性填料的应用(硝酸盐浓度2400mg/L)

向有效体积为120L的反应器中投加1.中制备好的装有填料(1)的悬浮球100个，最终形成反硝化细菌包埋生物活性填料填充率为12.5％，水温28±2℃，HRT＝8h，pH为7.5-8.0，原水为化肥生产产生的高浓度废水，硝酸盐浓度2400±200mg/L，反硝化碳源为乙酸钠投加比为硝态氮的3.5-4.0倍，反硝化反应器每连续运行5天利用反冲洗对填料进行冲洗，按时测定反应器的出水硝酸盐氮。出水检测结果表明，反应器在培养恢复15天后，出水总氮浓度能够达到5mg/L以下，个别时间出现10mg/L左右，约占8％。生物活性填料反应池连续运行近3个月，反硝化脱氮能力显著。

本次发明特点：1.包埋填料壁厚1.5-2.5mm，在保持了良好通透性前提下，单个填料包埋细菌量更大，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本身的韧性有了极大的提高，使填料在水中的稳定性得到更大的提高；4.在填料(圆筒长度上全部采用3-5mm，使填料内部水力条件更为优良，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，实现了填料自身的结构保护。6、本发明结合反硝化细菌的特点，通过调整包埋材料中无机混合物，进一步加强反硝化细菌的反硝化反应。

Claims

1.一种反硝化脱氮包埋生物环状活性填料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述的一种反硝化脱氮包埋生物环状活性填料制备方法，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反硝化脱氮包埋生物环状活性填料。

4.按照权利要求1或2所述的方法制备得到的一种反硝化脱氮包埋生物环状活性填料的应用，不但适合于常规城市污水脱氮，而且对于高浓度化工废水经驯化后也有较强的适应性。