CN111573831A - 一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法，属于污水处理领域。反硝化包埋菌颗粒主要成分：反硝化细菌活性污泥，高分子聚氨酯水凝胶，蒙脱石，活性炭，蒸馏水，过硫酸钾，四甲基乙二胺。将上述物质混合均匀后，静置20‑60分钟后形成固体凝胶状，切割成所需尺寸，即得反硝化包埋菌颗粒，可用于污水脱氮过程中。本发明反硝化包埋菌颗粒制备过程中使用蒙脱石和活性炭作为添加剂，增加了包埋菌颗粒的吸附性能和机械强度，该制备方法操作简单，所得包埋菌颗粒抗水质冲击能力强，污水处理效率高，能实现对污水的深度脱氮处理，适用于污水处理行业。

Description

一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，特别涉及一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒的制备方法。
背景技术
微生物菌体包埋固定化技术采用物理或化学手段将微生物菌体限制在特定空间，并保持较高的活性，该技术可克服游离菌体如活性污泥易发生污泥膨胀、解体、上浮等问题的缺点，包埋菌具有生物量大、污水处理效率高、装置占地面积小、基建费用低等优势，已被引入污水处理行业。目前已报道的包埋菌大多使用海藻酸盐、聚乙烯醇、水性聚氨酯等作为菌种包埋材料，该种包埋菌颗粒内部孔隙不均匀，菌种附着位点少，细菌附着不牢固，且包埋菌颗粒吸附有毒有害物质的能力较低，导致其污水处理效率低，不利于包埋菌技术在污水处理行业的推广应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法，该方法在反硝化包埋菌颗粒制备过程中使用粉末状添加剂，以增加颗粒内部细菌附着位点，增强包埋菌颗粒对有毒有害物质的吸附能力，该方法操作简单、成本低、易大规模推广应用，得到的反硝化包埋菌颗粒生物量大，机械强度高，抗水质冲击能力强，使用寿命长，能实现对污水的深度脱氮处理，适用于污水处理行业。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法，使用高分子聚氨酯水凝胶作为交联剂，培养的高活性反硝化污泥作为菌种，使用粉末状活性炭和粉末状蒙脱石作为添加剂，使用过硫酸钾作为催化剂，使用四甲基乙二胺作为引发剂，使用蒸馏水作为分散剂，使用硝酸钠和葡萄糖分别提供制备过程中反硝化细菌菌种生长所需氮源、无机碳源。
作为优选技术方案，本发明所述的反硝化包埋菌颗粒制备方法，其制备过程包括：包埋试剂配制，菌种与包埋试剂混合，包埋颗粒成形。
S1包埋试剂配制
以制备100mL包埋菌颗粒为例，在玻璃容器内加入15mL高分子聚氨酯水凝胶，加入1-2g活性炭，混匀。加入1-2g蒙脱石，蒙脱石和活性炭总添加量小于等于3g，加入适量(约22mL)蒸馏水，超声分散使其混合均匀，得包埋试剂P1。
S2菌种与包埋试剂混合
在S1所得包埋试剂P1中加入10-15g的培养的高活性反硝化污泥，加适量蒸馏水(约10mL)，慢速搅拌混匀，得固液混合状产物P2。
S3包埋颗粒成形
在S2所得固液混合产物P2中加入3.5g过硫酸钾，加蒸馏水使总体积为98mL，搅拌混匀，得固液混合产物P3。在固液混合产物P3中加2mL四甲基乙二胺溶液，搅拌混匀，引发聚合反应。室温环境静置20-60分钟后形成固体凝胶，切割为所需尺寸即得反硝化包埋菌颗粒，置于富含硝酸钠和葡萄糖的溶液中备用。
进一步地，S1中高分子聚氨酯水凝胶与活性炭的质量比为1/0.06～1/0.13，S1中高分子聚氨酯水凝胶与蒙脱石的质量比为1/0.06～1/0.13，S1中高分子聚氨酯水凝胶与活性炭蒙脱石总量的质量比小于等于1/0.2。
进一步地，S2中包埋试剂P1与高活性反硝化污泥的质量比为1/0.25～1/0.37。
进一步地，S3中固液混合产物P2与过硫酸钾的质量比为1/0.07～1/0.06，S3中固液混合产物P3与四甲基乙二胺的质量比为1/0.02。
作为优选技术方案，本发明所述的反硝化包埋菌颗粒制备方法，所述反硝化包埋菌颗粒为富含反硝化细菌颗粒，优选用于污水生物反硝化过程中。
本发明的原理是：
高分子水性聚氨酯凝胶具有稳定性高、对生物无毒无害的优点，是一种常用的包埋材料，但其内部孔径分布不均匀，细菌附着位点少，细菌菌体与包埋试剂结合不牢固，因此存在机械强度低、抗水质负荷冲击能力差等缺点，导致其污水处理效率低。蒙脱石是一类天然的粘土类化合物，生物相容性好，具有环境友好、廉价的优势，蒙脱石在水中分散后具有独特的片状结构，具有较高的吸附能力。活性炭具有较大的比表面积，吸附能力强。在包埋菌颗粒制备过程中添加粉末状蒙脱石和活性炭可以为微生物菌体提供较多的附着位点，使微生物菌体与包埋试剂结合牢固，减少了微生物的流失。添加蒙脱石和活性炭，可起到支撑包埋颗粒空间骨架的作用，提高包埋菌颗粒的机械强度，增强了包埋菌颗粒耐负荷冲击的能力。蒙脱石和活性炭可以改善包埋菌颗粒的比重，使包埋菌颗粒不随反硝化过程产生的氮气上浮，减少包埋菌颗粒的流失。由于蒙脱石和活性炭具有较强的吸附能力，提高了包埋菌颗粒对有毒有害物质的吸附能力，改善了包埋菌颗粒的污水处理效率。
粉末状蒙脱石和活性炭的添加量对制得的包埋菌颗粒的性能有重要影响。蒙脱石和活性炭添加量过低，不能起到改善包埋菌颗粒机械强度和提高其吸附能力的作用。蒙脱石和活性炭添加量过高，会堵塞颗粒内部孔道，降低传质性能，且会导致包埋菌颗粒重量过大，影响包埋菌颗粒在反应器内的流化状态。本发明通过实验研究将包埋剂中粉末蒙脱石添加量控制在1％～2％(m/V)，活性炭添加量控制在1％～2％(m/V)，蒙脱石和活性炭总添加量小于等于3％(m/V)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明在包埋菌颗粒制备过程添加了低成本的粉末状蒙脱石，可起到支撑空间骨架的作用，提高了包埋菌颗粒的机械强度，同时蒙脱石具有较强的吸附性能，提高了包埋菌颗粒对有毒有害物质的吸附能力。
2、蒙脱石和活性炭可以改善包埋菌颗粒的比重，增加其重量，使其不易随反硝化作用产生的氮气上浮，减少了包埋菌颗粒的流失。
3、通过本发明方法制备的反硝化包埋菌颗粒机械强度高、生物量大、能承受较高的氮素负荷及水力负荷冲击，且包埋菌颗粒不易破碎解体，使用寿命长，制备成本低。
4、本发明包埋菌颗粒制备过程用时短、操作简单，该方法易大规模推广应用，具有较大的经济价值及良好的应用前景。
附图说明
图1为反硝化包埋菌颗粒实体照片。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
制备反硝化包埋菌颗粒在间歇培养条件下处理含氮废水，具体过程如下：
实施例所用菌种为已培养的高活性反硝化污泥，经高通量测序知其富含高活性反硝化细菌。实施例所用交联剂为高分子聚氨酯水凝胶，具有吸水后稳定存在的三维网络结构。实施例所用添加剂一为活性炭，具有较大比表面积。实施例所用添加剂二为蒙脱石，具有胶体分散特性。实施例使用过硫酸钾作为催化剂，使用四甲基乙二胺作为引发剂，使用蒸馏水作为分散剂。实施例使用硝酸钠和葡萄糖分别提供制备过程中菌种生长所需氮源和碳源。
以制备100mL包埋菌颗粒为例。在玻璃容器内加入15mL聚氨酯水凝胶，加入1.5g活性炭，搅拌混匀。此时溶液呈黑色。加入1.5g粉末状蒙脱石，蒙脱石和活性炭总添加量为3g，加入22mL蒸馏水后超声分散使其混合均匀。后加入12g已培养的反硝化污泥，加入10mL蒸馏水，慢速搅拌混匀。加入3.5g过硫酸钾，加蒸馏水使总体积为98mL，搅拌混匀。加2mL四甲基乙二胺溶液，搅拌混匀。将上述混合溶液于室温环境中静置20-60分钟后，形成固体凝胶状物质，切割为所需尺寸即得反硝化包埋菌颗粒，将其置于富含硝酸钠和葡萄糖的溶液中备用。
将制备的反硝化包埋菌颗粒按反应器体积填充率15％投加到SBR反应器中，SBR反应器有效容积为5L，反应时间为8小时。SBR进水中含氮化合物主要为硝态氮，其初始浓度为50mg/L。为满足反硝化细菌正常生长，使用葡萄糖维持进水中化学需氧量COD浓度为150mg/L。经过8小时反应，制备过程添加了蒙脱石和活性炭的反硝化包埋菌SBR反应器出水中硝态氮浓度为3.72mg/L，反硝化包埋菌颗粒对硝态氮的去除率达到92.56％。该实施例中反硝化包埋菌颗粒显示出良好的脱氮性能，具有较好的应用前景。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品中各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法，其特征在于：使用高分子聚氨酯水凝胶作为交联剂，培养的高活性反硝化污泥作为菌种，使用粉末状活性炭和粉末状蒙脱石作为添加剂，使用过硫酸钾作为催化剂，使用四甲基乙二胺作为引发剂，使用蒸馏水作为分散剂，使用硝酸钠和葡萄糖分别提供制备过程中反硝化细菌菌种生长所需氮源、无机碳源。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法，其特征在于：制备过程包括：包埋试剂配制，菌种与包埋试剂混合，包埋颗粒成形；
S1包埋试剂配制
制备100mL包埋菌颗粒，在玻璃容器内加入15mL高分子聚氨酯水凝胶，加入1-2g活性炭，混匀；加入1-2g蒙脱石，蒙脱石和活性炭总添加量小于等于3g，加入适量蒸馏水，超声分散使其混合均匀，得包埋试剂P1；
S2菌种与包埋试剂混合
在S1所得包埋试剂P1中加入10-15g的培养的高活性反硝化污泥，加适量蒸馏水，慢速搅拌混匀，得固液混合状产物P2；
S3包埋颗粒成形
在S2所得固液混合产物P2中加入3.5g过硫酸钾，加蒸馏水使总体积为98mL，搅拌混匀，得固液混合产物P3；在固液混合产物P3中加2mL四甲基乙二胺溶液，搅拌混匀，引发聚合反应；室温环境静置20-60分钟后形成固体凝胶，切割为所需尺寸即得反硝化包埋菌颗粒，置于富含硝酸钠和葡萄糖的溶液中备用。
3.根据权利要求2所述的一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法，其特征在于：S1中高分子聚氨酯水凝胶与活性炭的质量比为1/0.06～1/0.13，S1中高分子聚氨酯水凝胶与蒙脱石的质量比为1/0.06～1/0.13，S1中高分子聚氨酯水凝胶与活性炭蒙脱石总量的质量比小于等于1/0.2。
4.根据权利要求2所述的一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法，其特征在于：S2中包埋试剂P1与高活性反硝化污泥的质量比为1/0.25～1/0.37。
5.根据权利要求2所述的一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法，其特征在于：S3中固液混合产物P2与过硫酸钾的质量比为1/0.07～1/0.06，S3中固液混合产物P3与四甲基乙二胺的质量比为1/0.02。
6.根据权利要求1-5所述的一种用于污水处理的反硝化包埋菌颗粒制备方法，其特征在于：所述反硝化包埋菌颗粒为富含反硝化细菌颗粒，用于污水生物反硝化过程中。
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