CN112456656A - 一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料 - Google Patents
一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112456656A CN112456656A CN202011460002.0A CN202011460002A CN112456656A CN 112456656 A CN112456656 A CN 112456656A CN 202011460002 A CN202011460002 A CN 202011460002A CN 112456656 A CN112456656 A CN 112456656A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- membrane
- microporous membrane
- filler
- microorganisms
- hollow fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
- C02F3/341—Consortia of bacteria
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，涉及生物工程或污水处理中的生物反应填料相关技术领域，公开的生物反应填料包括微孔膜及菌胶团，所述微孔膜为中空纤维膜或板式膜，所述菌胶团包埋在微孔膜外壁之内的内腔或孔隙中，材料构造和实施简单，微生物受膜的包裹不流失，膜表面孔隙发达，膜内外的物质传递通畅，膜对微生物没有毒害作用，微生物活性高，填料使用寿命长，由于直接包埋菌胶团，可快速并持久的发挥微生物活性，这种填料在工程应用中根据需要可以制作成任意尺寸，可固定在反应器内使用，相互不摩擦和碰撞，不需设置拦截网，且不会磨损或破碎，整体降低了生物反应填料的使用和维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及生物工程或污水处理中的生物反应填料相关技术领域，特别涉及一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料。
背景技术
近年来，随着人们对环保的日渐重视，民生工程中的化学方法越来越多地被更加绿色环保的技术所替代，其中微生物技术是受到广泛关注的替代方法之一，在新兴的生物工程或污水处理技术领域更加离不开微生物技术。以生物法污水处理为例，一般采用活性污泥法或生物膜法，活性污泥法是指将微生物以絮体(活性污泥)的形式分散在污水中，污泥与水充分接触，污水内的营养物质向污泥内传递，污泥内的微生物代谢后的产物向污水内传递；生物膜法是指在污水内提供一定的填料，可以是固定填料也可以是流动填料，微生物附着在填料表面生长形成一层生物膜，物质与生物膜内的微生物进行内外传递(传质)，这种在填料表面形成生物膜的过程叫挂膜。也有采用微生物包埋法制作而成的生物填料，就是将微生物与高分子预聚体混合均匀，凝固后切割成颗粒状填料，微生物被包埋在填料内，通过特殊工艺在填料内形成发达的微孔，填料内的微生物通过微孔与污水形成物质传递。
有一些微生物，世代周期较长，增殖速度慢，属于弱势菌种，采用活性污泥法或生物膜法很难富集这类微生物，而往往这类弱势菌对污水中特定污染物的降解和去除起到了关键的或重要的作用。例如污水脱氮离不开的硝化菌和反硝化菌、污水厌氧制甲烷的厌氧菌、高浓度氨氮废水处理的厌氧氨氧化菌等。尤其在低水温(低于12℃)影响，弱势菌群生长会进一步被抑制。
采用微生物包埋技术制作的包埋填料用于污水处理反应器中相当于给反应器直接投加微生物，而无需富集，这种方法可快速提高对特定污染物的降解或去除效果，能很好地解决弱势菌群不易富集的问题。然而，在微生物包埋技术中，目前通常采用颗粒形包埋填料，为了减少填料与外界物质交换的阻力，这类填料尺寸不能做得太大，一般为圆形或方形，直径或边长为2-4mm。由于填料颗粒粒径过小，在反应器内需要设拦截网，否则填料会随出水流失，而同样的，鉴于填料颗粒的限制，拦截网的孔眼直径需要做到非常小，这样就会造成堵塞的问题，需要定期清理拦截网，增加使用成本。同时填料在反应器内呈分散状态，随着反应器内的机械搅拌或空气搅拌，填料会互相碰撞，造成磨损或破碎，从而穿透滤网，填料随着使用被快速消耗，需要定期补充来维持需要的总量。另外在包埋填料制作的过程中，高分子预聚体与微生物直接混合，会对微生物产生一定的毒害作用，微生物的活性会降低50％-70％。
发明内容
为解决上述采用传统包埋填料造成的堵塞、填料损耗、活性低等问题，本发明提供一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，这种填料是将特定作用的微生物直接装填入微孔膜(中空纤维膜、板式膜等各种形式的微孔膜)内，将微孔膜的进出口封闭即形成嵌入了微生物的填料。具体技术方案为：
一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，包括微孔膜及菌胶团，所述微孔膜为中空纤维膜或板式膜，所述菌胶团包埋在由微孔膜外壁构成的内腔或孔隙中。
优选地，所述微孔膜为有机材料微孔膜或无机材料微孔膜。
优选地，所述有机材料微孔膜为聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或二种以上制备的微孔膜。
优选地，所述无机材料微孔膜为陶瓷微孔膜。
优选地，所述微孔膜进出口封堵，使中空纤维膜的内腔或板式膜的内壁空间(两侧膜之间的空间)与膜之间形成封闭式空间。封堵材料为环氧树脂胶水或聚氨酯胶水中的一种或二种。
优选地，所述中空纤维膜的内径为0.5-5mm，膜厚度为0.5-3mm。
优选地，所述板式膜的内壁空间厚度(指两侧膜之间的净距离)
为0.5-5mm，膜厚度为0.5-3mm。
优选地，所述微孔膜的孔眼尺寸为10nm-2000nm。
优选地，所述菌胶团的颗粒粒径为20-3000nm。
优选地，所述菌胶团的颗粒粒径大于微孔膜的孔眼尺寸。
需要注意的是：在保证嵌入的物质不能透过孔眼流失(也就是微孔膜孔眼尺寸小于菌胶团颗粒粒径)的前提下，微孔膜的孔眼的选取越大越好，用以减小膜的传质阻力。
优选地，设微孔膜孔眼平均尺寸为d1，菌胶团颗粒的平均粒径为d2，则有当η1d1≤d2≤η2d1时，为最优比例，其中η1、η2为常数，η1取值为1.23，η2取值为1.61。
优选地，所述中空纤维膜的长度为0.1m-10m。
优选地，所述板式膜(矩形)的边长为0.1m-5m。
优选地，所述菌胶团中的微生物包括硝化菌、反硝化菌、水解菌、酸化菌、产甲烷菌、厌氧氨氧化菌、芽孢杆菌等，以及其它对特殊污染物产生特定分解或降解作用的工程菌中的一种或二种以上。
上述微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料的制备方法为：
(1)取仅保留一个开口的微孔膜，向微孔膜的腔体内注入微生物菌胶团；
(2)封堵微孔膜的开口。
优选地，步骤(1)所述微孔膜，当其为中空纤维膜时，先将膜丝一端开口封堵，仅保留另一端开口；当其为板式微孔膜时，直接采用仅有一个开口(进出口)的板式微孔膜；更优选地，所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜一端开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料优选环氧树脂胶水或聚氨酯胶水中的一种或二种；所述腔体为中空纤维膜的内腔或板式膜的内壁空间(两侧膜之间的空间)。
优选地，步骤(2)所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜保留的开口处或板式纤维膜开口(进出口)处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料优选环氧树脂胶水或聚氨酯胶水中的一种或二种。
有益效果
本发明的有益效果在于：
在现有的污水处理技术中，微生物以活性污泥(微生物菌胶团)分散在污水中或附着生长在填料表面上，而微孔膜是一种用于水或污水过滤一定尺度颗粒物的介质。本发明另辟蹊径，打破了现有技术中对微生物的富集/固定方式和微孔膜应用方式的固有模式，在微孔膜中直接嵌入微生物，构造一种类似鸟笼的结构，微孔膜做笼，微生物就像是生活在笼中的鸟，微孔膜壁面有发达的微孔，污水中的污染物质(对微生物来说是营养物质)可以通过微孔向膜内传递，生长在微孔膜内的微生物就像笼中的鸟吃食一样利用各种营养物质生长并将各种物质分解降解，降解产物也能通过微孔传递到外界的水中。
本发明采用特定的微孔膜孔径与菌胶团颗粒粒径的比例关系(η1d1≤d2≤η2d1)，当采用这样的比例关系时，是最能够兼顾减少菌胶团的流失量与保证微孔膜不被堵塞的参数，当二者的比例关系超出这一范围时，则会出现菌胶团大量流失，或微孔膜在使用过程中会被快速堵塞的问题。
膜嵌入微生物填料，由于膜作为包埋材料是预先制作，再填充微生物，不会对微生物产生毒害作用，提高了填料的反应活性。
膜嵌入微生物填料内部可包埋各种微生物，例如硝化菌、反硝化菌、水解菌、酸化菌、产甲烷菌、厌氧氨氧化菌、芽孢杆菌等，以及其它对特殊污染物产生特定分解或降解作用的工程菌等。尤其是对增殖缓慢的微生物，直接将菌胶团包埋在膜中投入使用，免去了开启使用后漫长的富集过程，能够迅速开启生物反应，且由于膜的包裹作用，微生物不仅不会流失，反而会随着生化反应的进行得到缓慢的增殖，从而使该类微生物得到富集，总量得到提高，填料的整体效率也得到提高。
另外，膜嵌入微生物填料还可以嵌入各种酶，在传统的包埋填料技术中，一些方法会造成酶的失活，即使不被失活，由于酶分子过小，随着使用的流失非常迅速，导致在实际应用中酶不断被消耗，但在本发明中，由于膜的包裹作用使得酶不随产物流失，从而可以持续发挥酶的生物催化作用，酶的使用成本大大降低。
膜嵌入微生物填料，可以做成比较大的尺寸，例如做成长丝状的或片状的，从而可以固定在生物反应器中，不会相互碰撞破碎或磨损而造成流失，延长了填料的使用周期/使用寿命，同时也无需在反应器上额外设置拦截网，填料在生物反应池内装填简单，基本上无需后续维护，减少了操作运行的工作量。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的嵌入了微生物的微孔膜填料剖面结构示意图；
其中，1-微孔膜外壁，2-微孔膜外壁上的微孔，3-微孔膜内嵌入的微生物(菌胶团)，4-膜丝(膜板)开口堵塞物(由封堵材料静置干燥后形成)；
图2为效果验证试验中中试反应器结构示意图；
其中，1为反应器，2为生物填料(由装填有活性污泥的纤维膜组成的模组)，3为活性污泥的进泥口；
图3为效果验证试验中，对采用实施例1相关参数进行试验所得数据中的水力停留时间60min进出水硝态氮浓度对比图；
图4为效果验证试验中，对采用实施例1相关参数进行试验所得数据中的水力停留时间50min进出水硝态氮浓度对比图；
图5为效果验证试验中，对采用实施例1相关参数进行试验所得数据中的水力停留时间40min进出水硝态氮浓度对比图；
图6为效果验证试验中，对采用实施例1相关参数进行试验所得数据中的水力停留时间30min进出水硝态氮浓度对比图；
图7为效果验证试验中，对采用实施例1相关参数进行试验所得数据中的水力停留时间20min进出水硝态氮浓度对比图；
图8为效果验证试验中，对采用实施例1相关参数进行试验所得数据中的水力停留时间10min进出水硝态氮浓度对比图；
图9为效果验证试验中，对采用实施例1相关参数进行试验所得数据中的水力停留时间5min进出水硝态氮浓度对比图；
以上各附图中，反应时间即为水力停留时间。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如无特殊说明，以下实施例中采用的菌胶团为效果验证试验中污水厂生化池内的污泥(活性污泥)，其中直接含有或经接种有实施例中所要求的特定菌种(如实施例1中所要求的反硝化菌、实施例3中所要求的厌氧氨氧化菌等)，最终向纤维膜接种的污泥MLSS浓度约4500mg/L，污泥首先经100目的滤网过滤去除大颗粒杂质，筛选适当粒径的菌胶团，再将筛选后的污泥用泵打入微孔膜的腔体中。
实施例1将反硝化菌胶团嵌入中空纤维膜制作生物反应填料：
根据图1所示结构，采用一种中空纤维膜嵌入含有反硝化菌的菌胶团(活性污泥)。所采用的中空纤维膜材质为PVDF，内径为2mm，膜的壁厚为0.5mm，外壁上的孔眼孔径为320nm，硝化菌胶团(活性污泥)颗粒尺寸约为400nm(孔径与粒径比例按以下比例设置：设微孔膜孔眼平均尺寸为d1，菌胶团颗粒的平均粒径为d2，则有当η1d1≤d2≤η2d1时，为最优比例，其中η1、η2为常数，η1取值为1.23，η2取值为1.61)，这样硝化菌胶团被微孔膜包裹就不会流失。根据工程应用需要，选用长度为1m的中空纤维膜，装填好反硝化菌之后两端封堵，从而制作成一种采用中空纤维膜嵌入反硝化菌的填料。制作方法为：
(1)取仅保留一个开口的微孔膜，向微孔膜的腔体内注入微生物菌胶团；
(2)封堵微孔膜的开口。
步骤(1)所述微孔膜，先将中空纤维膜膜丝一端开口封堵，仅保留另一端开口；所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜一端开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
步骤(2)所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜保留的开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
大量该填料构成膜组应用于污水处理中，根据设计在污水处理反应器中投入需要的量。
经后续的试验效果验证，通过实施例1、2与对比例1、2的数据对比可知，本发明提供的特定算法规定的菌胶团与微孔膜孔径比例范围，确实是最优比例，当该比例超出上述范围时，就会出现对比例中的菌胶团流失或填料(微孔膜孔眼)经常堵塞的问题。
实施例2将反硝化菌胶团嵌入中空纤维膜制作生物反应填料：
根据图1所示结构，采用一种中空纤维膜嵌入含有反硝化菌的菌胶团(活性污泥)。所采用的中空纤维膜材质为PVDF，内径为2mm，膜的壁厚为0.5mm，外壁上的孔眼孔径为240nm，反硝化菌胶团(活性污泥)颗粒尺寸约为400nm(孔径与粒径比例按以下比例设置：设微孔膜孔眼平均尺寸为d1，菌胶团颗粒的平均粒径为d2，则有当η1d1≤d2≤η2d1时，为最优比例，其中η1、η2为常数，η1取值为1.23，η2取值为1.61)，这样反硝化菌胶团被微孔膜包裹就不会流失。根据工程应用需要，选用长度为3m的中空纤维膜，装填好反硝化菌之后两端封堵，从而制作成一种采用中空纤维膜嵌入反硝化菌的填料。制作方法为：
(1)取仅保留一个开口的微孔膜，向微孔膜的腔体内注入微生物菌胶团；
(2)封堵微孔膜的开口。
步骤(1)所述微孔膜，先将中空纤维膜膜丝一端开口封堵，仅保留另一端开口；所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜一端开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
步骤(2)所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜保留的开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
大量该填料构成膜组应用于污水处理中，根据设计在污水处理反应器中投入需要的量。
对比例1将反硝化菌胶团嵌入中空纤维膜制作生物反应填料：
根据图1所示结构，采用一种中空纤维膜嵌入含有反硝化菌的菌胶团(活性污泥)。所采用的中空纤维膜材质为PVDF，内径为2mm，膜的壁厚为0.5mm，外壁上的孔眼孔径为210nm，反硝化菌胶团(活性污泥)颗粒尺寸约为400nm，这样反硝化菌胶团被微孔膜包裹就不会流失。根据工程应用需要，选用长度为1m的中空纤维膜，装填好反硝化菌之后两端封堵，从而制作成一种采用中空纤维膜嵌入反硝化菌的填料。制作方法为：
(1)取仅保留一个开口的微孔膜，向微孔膜的腔体内注入微生物菌胶团；
(2)封堵微孔膜的开口。
步骤(1)所述微孔膜，先将中空纤维膜膜丝一端开口封堵，仅保留另一端开口；所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜一端开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
步骤(2)所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜保留的开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
大量该填料构成膜组应用于污水处理中，根据设计在污水处理反应器中投入需要的量。
对比例2将反硝化菌胶团嵌入中空纤维膜制作生物反应填料：
根据图1所示结构，采用一种中空纤维膜嵌入含有反硝化菌的菌胶团(活性污泥)。所采用的中空纤维膜材质为PVDF，内径为2mm，膜的壁厚为0.5mm，外壁上的孔眼孔径为360nm，反硝化菌胶团(活性污泥)颗粒尺寸约为400nm，这样反硝化菌胶团被微孔膜包裹就不会流失。根据工程应用需要，选用长度为1m的中空纤维膜，装填好反硝化菌之后两端封堵，从而制作成一种采用中空纤维膜嵌入反硝化菌的填料。制作方法为：
(1)取仅保留一个开口的微孔膜，向微孔膜的腔体内注入微生物菌胶团；
(2)封堵微孔膜的开口。
步骤(1)所述微孔膜，先将中空纤维膜膜丝一端开口封堵，仅保留另一端开口；所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜一端开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
步骤(2)所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜保留的开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
大量该填料构成膜组应用于污水处理中，根据设计在污水处理反应器中投入需要的量。
实施例3将反硝化菌胶团嵌入中空纤维膜制作生物反应填料：
根据图1所示结构，采用一种中空纤维膜嵌入含有反硝化菌的菌胶团(活性污泥)。所采用的中空纤维膜材质为PVDF，内径为2mm，膜的壁厚为0.5mm，外壁上的孔眼孔径为320nm，反硝化菌胶团(活性污泥)颗粒尺寸约为400nm(孔径与粒径比例按以下比例设置：设微孔膜孔眼平均尺寸为d1，菌胶团颗粒的平均粒径为d2，则有当η1d1≤d2≤η2d1时，为最优比例，其中η1、η2为常数，η1取值为1.23，η2取值为1.61)，这样反硝化菌胶团被微孔膜包裹就不会流失。
菌胶团(活性污泥)在使用前加入酶活力为100万u/g的中性蛋白酶，加入的浓度为1g/kg活性污泥，混匀后室温下静置30-90min后使用。
根据工程应用需要，选用长度为1m的中空纤维膜，装填好反硝化菌之后两端封堵，从而制作成一种采用中空纤维膜嵌入反硝化菌的填料。制作方法为：
(1)取仅保留一个开口的微孔膜，向微孔膜的腔体内注入微生物菌胶团；
(2)封堵微孔膜的开口。
步骤(1)所述微孔膜，先将中空纤维膜膜丝一端开口封堵，仅保留另一端开口；所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜一端开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
步骤(2)所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜保留的开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
大量该填料构成膜组应用于污水处理中，根据设计在污水处理反应器中投入需要的量。
经后续的效果验证试验验证，通过实施例1、3的数据对比可知，本发明提供的生物填料，能够有效避免菌胶团中嵌入的酶的流失，使得传统技术中不能实现实际应用(无法实际产生效果)的嵌入酶的设想，最终得以实施并取得良好的污水处理效果。
实施例4将甲烷菌胶团嵌入板式膜制作生物反应填料：
根据图1所示结构，采用一种板式膜嵌入含有产甲烷菌的菌胶团(活性污泥)。所采用的板式膜材质为陶瓷，内壁空间厚度为2mm，膜的壁厚为2mm，外壁上的孔眼孔径为200nm，产甲烷菌胶团(活性污泥)颗粒尺寸约为300nm(孔径与粒径比例按以下比例设置：设微孔膜孔眼平均尺寸为d1，菌胶团颗粒的平均粒径为d2，则有当η1d1≤d2≤η2d1时，为最优比例，其中η1、η2为常数，η1取值为1.23，η2取值为1.61)，这样产甲烷菌胶团被微孔膜嵌入就不会流失。根据工程应用需要，选用长度为0.5m宽度为0.25m的板式膜，装填好产甲烷菌之后进口封堵，从而制作成一种采用板式膜嵌入产甲烷菌的填料。制作方法为：
(1)取仅保留一个开口的微孔膜，向微孔膜的腔体内注入微生物菌胶团；
(2)封堵微孔膜的开口。
步骤(1)所述微孔膜，直接采用仅有一个开口(进出口)的板式微孔膜；
步骤(2)所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在板式纤维膜开口(进出口)处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为聚氨酯胶水。
大量该填料构成膜组应用于生物制沼气中，根据设计在生物反应器中投入需要的量。
实施例5将厌氧氨氧化菌胶团嵌入中空纤维膜制作生物反应填料：
根据图1所示结构，采用一种中空纤维膜嵌入含有厌氧氨氧化菌的菌胶团(活性污泥)。所采用的中空纤维膜材质为PTFE，内径为2mm，膜的壁厚为0.5mm，外壁上的孔眼孔径为800nm，厌氧氨氧化菌胶团(活性污泥)颗粒尺寸约为1200nm(孔径与粒径比例按以下比例设置：设微孔膜孔眼平均尺寸为d1，菌胶团颗粒的平均粒径为d2，则有当η1d1≤d2≤η2d1时，为最优比例，其中η1、η2为常数，η1取值为1.23，η2取值为1.61)，这样厌氧氨氧化菌胶团被微孔膜包裹就不会流失。根据工程应用需要，选用长度为0.5m的中空纤维膜，装填好厌氧氨氧化菌之后两端封堵，从而制作成一种采用中空纤维膜嵌入厌氧氨氧化菌的填料。制作方法为：
(1)取仅保留一个开口的微孔膜，向微孔膜的腔体内注入微生物菌胶团；
(2)封堵微孔膜的开口。
步骤(1)所述微孔膜，先将中空纤维膜膜丝一端开口封堵，仅保留另一端开口；所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜一端开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
步骤(2)所述封堵方法为：用毛刷蘸取封堵材料，涂抹在中空纤维膜保留的开口处，封堵材料浸入开口厚度达到2-5mm后停止涂抹，在室温下静置2-5h；所述封堵材料为环氧树脂胶水。
大量该填料构成膜组应用于含高浓度氨氮废液的处理中，根据设计在反应器中投入需要的量。
效果验证试验：
用中空纤维膜内嵌反硝化菌在苏州某市政污水厂做了中试，以该厂二沉池出水为试验对象(称为试验进水，简称进水)，试验期间为2020年7月1至2020年10月30日，期间进水硝态氮浓度在5～11mg/L之间，水温20～25℃，pH约7.2。
加工中试反应器，结构示意图见图2，构造方式如下：
反应器尺寸为1.5mx1mx1.5m，碳钢材质，水深1.2m，内部装填中空纤维膜式微生物嵌入填料，填料长1m，膜丝材质PVDF，膜丝内径2mm，壁厚0.5mm，每套中试反应器的中空纤维膜外壁孔径分别按实施例1-3、对比例1、2设置，共采用了50m2中空纤维膜，10m2为一组膜丝构成一个膜组，一端用环氧树脂胶水封堵另一端不封堵(每一个膜组的一端整体封堵)，5个膜组通过管道系统连接成一个总的活性污泥进泥口，用于注入菌胶团，膜组固定在反应器内。反应器总容积为2.25m3，有效容积为1.8m3。
以该污水厂生化池内的污泥(含有实施例1-3、对比例1、2要求的菌种反硝化菌)作为接种菌种，经测量接种污泥MLSS浓度约4500mg/L，污泥首先经100目的滤网过滤去除大颗粒杂质，筛选适当粒径的菌胶团(所筛选的菌胶团粒径分别根据实施例1-3、对比例1、2的要求设置)，再将筛选得到的污泥通过反应器的进泥口用泵打入膜丝内，每套反应器用约5m3污泥，注入完成后将进泥口用盲板封闭(由于反应器并非一次性使用，因此不采用实施例中的胶水封堵的方法)。5m3污泥中MLSS的质量约22.5kg。
这样在有效容积1.8m3的反应器的微孔膜内共装填了约5m3污水中的污泥菌种，污泥的MLSS总质量约22.5kg，约合12500mg/L污泥浓度，可见该反应器单位容积污泥量(即污泥浓度，表示微生物浓度)是污水厂生化池单位容积污泥量的约2.8倍。
投加醋酸钠作为反硝化脱氮的碳源，将该反应器投入运行后很快对进水中的硝态氮起到了明显的去除效果，试验首先前10天为调试期和适应期。
测量短期运行数据：10天后根据进水的量来调节污水在反应器的水力停留时间(即水力停留时间)，分别进行了七个不同水力停留时间的试验，水力停留时间分别为：60min、50min、40min、30min、20min、10min、5min，每个水力停留时间均进行了7天的试验，每天上午和下午各取进水和出水测量硝态氮浓度。之后使反应器持续运行，水力停留时间均按20min，又运行了20天后试验结束，期间每天上午和下午各取进水和出水测量硝态氮浓度(得到长期运行数据)，并在试验结束后检验反应器中单位膜丝中微生物的量(生长了微生物的单根膜丝与空膜丝的差值，每个反应器取生长了微生物的10根膜丝与10根空膜丝对比)。附图中仅列出采用实施例1相关参数进行试验所得短期数据中的一部分(图3-图9)：
由图3-图9可知，在水力停留时间只有5min时，经嵌入了微生物微孔膜反应器处理后污水中的硝态氮浓度从5～10mg/L降到了5mg/L以下；而水力停留时间在50min以上时(60min时前几个数值较高，与反应器的适应期未完成有关)，污水中的硝态氮浓度可以降到3mg/L甚至2mg/L以下。可见由于采用直接装填微生物，而非开启后富集的方式，反应器污水处理反应可以直接启动，省去了富集的时间，反应器中的微生物经短期适应后很快发挥了足够的生化作用。
从长期、短期全部数据上看，各个实施例自身数据的变化趋势基本一致，但其中实施例3(长期数据中)各个时间段的硝态氮浓度比实施例1低10-13％左右，可见在本申请提供的载体结构中，酶是能够实现其作用的，并且20天的持续试验中，中后期实施例3各个时间段的硝态氮浓度与实施例1的差异百分比变化不明显，可见在本发明的方案中，酶的流失程度很小，不影响其对污水处理反应的作用。
从长期数据上看，实施例1、2数据基本不存在显著区别，且随着运行时间的推移，硝态氮去除率反而得到了小幅度地提升，而对比例1、2与之相比存在以下问题：对比例1在试验的全部过程中共出现了17次生物填料(膜丝组)堵塞现象，花费了大量人力进行清堵工作，并且在其中一次清堵工作中损坏了其中一组膜丝组，并进行了替换，大大增加了使用成本且导致了反应器暂停运行，因此虽然起始数据与实施例1基本相同，但后续数据均无法与实施例1相比，硝态氮处理效果随时间推移，与实施例1差距越来越大，可见，采用对比例1的菌胶团与微孔膜孔径比例，会导致生物填料在短时间内的堵塞；对比例2虽然起始数据也与实施例1基本相同，但后续硝态氮处理效果数据随时间推移，逐渐弱于实施例1，并且差距逐渐变大，且在最终检测污泥量时发现污泥量仅为初始的61％wt，可见，采用对比例2的菌胶团与微孔膜孔径比例，会导致填料中的菌胶团的大量流失，若在实际应用中使用，则采用对比例2的比例，后期将无法实现对污水的有效处理。相反地，实施例1、2、3、对比例1终止试验后，活性污泥量分别有不同程度的增加，其中，实施例1活性污泥量为初始注入量的131％，增加比例最高，其次依次为实施例2、实施例3、对比例1，对比例1的增量较小可能是由其生物填料堵塞处理过程中暂停使用导致的，可见，随着污水处理生化反应的进行，膜丝中的菌胶团不仅没有流失，反而得到了缓慢的增殖，总量提高，填料处理污水的整体效率也必然得到提高。
以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，其特征在于：包括微孔膜及菌胶团，所述微孔膜为中空纤维膜或板式膜，所述菌胶团包埋在由微孔膜外壁构成的内腔或孔隙中。
2.根据权利要求1所述的将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，其特征在于：所述微孔膜为有机材料微孔膜或无机材料微孔膜。
3.根据权利要求2所述的将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，其特征在于：所述有机材料微孔膜为聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或二种以上制备的微孔膜。
4.根据权利要求2所述的将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，其特征在于：所述无机材料微孔膜为陶瓷微孔膜。
5.根据权利要求1所述的将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，其特征在于：所述微孔膜进出口封堵，使中空纤维膜的内腔或板式膜的内壁空间与膜之间形成封闭式空间。
6.根据权利要求1所述的将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，其特征在于：所述中空纤维膜的内径为0.5-5mm，膜厚度为0.5-3mm。
7.根据权利要求1所述的将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，其特征在于：所述板式膜的内壁空间厚度为0.5-5mm，膜厚度为0.5-3mm。
8.根据权利要求1所述的将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，其特征在于：所述微孔膜的孔眼尺寸为10nm-2000nm；所述菌胶团的颗粒粒径为20-3000nm；所述菌胶团的颗粒粒径大于微孔膜的孔眼尺寸。
9.根据权利要求1所述的将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，其特征在于：所述中空纤维膜的长度为0.1m-10m。
10.根据权利要求1所述的将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料，其特征在于：所述板式膜的边长为0.1m-5m。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011460002.0A CN112456656A (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011460002.0A CN112456656A (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112456656A true CN112456656A (zh) | 2021-03-09 |
Family
ID=74803494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011460002.0A Pending CN112456656A (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112456656A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113562851A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-29 | 武汉新烽光电股份有限公司 | 一种快速bod检测原位生物膜组件 |
-
2020
- 2020-12-11 CN CN202011460002.0A patent/CN112456656A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113562851A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-29 | 武汉新烽光电股份有限公司 | 一种快速bod检测原位生物膜组件 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106277324B (zh) | 一种去除总氮的水处理装置 | |
| Chu et al. | Treatment of domestic wastewater by using a microaerobic membrane bioreactor | |
| KR101935093B1 (ko) | 선택적 미생물 고정화 담체 | |
| EP3116634B1 (en) | An aerated biofilm reactor with hollow fibre membranes | |
| CN104652131A (zh) | 一种生物活性碳纤维、包括其的复合生态膜填料组件及其制备方法 | |
| CN105032168A (zh) | 一种脱除氮氧化物的装置及方法 | |
| CN112456656A (zh) | 一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料 | |
| CN109336256B (zh) | 一种半短程硝化-厌氧氨氧化串联污水处理系统与方法 | |
| CN113772816A (zh) | 一种用于废膜丝曝气膜生物反应实验装置 | |
| CN2835232Y (zh) | 仿水草生物膜载体填料 | |
| CN204779037U (zh) | 一种竖管脱氮填料装置 | |
| CN214653964U (zh) | 一种将微生物嵌入微孔膜制作的生物反应填料 | |
| CN111018101B (zh) | 一种膜生物膜培养驯化工艺及处理高盐废水用膜生物膜反应装置 | |
| CN105565480A (zh) | 一种移动床生物膜反应器中载体填料的挂膜方法 | |
| CN109502933B (zh) | 一种含有聚丙烯酰胺废水的处理方法及系统 | |
| CN102491509A (zh) | 一种可低温运行的污水处理方法 | |
| CN112358029A (zh) | 一种新型生物复合填料及其制备方法和应用 | |
| CN208532386U (zh) | 旋转型生物膜法污水处理装置 | |
| JP2010284617A (ja) | バイオリアクター素子、該素子の製造方法及び使用方法 | |
| KR20180000627A (ko) | 바실러스 내생포자 고정화 담체 및 이의 제조방법 | |
| CN108117161B (zh) | 利用固定化群体感应的厌氧-好氧动态膜污染调控方法 | |
| CN104743671A (zh) | 一种竖管脱氮填料装置 | |
| CN114031171A (zh) | 一种氢基质膜生物膜反应器 | |
| Comett et al. | Treatment of leachate from the anaerobic fermentation of solid wastes using two biofilm support media | |
| CN112340839A (zh) | 一种污水处理用组合式生物球填料及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |