CN113562837A - 一种固定化微生物载体填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种固定化微生物载体填料及其制备方法，制备方法包括如下步骤：1)大孔纤维素载体的制备；2)微生物固定化及驯化；3)固定化‑驯化养生完成后，滤出载体，利用模具制备为柱状结构，在柱状结构表面开设螺旋槽，利用螺旋槽缠绕光导纤维，即得固定化微生物载体填料。本发明提供的制备方法设计科学合理，制备的固定化微生物载体填料性能优异，利用导热碳纤维能够实现各处的快速导热，温度保持稳定，利于后期的微生物固定化及驯化；利用低温微生物的特殊性能来提高冬季污水处理效果，相比较采用各种保温措施，可以大大的减少工程投资。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种固定化微生物载体填料及其制备方法。
背景技术
生物载体填料是微生物栖息、繁殖的的场所，是生物膜的载体，生物载体填料的性能会直接影响微生物的生长、繁殖和脱落，从而最终影响着生物膜反应器处理效果的好坏，由于其费用在整个废水处理系统的建设费用中占有很大的比重，所以选择适宜的填料对受污染水体修复技术具有重要的技术和经济意义。目前，市场上主要有固定式、悬挂式和悬浮式三大类生物载体填料。
微生物固定化技术是后期迅速发展起来的一种新型技术，它是指用物理或化学方法将游离微生物细胞、细胞器、酶或动植物细胞固定在某一特定空间范围内，使其高度聚集，并使其保留固有的活性，能在环境中连续和重复使用的技术。这种技术具有实验速度快；便于培养优势微生物种群；微生物密度高、流失量少；处理过程的稳定性高；对环境耐受力强；固液分离效果好；处理过程便于控制等优点，因而在诸多废水处理中体现出了非常大的优势，并逐渐成为国内外生物科学及相关学科研究的热点。
现有技术中，固定化微生物载体填料在使用过程中存在不足之处，一是其耐低温性能较差，不适宜在冬季进行污水处理；二是载体设计不够科学合理，孔径较小，处理效率低下。因此，需要对其进行优化改进。
发明内容
本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种固定化微生物载体填料及其制备方法。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
本发明提供一种固定化微生物载体填料的制备方法，包括如下步骤：
1)大孔纤维素载体的制备：首先以麦草浆粕为原料，碱化后得到纤维素，然后加入二硫化碳并黄化得到纤维素黄酸酯，再加入碱溶液配置为粘胶溶液，加入导热碳纤维混合均匀，继续加入发泡剂，混合物注入模具进行发泡，最后在稀硫酸溶液中再生得到大孔纤维素载体；
2)微生物固定化及驯化：首先将大孔纤维素载体洗净后加入到反应器，投加一定量的活性污泥上清液和低温混合菌，曝气培养3天并控制体系溶解氧的含量；从第4天，每天用实际废水更换反应器中1/6-1/4的培养基进入固定化-驯化养生阶段，测定反应器中污染物浓度的变化，逐渐增加实际废水的用量；固定化-驯化养生期间，定期测量微生物负载量，进而确定驯化养生周期；
3)固定化微生物载体填料的制备；固定化-驯化养生完成后，滤出载体，利用模具制备为柱状结构，在柱状结构表面开设螺旋槽，利用螺旋槽缠绕光导纤维，即得固定化微生物载体填料。
进一步地，如上所述固定化微生物载体填料的制备方法，所述大孔纤维素载体的比表面积为4-6m2/g，孔隙率为40-50％，载体孔径为700-1000μm。
进一步地，如上所述固定化微生物载体填料的制备方法，所述导热碳纤维的添加量为纤维素质量的3-6％，所述导热碳纤维的长度为5-10mm。
进一步地，如上所述固定化微生物载体填料的制备方法，所述发泡剂由偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按质量比2-4:1混合而成，所述发泡剂的添加量占粘胶溶液质量的6-10％。
进一步地，如上所述固定化微生物载体填料的制备方法，所述低温混合菌为Psychrobacter TM-1、Sphingobacterium TM-2、Pseudomonas TM-3三种低温菌中任一种。
进一步地，如上所述固定化微生物载体填料的制备方法，所述光导纤维的一端连接有供电源，另一端套接有光触媒管，所述光触媒管上开设有多个均匀分布的通气孔，所述通气孔上附着有光催化剂。
进一步地，如上所述固定化微生物载体填料的制备方法，所述光催化剂由微孔陶瓷载体和负载在其上的纳米氧化钛构成。
本发明还提供一种固定化微生物载体填料，具体为利用上述的制备方法制备得到的固定化微生物载体填料。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的制备方法设计科学合理，制备的固定化微生物载体填料性能优异，利用导热碳纤维能够实现各处的快速导热，温度保持稳定，利于后期的微生物固定化及驯化；利用低温微生物的特殊性能来提高冬季污水处理效果，相比较采用各种保温措施，可以大大的减少工程投资。
2、本发明固定化微生物载体填料其在大孔纤维素载体上增设光导纤维以及光触媒管，通过光导纤维对光线的传播，只需对光导纤维的一端输入光源即可利用光催化剂进行辅助污水处理。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种固定化微生物载体填料的制备方法，包括如下步骤：
1)大孔纤维素载体的制备：首先以麦草浆粕为原料，碱化后得到纤维素，然后加入二硫化碳并黄化得到纤维素黄酸酯，再加入碱溶液配置为粘胶溶液，加入导热碳纤维混合均匀，继续加入发泡剂，混合物注入模具进行发泡，最后在稀硫酸溶液中再生得到大孔纤维素载体；其中，导热碳纤维的添加量为纤维素质量的5％，所述导热碳纤维的长度为8mm；大孔纤维素载体的比表面积为5m2/g，孔隙率为45％，载体孔径为800μm；发泡剂由偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按质量比3:1混合而成，所述发泡剂的添加量占粘胶溶液质量的8％；
2)微生物固定化及驯化：首先将大孔纤维素载体洗净后加入到反应器，投加一定量的活性污泥上清液和低温混合菌，低温混合菌为Psychrobacter TM-1低温菌；曝气培养3天并控制体系溶解氧的含量；从第4天，每天用实际废水更换反应器中1/5的培养基进入固定化-驯化养生阶段，测定反应器中污染物浓度的变化，逐渐增加实际废水的用量；固定化-驯化养生期间，定期测量微生物负载量，进而确定驯化养生周期；
3)固定化微生物载体填料的制备；固定化-驯化养生完成后，滤出载体，利用模具制备为柱状结构，在柱状结构表面开设螺旋槽，利用螺旋槽缠绕光导纤维，光导纤维的一端连接有供电源，另一端套接有光触媒管，光触媒管上开设有多个均匀分布的通气孔，通气孔上附着有光催化剂；光催化剂由微孔陶瓷载体和负载在其上的纳米氧化钛构成；即得固定化微生物载体填料。
实施例2
一种固定化微生物载体填料的制备方法，包括如下步骤：
1)大孔纤维素载体的制备：首先以麦草浆粕为原料，碱化后得到纤维素，然后加入二硫化碳并黄化得到纤维素黄酸酯，再加入碱溶液配置为粘胶溶液，加入导热碳纤维混合均匀，继续加入发泡剂，混合物注入模具进行发泡，最后在稀硫酸溶液中再生得到大孔纤维素载体；其中，导热碳纤维的添加量为纤维素质量的3％，所述导热碳纤维的长度为5mm；大孔纤维素载体的比表面积为6m2/g，孔隙率为40％，载体孔径为700μm；发泡剂由偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按质量比2:1混合而成，所述发泡剂的添加量占粘胶溶液质量的10％；
2)微生物固定化及驯化：首先将大孔纤维素载体洗净后加入到反应器，投加一定量的活性污泥上清液和低温混合菌，低温混合菌为Sphingobacterium TM-2低温菌；曝气培养3天并控制体系溶解氧的含量；从第4天，每天用实际废水更换反应器中1/6的培养基进入固定化-驯化养生阶段，测定反应器中污染物浓度的变化，逐渐增加实际废水的用量；固定化-驯化养生期间，定期测量微生物负载量，进而确定驯化养生周期；
3)固定化微生物载体填料的制备；固定化-驯化养生完成后，滤出载体，利用模具制备为柱状结构，在柱状结构表面开设螺旋槽，利用螺旋槽缠绕光导纤维，光导纤维的一端连接有供电源，另一端套接有光触媒管，光触媒管上开设有多个均匀分布的通气孔，通气孔上附着有光催化剂；光催化剂由微孔陶瓷载体和负载在其上的纳米氧化钛构成；即得固定化微生物载体填料。
实施例3
一种固定化微生物载体填料的制备方法，包括如下步骤：
1)大孔纤维素载体的制备：首先以麦草浆粕为原料，碱化后得到纤维素，然后加入二硫化碳并黄化得到纤维素黄酸酯，再加入碱溶液配置为粘胶溶液，加入导热碳纤维混合均匀，继续加入发泡剂，混合物注入模具进行发泡，最后在稀硫酸溶液中再生得到大孔纤维素载体；其中，导热碳纤维的添加量为纤维素质量的6％，所述导热碳纤维的长度为10mm；大孔纤维素载体的比表面积为4m2/g，孔隙率为50％，载体孔径为1000μm；发泡剂由偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按质量比4:1混合而成，所述发泡剂的添加量占粘胶溶液质量的6％；
2)微生物固定化及驯化：首先将大孔纤维素载体洗净后加入到反应器，投加一定量的活性污泥上清液和低温混合菌，低温混合菌为Pseudomonas TM-3低温菌；曝气培养3天并控制体系溶解氧的含量；从第4天，每天用实际废水更换反应器中1/4的培养基进入固定化-驯化养生阶段，测定反应器中污染物浓度的变化，逐渐增加实际废水的用量；固定化-驯化养生期间，定期测量微生物负载量，进而确定驯化养生周期；
3)固定化微生物载体填料的制备；固定化-驯化养生完成后，滤出载体，利用模具制备为柱状结构，在柱状结构表面开设螺旋槽，利用螺旋槽缠绕光导纤维，光导纤维的一端连接有供电源，另一端套接有光触媒管，光触媒管上开设有多个均匀分布的通气孔，通气孔上附着有光催化剂；光催化剂由微孔陶瓷载体和负载在其上的纳米氧化钛构成；即得固定化微生物载体填料。
实施例4
一种固定化微生物载体填料的制备方法，包括如下步骤：
1)大孔纤维素载体的制备：首先以麦草浆粕为原料，碱化后得到纤维素，然后加入二硫化碳并黄化得到纤维素黄酸酯，再加入碱溶液配置为粘胶溶液，加入导热碳纤维混合均匀，继续加入发泡剂，混合物注入模具进行发泡，最后在稀硫酸溶液中再生得到大孔纤维素载体；其中，导热碳纤维的添加量为纤维素质量的5％，所述导热碳纤维的长度为8mm；大孔纤维素载体的比表面积为5m2/g，孔隙率为46％，载体孔径为750μm；发泡剂由偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按质量比3:1混合而成，所述发泡剂的添加量占粘胶溶液质量的7％；
2)微生物固定化及驯化：首先将大孔纤维素载体洗净后加入到反应器，投加一定量的活性污泥上清液和低温混合菌，低温混合菌为Pseudomonas TM-3低温菌；曝气培养3天并控制体系溶解氧的含量；从第4天，每天用实际废水更换反应器中1/5的培养基进入固定化-驯化养生阶段，测定反应器中污染物浓度的变化，逐渐增加实际废水的用量；固定化-驯化养生期间，定期测量微生物负载量，进而确定驯化养生周期；
3)固定化微生物载体填料的制备；固定化-驯化养生完成后，滤出载体，利用模具制备为柱状结构，在柱状结构表面开设螺旋槽，利用螺旋槽缠绕光导纤维，光导纤维的一端连接有供电源，另一端套接有光触媒管，光触媒管上开设有多个均匀分布的通气孔，通气孔上附着有光催化剂；光催化剂由微孔陶瓷载体和负载在其上的纳米氧化钛构成；即得固定化微生物载体填料。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种固定化微生物载体填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)大孔纤维素载体的制备：首先以麦草浆粕为原料，碱化后得到纤维素，然后加入二硫化碳并黄化得到纤维素黄酸酯，再加入碱溶液配置为粘胶溶液，加入导热碳纤维混合均匀，继续加入发泡剂，混合物注入模具进行发泡，最后在稀硫酸溶液中再生得到大孔纤维素载体；
2)微生物固定化及驯化：首先将大孔纤维素载体洗净后加入到反应器，投加一定量的活性污泥上清液和低温混合菌，曝气培养3天并控制体系溶解氧的含量；从第4天，每天用实际废水更换反应器中1/6-1/4的培养基进入固定化-驯化养生阶段，测定反应器中污染物浓度的变化，逐渐增加实际废水的用量；固定化-驯化养生期间，定期测量微生物负载量，进而确定驯化养生周期；
3)固定化微生物载体填料的制备；固定化-驯化养生完成后，滤出载体，利用模具制备为柱状结构，在柱状结构表面开设螺旋槽，利用螺旋槽缠绕光导纤维，即得固定化微生物载体填料。
2.根据权利要求1所述的固定化微生物载体填料的制备方法，其特征在于：所述大孔纤维素载体的比表面积为4-6m2/g，孔隙率为40-50％，载体孔径为700-1000μm。
3.根据权利要求1所述的固定化微生物载体填料的制备方法，其特征在于：所述导热碳纤维的添加量为纤维素质量的3-6％，所述导热碳纤维的长度为5-10mm。
4.根据权利要求1所述的固定化微生物载体填料的制备方法，其特征在于：所述发泡剂由偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠按质量比2-4:1混合而成，所述发泡剂的添加量占粘胶溶液质量的6-10％。
5.根据权利要求1所述的固定化微生物载体填料的制备方法，其特征在于：所述低温混合菌为Psychrobacter TM-1、SphingobacteriumTM-2、Pseudomonas TM-3三种低温菌中任一种。
6.根据权利要求1所述的固定化微生物载体填料的制备方法，其特征在于：所述光导纤维的一端连接有供电源，另一端套接有光触媒管，所述光触媒管上开设有多个均匀分布的通气孔，所述通气孔上附着有光催化剂。
7.根据权利要求6所述的固定化微生物载体填料的制备方法，其特征在于：所述光催化剂由微孔陶瓷载体和负载在其上的纳米氧化钛构成。
8.利用权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的固定化微生物载体填料。
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