CN115465949B - 一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有核‑壳结构的固定化微生物复合材料及其制备方法。所述方法步骤如下：用可溶性淀粉制备淀粉球，淀粉球外面包覆纤维状有机造孔剂与氧化铝混合粉末，在空气气氛中进行焙烧，焙烧产物置于厌氧微生物菌剂中浸渍，浸渍后表面再包覆一层淀粉；再将材料浸入含有PEGM、苯乙醚和兼性菌剂的溶胶中，浸渍后用紫外灯照射；固定化后产物在聚氨脂发泡剂中进行发泡，形成核壳复合材料；再将材料放入含有PEGM、苯乙醚和好氧菌剂的溶胶中，浸渍后用紫外灯照射，既得。本发明不需要驯化挂膜，可直接放在设备内进行污水处理，可根据场地及污水情况调整微生物载荷，将A2O工艺在较小的尺度内集成，实现简单反应器内的脱氮除磷效果。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别涉及一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料及其制备方法。
背景技术
当前用于废水处理的填料多为有机大孔填料或者陶瓷填料。填料不仅可用于高浓度废水的处理，也可以用于低营养废水处理，如提标后的废水。但是无论哪种填料都只能用于好氧工艺或缺氧工艺，功能较为单一。
当前的填料按照功能主要分为普通填料和负载有微生物的有机无机填料。普通填料如活性炭、聚氨酯、聚苯乙烯、氧化铝等，该类填料为多孔材料不负载微生物，通过引种活性污泥，实现挂膜，达到污染物处理的目的。负载有微生物的有机无机填料多为聚氨酯等有机填料表面或者内部进行交联或者包埋，实现微生物的负载。但负载微生物的形式较为单一，负载的菌剂及种类为单一的去除COD菌剂、硝化菌等。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料及其制备方法。
第一方面，本申请提供了一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料，是采用以下技术方案得以实现的。
一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料，所述复合材料具有核-壳多层结构，在核-壳多层结构上负荷三层固定化微生物。
进一步的，在核-壳结构的内部负载厌氧微生物，中间负载兼性厌氧微生物，外层负载好氧微生物。
第二方面，本申请提供了一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料的制备方法，是采用以下技术方案得以实现的。
一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.采用可溶性淀粉制备淀粉球；制备的淀粉球的直径为2mm；
S2.将造孔剂与氧化铝粉末混合，造孔剂的用量占造孔剂与氧化铝粉末总质量的5％-30％；
S3.将步骤S2的产物包覆在步骤S1淀粉球的表面；制备出直径5mm左右的球状材料；
S4.将步骤S3的产物在空气气氛中500-1500℃下焙烧2-5h；
S5.焙烧后产物置于体积浓度为20-40％的厌氧微生物菌剂中进行浸渍，浸渍2-10h后取出，表面包覆一层淀粉；
S6.将步骤S5的产物放入含有体积浓度为10％-50％的PEGM、0.5-1％苯乙醚、5-30％兼性厌氧微生物菌剂的溶胶中，待溶胶完全包覆步骤S5的产物后取出，用紫外灯照射3-10min；
S7.将10～60重量份的步骤S6产物、10～50重量份的聚氨酯、1～10重量份的水溶性聚氨酯溶液，0～2重量份的有机盐混合并发泡；形成填料直径为10mm的无机有机复合填料；
S8.将步骤S7的产物放入含有体积浓度为10％-50％的PEGM、1-5％苯乙醚、10-30％好氧微生物菌剂的溶胶中，待溶胶完全包覆步骤S7的产物后取出，用紫外灯照射3-10min，得到具有核-壳结构的固定化微生物复合材料。
进一步的，步骤S2中，造孔剂选用长度200微米以下的纤维状造孔剂。
进一步的，步骤S2中，造孔剂选用聚苯乙烯材料和聚丙烯中的一种或两种。
进一步的，步骤S7中，有机盐选用钙、镁、锌等微生物需要的有机盐。
本申请复合材料的整体形状可调，可根据设备形状进行调整。本申请采用的微生物为针对不同污水筛选的高效微生物。
本申请具有以下有益效果。
本申请制备的复合材料可在材料内部进行厌氧反应，外部进行好氧反应，实现在好氧池空间内同时进行好氧、厌氧工艺，具有好氧-厌氧一体化净化效果。而且，在好氧装置内同时实现污水的好氧-厌氧反应，可减小装置体积和停留时间。本申请在材料的微尺度上同一时间的微小空间内实现A2O工艺，实现了多效协同，提高了处理效率。本申请复合材料中的有效微生物密度可调，可针对不同浓度的污水调整微生物浓度，应用范围广。另外，本申请复合材料可在污水池内投加或配套做成一体化设备配件，直接对目标类废水进行处理，无需驯化适应。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明。
本申请实施例中采用的厌氧菌、碱性厌氧菌及好氧菌剂均为市政污水中筛选培养得到。
实施例1：
一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.用可溶性淀粉制备直径为2mm的淀粉球；
S2.将总质量20％的100微米的聚苯乙烯纤维和总质量30％的氧化铝粉末进行混合并通过滚筒造粒包覆在步骤S1的淀粉球表面，获得直径6mm左右的球状材料；
S3.在马弗炉中600℃加热2.0h,后降至常温；
S4.将材料在浓度为20％的厌氧菌中进行浸渍，浸渍2.5h后取出，表面包覆一层淀粉，吸收表面的水分；
S5.浸渍后的中空球转移至含有浓度为10％兼性厌氧菌剂、45％PEGM、0.6％苯乙醚的溶胶中,材料表面完全被浸入后，取出进行紫外灯照射5min；
S6.每50g形成的材料在50g聚氨脂发泡剂(聚氨酯重量40g，水溶性聚氨酯质量比例9g，有机金属盐1g)中进行混合发泡，混合发泡后形成填料直径为10mm的无机有机复合填料；
S7.将无机有机复合填料放入含有浓度为20％的PEGM、1％苯乙醚、20％的好氧菌剂的溶胶中，带溶胶完全包覆后，取出用紫外灯照射5min，得到具有核-壳结构的固定化微生物复合材料。
将本实施例制备得到的复合材料放入到废水，最终得到处理效果参见表1。
表1
实施例2
一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.用可溶性淀粉制备直径为2mm的淀粉球；
S2.将总质量15％的180微米的聚苯乙烯纤维和总质量35％的氧化铝粉末进行混合并通过滚筒造粒包覆在步骤S1的淀粉球表面，获得直径5mm左右的球状材料；
S3.在马弗炉中600℃加热2.5h，后降至常温；
S4.将材料在浓度为20％的厌氧菌中进行浸渍，浸渍2.0h后取出，表面包覆一层淀粉，吸收表面的水分；
S5.浸渍后的中空球转移至含有浓度为20％兼性厌氧菌剂、50％PEGM、0.7％苯乙醚的溶胶中,材料表面完全被浸入后，取出进行紫外灯照射8min；
S6.每40g形成的材料在聚氨脂发泡剂60g(聚氨酯48g，水溶性聚氨酯10g，有机金属盐2g)中进行混合发泡，混合发泡后形成填料直径为10mm的无机有机复合填料；
S7.将无机有机复合填料放入含有浓度为25％的PEGM、1％苯乙醚、25％的好氧菌剂的溶胶中，带溶胶完全包覆后，取出用紫外灯照射5min，得到具有核-壳结构的固定化微生物复合材料。
将本实施例制备得到的复合材料放入到废水，最终得到处理效果参见表2。
表2
实施例3
一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.用可溶性淀粉制备直径为2mm的淀粉球；
S2.将总质量15％的180微米的聚苯乙烯纤维和总质量35％的氧化铝粉末进行混合并通过滚筒造粒包覆在步骤S1的淀粉球表面，获得直径6mm左右的球状材料；
S3.在马弗炉中600℃进行加热2.5h，后降至常温；
S4.将材料在浓度为20％的厌氧菌中进行浸渍，浸渍2.0h后取出，表面包覆一层淀粉，吸收表面的水分；
S5.浸渍后的中空球转移至含有浓度为20％兼性厌氧菌剂、40％PEGM、0.5％苯乙醚的溶胶中,材料表面完全被浸入后，取出进行紫外灯照射5min；
S6.每40g形成的材料在聚氨脂发泡剂60g(聚氨酯50g，水溶性聚氨酯8g，有机金属盐2g)中进行混合发泡，混合发泡后形成填料厚度为15mm的膜状无机有机复合填料；
S7.将无机有机复合填料放入含有浓度为25％的PEGM、1％苯乙醚、30％的好氧菌剂的溶胶中，带溶胶完全包覆后，取出用紫外灯照射5min，得到具有核-壳结构的固定化微生物复合材料。
将本实施例制备得到的复合材料放入到废水，最终得到处理效果参见表3。
表3
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.采用可溶性淀粉制备淀粉球；
S2.将造孔剂与氧化铝粉末混合，造孔剂的用量占造孔剂与氧化铝粉末总质量的5％-30％；
S3.将步骤S2的产物包覆在步骤S1淀粉球的表面；
S4.将步骤S3的产物在空气气氛中500-1500℃下焙烧2-5h；
S5.焙烧后产物置于体积浓度为20％-40％的厌氧微生物菌剂中进行浸渍，浸渍2-10h后取出，表面包覆一层淀粉；
S6.将步骤S5的产物放入含有体积浓度为10％-50％的PEGM、0.5-1％苯乙醚、5-30％兼性厌氧微生物菌剂的溶胶中，待溶胶完全包覆步骤S5的产物后取出，用紫外灯照射3-10min；
S7.将10～60重量份的步骤S6产物、10～50重量份的聚氨酯、1～10重量份的水溶性聚氨酯溶液，0～2重量份的有机盐混合并发泡；
S8.将步骤S7的产物放入含有体积浓度为10％-50％的PEGM、1-5％苯乙醚、10-30％好氧微生物菌剂的溶胶中，待溶胶完全包覆步骤S7的产物后取出，用紫外灯照射3-10min，得到具有核-壳结构的固定化微生物复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，造孔剂选用长度200微米以下的纤维状造孔剂。
3.根据权利要求1所述的一种具有核-壳结构的固定化微生物复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，造孔剂选用聚苯乙烯材料和聚丙烯中的一种或两种。
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