一種硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料、制備及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料、制備及應(yīng)用，屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料由包埋體和載體兩部分組成：載體由多層聚乙烯醇無紡布和一層紡織物縫制而成；包埋體由細(xì)菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合而成的包埋液經(jīng)硼酸交聯(lián)固定而成；將載體浸泡于包埋液中，通過硼酸二次交聯(lián)，載體與包埋體能牢固的粘合在一起，包埋體透過紡織物網(wǎng)孔形成鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體不易脫落，紡織物良好的抗拉性能提高了生物活性填料的整體穩(wěn)定性。載體安裝于預(yù)制框架上并放置于反應(yīng)器中，不僅可以有效解決硫酸鹽還原菌附著能力差、易流失等問題，還可以提高反應(yīng)器處理能力，縮短啟動時間。
【專利說明】-種硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料、制備及應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，特別涉及一種硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料制備及 應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 在利用硫酸鹽還原菌（Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)進(jìn)行硫酸鹽廢水的處 理過程中，功能微生物(主要是指硫酸鹽還原菌）的數(shù)量、代謝活性和生態(tài)因子直接影響著 反應(yīng)器的運(yùn)行處理效能。由于在硫酸鹽廢水的厭氧處理中，存在著豐富的碳源(廢水中原有 或者為處理而投加的C0D)和適宜的厭氧條件，許多生境條件相似的微生物得以聚集，所以 如何保持SRB的種群優(yōu)勢地位、適宜的生態(tài)因子和底物競爭優(yōu)勢是SRB法處理硫酸鹽廢水 的研究重點(diǎn)。目前，利用SRB處理硫酸鹽廢水的主要處理工藝有單項厭氧工藝、單項吹脫工 藝、兩相厭氧工藝以及生物膜法工藝。傳統(tǒng)的硫酸鹽廢水處理工藝存在著反應(yīng)器啟動時間 長、處理能力有限、SRB附著性和成膜性差、難以形成優(yōu)勢菌群以及與其他厭氧菌存在底物 競爭等缺陷，使之在實(shí)際應(yīng)用中具有局限性。為了改善SRB的附著能力差、易流失等不足以 及反應(yīng)器啟動時間長的缺點(diǎn)，許多學(xué)者開始了利用微生物固定化技術(shù)固定硫酸鹽還原菌的 試驗(yàn)研究并取得了一定的研究成果。
[0003] 微生物細(xì)胞固定化技術(shù)可以在短時間內(nèi)大幅度提高水處理單元中功能微生物的 生物量和細(xì)胞濃度，使反應(yīng)器的啟動時間縮短、微生物流失量降低，對原水酸堿度、毒性、鹽 度等變化的適應(yīng)能力明顯增強(qiáng)。利用微生物細(xì)胞固定化技術(shù)能夠創(chuàng)建穩(wěn)定的特定功能微生 物的生態(tài)優(yōu)勢，產(chǎn)生預(yù)期的物質(zhì)代謝過程，在水處理領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。常見的微 生物細(xì)胞固定化方法有吸附法、交聯(lián)法和包埋法。其中，以包埋法最為常用，已成功地用于 微生物細(xì)胞包埋的材料有聚乙烯醇、瓊脂、K-卡拉膠、明膠、海藻酸鈉、聚丙烯酰胺、聚氨酯 等。上述包埋材料具有傳質(zhì)性能好、不易被生物分解、性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高、使用壽命長、 價格低、對微生物無毒等優(yōu)點(diǎn)。目前，傳統(tǒng)的細(xì)菌包埋方法研究集中在如何將細(xì)菌與包埋材 料穩(wěn)定結(jié)合在一起，形成包埋體，例如微球、包埋塊等。操作方法雖然簡單，但局限性較大， 無法理想地應(yīng)用到工程實(shí)際當(dāng)中。我們經(jīng)過多年研究，在傳統(tǒng)的包埋方法上做了改進(jìn)，將包 埋體與載體填料結(jié)合在一起，形成整體的生物活性填料。包埋體和載體的有機(jī)結(jié)合，使生物 活性填料具有更多的性能，其結(jié)合了單純微生物細(xì)菌與包埋材料所具有的優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 通過載體與包埋體的結(jié)合而制備出的活性填料具有巨大的應(yīng)用優(yōu)勢和廣闊的應(yīng) 用空間。填料結(jié)構(gòu)形式和固定化技術(shù)的選擇應(yīng)用直接決定了生物活性填料的應(yīng)用效果和使 用壽命。經(jīng)過試驗(yàn)研究比較，我們發(fā)現(xiàn)基于傳統(tǒng)填料結(jié)構(gòu)形式和包埋方法而制備出的生物 活性填料在試驗(yàn)應(yīng)用中效果不理想，存在著生物活性填料整體穩(wěn)定性差、包埋體容易脫落 和水溶等諸多問題。針對上述問題，我們開發(fā)出一種整體穩(wěn)定性好的硫酸鹽還原菌固定式 生物活性填料具有廣泛的應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，我們提出了一種整體穩(wěn)定性好的硫酸鹽還原菌固定化生物活性填 料制備方法，由此方法制備出的生物活性填料具有填料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、抗水流沖擊作用強(qiáng)、 細(xì)菌優(yōu)勢地位建立時間短及生物群落結(jié)構(gòu)維持時間長等優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。
[0007] 多層無紡布和一層紡織物疊加在一起的載體被含有硫酸鹽還原菌的包埋體包埋， 使無紡布與無紡布之間、無紡布與紡織物之間均有包埋體，載體被包埋體包埋后的厚度可 為3. 將此包埋載體固定在框架上，多個被包埋體包埋的載體以紡織物為支撐平 行地固定在預(yù)制框架上。
[0008] 固定式生物活性填料的制備步驟如下：
[0009] (1)將硫酸鹽還原菌菌懸液離心濃縮至細(xì)胞濃度為ΙΟ8-109個/mL，得到包埋用細(xì) 菌濃縮液；
[0010] (2)將聚乙烯醇加入超純水后加熱至85°C，溶解15min。將溶解的聚乙烯醇溶液取 出并攪拌均勻后再加熱5min，攪拌均勻；
[0011] (3)將步驟（2)中的聚乙烯醇溶液冷卻至30°C并與步驟（1)得到細(xì)菌濃縮液充分 混合，得到包埋液，包埋液中聚乙烯醇的質(zhì)量濃度為80g/L-150g/L ;
[0012] (4)將多層聚乙烯醇無紡布與一層紡織物疊在一起，得到包埋載體；
[0013] (5)將步驟（4)得到的載體浸泡于步驟（3)所得到的包埋液中15min，然后將其置 于飽和硼酸中交聯(lián)1. 5h后取出，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH值在8-10之間進(jìn)行二次交聯(lián)，二次交聯(lián) 時間為5h，二次交聯(lián)結(jié)束后用清水沖洗，然后利用紡織物固定在預(yù)制框架(預(yù)制框架為正方 體或長方體，框架的外形尺寸可為〇. 3m-2m)上即完成固定式生物活性填料的制備過程。填 料的厚度可根據(jù)無紡布載體層數(shù)的不同而變化，可為3.
[0014] 上述固定式生物活性填料用于水處理。本發(fā)明所述固定式生物活性填料的有益效 果體現(xiàn)在：
[0015] (1)所采用無紡布的主要成分為聚乙烯醇纖維，經(jīng)過硼酸二次交聯(lián)法交聯(lián)固化填 料，載體與包埋體能牢固的粘合在一起，包埋體層通過紡織物網(wǎng)孔形成鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體不 易脫落，生物活性填料可穩(wěn)定運(yùn)行3年以上；
[0016] (2)所采用紡織物強(qiáng)度高，耐酸堿能力強(qiáng)，制備的硫酸鹽還原菌生物活性填料抗水 流沖擊能力強(qiáng)，細(xì)菌不易流失；
[0017] (3)生物活性填料由于網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的存在使包埋體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)厚度較小的同時又 增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)對水處理運(yùn)行環(huán)境變化的適應(yīng)性，較小的厚度能提高底物傳質(zhì)效率和包埋 體的利用率，如果用包埋體自身材料做成如此厚度無法在水處理工藝處理單元里實(shí)現(xiàn)良好 的填料性能；
[0018] (4)包埋體交聯(lián)固定采用聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)法，可以有效的降低細(xì)菌生物 量的損失，有利于保持細(xì)菌活性和功能微生物的數(shù)量。
[0019] (5)固定化生物活性填料的硫酸鹽還原菌包菌量大，硫酸鹽還原菌可以在短時間 內(nèi)建立菌群優(yōu)勢，處理效率高、穩(wěn)定性好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為固定式生物活性填料整體及局部剖面示意圖，圖中：1為無紡布，2為包埋 體，3為紡織物，4為預(yù)制框架。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合實(shí)施案例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于 此。
[0022] (1)將發(fā)酵擴(kuò)增培養(yǎng)后的硫酸鹽還原菌離心濃縮至細(xì)胞濃度達(dá)到3.5 X109個/mL， 得到細(xì)菌濃縮液，取15. 0L硫酸鹽還原菌濃縮液備用；
[0023] (2)取5. 0kg聚乙烯醇水浴加熱至90°C溶解于35L水中，得到聚乙烯醇溶液；
[0024] (3)將步驟（2)中的聚乙烯醇溶液冷卻至30°C并與步驟（1)得到的硫酸鹽還原菌 濃縮液充分混合，加水定容到50L得到包埋液，該包埋液中聚乙烯醇質(zhì)量濃度為100g/L ;
[0025] (4)將四層聚乙烯醇無紡布與一層紡織物(紡織物兩側(cè)各兩層無紡布）疊在一起， 得到包埋載體；
[0026] (5)將步驟（4)得到的包埋載體置于步驟（3)得到的包埋液中浸泡15min，然后將 其置于飽和硼酸中交聯(lián)1. 5h后取出，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH值在8-10之間進(jìn)行二次交聯(lián)，二次 交聯(lián)時間為5h，二次交聯(lián)結(jié)束后用清水沖洗，然后利用紡織物將填料平行傾斜地固定在預(yù) 制框架上，即完成硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料的制備。
[0027] (6)固定式生物活性填料的應(yīng)用：將硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料通過固定 式方式安置于500L的方形有機(jī)玻璃反應(yīng)器中，該反應(yīng)器長為lm，寬為0. 5m，高為lm，框架 長為0. 9m，寬為0. 4m，高為1. 0m，固定式片狀填料長1. 0m，寬0. 4m，固定式間距為10cm。原 水為人工配制的含硫酸鹽廢水，水溫為22°C _24°C，pH為7. 5-8. 0,以乳酸鈉作為有機(jī)碳源， S0廣濃度為1000±10mg/L，保證C0D/S0/-彡2, 0RP彡-330mV，按時測定反應(yīng)器的硫酸鹽 去除效果。出水檢測結(jié)果表明反應(yīng)器運(yùn)行到第七天，反應(yīng)器中硫酸鹽還原效果穩(wěn)定，出水 S0廣濃度為80-112mg/L，去除率保持在88%以上，反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行1年，硫酸鹽還原效果穩(wěn) 定，生物活性填料的完整率達(dá)90%。
【權(quán)利要求】
1. 一種硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料，其特征在于：多層無紡布和一層紡織物疊 加在一起的載體被含有硫酸鹽還原菌的包埋體包埋，使無紡布與無紡布之間、無紡布與紡 織物之間均有包埋體，將此包埋載體固定在框架上。
2. 按照權(quán)利要求1的一種硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料，其特征在于：多個被包 埋體包埋的載體以紡織物為支撐平行地固定在預(yù)制框架上。
3. 按照權(quán)利要求1的一種硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料，其特征在于：載體被包 埋體包埋后的厚度可為3.
4. 制備權(quán)利要求1的一種硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料的方法，其特征在于，包 括以下步驟： (1) 將硫酸鹽還原菌菌懸液離心濃縮至細(xì)胞濃度為1〇8_1〇9個/mL，得到包埋用細(xì)菌濃 縮液； (2) 聚乙烯醇加熱溶解于水中，得到聚乙烯醇溶液； (3) 將步驟（2)中的聚乙烯醇溶液冷卻至30°C并與步驟（1)得到細(xì)菌濃縮液按一定比 例充分混合，得到包埋液； (4) 將多層聚乙烯醇無紡布與一層紡織物疊在一起，得到包埋載體； (5) 將步驟（4)得到的載體浸泡于步驟（3)所得到的包埋液中15min，然后將其置于飽 和硼酸中交聯(lián)1. 5h后取出，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH值在8-10之間進(jìn)行二次交聯(lián)，二次交聯(lián)時間 為5h，二次交聯(lián)結(jié)束后用清水沖洗，然后利用紡織物固定在預(yù)制框架上即完成固定式生物 活性填料的制備過程。
5. 按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，預(yù)制框架為正方體或長方體，框架的外形尺寸 為 0· 3m_2m。
6. 權(quán)利要求1的一種硫酸鹽還原菌固定式生物活性填料用于水處理。
【文檔編號】C12N11/04GK104108798SQ201410137177
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊宏, 胡希佳, 陳偉, 管清坤, 王猛, 鄢琳, 王小樂, 吳城鋒, 孟婷, 陶慕翔, 尚海源, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達(dá) 申請人:北京工業(yè)大學(xué)