一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料制備及應用的制作方法
【專利摘要】一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料制備及應用，屬于水處理【技術領域】。生物活性填料由載體和包埋體兩部分組成；載體是以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS樹脂為主要材料，并添加親水材料聚乙烯醇，經(jīng)熱熔或板材熱壓而成的片形網(wǎng)狀載體；包埋液由聚乙烯醇溶液和反硝化細菌濃縮液混合組成，包埋液均勻涂布于網(wǎng)狀載體上，經(jīng)硼酸二次交聯(lián)固化形成的包埋體結(jié)合于網(wǎng)狀載體得到反硝化細菌固定化生物活性填料；將若干生物活性填料通過預制框架固定后，置于水處理反應器中。本發(fā)明所制備的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料整體穩(wěn)定性好、工藝性能好，可以在短時間內(nèi)建立并維持反硝化細菌的菌群優(yōu)勢，維持系統(tǒng)高效的反硝化能力。
【專利說明】一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料制備及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理領域，特別涉及一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料制備及應用。
【背景技術】
[0002]隨著國內(nèi)外對水體氮污染問題的日益關注和高度重視，污水處理廠的出水標準越發(fā)嚴格。我國污水處理廠普遍要求嚴格執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)—級A標準。然而現(xiàn)有工藝的脫氮效果很難達到總氮(TN)提標的要求，必須對現(xiàn)有技術進行升級。
[0003]水體脫氮技術包括物理化學法和生物法。物理化學法雖然簡單，但易引起二次污染。目前污水處理廠大多采用生物法。傳統(tǒng)生物脫氮是指在好氧條件下通過硝化細菌的作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，再在缺氧條件下通過反硝化細菌的作用將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣。
[0004]新近研究發(fā)現(xiàn)了自養(yǎng)反硝化細菌和好氧反硝化細菌，拓寬了反硝化細菌的適用條件。但目前兩者的主要瓶頸在于反硝化細菌生長較慢，反應器啟動時間較長且脫氮能力較低。其大規(guī)模推廣應用尚需進一步研究和實踐驗證。因此，目前我國各大水廠仍普遍利用異養(yǎng)反硝化細菌在缺氧條件下進行生物脫氮，主要工藝形式為活性污泥法。
[0005]根據(jù)國內(nèi)大多 數(shù)污水處理廠的實際運行情況得出活性污泥系統(tǒng)反硝化過程中常存在如下問題:反硝化細菌在目前工藝條件下難以形成較強的菌群優(yōu)勢，反應器啟動時間長，脫氮效率低；與生物膜法相比，系統(tǒng)抗沖擊負荷能力較差；大量反硝化細菌在高濃度下，沉淀池部位易出現(xiàn)污泥呈大團塊上浮，對出水水質(zhì)產(chǎn)生較大影響等。
[0006]近年來微生物細胞固定化技術用于水處理領域關注度大幅提高。此技術可以在短時間內(nèi)大幅提高系統(tǒng)內(nèi)功能微生物的濃度，建立并維持穩(wěn)定的功能微生物的生態(tài)優(yōu)勢，產(chǎn)生預期的物質(zhì)代謝過程，縮短反應器的啟動時間，明顯增強對原水酸堿度、毒性、鹽度等變化的適應能力，在水處理領域顯示出巨大的應用前景。
[0007]常見的微生物細胞固定化方法包括吸附法、交聯(lián)法和包埋法。吸附法固定的微生物量少，微生物與吸附載體之間的結(jié)合力不強；交聯(lián)法對微生物的活性有影響，并且交聯(lián)劑比較昂貴。目前以包埋法最為常用。傳統(tǒng)的細菌包埋方法是將細菌與包埋材料結(jié)合在一起，形成包埋體，例如微球、包埋塊等。此方法操作簡單，但局限性大，包埋體本身缺乏水處理填料所具有的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，實際應用效果不理想。而利用拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)等傳統(tǒng)填料與包埋體通過粘附方式結(jié)合起來制得的生物活性填料存在整體穩(wěn)定性差、包埋體易脫落、細菌易流失等問題。
[0008]針對上述問題，我們把細菌包埋和載體填料有機結(jié)合在一起，開發(fā)出一種整體穩(wěn)定性好、工藝性能好的一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，在水處理脫氮領域具有廣泛的應用前景。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于開發(fā)出一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的制備方法，利用該方法制備出一種整體穩(wěn)定性好、工藝性能好的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，置于水處理反應器中，應用于水處理脫氮領域，在短時間內(nèi)建立并維持反硝化細菌的菌群優(yōu)勢，維持系統(tǒng)高效的反硝化能力。該生物活性填料載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設計，使包埋體通過網(wǎng)孔和載體形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體不易脫落，并且包埋體能夠在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)，制得的反硝化細菌固定化生物活性填料整體穩(wěn)定性好、傳質(zhì)效果好。此外，反硝化細菌固定化生物活性填料通過預制框架固定后，置于水處理反應器中，填料不會隨水流流失，反硝化效果穩(wěn)定。為了實現(xiàn)上述狀態(tài)，本發(fā)明采用了以下技術方案。
[0010]一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于:該填料由反硝化細菌包埋體和網(wǎng)狀載體兩部分組成，網(wǎng)狀載體絲徑為0.5-2mm，長為0.l_3m，寬為0.l-3m,網(wǎng)孔形狀可為正方形、矩形、菱形或圓形；含有反硝化細菌的包埋體通過網(wǎng)孔和載體形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，且包埋體能夠在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)。
[0011]一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的具體制備步驟如下:
[0012](1)以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS樹脂為主要材料，添加質(zhì)量分數(shù)為5%_10%的親水材料聚乙烯醇(PVA)，經(jīng)熱熔或板材熱壓制成由絲條相連接的片形網(wǎng)狀載體，絲徑為
.0.5-2mm,長為0.l_3m,寬為0.l_3m,網(wǎng)孔形狀可為正方形、矩形、菱形或圓形；
[0013](2)將富集培養(yǎng)反硝化細菌后得到的反硝化細菌菌懸液離心濃縮，得到細菌數(shù)量級為IO8-1O9的反硝化細菌濃縮液；
[0014](3)將聚乙烯醇加入水中，加熱至90 °C溶解，取出后攪拌均勻并冷卻至31°C ±1°C，得到聚乙烯醇溶液；
[0015](4)將制備的聚乙烯醇溶液與反硝化細菌濃縮液混合均勻，并添加碳酸鈣制備成包埋液，包埋液中聚乙烯醇質(zhì)量濃度為80-100g/L，碳酸鈣質(zhì)量濃度為10-40g/L ；
[0016](5)將包埋液均勻涂布于網(wǎng)狀載體上，確保網(wǎng)狀載體全部被包埋液覆蓋均勻；(6)根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將均勻涂布反硝化細菌包埋液的網(wǎng)狀載體放入飽和硼酸溶液中l(wèi)_3h后，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH至8-10，交聯(lián)3-24h，將其取出，洗凈表面殘留物質(zhì)，得到片形反硝化細菌固定化生物活性填料；
[0017](7)將若干片形反硝化細菌固定化生物活性填料通過預制框架固定，即完成反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的制備過程。
[0018]將制得的基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料置于水處理反應器中，應用于水處理脫氮領域。
[0019]本發(fā)明所述的基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的有益效果主要體現(xiàn)在:
[0020]1.網(wǎng)狀載體由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS樹脂為主要材料，添加了質(zhì)量分數(shù)為5%-10%的親水材料聚乙烯醇(PVA)，改善了載體的親水性，增加了載體與包埋體粘結(jié)的強度，提高了生物活性填料整體的穩(wěn)定性；
[0021]2.載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設計，使包埋體通過網(wǎng)孔和載體形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體不易脫落，制得的反硝化細菌固定化生物活性填料整體穩(wěn)定性好、機械強度高、有利于維持較高的反硝化細菌濃度；
[0022]3.生物活性填料由于網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的存在，使包埋體可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)厚度較小，同時不失整體結(jié)構(gòu)對水處理運行環(huán)境變化的適應性，較小的厚度能實現(xiàn)較高的傳質(zhì)效率和包埋體較高的利用率，如果用包埋體自身材料做成如此厚度在水處理工藝處理單元里無法實現(xiàn)良好的填料性能；
[0023]4.實驗研究表明，傳統(tǒng)固定化生物活性填料穩(wěn)定性差，包埋體易脫落，而以網(wǎng)狀載體固定化得到的生物活性填料整體穩(wěn)定性好，填料壽命在3年以上；
[0024]5.生物活性填料的表面積全部為有效面積，避免了材料的浪費；
[0025]6.固定化生物活性填料包埋菌量大，將反硝化細菌固定化生物活性填料通過預制框架固定后，置于水處理反應器中，可以在短時間內(nèi)大幅提高系統(tǒng)內(nèi)反硝化細菌的濃度，建立并維持穩(wěn)定的反硝化細菌的生態(tài)優(yōu)勢，縮短反應器的啟動時間，維持高效的反硝化能力；
[0026]7.反硝化細菌固定化生物活性填料通過預制框架固定后，置于水處理反應器中，填料不會隨水流流失，反硝化效果穩(wěn)定，且反硝化細菌固定于生物活性填料上，不會出現(xiàn)活性污泥法中的污泥膨脹及上浮問題。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0027]圖1為片形反硝化細菌固定化生物活性填料示意圖；
[0028]圖2為1-1首I]面不意圖；
[0029]圖3為I1-1I剖面示意圖；
[0030]圖4為基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料示意圖。
[0031]圖中1.網(wǎng)絲，2.包埋體，3.預制框架。
【具體實施方式】:
[0032]下面結(jié)合實施案例對本發(fā)明作進一步具體描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0033]實施例1:
[0034]1.片形網(wǎng)狀載體的制備
[0035]以聚丙烯為主要材料，添加質(zhì)量分數(shù)為5%的親水材料聚乙烯醇(PVA)，經(jīng)板材熱壓制成由絲條相連接的片形網(wǎng)狀載體，絲徑為1mm，網(wǎng)孔形狀為邊長2mm的正方形，根據(jù)需要共制備50片片形網(wǎng)狀載體，每片長為lm，寬為0.5m。
[0036]2.反硝化細菌濃縮液的制備
[0037]以某城市污水處理廠二沉池剩余污泥為菌源，富集培養(yǎng)反硝化細菌，將培養(yǎng)后得到的反硝化細菌菌懸液離心濃縮，得到細菌濃度為3.5X IO9個/mL的反硝化細菌濃縮液，取25L備用。
[0038]3.反硝化細菌包埋液的制備
[0039]稱取5kg聚乙烯醇加入至25L水中，水浴加熱至90°C溶解，取出后攪拌均勻并冷卻至30°C，將制備的25L聚乙烯醇溶液和25L反硝化細菌濃縮液混合，并加入Ikg碳酸鈣，攪拌均勻后制成50L反硝化細菌包埋液，包埋液中聚乙烯醇質(zhì)量濃度為100g/L，碳酸鈣質(zhì)量濃度為20g/L。
[0040]4.反硝化細菌包埋液和網(wǎng)狀載體的結(jié)合
[0041]將反硝化細菌包埋液均勻涂布于網(wǎng)狀載體上，確保網(wǎng)狀載體全部被包埋液覆蓋均勻。
[0042]5.反硝化細菌固定化生物活性填料的制備
[0043]將均勻涂布反硝化細菌包埋液的網(wǎng)狀載體放入飽和硼酸溶液中，使其處于淹沒狀態(tài)，靜置3h，調(diào)節(jié)溶液pH至9.0，靜置4h完成固定化，清洗，得到反硝化細菌固定化生物活性填料。
[0044]6.反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的制備
[0045]將制得的50片反硝化細菌固定化生物活性填料平行排列，間距為2cm ;傾斜放置，寬邊置于水平，長邊與水平面形成夾角；固定于長為Im,寬為0.2m,高為0.8m的預制框架上。
[0046]7.反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的應用
[0047]將所制得的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料置于有效容積為720L (長為
1.2m,寬為0.6m,有效水深為Im)的上向流立方體反應器底部中間位置,框架長邊與反應器長邊平行。進水采用人工配水，以乙酸鈉為碳源，N03_-N100±10mg/L，C/N=10 (碳源充足)，pH7.3-7.5, DOO-0.5mg/L，水溫25± 1°C，HRT=2h。每天按時取樣測定系統(tǒng)的反硝化能力。檢測結(jié)果表明，反應器運行I周后達到穩(wěn)定狀態(tài)，出水Ν03_-Ν、Ν02_-Ν濃度均在2mg/L以下，脫氮率在95.5%以上。反應器連續(xù)運行I年，反硝化細菌固定化固定式生物活性填料包埋體完好率為90%。
[0048]上述實例表明，將反硝化細菌固定化固定式生物活性填料置于水處理反應器中，可以在短時間內(nèi)建立反硝化細菌的菌群優(yōu)勢，縮短反應器的啟動時間，提高系統(tǒng)的反硝化能力；系統(tǒng)能夠長期保持較高的反硝化細菌濃度，維持高效的反硝化能力；包埋體不易脫落，填料壽命較長；填料不會隨水流流失，具有良好的應用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的制備方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: (1)以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS樹脂為主要材料，添加質(zhì)量分數(shù)為5%-10%的親水材料聚乙烯醇(PVA)，經(jīng)熱熔或板材熱壓制成由絲條相連接的片形網(wǎng)狀載體。 (2)將富集培養(yǎng)后的反硝化細菌菌懸液離心濃縮，得到細菌數(shù)量級為IO8-1O9的反硝化細菌濃縮液； (3)將聚乙烯醇加入水中，加熱至90°C溶解，取出后攪拌均勻并冷卻至31°C± I°C，得到聚乙烯醇溶液； (4)將制備的聚乙烯醇溶液與反硝化細菌濃縮液混合均勻，并添加碳酸鈣制備成包埋液，包埋液中聚乙烯醇質(zhì)量濃度為80-100g/L，碳酸鈣質(zhì)量濃度為10-40g/L ； (5)將包埋液均勻涂布于網(wǎng)狀載體上，確保網(wǎng)狀載體全部被包埋液覆蓋均勻； (6)根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將均勻涂布反硝化細菌包埋液的網(wǎng)狀載體放入飽和硼酸溶液中l(wèi)_3h后，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH至8-10，交聯(lián)3-24h ;將其取出，洗凈表面殘留物質(zhì)，得到片形反硝化細菌固定化生物活性填料； (7)將若干片形反硝化細菌固定化生物活性填料通過預制框架固定，即完成基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的制備過程。
2.按照權(quán)利要求1制備的一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于:生物活性填料由網(wǎng)狀載體和包埋體兩部分組成，含有反硝化細菌的包埋體通過網(wǎng)孔和載體形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，且包埋體能在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1制備的一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于:網(wǎng)孔的絲徑0.5-2mm。
4.按照權(quán)利要求1制備的一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于:所述片形網(wǎng)狀載體，長為0.l-3m，寬為0.l-3m。
5.按照權(quán)利要求1制備的一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于:所述網(wǎng)狀載體的網(wǎng)孔為正方形、矩形、菱形或圓形。
6.按照權(quán)利要求1制備的一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于:反硝化細菌固定化生物活性填料通過預制框架固定。
7.按照權(quán)利要求2-6所述的一種基于網(wǎng)狀載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的應用，其特征在于:置于水處理反應器中，應用于水處理脫氮領域。
【文檔編號】C02F101/16GK103951031SQ201410137225
【公開日】2014年7月30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, 姚仁達, 尚海源, 胡希佳, 陶慕翔, 趙月蘭, 王玉潔, 孟婷, 王小樂, 管清坤, 吳城鋒, 王猛, 陳偉, 鄢琳 申請人:北京工業(yè)大學