一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料、制備及應用的制作方法
【專利摘要】一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料、制備及應用，屬于水處理【技術領域】。生物活性填料由包埋體和無紡布載體兩部分組成；包埋液由聚乙烯醇溶液和反硝化細菌濃縮液混合而成，包埋體由包埋液經(jīng)硼酸交聯(lián)固化而成；將包埋液均勻涂布于無紡布載體上，多層載體疊加在一起，經(jīng)硼酸二次交聯(lián)固定后形成類似三明治結構的層狀填料；包埋體和無紡布載體相間排布；無紡布載體的纖維絲與包埋體結合為一個穩(wěn)定的有機整體；再經(jīng)切割制成顆粒狀生物活性填料。本發(fā)明所制備的顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化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】一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料、制備及應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理領域，特別涉及一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料制備及應用。
【背景技術】
[0002]隨著國內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大幅提高系統(tǒng)內功能微生物的濃度，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構優(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合在一起，開發(fā)出一種整體穩(wěn)定性好、工藝性能好的顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料，在水處理脫氮領域具有廣泛的應用前景。
【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的在于開發(fā)出一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化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生物活性填料，投加至水處理反應器中，應用于水處理脫氮領域，在短時間內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。該生物活性填料無紡布載體的纖維絲與反硝化細菌包埋體牢固結合構成一個穩(wěn)定的有機整體，載體的三明治層狀結構設計，制得的生物活性填料整體穩(wěn)定性好。由于反硝化細菌包埋體和無紡布的有機結合，生物活性填料具有更多的性能，其繼承了原有單純反硝化細菌與包埋材料的所有優(yōu)點。制備的顆粒狀生物活性填料具有各種載體所具有的特性，例如流動性強、比表面積大、不易堵塞等優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述狀態(tài)，本發(fā)明采用了以下技術方案。
[0010]一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于:該填料由反硝化細菌包埋體和無紡布載體兩部分組成，無紡布載體和包埋體相間排布，填料整體固化后切割至顆粒狀生物活性填料。顆粒狀生物活性填料為長方體、正方體或圓柱體。層面方向為邊長3mm-10mm的正方形、長寬均可為5mm-20mm的長方形或底面直徑為5mm-10mm的圓形，載體被包埋體包埋后的厚度即層疊加方向為3mm-10mm。
[0011]一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料的具體制備步驟如下:
[0012](I)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；
[0013](2)將聚乙烯醇加入水中，加熱至90°C溶解，取出攪拌均勻并冷卻至31°C 土1°C，得到聚乙烯醇溶液；
[0014](3)將制備的聚乙烯醇溶液與反硝化細菌濃縮液混合均勻，包埋液中聚乙烯醇質量濃度為80-150g/L ；
[0015](4)填料載體采用聚乙烯醇無紡布(無紡布規(guī)格可為40g/m2-200g/m2)，將包埋液均勻涂抹在無紡布載體上，將涂有包埋液的無紡布多層疊加在一起，經(jīng)飽和硼酸交聯(lián)1.5h后取出，調節(jié)硼酸溶液PH值至8-10進行第二次交聯(lián)，二次交聯(lián)時間為5h，二次交聯(lián)結束后用清水沖洗，隨后將其切割成，優(yōu)選層平面方向為正方形(邊長可為3mm-10mm)、長方形(長寬均可為5mm-20mm)或圓形(底面直徑可為5mm-10mm),即完成顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料的制備過程。
[0016]將顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料投加至水處理反應器中，應用于水處理脫氮領域。
[0017]本發(fā)明所述的顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料的有益效果主要體現(xiàn)在:
[0018]1.所采用無紡布的主要成分為聚乙烯醇纖維，包埋液通過聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法交聯(lián)固化，無紡布載體的立體不規(guī)則纖維絲與反硝化細菌包埋體牢固結合構成一個穩(wěn)定的有機整體，多層無紡布的應用起到了在不影響傳質的情況下保持填料整體結構穩(wěn)定的作用，生物活性填料可穩(wěn)定運行3年以上；
[0019]2.最終制備成的反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料為顆粒狀，其相對于水的比重為0.90-1.10，在水中呈懸浮狀態(tài)，流化狀態(tài)好，有利于生物活性填料與底物的充分接觸；
[0020]3.在交聯(lián)過程中，包埋體外層會形成一層致密膜，阻礙底物傳遞，因此本發(fā)明采用先整體固化，填料成型后切割成顆粒狀反硝化細菌多層固定化生物活性填料，減少了致密膜的形成；
[0021]4.三明治結構設計，使反硝化細菌包埋體置于無紡布之間，有效地減少了填料使用過程中包埋體之間的相互摩擦，生物活性填料整體穩(wěn)定性好；
[0022]5.三明治型反硝化細菌多層固定化生物活性填料有效比表面積大、底物傳質效率高，可以在短時間內大幅提高系統(tǒng)內反硝化細菌的濃度，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；
[0023]6.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】:
[0024]圖1為正方體顆粒狀反硝化細菌三明治型固定化生物活性填料三維示意圖，圖中:1、無紡布，2、包埋體；
[0025]圖2為長方體顆粒狀反硝化細菌三明治型固定化生物活性填料三維示意圖，圖中:1、無紡布，2、包埋體；
[0026]圖3為圓柱體顆粒狀反硝化細菌三明治型固定化生物活性填料三維示意圖，圖中:1、無紡布，2、包埋 體。
【具體實施方式】:
[0027]下面結合實施案例對本發(fā)明作進一步具體描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0028]實施例1:
[0029]1.反硝化細菌濃縮液的制備
[0030]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100L備用。
[0031]2.反硝化細菌包埋液的制備
[0032]取20kg聚乙烯醇加入至100L水中，水浴加熱至90°C溶解，取出后攪拌均勻并冷卻至30°C，得到聚乙烯醇溶液；將制備的100L聚乙烯醇溶液和100L反硝化細菌濃縮液混合，攪拌均勻后制成200L反硝化細菌包埋液，包埋液中聚乙烯醇質量濃度為100g/L。
[0033]3.顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料的制備
[0034]將反硝化細菌包埋液均勻涂抹到聚乙烯醇無紡布載體上，四層載體疊加在一起，經(jīng)飽和硼酸交聯(lián)1.5h后取出，調節(jié)硼酸溶液pH值至9.0進行第二次交聯(lián)，二次交聯(lián)時間為5h，二次交聯(lián)結束后填料厚度為6mm，清洗后將其切割成長、寬、高均為IOmm的正方體顆粒塊，即完成顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料的制備過程。
[0035]4.顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料的應用
[0036]向有效容積為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中投加制得的正方體顆粒狀三明治型反硝化細菌多層固定化生物活性填料，填充率為40%，填料在水流帶動下處于流化狀態(tài)。進水采用人工配水，以乙酸鈉為碳源，N03_-N200±10mg/L，C/N=10 (碳源充足)，ρΗ7.3-7.5，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，檢測結果表明，反應器運行I周后達到穩(wěn)定狀態(tài)，出水NCV-N、NO2--N濃度均在2mg/L以下，脫氮率在97.8%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%，反硝化效果穩(wěn)定。
[0037] 述實例表明，將顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料投加至水處理反應器中，可以在短時間內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；填料壽命較長，具有良好的應用前景。
【權利要求】
1.一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化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)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； (2)將聚乙烯醇加入水中，加熱至90°C溶解，取出攪拌均勻并冷卻至31°C土 1°C，得到聚乙烯醇溶液； (3)將制備的聚乙烯醇溶液與反硝化細菌濃縮液混合均勻，包埋液中聚乙烯醇質量濃度為 80-150g/L ； (4)填料載體采用聚乙烯醇無紡布，將包埋液均勻涂抹在無紡布載體上，將涂有包埋液的無紡布多層疊加在一起，經(jīng)飽和硼酸交聯(lián)1.5h后取出，調節(jié)硼酸溶液pH值至8-10進行第二次交聯(lián)，二次交聯(lián)時間為5h，二次交聯(lián)結束后用清水沖洗，隨后將其切割至顆粒狀生物活性填料，即完成顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料的制備過程。
2.權利要求1所述的制備方法，其特征在于:采用無紡布規(guī)格為40g/m2-200g/m2。
3.按照權利要求1制備的一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于:該填料是由反硝化細菌包埋體和無紡布載體兩部分組成，無紡布載體和包埋體相間排布，填料整體固化后切割至顆粒狀生物活性填料。
4.權利要求3所述的一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于:顆粒狀生物活性填料為長方體、正方體或圓柱體。
5.權利要求3所述的一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于:層面方向為邊長3mm-10mm的正方形、長寬均可為5mm-20mm的長方形或底面直徑為5mm-10mm的圓形，厚度即層疊加方向為3mm-10mm。
6.按照權利要求3-5所述的一種顆粒狀反硝化細菌三明治型多層固定化生物活性填料的應用，其特征在于:投加于水處理反應器中，應用于水處理脫氮領域。
【文檔編號】C02F3/34GK103951080SQ201410137276
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊宏, 姚仁達, 管清坤, 王小樂, 吳城鋒, 王猛, 陳偉, 鄢琳, 孟婷, 尚海源, 胡希佳, 陶慕翔, 趙月蘭, 王玉潔 申請人:北京工業(yè)大學