一種基于網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料制備及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種基于網(wǎng)狀載體的固定化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】。固定式生物活性填料由包埋體和載體兩部分組成；載體是以聚乙烯、聚丙烯等為主要材料，并添加聚乙烯醇等親水材料經(jīng)熱熔或板材熱壓而成的矩形網(wǎng)狀片形載體；載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可使包埋體貫穿網(wǎng)孔和載體形成鉚固結(jié)構(gòu)而增加填料整體穩(wěn)定性；包埋液由細(xì)菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合組成；包埋液均勻涂布于網(wǎng)狀載體上，經(jīng)硼酸二次交聯(lián)后形成包埋體，并結(jié)合于網(wǎng)狀載體得到生物活性填料。本發(fā)明所制備的固定化固定式生物活性填料，不僅解決了細(xì)菌優(yōu)勢建立困難、易流失等問題，而且提高了反應(yīng)器處理能力，縮短了啟動時間，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種基于網(wǎng)狀載體的固定化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，特別涉及一種基于網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料制備及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]微生物細(xì)胞固定化技術(shù)可以大幅度提高微生物濃度，使微生物不易流失、縮短反應(yīng)器啟動時間、抗毒性和耐酸堿、耐鹽能力明顯增強，能純化和創(chuàng)造特性細(xì)菌的生態(tài)優(yōu)勢，產(chǎn)生特性高效反應(yīng)，具有良好的應(yīng)用前景。微生物細(xì)胞常用的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。上述包埋材料具有對微生物無毒性、傳質(zhì)性能好、不易被生物分解、性質(zhì)穩(wěn)定、機械強度高、壽命長、價格低等特點。
[0003]目前，傳統(tǒng)的細(xì)菌包埋方法是將細(xì)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，無法理想應(yīng)用到工程實際當(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)，將包埋體與載體結(jié)合在一起，形成整體的生物活性填料。由于包埋體和載體的有機結(jié)合，使生物活性填料具有更多的性能，其繼承了原有單純細(xì)菌與包埋材料的所有優(yōu)點；由于載體材料的應(yīng)用使生物活性填料具有各種載體所具有的特性，例如比表面積大、不易堵塞等優(yōu)點。實驗研究表明，利用現(xiàn)有的拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、懸浮改性填料等傳統(tǒng)載體與包埋體通過粘附方式結(jié)合起來制得的生物活性填料均存在整體穩(wěn)定性差，包埋體容易脫落，造成細(xì)菌流失等問題。
[0004]針對上述問題，我們開發(fā)出一種整體穩(wěn)定性好的固定化生物活性填料具有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于開發(fā)出一種基于網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料，該生物活性填料載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)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，并且包埋體能在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)，使制得的生物活性填料整體穩(wěn)定性好，整體通透性好，傳質(zhì)效果較高。此外，生物活性填料通過框架結(jié)構(gòu)支撐體固定在反應(yīng)器中，填料不會隨水流流失，處理效果穩(wěn)定。
[0006]為了實現(xiàn)上述狀態(tài)，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。
[0007]—種基于網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料，其特征在于:固定化固定式生物活性填料的片形網(wǎng)狀載體被包含菌體的包埋體包埋，片形網(wǎng)狀載體的網(wǎng)絲被含菌體的包埋體通過網(wǎng)孔和載體交聯(lián)形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)。優(yōu)選網(wǎng)孔的絲徑0.5-2_。包埋體在片形網(wǎng)狀載體上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)。
[0008]所述片形網(wǎng)狀載體，長寬均為0.l_3m，所述網(wǎng)狀載體的網(wǎng)孔可為圓形、菱形、正方
形、矩形。[0009]上述一種基于網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料的制備方法，其特征在于，包含以下步驟:
[0010]以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂高分子材料為主,添加適量親水劑PVA，通過絲條熱熔或者板材熱壓成孔方式制成片形網(wǎng)狀載體；根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將細(xì)菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合形成的包埋液均勻涂布在片形網(wǎng)狀載體上，放入飽和硼酸溶液中l(wèi)_3h后，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH到8-10，交聯(lián)3-24h。，將其取出，洗凈表面殘留物質(zhì)，得到片形生物活性填料。
[0011]將若干上述所述的基于片形網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料由框架結(jié)構(gòu)支撐體固定于反應(yīng)器中，可進(jìn)行氨氮廢水處理。
[0012]聚乙烯醇(PVA)的添加量可以根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整，此為現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選聚乙烯醇(PVA)的質(zhì)量百分含量為5-10%。
[0013]本發(fā)明所述的基于網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料的有益效果主要體現(xiàn)在:
[0014]1.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使包埋體通過網(wǎng)孔形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體不易脫落，使制得的生物活性填料整體穩(wěn)定性好，細(xì)菌不易流失；[0015]2.固定化生物活性填料包菌量大，可建立菌群優(yōu)勢，處理效率高；
[0016]3.網(wǎng)狀載體由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂為主要材料，添加了親水劑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，提高了填料整體的穩(wěn)定性；
[0017]4.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)厚度較小的同時又不失整體結(jié)構(gòu)對水處理運行環(huán)境的變化性，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無法在水處理工藝處理單元里實現(xiàn)良好的填料性能；
[0018]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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為片形生物活性填料示意圖；
[0020]圖2為圖1 1-1首I]面不意圖；
[0021]圖3為圖1 I1- 11劑面不意圖；
[0022]圖4為固定式生物活性填料示意圖。
[0023]圖中1.網(wǎng)絲，2.包埋體，3.框架結(jié)構(gòu)支撐體
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施案例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0025]實例I
[0026]1.片形網(wǎng)狀載體的制備
[0027]以聚丙烯高分子聚合物為主要材料，添加親水劑PVA (質(zhì)量含量5%)，制成長為
0.8m,寬為0.15m的片形網(wǎng)狀載體,其網(wǎng)孔形狀為正方形，網(wǎng)絲直徑0.8mm。
[0028]2.硝化細(xì)菌的處理[0029]以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的硝化細(xì)菌菌懸液離心濃縮，得到3.5 X IO9個/mL的硝化細(xì)菌濃縮液。
[0030]3.包埋液的獲取
[0031]稱取聚乙烯醇5kg,加入40L超純水后加熱至90°C溶解15min,取出攪拌均勻后再加熱至90°C溶解5min，取出后攪拌均勻并冷卻至30°C，將40L聚乙烯醇溶液和制備好的IOL硝化細(xì)菌濃縮液混合，并加入Ikg碳酸鈣，攪拌均勻后制成50L包埋液。
[0032]4.包埋液和網(wǎng)狀載體的結(jié)合
[0033]將包埋體均勻涂布在網(wǎng)狀載體表面，確保網(wǎng)狀載體表面全部被包埋體覆蓋均勻。
[0034]5.硝化細(xì)菌固定式生物活性填料的制備
[0035]將步驟(4)中涂抹包埋體的網(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左右，靜置4h完成固定化，清洗，得到硝化細(xì)菌生物活性填料。
[0036]6.硝化細(xì)菌固定式生物活性填料的應(yīng)用
[0037]將9片硝化細(xì)菌生物活性填料通過框架結(jié)構(gòu)支撐體安置于實驗室中成熟的A2O反應(yīng)器的好氧池中，好氧池容積為lm3，懸掛間距為10cm，水溫20±2°C，HRT=2h，溶解氧為
2.0 - 4.0mg/L，進(jìn)水水質(zhì)為城市生活污水(NH4+ - N濃度為40 - 70mg/L)，按時測定好氧池的硝化能力，檢測結(jié)果表明，反應(yīng)器在培養(yǎng)I周后恢復(fù)到包埋前的硝化活性的97.5%，NH4+ - N濃度在3mg/L以下，去 除率均在92.5%以上，運行30d后，硝化效率基本不變，運行I年后仍無包埋體脫落現(xiàn)象，硝化性能穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料，其特征在于:固定化固定式生物活性填料主要由片形網(wǎng)狀載體和包含菌體的包埋體組成，固定化固定式生物活性填料由框架結(jié)構(gòu)支撐體固定，片形網(wǎng)狀載體的網(wǎng)絲被包埋體通過網(wǎng)孔和載體形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絲的絲徑0.5-2mm，包埋體在片形網(wǎng)狀載體上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料，其特征在于:片形網(wǎng)狀載體，長寬均為0.l-3m，所述網(wǎng)狀載體的網(wǎng)孔為圓形、菱形、正方形或矩形。
3.制備權(quán)利要求1或2的一種基于網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料的方法，其特征在于，包括以下步驟:以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS樹脂高分子材料為主，添加適量親水劑PVA，通過絲條熱熔或者板材熱壓成孔方式制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的矩形網(wǎng)狀片形載體；根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將細(xì)菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合形成的包埋液均勻涂布在片形網(wǎng)狀載體表面上，放入飽和硼酸溶液中l(wèi)_3h后，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH到8-10，交聯(lián)3-24h。，將其取出，洗凈表面殘留物質(zhì)，得到片形生物活性填料。
4.權(quán)利要求1或2的多個基于片形網(wǎng)狀載體的固定化固定式生物活性填料平行地固定于框架結(jié)構(gòu)支撐體中，用于水處理。
【文檔編號】C02F3/34GK103951071SQ201410137052
【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, 尚海源, 吳城鋒, 管清坤, 陳偉, 鄢琳, 王小樂, 王猛, 孟婷, 陶慕翔, 胡希佳, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達(dá) 申請人:北京工業(yè)大學(xué)