一種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】。填料由載體和包埋體組成，填料固定于預(yù)制框架上構(gòu)成固定式生物活性填料；載體由多層聚乙烯醇無紡布和一層紡織物構(gòu)成；包埋體由包埋液經(jīng)硼酸交聯(lián)固定而成；包埋液由細(xì)菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合而成。將載體浸泡于包埋液中，通過硼酸二次交聯(lián)，無紡布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。本發(fā)明所制備的生物活性填料不僅解決了活性污泥法中細(xì)菌濃度低、易流失等問題，而且方法簡單、原料價廉，具有強度高、穩(wěn)定性好、抗水流沖擊能力強、縮短反應(yīng)啟動時間等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。
【專利說明】一種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)明涉及水處理中一種固定式生物活性填料制備及應(yīng)用，特別涉及一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的固定式生物活性填料，屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]充分利用環(huán)境中微生物的生物吸附和生化降解作用來實現(xiàn)廢水中污染物質(zhì)的處理和處置是廢水處理領(lǐng)域研究和實踐的一條最優(yōu)化路線。目前，生物處理方法主要有活性污泥法和生物膜法。在活性污泥生化體系中細(xì)菌之間競爭激烈，難以純化特性細(xì)菌以創(chuàng)造特性細(xì)菌的生態(tài)優(yōu)勢，生物膜法雖然能彌補活性污泥法中的上述缺點，但是自然掛膜時間長，并且自然掛膜無選擇性，難以建立高密度的細(xì)菌菌群優(yōu)勢。為了改善傳統(tǒng)活性污泥法和生物膜法的氨氮處理負(fù)荷不高、功能微生物優(yōu)勢地位建立時間長、細(xì)菌易流失等問題，許多學(xué)者開始研究細(xì)菌固定化技術(shù)。
[0003]細(xì)菌固定化技術(shù)可以大幅度提高細(xì)菌濃度，使細(xì)菌不易流失、縮短反應(yīng)器啟動時間，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)，并且固定化后的細(xì)菌生物活性填料抗毒性和耐酸堿、耐鹽能力明顯增強，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。
[0004]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，形成穩(wěn)定性好的生物活性填料。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，其結(jié)合了單純微生物細(xì)菌與包埋材料所具有的優(yōu)點。
[0005]通過載體與包埋體的結(jié)合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)用直接決定了活性生物填料的應(yīng)用效果和使用壽命。經(jīng)過試驗研究比較，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膨脹等諸多問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，我們提出了一種整體穩(wěn)定性好的細(xì)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、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。
[0007]多層無紡布和一層紡織物疊加在一起的載體被含有菌體的包埋體包埋，此包埋載體被固定在框架上，包埋體由包埋液經(jīng)硼酸二次交聯(lián)固化而成。[0008]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。
[0009]無紡布與無紡布之間、無紡布與紡織物之間均有包埋體。
[0010]載體被包埋體包埋后的整體填料厚度可為
[0011]固定式生物活性填料的制備步驟如下:
[0012](I)將細(xì)菌菌懸液離心濃縮至細(xì)菌濃度IO8-1O9個/mL，得到包埋用細(xì)菌濃縮液；
[0013](2)聚乙烯醇加熱至90°C溶解于水中，得到聚乙烯醇溶液；
[0014](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，包埋液中聚乙烯醇的質(zhì)量濃度可為80g/L-150g/L ；
[0015](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；
[0016](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0.5m-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4mm-llmm。
[0017]上述固定式生物活性填料用于水處理。
[0018]本發(fā)明所述固定 式生物活性填料的有益效果體現(xiàn)在:
[0019](I)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，無紡布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)定運行3年以上；
[0020](2)所采用紡織物強度高，耐酸堿能力強，制備的生物活性填料抗水流沖擊能力強；
[0021](3)生物填料由于網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的存在使包埋體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)厚度較小的同時增加了整體結(jié)構(gòu)對水處理運行環(huán)境變化適應(yīng)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；
[0022](4)生物活性填料有效比表面積大、底物傳質(zhì)效果好，功能微生物細(xì)菌能在短時間內(nèi)形成較高的細(xì)菌濃度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]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。
【具體實施方式】
[0024]現(xiàn)以硝化細(xì)菌為例進(jìn)一步描述本發(fā)明，該實施方式旨在進(jìn)一步舉例說明固定式生物活性填料制備及應(yīng)用，但是本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0025](I)馴化后的硝化細(xì)菌菌懸液經(jīng)離心脫水后濃縮至7.5xl08個/mL得到細(xì)菌濃縮液，取14.0L硝化細(xì)菌濃縮液備用；
[0026](2)取10.0kg聚乙烯醇水浴加熱至90°C溶解于70L水中，得到聚乙烯醇溶液；
[0027](3)將步驟(2)中的聚乙烯醇溶液冷卻至30°C并與步驟(1)得到的硝化細(xì)菌濃縮液充分混合，加水定容到IOOL得到包埋液，該包埋液中聚乙烯醇質(zhì)量濃度為100g/L ；
[0028](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；
[0029](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)制框架上即完成固定式硝化細(xì)菌生物活性填料的制備過程，填料長1.2m、寬0.5m、平均厚6mm,共4片，預(yù)制框架長為lm、寬為0.5m、高為lm。
[0030](6)固定式生物活性填料的應(yīng)用:在500L的反應(yīng)器中固定步驟(5)得到的硝化細(xì)菌生物活性填料，水溫25±1°C，HRT3h，pH7.5~8.5，NH4+_N進(jìn)水濃度為150±5mg/L，向反應(yīng)器中持續(xù)曝氣充氧，反應(yīng)器中溶解氧維持在2.5±0.5mg/L，定時測定反應(yīng)器的出水氨氮濃度。出水檢測結(jié)果表明:反應(yīng)器在第11天出水氨氮值達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，之后出水nh4+-n濃度穩(wěn)定在1.0mg/L以下，去除率在99%以上，生物填料連續(xù)運行3年，硝化效果穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1.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菌體的包埋體包埋，此包埋載體被固定在框架上。
2.按照權(quán)利要求1的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框架上。
3.按照權(quán)利要求1的固定式生物活性填料，其特征在于，無紡布與無紡布之間、無紡布與紡織物之間均有包埋體包埋。
4.按照權(quán)利要求1的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根據(jù)無紡布載體的層數(shù)的不同而變化，可為
5.制備權(quán)利要求1的固定式生物活性填料的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將細(xì)菌菌懸液離心濃縮濃度至IO8-1O9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，包埋液中聚乙烯醇的質(zhì)量濃度可為80g/L-150g/L ； (4)將多層聚乙烯醇無紡布和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，隨后固定在預(yù)制框架上即完成固定式生物活性填料的制備過程。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于，聚乙烯醇無紡布規(guī)格可為40g/m2-200g/m2。
7.權(quán)利要求1的固定式生物活性填料用于水處理。
【文檔編號】C02F3/34GK103951081SQ201410137277
【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, 管清坤, 吳城鋒, 尚海源, 姚仁達(dá), 王猛, 陳偉, 鄢琳, 王小樂, 孟婷, 陶慕翔, 胡希佳, 趙月蘭, 王玉潔 申請人:北京工業(yè)大學(xué)