一種固定化微生物橡膠顆粒填料及其製備以及其應用的製作方法

2023-12-12 21:25:52 1

專利名稱：一種固定化微生物橡膠顆粒填料及其製備以及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種固定化微生物橡膠顆粒填料，還涉及所述固定化微生物橡膠顆粒
填料的製備方法及其應用。
背景技術：
固定化微生物技術是利用化學或物理手段將游離細胞定位於限定的空間區域，並 使其保持活性，且能被重複和連續利用的一種新型生物技術。在汙水處理中採用固定化微 生物技術，有利於提高生物反應器內的微生物濃度，也有利於反應後的固液分離，還有利於 除氮或除去高濃度有機物或某種難降解物質，因此是一種高效低耗、運轉管理容易，十分有 前途的汙水處理技術。目前普遍認為，固定化微生物技術在汙水處理中尤其是在特種汙水 處理領域中具有廣闊的應用前景。 本申請人一直致力於微生物汙水處理的研究，在第四屆水處理行業新技術、新工 藝應用交流會上發表了題目為《流動床生物膜處理技術在市政汙水處理廠中的工程應用》 的論文，該論文對流動床生物膜汙水處理技術做了詳細的描述，並介紹了該技術的原理、特 點和設計原則，以及其在實際工程中的具體應用實例，其中在該文章中還公開了所用的水 處理填料為外加添加劑的橡膠粉(見該文章第35頁第2段及圖2，橡膠粉即橡膠顆粒)，所
述橡膠顆粒填料由於表面粗糙度高，孔徑分布合理，機械強度高，耐磨損和化學穩定性強， 具有很好的彈性，因此被廣泛地用在汙水處理中。如在公開號為CN1884152A的中國專利文 獻中，公開了一種生活汙水處理裝置及方法，其所用的水處理填料為也為橡膠顆粒，所述橡 膠顆粒填料上附著生長了微生物富集的生物膜(見說明書第1頁最後一段至第2頁第一 段前兩行)，然而經過長期的使用和研究，本申請人發現所述橡膠顆粒作為水處理填料還存 在以下缺點掛膜啟動較慢(即生物膜開始起作用需要較長的時間)，且受原水水質影響較 大，掛膜後的生物穩定性較差。

發明內容
為此，本發明所要解決的技術問題在於提供一種掛膜啟動快且生物穩定性好的固 定化微生物橡膠顆粒填料。 本發明所要解決的另一個技術問題在於提供上述固定化微生物橡膠顆粒填料的 製備方法及其應用。 為解決上述技術問題，本發明的一種固定化微生物橡膠顆粒填料，所述填料包括
作為載體的橡膠顆粒，包埋劑以及用於提供微生物的微生物酶製劑，其中，所述橡膠顆粒與
所述包埋劑以及與所述微生物酶製劑相互作用形成合成高分子凝膠，將所述微生物酶製劑
中的微生物包埋固定在凝膠網絡中，形成所述固定化微生物的橡膠顆粒填料。 所述橡膠顆粒由80%的舊輪胎粉末和20%的添加劑混合併壓縮成顆粒製得。所
述添加劑為乙烯_醋酸乙烯共聚物或活性炭或兩者的混合物。 所述橡膠顆粒、包埋劑以及所述微生物酶製劑之間的質量比為(3 6.5) : (30 38) : (0.02 0.08)，優選4.5 : 35 : 0.05。 所述包埋劑為聚乙烯醇和海藻酸鈉的混合物。所述包埋劑中聚乙烯醇和海藻酸鈉
的質量比為(40 70) : 1，優選50 : i。 —種製備所述固定化微生物橡膠顆粒填料的方法，包括以下步驟，(1)將包埋劑配 成溶液待用；(2)將微生物酶製劑配成溶液與步驟(1)的溶液混合，攪拌均勻後得到膠體； (3)將橡膠顆粒與步驟(2)得到的所述膠體混合使之發生交聯反應，即得到所述固定化微 生物的橡膠顆粒填料。 所述固定化微生物橡膠顆粒填料在汙水處理中的應用。 本發明的上述技術方案與現有技術相比具有以下優點，(1)本發明的固定化微生 物橡膠顆粒填料，以橡膠顆粒作為載體，通過橡膠顆粒與包埋劑以及微生物酶製劑的相互 作用形成高分子凝膠，將所述微生物酶製劑中的微生物包埋固定在凝膠網絡中，所製得的 固定化微生物橡膠顆粒填料不僅具有橡膠顆粒的優點，而且通過在橡膠顆粒中添加包埋劑 和微生物酶製劑，使其比重比普通橡膠顆粒填料輕，更易於生物反應器內循化流化態的形 成，使得汙水與所述填料的接觸更充分，因此生物膜的穩定性好；(2)本發明固定化微生物 橡膠顆粒填料，掛膜啟動非常快(普通橡膠顆粒填料開始掛膜的時間為5-7天，成熟生物 膜時間為20天左右，而本發明的固定化微生物橡膠顆粒填料開始掛膜的時間為3-4天，成
熟生物膜時間為io天左右)，提高了生物反應器內微生物細胞的濃度和純度，保持高效微
生物，有利於反應器的固液分離，也有利於氨氮和高濃度有機物或某些難降解物質的去除； (3)本發明的固定化微生物橡膠顆粒填料中不但含有橡膠顆粒，還含有微生物酶製劑，因 此在保持了橡膠顆粒原有的優點外，微生物的活性很好，所述填料能夠依靠豐富的酶降解 有機汙染物，縮短循化時間，所以用於汙水處理時對水質的適應性強；(4)本發明的固定化 微生物橡膠顆粒填料中，所述橡膠顆粒、包埋劑以及所述微生物酶製劑之間的質量比優選 4.5 : 35 : 0.05，按這種比例製得的填料生物膜穩定性最好，掛膜啟動最快；(5)本發明的 固定化微生物橡膠顆粒填料中，所述包埋劑為聚乙烯醇和海藻酸鈉，其最佳配比為50 : 1， 這種配比的包埋劑對橡膠顆粒及微生物酶製劑的包埋效果最好；(6)本發明的固定化微生 物橡膠顆粒填料製備方法簡單，原料便宜，且所製備的填料處理汙水效果好，具有很強的實 用性和推廣性。


為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施例並結合 附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中 圖1是本發明的微生物酶製劑的掃描電子顯微鏡圖(SEM圖)； 圖2是本發明的橡膠顆粒的SEM圖； 圖3是本發明的固定化微生物橡膠顆粒填料的SEM圖。
具體實施例方式以下實施例中各原料的來源如下聚乙烯醇和海藻酸鈉均由天津市福晨化學試劑 廠生產，為實驗室試劑；微生物酶製劑由歐洲微邦集團生產。
實施例1
4
本發明的固定化微生物橡膠顆粒填料，包括作為載體的橡膠顆粒，包埋劑以及用 於提供微生物的微生物酶製劑，所述橡膠顆粒與所述包埋劑以及與所述微生物酶製劑相互 作用形成合成高分子凝膠，將所述微生物酶製劑中的微生物包埋固定在凝膠網絡中，形成 所述固定化微生物的橡膠顆粒填料，在本實施例中所用的微生物酶製劑為碳化菌體，參見 圖1 ，其粒徑為0. 5-lmm，所用的橡膠顆粒的直徑為5-8毫米(參見圖2)，所用的包埋劑為聚 乙烯醇，其中橡膠顆粒、聚乙烯醇和碳化菌體的質量比為3 : 30 : 0.02。
本實施例的固定化微生物橡膠顆粒填料的製備方法如下(1)橡膠顆粒的製備 將80%的舊輪胎粉末和20%的乙烯-醋酸乙烯(EVA)混合攪拌，並壓縮成直徑為5-8毫米 的顆粒；(2)將300千克聚乙烯醇配成溶液；(3)將0. 2千克碳化菌體的乾粉加入去離子水 中攪勻，然後加入所述步驟(2)的溶液中，繼續攪拌至均勻，得到膠體；(4)將所述步驟(1) 的橡膠顆粒30千克和所述步驟(3)的膠體混合，然後放置於搖床，在25t:，轉速130r/min 條件下交聯反應24小時，然後取出，用生理性鹽水衝洗三次，在室溫下保存於去離子水中 備用，得到所述固定化微生物橡膠顆粒填料，圖3為所述固定化微生物橡膠顆粒填料的SEM 圖。 本實施例中的固定化微生物橡膠顆粒填料用於處理汙水中的有機物的方法將所 述固定化微生物橡膠顆粒填料按10% _15%的比例投加到生物膜流化床池，再將汙水引入 到汙水處理裝置中，使所述固定化微生物橡膠顆粒填料在曝氣器的攪拌下上下翻滾形成流 態，通過微生物產生的酶將水中的有機物轉化降解，實驗表明經過12天的培養，停留時間 為4. 8小時，汙水中的有機物去除率達到99%以上。
對比例1 在該對比例中，用普通的橡膠顆粒填料(即背景技術中本申請人所使用的橡膠 粉)處理汙水中的有機物，實驗條件與實施例l相同，則需要經過20天的培養，停留時間為
5. 8小時，汙水中的有機物去除率達到92%以上。
實施例2 本實施例與實施例1的不同點僅在於橡膠顆粒、聚乙烯醇和碳化菌體的質量比為
6. 5 : 38 : 0. 08，其他均與實施例1相同，不再贅述。
實施例3 在本實施例中所用的微生物酶製劑為碳化菌體，參見圖l，其粒徑為0. 5-lmm，所 用的橡膠顆粒的直徑為5-8毫米(參見圖2)，所用的包埋劑為聚乙烯醇和海藻酸鈉，其中橡 膠顆粒、包埋劑和碳化菌體的質量比為4.5 : 35 : 0.05，聚乙烯醇和海藻酸鈉的質量比為
50 : i。 本實施例的固定化微生物橡膠顆粒填料的製備方法如下(1)橡膠顆粒的製備 將80%的舊輪胎粉末和20%的乙烯_醋酸乙烯(EVA)和活性炭混合攪拌，並壓縮成直徑為 5-8毫米的顆粒；(2)聚乙烯醇和海藻酸鈉的總質量為350千克，將聚乙烯醇和海藻酸鈉按 50 : 1的質量比配成溶液，；(3)將0.5千克碳化菌體的乾粉加入去離子水中攪勻，然後加 入所述步驟(2)的溶液中，繼續攪拌至均勻，得到膠體；(4)將所述步驟(1)的橡膠顆粒45 千克和所述步驟(3)的膠體混合，然後放置於搖床，在25t:，轉速130r/min條件下交聯反 應48小時，然後取出，用生理性鹽水衝洗三次，在室溫下保存於去離子水中備用，得到所述 固定化微生物橡膠顆粒填料。
本實施例中的固定化微生物橡膠顆粒填料用於處理汙水中的有機物的方法將所 述固定化微生物橡膠顆粒填料按10% _15%的比例投加到生物膜流化床池內，再將汙水引 入到汙水處理裝置中，使所述固定化微生物橡膠顆粒填料在曝氣器的攪拌下上下翻滾形成 流態，通過微生物產生的酶將水中的有機物轉化降解，實驗表明經過10的培養，停留時間 為4. 8小時，汙水中的有機物去除率達到99%以上。
實施例4 本實施例與實施例3的不同點在於所用的微生物酶製劑為硝化菌體乾粉，粒徑 0. 5-lmm，聚乙烯醇和海藻酸鈉的質量比為70 : 1。 本實施例中的固定化微生物橡膠顆粒填料用於處理汙水中的氨氮的方法將所述 固定化微生物橡膠顆粒填料按10% _15%的比例投加到生物膜流化床池內，再將汙水引入 到汙水處理裝置中，使橡膠顆粒固定化微生物填料在曝氣器的攪拌下上下翻滾形成流態， 實驗表明經過15天的培養，汙水中的氨氮去除率達到92%以上。
實施例5 在本實施例中所用的微生物酶製劑為硝化菌體，其粒徑為0. 5-lmm，所用的橡膠顆 粒的直徑為5-8毫米(參見圖2)，所用的包埋劑為聚乙烯醇和海藻酸鈉，其中橡膠顆粒、包
埋劑和碳化菌的質量比為4 : 36 : 0.08，聚乙烯醇和海藻酸鈉的質量比為40 : i。 本實施例的固定化微生物橡膠顆粒填料的製備方法如下(1)橡膠顆粒的製備 將80%的舊輪胎粉末和20%的乙烯_醋酸乙烯(EVA)和活性炭混合攪拌，並壓縮成直徑為 5-8毫米的顆粒；(2)聚乙烯醇和海藻酸鈉的總質量為360千克，將聚乙烯醇和海藻酸鈉按 40 : l的質量比配成溶液；(3)將0.8千克硝化菌體的乾粉加入去離子水中攪勻，然後加入 所述步驟(2)的溶液中，繼續攪拌至均勻，得到膠體；(4)將所述步驟(1)的橡膠顆粒40千 克和所述步驟(3)的膠體混合，然後放置於搖床，在25t:，轉速130r/min條件下交聯反應 48小時，然後取出，用生理性鹽水衝洗三次，在室溫下保存於去離子水中備用，得到所述固 定化微生物橡膠顆粒填料。 本實施例中的固定化微生物橡膠顆粒填料用於處理汙水中的氨氮的方法將所述 固定化微生物橡膠顆粒填料按10% _15%的比例投加到生物膜流化床池內，再將汙水引入 到汙水處理裝置中，使橡膠顆粒固定化微生物填料在曝氣器的攪拌下上下翻滾形成流態， 通過硝化菌的硝化作用完成汙水中氨氮的去除，實驗表明經過15天的培養，汙水中的氨氮 去除率達到92%以上。
對比例2 在該對比例中，使用普通的橡膠顆粒填料(即背景技術中本申請人所使用的橡膠 粉)處理汙水中的氨氮，實驗條件與實施例5相同，則需要經過25天的培養，汙水中的氨氮 去除率達到85%以上。 通過上述對比例可以看出本發明實施例的固定化微生物橡膠顆粒填料處理汙水 的時間大大縮短，運行穩定，處理效率高。 從以上實施例可以看出本發明通過對現有的普通橡膠顆粒填料進行包埋處理使 橡膠顆粒、包埋劑以及微生物酶製劑之間相互作用，並通過對包埋劑的選擇以及對各組分 配比的改進，從而提高了本發明的固定化微生物橡膠顆粒填料的生物膜穩定性和掛膜啟動 速度，縮短了汙水處理的時間，在實際汙水處理中達到了良好的效果和經濟效益，實用性
6強。 顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對 於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或 變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或 變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。
權利要求
一種固定化微生物橡膠顆粒填料，其特徵在於所述填料包括作為載體的橡膠顆粒，包埋劑以及用於提供微生物的微生物酶製劑，其中，所述橡膠顆粒與所述包埋劑以及與所述微生物酶製劑相互作用形成合成高分子凝膠，將所述微生物酶製劑中的微生物包埋固定在凝膠網絡中，形成所述固定化微生物的橡膠顆粒填料。
2. 根據權利要求1所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特徵在於所述橡膠顆粒由 80 %的舊輪胎粉末和20 %的添加劑混合併壓縮成顆粒製得。
3. 根據權利要求2所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特徵在於所述添加劑為乙 烯_醋酸乙烯共聚物或活性炭或兩者的混合物。
4. 根據權利要求1-3中任意一項所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特徵在 於所述橡膠顆粒、包埋劑以及所述微生物酶製劑之間的質量比為(3 6.5) : (30 38) : (0. 02 0. 08)。
5. 根據權利要求4所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特徵在於所述橡膠顆粒、包埋劑以及所述微生物酶製劑之間的質量比為4.5 : 35 : 0.05。
6. 根據權利要求1所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特徵在於所述包埋劑為聚 乙烯醇和海藻酸鈉的混合物。
7. 根據權利要求6所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特徵在於所述包埋劑中聚 乙烯醇和海藻酸鈉的質量比為(40 70) : 1。
8. 根據權利要求7所述的固定化微生物橡膠顆粒填料，其特徵在於所述聚乙烯醇和 海藻酸鈉的質量比為50 : 1。
9. 一種製備權利要求1-8中任意一項所述的固定化微生物橡膠顆粒填料的方法，其特 徵在於包括以下步驟，(1) 將包埋劑配成溶液待用；(2) 將微生物酶製劑配成溶液與步驟(1)的溶液混合，攪拌均勻後得到膠體；(3) 將橡膠顆粒與步驟(2)得到的所述膠體混合使之發生交聯反應，即得到所述固定 化微生物的橡膠顆粒填料。
10. 權利要求1-8中任意一項所述的固定化微生物橡膠顆粒填料在汙水處理中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種固定化微生物的橡膠顆粒填料，所述填料包括作為載體的橡膠顆粒，包埋劑以及用於提供微生物的微生物酶製劑，其中，所述橡膠顆粒與所述包埋劑以及與所述微生物酶製劑相互作用形成合成高分子凝膠，將所述微生物酶製劑中的微生物包埋固定在凝膠網絡中，形成所述固定化微生物的橡膠顆粒填料。本發明還進一步公開了所述固定化微生物填料的製備方法及在汙水處理中的應用。本發明的固定化微生物填料，由於在橡膠顆粒中添加了聚乙烯醇和微生物酶製劑，使其比重比普通橡膠顆粒輕，更易於生物反應器內循環流化態的形成，使得汙水與所述固定化微生物填料的接觸更充分，生物膜的穩定性更好。
文檔編號C08L21/00GK101693775SQ200910236439
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月21日 優先權日2009年10月21日
發明者丁紹峰, 李若徵, 樊兆世, 滕濟林 申請人:北京國電富通科技發展有限責任公司;