一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料製備及應用的製作方法

2023-05-17 22:43:36 1

一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料製備及應用的製作方法
【專利摘要】一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料製備及應用，屬於水處理領域。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，並添加聚乙烯醇等親水材料經熱熔或板材熱壓而成的網狀固定式載體；載體的網狀結構，可使包埋體貫穿網孔與載體形成鉚固結構而增加填料整體穩定性；包埋液由硫氧化細菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合組成；包埋液均勻塗布於網狀載體上，經硼酸二次交聯固定後形成包埋體，並結合於網狀載體得到硫氧化細菌生物活性填料。本發明所製備的生物活性填料，不僅可以有效解決硫氧化細菌附著能力差、易流失等問題，還可以提高反應器處理能力，縮短啟動時間。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明屬於水處理領域，特別涉及一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式 生物活性填料製備及應用。 -種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填 料製備及應用

【背景技術】
[0002] 隨著我國工業的快速發展，在煉油、焦化、製藥及石油化工等行業中常有含硫化物 的廢水大量排出。目前針對水中硫化物的處理大致包含物化法和生物氧化法，而生物氧化 法由於具有無需投加化學藥劑、去除效率高、生物汙泥量產生少、無二次汙染等優勢，逐步 成為含硫廢水處理的主要方法和研究重點。利用硫氧化細菌的生物代謝功能對含硫廢水進 行處理時，常常由於進水硫化物濃度高而使反應器內的功能微生物的代謝活動受到抑制， 致使功能微生物需要很長的適應期，而且由於硫氧化細菌的附著性能不強，極易隨出水流 失，所以要在反應器中保持較高的硫氧化細菌濃度也十分不易。近年來，許多學者開始採用 填料掛膜的形式來試圖保持反應器中硫氧化細菌的生物量，但由於傳統填料的局限性，在 實際廢水處理實踐中收效甚微。於是，一些學者開始了硫氧化細菌的固定化技術。
[0003] 微生物細胞固定化技術可以在短時間內大幅度提高水處理單元中功能微生物的 生物量和細胞濃度，使反應器的啟動時間縮短、微生物流失量降低、對原水酸鹼度、毒性、鹽 度等變化的適應能力明顯增強。利用微生物細胞固定化技術能夠創建穩定的特定功能微生 物的生態優勢，產生預期的物質代謝過程，在水處理領域顯示出巨大的應用前景。常見的微 生物細胞固定化方法有吸附法、交聯法和包埋法。其中，以包埋法最為常用，已成功地用於 微生物細胞包埋的材料有聚乙烯醇、瓊脂、K-卡拉膠、明膠、海藻酸鈉、聚丙烯醯胺、聚氨酯 等。上述包埋材料具有傳質性能好、不易被生物分解、性能穩定、機械強度高、使用壽命長、 價格低、對微生物無毒等優點。
[0004] 目前，傳統的細菌包埋方法研究集中在如何將細菌與包埋材料穩定結合在一起， 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，無法理想的應用到工 程實際當中。我們經過多年研究，在傳統的包埋方法上做了改進，將包埋體與載體結合在一 起，形成整體的生物活性填料。包埋體和載體的有機結合，使生物活性填料具有更多的性 能，其結合了單純微生物細菌與包埋材料所具有的優點。
[0005] 通過包埋體與載體的結合而製備出的生物活性填料具有巨大的應用優勢和廣闊 的應用空間。填料結構形式和固定化技術的選擇應用直接決定了生物活性填料的應用效果 和使用壽命。經過試驗研究比較，我們發現基於傳統填料結構形式和包埋方法而製備出的 生物活性填料在試驗應用中效果難以達到預期目的，存在著生物活性填料整體穩定性差、 包埋體容易脫落和水溶等諸多問題。針對上述問題，我們開發出的一種整體穩定性好的基 於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料具有廣泛的應用前景。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在於開發出一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活 性填料，該生物活性填料載體的網狀結構設計，使包埋體通過網孔與載體形成整體的鉚固 結構，包埋體不易脫落，並且包埋體能在網狀結構上形成毫米級的薄膜結構，使製得的生物 活性填料整體穩定性好、整體通透性好、傳質效果較高。此外，生物活性填料通過框架結構 支撐體固定在反應器中，填料不會隨水流流失，處理效果穩定。
[0007] -種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其特徵在於：固定 化固定式生物活性填料為網狀結構的長方形片載體被含硫氧化細菌包埋體包埋，構成網狀 結構的長方形片載體的網絲被硫氧化細菌包埋體通過網孔包埋形成整體的鉚固結構。優選 網孔的絲徑為0. 5 - 2. 0mm。硫氧化細菌包埋體在網狀片形結構上形成毫米級的薄膜結構。
[0008] 所述網狀結構的長方形片載體，長度範圍為0. 1 -3.0m，寬度範圍為0. 1 -3.0m，所 述網狀載體的網孔可為圓形、菱形、正方形、矩形。
[0009] 為了達到上述目的，本發明採用了以下技術方案。
[0010] 一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其特徵在於：以聚 乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂材料為主，添加質量百分數為6%-9%聚乙烯醇（PVA)親水 材料，通過絲條熱熔或者板材熱壓成孔等方式製成片狀的網狀結構載體；所述網狀結構的 長方形片狀載體，長為〇· l-3m，寬為0· l-3m，網孔為圓形、菱形、正方形、矩形，網孔的絲徑 0. 5-2_ ;含硫氧化細菌的包埋體包埋固定於網狀結構的長方形片狀載體，構成網狀結構的 長方形片狀載體的網絲被通過網孔的包埋體包埋形成整體的鉚固結構；包埋體在網狀片狀 結構上形成毫米級的薄膜結構。
[0011] 上述一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料的製備方法，其 特徵在於，包含以下步驟：
[0012] (1)以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂為主要材料，添加質量百分數為6%_9% 親水劑聚乙烯醇（PVA)，通過絲條熱熔或者板材熱壓成孔等方式製成網狀結構的長方形片 狀載體；
[0013] (2)將硫氧化細菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合，並添加碳酸鈣製備成包埋液，聚乙 烯醇質量濃度為80-100g/L，碳酸鈣質量濃度為10-40g/L ;
[0014] (3)根據聚乙烯醇-硼酸二次交聯方法，將步驟（2)中的包埋液均勻塗布在網狀 結構長方形片狀載體表面上，放入飽和硼酸溶液中l_3h後，調節硼酸溶液pH到8-10,交聯 3-24h，將其取出，洗淨表面殘留物質，得到片狀生物活性填料。
[0015] 優選將上述多個基於網狀載體的固定化固定式生物活性填料平行地固定於框架 結構支撐體上，然後將支撐體置於反應器中用於水處理。
[0016] 載體中聚乙烯醇（PVA)的添加量可以根據需要適當調整，此為現有技術，優選聚乙 烯醇（PVA)的質量百分含量為5-10%。
[0017] 本發明所述的基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料的有益效 果主要體現在：
[0018] 1.網狀結構的設計，使包埋體通過網孔與載體形成整體的鉚固結構，包埋體不易 脫落，使製得的生物活性填料整體穩定性好，硫氧化細菌不易流失，反應器中能夠保持較高 濃度的硫氧化細菌；
[0019] 2.固定化生物活性填料的硫氧化細菌包菌量大，硫氧化細菌可以在短時間內建立 菌群優勢，處理效率高、穩定性好；
[0020] 3.網狀載體由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂為主要材料，添加了親水劑聚 乙烯醇，改善了載體的親水性，增加了載體與包埋體粘結的強度，提高了填料整體的穩定 性；
[0021] 4.生物活性填料由於網狀骨架結構的存在使包埋體可以實現結構厚度較小的同 時又增強了整體結構對水處理運行環境變化的適應性，較小的厚度能提高底物的傳質效率 和包埋體的利用率，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裡實 現良好的填料性能；
[0022] 5.固定式生物活性填料的表面全部被包埋體覆蓋，加之包埋體結構較薄，有利於 硫氧化細菌接觸底物，同時避免了材料的浪費，有效的提高了載體填料的利用率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為片狀硫氧化細菌生物活性填料示意圖；
[0024] 圖2為圖1的I - I剖面示意圖；
[0025] 圖3為圖1的II - II剖面示意圖；
[0026] 圖4為固定式硫氧化細菌生物活性填料示意圖。
[0027] 圖中1.網絲，2.包埋體，3.框架結構支撐體

【具體實施方式】
[0028] 下面結合實施案例對本發明作進一步具體的描述，但本發明的實施方式不限於 此。
[0029] 實施例1
[0030] 1.網狀載體的製備
[0031] 以聚氯乙烯為主要材料，添加質量分數為6%的親水材料聚乙烯醇（PVA)，長方形 片狀載體長1. 〇m，寬0. 4m，其網孔形狀為正方形，絲徑為1mm。
[0032] 2.硫氧化細菌濃縮液的製備
[0033] 將擴增培養後的硫氧化細菌菌懸液離心濃縮，得到3. 5X 109個/mL的硫氧化細菌 的濃縮液。
[0034] 3.包埋液的製備
[0035] 稱取聚乙烯醇5kg，加入25L超純水後加熱至85°C，溶解15min。將溶解的聚乙烯 醇溶液取出並攪拌均勻後再加熱5min，攪拌均勻冷卻至31 ± 1 °C。25L聚乙烯醇溶液和製備 好的25L硫氧化細菌濃縮液混合，並加入lkg碳酸鈣，攪拌均勻後即製成50L包埋液。
[0036] 4.包埋液和網狀載體的結合
[0037] 將包埋液均勻塗布在網狀載體表面，確保網狀載體表面全部被包埋液均勻覆蓋。
[0038] 5.硫氧化細菌生物活性填料的製備
[0039] 將步驟（4)中塗抹包埋液的網狀載體放入飽和硼酸溶液中，使其處於淹沒狀態，靜 置3h，調節溶液pH至9. 0,靜置4h完成固定化，清洗，得到硫氧化細菌生物活性填料，此生 物活性填料比重在〇. 98-1. 02之間。
[0040] 6.硫氧化細菌生物活性填料活性的應用
[0041] 將硫氧化細菌生物活性填料通過框架結構支撐體固定於500L的方形有機玻璃反 應器中，該反應器長為1. 〇m，寬為0· 5m，高為1. 0m，框架長為0· 9m，寬為0· 4m，高為0· 9m, 長方形片狀填料長1. 〇m，寬0. 4m，固定間距為10cm，。水溫為24°C -26°C，HRT=0. 4h，DO為 1.0-4. Omg/L。採用硫酸鹽還原反應器出水作為進水，硫化物濃度為352?391mg/L。每天 測定反應器的脫硫效果，出水檢測結果表明，反應器運行到第八天，反應器生物脫硫效果穩 定，出水硫化物的平均濃度為10. 3?21. 8mg/L，去除率保持在94%以上，反應器連續運行1 年，反應器生物脫硫效果穩定，生物活性填料完整率達93%。
【權利要求】
1. 一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其特徵在於：固定化 固定式生物活性填料為網狀結構的長方形片載體被含硫氧化細菌包埋體包埋，構成網狀結 構的長方形片載體的網絲被硫氧化細菌包埋體通過網孔包埋形成整體的鉚固結構。
2. 按照權利要求1的一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其 特徵在於：網孔的絲徑0. 5_2mm。
3. 按照權利要求1的一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其 特徵在於：包埋體在網狀片狀結構上形成毫米級的薄膜結構。
4. 按照權利要求1的一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料，其 特徵在於：網狀結構的片狀載體，長為0. l_3m，寬為0. l-3m，所述網狀載體的網孔為圓形、 菱形、正方形或矩形。
5. 製備權利要求1-4所述的任一一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物 活性填料的方法，其特徵在於，包括以下步驟： (1) 以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS樹脂高分子材料為主，添加親水劑PVA，通過絲 條熱熔或者板材熱壓成孔方式製成網狀結構的長方形片狀載體； (2) 將硫氧化細菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合，並添加碳酸鈣製備成包埋液； (3) 根據聚乙烯醇-硼酸二次交聯方法，將步驟（2)中的包埋液均勻塗布在網狀結構長 方形片狀載體表面上，放入飽和硼酸溶液中l_3h後，調節硼酸溶液pH到8-10,交聯3-24h， 將其取出，洗淨表面殘留物質，得到硫氧化細菌片形生物活性填料。
6. 權利要求1的一種基於網狀載體的硫氧化細菌固定化固定式生物活性填料平行地 固定於框架結構支撐體上，然後將支撐體置於反應器中，用於水處理。
【文檔編號】C02F3/34GK104108800SQ201410137255
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】楊宏, 陳偉, 胡希佳, 管清坤, 王猛, 鄢琳, 王小樂, 吳城鋒, 孟婷, 陶慕翔, 尚海源, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達 申請人:北京工業大學