一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝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 22:50:06 1
一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝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】一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝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【技術領域】。填料由載體和包埋體組成，載體由多層聚乙烯醇無紡布和一層紡織物疊加而成；包埋液由聚乙烯醇溶液和反硝化細菌濃縮液混合而成，包埋體由包埋液經硼酸交聯固化而成；將載體浸泡於包埋液中，通過硼酸二次交聯，無紡布與包埋體牢固地粘合在一起，包埋體透過紡織物網孔形成鉚固結構，紡織物良好的抗拉性能提高了填料的整體穩定性；製得的生物活性填料固定於預製框架上；本發明所製備的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料整體穩定性好、工藝性能好，可以在短時間內建立並維持反硝化細菌的菌群優勢，維持系統高效的反硝化能力。
【專利說明】一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料製備及應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於水處理領域，涉及一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝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]隨著國內外對水體氮汙染問題的日益關注和高度重視，汙水處理廠的出水標準越發嚴格。我國汙水處理廠普遍要求嚴格執行《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB18918-2002)—級A標準。然而現有工藝的脫氮效果很難達到總氮(TN)提標的要求，必須對現有技術進行升級。
[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，但易引起二次汙染。目前汙水處理廠大多採用生物法。傳統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氮，再在缺氧條件下通過反硝化細菌的作用將硝態氮轉化為氮氣。
[0004]新近研究發現了自養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於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汙泥法。
[0005]根據國內大多數汙水處 理廠的實際運行情況得出活性汙泥系統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勢，反應器啟動時間長，脫氮效率低；與生物膜法相比，系統抗衝擊負荷能力較差；大量反硝化細菌在高濃度下，沉澱池部位易出現汙泥呈大團塊上浮，對出水水質產生較大影響等。
[0006]近年來微生物細胞固定化技術用於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內功能微生物的濃度，建立並維持穩定的功能微生物的生態優勢，產生預期的物質代謝過程，縮短反應器的啟動時間，明顯增強對原水酸鹼度、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；交聯法對微生物的活性有影響，並且交聯劑比較昂貴。目前以包埋法最為常用。傳統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勢，實際應用效果不理想。而利用拉西環、鮑爾環、階梯環等傳統填料與包埋體通過粘附方式結合起來製得的生物活性填料存在整體穩定性差、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，開發出一種整體穩定性好、工藝性能好的以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，在水處理脫氮領域具有廣泛的應用前景。
【發明內容】
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[0009]本發明的目的在於開發出一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的製備方法，利用該方法製備出一種整體穩定性好、工藝性能好的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，安置於水處理反應器中，應用於水處理脫氮領域，在短時間內建立並維持反硝化細菌的菌群優勢，維持系統高效的反硝化能力。該生物活性填料載體採用主要成分為聚乙烯醇纖維的無紡布，多層無紡布和一層紡織物疊加在一起，塗抹其上的反硝化細菌包埋液經過硼酸二次交聯固化形成的包埋體與無紡布牢固地粘合在一起，包埋體層通過紡織物網孔形成鉚固結構，製備出的生物活性填料具有整體穩定性好、抗水流衝擊能力強、反硝化細菌優勢地位建立時間短及反硝化細菌菌群優勢維持時間長等優點。此外，反硝化細菌固定化生物活性填料通過預製框架固定後，置於水處理反應器中，填料不會隨水流流失，反硝化效果穩定。為了實現上述狀態，本發明採用了以下技術方案。
[0010]一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，其特徵在於:該生物活性填料的多層無紡布和一層紡織物疊加在一起的載體被反硝化細菌包埋體包埋，包埋載體以紡織物為支撐固定在預製框架上形成反硝化細菌固定化生物活性填料，無紡布與無紡布之間、無紡布與紡織物之間均有包埋體。載體被包埋體包埋後的厚度，即層疊加方向為3.若干反硝化細菌固定化生物活性填料以紡織物為支撐平行傾斜地固定在預製框架上。
[0011]一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的具體製備步驟如下:
[0012](I)將富集培養反硝化細菌後得到的反硝化細菌菌懸液離心濃縮，得到細菌數量級為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，取出攪拌均勻並冷卻至31°C 土1°C，得到聚乙烯醇溶液；
[0014](3)將製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)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；將包埋載體浸泡於包埋液中15min，然後將其置於飽和硼酸中交聯1.5h後取出，調節硼酸溶液pH值在8-10之間進行二次交聯，二次交聯時間為5h，二次交聯結束後用清水衝洗，得到以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化生物活性填料。
[0016](5)將若干反硝化細菌固定化生物活性填料利用紡織物固定在預製框架(預製框架為正方體或長方體，框架的長、寬、高均可為0.5m-2m)上，即完成以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的製備過程。
[0017]將反硝化細菌固定化固定式生物活性填料安置於水處理反應器中，應用於水處理脫氮領域。
[0018]本發明所述的以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝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:
[0019]1.載體採用主要成分為聚乙烯醇纖維的無紡布，多層無紡布和一層紡織物疊加在一起，塗抹其上的反硝化細菌包埋液經過硼酸二次交聯固化形成的包埋體與無紡布牢固地粘合在一起，包埋體層通過紡織物網孔形成鉚固結構，包埋體不易脫落，生物活性填料可穩定運行3年以上；
[0020]2.所採用紡織物強度高，耐酸鹼能力強，製備的反硝化細菌固定化生物活性填料抗水流衝擊能力強；
[0021]3.包埋體層通過紡織物網孔形成鉚固結構，由於網狀骨架結構的存在使包埋體實現結構厚度較小，同時不失整體結構對水處理運行環境變化的適應性，較小的厚度能實現較高的傳質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裡實現良好的填料性能；
[0022]4.反硝化細菌固定化生物活性填料有效比表面積大、底物傳質效果好，可以在短時間內大幅提高系統內反硝化細菌的濃度，建立並維持穩定的反硝化細菌的生態優勢，縮短反應器的啟動時間，維持高效的反硝化能力；
[0023]5.反硝化細菌固定化生物活性填料通過預製框架固定後，置於水處理反應器中，填料不會隨水流流失，反硝化效果穩定，且反硝化細菌固定於生物活性填料上，不會出現活性汙泥法中的汙泥膨脹及上浮問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為 反硝化細菌固定化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為預製框架。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施案例對本發明作進一步具體描述，但本發明的實施方式不限於此。
[0026]實施例1
[0027]1.反硝化細菌濃縮液的製備
[0028]以某城市汙水處理廠二沉池剩餘汙泥為菌源，富集培養反硝化細菌，將培養後得到的反硝化細菌菌懸液離心濃縮，得到細菌數量為3.5X IO9個/mL的反硝化細菌濃縮液，取50L備用。
[0029]2.反硝化細菌包埋液的製備
[0030]取IOkg聚乙烯醇加入至50L水中，水浴加熱至90°C溶解，取出後攪拌均勻並冷卻至30°C，得到聚乙烯醇溶液；將製備的50L聚乙烯醇溶液和50L反硝化細菌濃縮液混合，攪拌均勻後製成100L反硝化細菌包埋液，包埋液中聚乙烯醇質量濃度為100g/L。
[0031]3.以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化生物活性填料的製備
[0032]將四層聚乙烯醇無紡布與一層紡織物(紡織物兩側各兩層無紡布)疊在一起，得到包埋載體；將包埋載體置於包埋液中浸泡15min，然後將其置於飽和硼酸中交聯1.5h後取出，調節硼酸溶液PH值至9.0進行二次交聯，二次交聯時間為5h，二次交聯結束後用清水衝洗，得到反硝化細菌固定化生物活性填料。
[0033]4.反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的製備
[0034]利用紡織物將製得的反硝化細菌固定化生物活性填料平行傾斜地固定在預製框架上，即完成固定式硝化細菌生物活性填料的製備過程，填料長1.2m、寬0.5m、平均厚6mm，共40片；平行排列，間距為2cm ;填料傾斜放置，寬邊置於水平，長邊與水平面形成夾角；固定於長為lm、寬為0.5m、高為0.8m的預製框架上。
[0035]5.反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的應用
[0036] 將所製得反硝化細菌固定化固定式生物活性填料置於有效容積為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底部中間位置(框架長邊與反應器長邊平行)。進水採用人工配水，以乙酸鈉為碳源，N03_-N150±10mg/L，C/N=10 (碳源充足)，pH7.3-7.5, D00-0.5mg/L，水溫25± 1°C，HRT=2h。每天按時取樣測定系統的反硝化能力。檢測結果表明，反應器運行I周后達到穩定狀態，出水Ν03_-Ν、Ν02_-Ν濃度均在2mg/L以下，脫氮率在97.1%以上。反應器連續運行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%，反硝化效果穩定。
[0037]上述實例表明，將反硝化細菌固定化固定式生物活性填料安置於水處理反應器中，可以在短時間內建立反硝化細菌的菌群優勢，縮短反應器的啟動時間，提高系統的反硝化能力；系統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；包埋體不易脫落，填料壽命較長；填料不會隨水流流失，具有良好的應用前景。
【權利要求】
1.一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝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:該方法具體步驟如下: (1)將富集培養反硝化細菌後得到的反硝化細菌菌懸液離心濃縮，得到細菌數量級為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，取出攪拌均勻並冷卻至31°C土 1°C，得到聚乙烯醇溶液； (3)將製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)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； (5)將包埋載體浸泡於包埋液中15min，然後將其置於飽和硼酸中交聯1.5h後取出調節硼酸溶液PH值在8-10之間進行二次交聯，二次交聯時間為5h，二次交聯結束後用清水衝洗，然後利用紡織物固定在預製框架上。
2.按照權利要求1製備的一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，其特徵在於:該生物活性填料的多層無紡布和一層紡織物疊加在一起的載體被反硝化細菌包埋體包埋，包埋載體以紡織物為支撐固定在預製框架上形成反硝化細菌固定化生物活性填料，無紡布與無紡布之間、無紡布與紡織物之間均有包埋體。
3.按照權利要求1製備的一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，其特徵在於:載體被包埋體包埋後的厚度，即層疊加方向為
4.按照權利要求1製備的一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料，其特徵在於:若干反硝化細菌固定化生物活性填料以紡織物為支撐平行傾斜地固定在預製框架上。
5.權利要求4所述的預製框架，其特徵在於:為正方體或長方體，框架的長、寬、高均可為 0.5m_2m。
6.按照權利要求2-4所述的一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的反硝化細菌固定化固定式生物活性填料的應用，其特徵在於:投加於水處理反應器中，應用於水處理脫氮領域。
【文檔編號】C02F3/34GK103951082SQ201410137280
【公開日】2014年7月30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, 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:北京工業大學