專利名稱：一種聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)完成細菌固定化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，特別涉及一種聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)完成細菌固定化的方法。
背景技術(shù)：
:傳統(tǒng)的聚乙烯醇-硼酸交聯(lián)細菌包埋方法是一種操作簡單且成本低廉的固定方法，通過該方法交聯(lián)制備的聚乙烯醇凝膠，水穩(wěn)定性高，彈性好，使用壽命長?？墒?，固定后的顆粒吸水性強，在使用過程中會出現(xiàn)相互粘連，體積膨脹，水穩(wěn)定性降低的問題，特別是在強烈水力攪拌的環(huán)境下，它的膨脹問題就會變得更加明顯。聚乙烯醇顆粒的粘連膨脹問題是由于聚乙烯醇與硼酸交聯(lián)反應(yīng)時，硼酸中的3個羥基只有2個參與了反應(yīng)，因此在脫水聚合反應(yīng)后，凝膠顆粒中會殘留有親水性羥基，而聚乙烯醇中的羥基未完全與硼酸反應(yīng)正是導(dǎo)致凝膠中含有殘留羥基的原因。目前，針對聚乙烯醇-硼酸法的缺點，很多研究者通過加入添加劑改善聚乙烯醇固定后的效果。做法是通過在聚乙烯醇與硼酸的交聯(lián)過程中引入丙烯酰胺聚合反應(yīng)從而達到改善水溶性膨脹的目的。但是單體丙烯酰胺具有一定的毒性，且制備方法也十分復(fù)雜。也有學(xué)者通過向聚乙烯醇中加入活性炭，高嶺土，海藻酸鈉等物質(zhì)對聚乙烯醇進行改性，這些添加劑對于解決溶脹問題也有著一定的作用。但是由于向聚乙烯醇中加入添加劑不能從根本上取代導(dǎo)致顆粒粘連膨脹的親水性羥基，所以添加劑的加入對改善聚乙烯醇顆粒的粘連膨脹的效果是有限的。因此對聚乙烯醇-硼酸法的改進研究不僅需要加入添加劑更需要通過交聯(lián)劑的優(yōu)化組合減少或除去聚乙烯醇顆粒內(nèi)部的殘留羥基
發(fā)明內(nèi)容
:為了解決上述問 題，本發(fā)明的目的在于利用二次交聯(lián)調(diào)pH的方法解決聚乙醇-硼酸法所制備的顆粒相互粘連，體積膨脹，水穩(wěn)定性降低和細菌保護等問題。通過在第二次交聯(lián)過程中，調(diào)節(jié)pH到弱堿性環(huán)境，使得硼酸以硼酸鹽的形式存在，減少了聚乙烯醇表面的羥基。因此經(jīng)過硼酸強化后的聚乙烯醇在使用過程中，粘連，水溶膨脹性都大大降低。與此同時，硼酸以硼酸鹽的形式存在也可降低對細菌的傷害。本發(fā)明的技術(shù)方案，包括以下步驟:( I)聚乙烯醇與細菌按比例混合稱取一定量的聚乙烯醇，加水后加熱溶解，待冷卻至室溫后與細菌混合，攪拌均勻，聚乙烯醇質(zhì)量濃度為8-10%，細菌質(zhì)量濃度為1_4%，然后加入混合液質(zhì)量2-4%的碳酸鈣，最終得到聚乙烯醇包埋液；(2)聚乙烯醇與飽和硼酸溶液第一次交聯(lián)將步驟(I)與細菌混合好的聚乙烯醇包埋液或含有步驟(I)聚乙烯醇包埋液的的成型填料置于飽和硼酸水溶液中，進行第一次交聯(lián)固定，交聯(lián)時間l_2h ；(3)調(diào)節(jié) pH
在第一次交聯(lián)固定完成后，將上清液取出，調(diào)pH至8-10 ；(4)聚乙烯醇與飽和硼酸溶液第二次交聯(lián)利用調(diào)好pH的上清液對聚乙烯醇進行第二次交聯(lián)固定，交聯(lián)時間8_48h，完成第二次交聯(lián)固定后，將聚乙烯醇洗凈，即完成全部固定過程。細菌經(jīng)包埋后形成的包埋體，具備較強的機械強度、適宜的孔隙率、較好的透水性；細菌包埋過程中的化學(xué)過程對細菌損害最小，這些是細菌包埋技術(shù)所一直追求的目標。本發(fā)明的核心是針對細菌包埋體內(nèi)部實行快速交聯(lián)，縮短極端條件作用時間。外部通過PH調(diào)整改變極端環(huán)境進一步的固化作用減小包埋體羥基，用以避免包埋體顆粒之間的交聯(lián)。其特征在于具體步驟如下:將聚乙烯醇與細菌按比例進行混合后，置于飽和硼酸溶液中進行第一次交聯(lián)固定，固定完成后，將上清液取出調(diào)PH，利用調(diào)好pH的上清液對聚乙烯醇進行第二次交聯(lián)固定，完成固定后將聚乙烯醇洗凈即完成全部固定過程。本發(fā)明的優(yōu)點:1、分步交聯(lián)法可通過在第二次交聯(lián)過程中調(diào)節(jié)pH到弱堿性環(huán)境，使得硼酸以硼酸鹽的形式存在，減少聚乙烯醇表面的羥基，從而使經(jīng)過硼酸強化后的聚乙烯醇在使用過程中，粘連和水溶膨脹的現(xiàn)象都大大減少。2、在弱堿性條件下，硼酸以硼酸鹽的形式存在可大大降低交聯(lián)固定過程對細菌的傷害。3、改進后的聚乙烯醇-硼酸法所交聯(lián)制備出的聚乙烯醇凝膠水穩(wěn)定性高，彈性好，使用壽命長，將其應(yīng)用于生物活性填料和生物活性濾料時可解決粘連和水溶膨脹的問題，改進后的方法操作簡單且成本低廉，利于工業(yè)化生產(chǎn)，具有較好的社會、經(jīng)濟效益，利于推廣。
具體實施例方式下面結(jié)合實施案例對本發(fā)明作進一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1 (I)填料載體的選取和處理選取石英砂或沸石作為細菌填料載體，通過篩分篩選保留粒徑為0.8-1.0mm的填料載體，用細菌液體培養(yǎng)基浸泡3天后取出，放入60°C恒溫烘箱中烘干，保證填料載體表面不潮濕，將烘干的填料載體取出IOL冷卻至常溫備用。(2)細菌包埋液的獲取稱取80g聚乙烯醇，加適量水后加熱溶解，待冷卻至室溫后與50ml細菌濃縮液混合，加入40g碳酸鈣，攪拌均勻后制成IL細菌包埋液。( 3)細菌包埋液與填料載體的混合將細菌包埋液分批少量倒入已經(jīng)準備好的填料載體中，在倒入每批細菌包埋液的過程中都應(yīng)進行充分的攪拌，混合均勻后再倒入下一批細菌包埋液直至全部包埋液與填料載體混合均勻，制成聚乙烯醇包埋填料。(4)聚乙烯醇包埋填料與飽和硼酸溶液第一次交聯(lián)將聚乙烯醇包埋填料置于飽和硼酸中，進行第一次交聯(lián)固定，交聯(lián)時間為1.5h。(5)調(diào)節(jié) pH在第一次交聯(lián)固定完成后，將上清液取出，調(diào)pH至9。(6)聚乙烯醇包埋填料與飽和硼酸溶液第二次交聯(lián)
利用調(diào)好pH的上清液對聚乙烯醇進行第二次交聯(lián)固定，交聯(lián)時間為10h。完成第二次交聯(lián)固定后，將聚乙烯醇包埋填料用用不含氯的清水清洗3次，即完成全部固定過程。通過以上方法制備的鐵、錳氧化細菌(以石英砂作為包埋載體)，硫酸鹽還原菌(以沸石作為包埋載體)和As3+氧化細菌(以石英砂作為包埋載體)生物活性填料的運行性能如下:①鐵、錳氧化細菌用鐵、錳氧化細菌和石英砂制備的生物活性填料，在二次交聯(lián)完成細菌固定化的方法中聚乙烯醇質(zhì)量濃度為8%，細菌質(zhì)量濃度為1%，碳酸鈣的用量為混合液質(zhì)量4%，在處理含鐵錳地下水的研究中，完全形成了鐵錳氧化細菌制備生物活性載體填料的能力，由該填料構(gòu)建的地下水生物除鐵除錳濾池，濾速可以達到19m/h，錳含量為5mg/L的原水，處理后出水小于0.05mg/L或痕量。②硫酸鹽還原菌用硫酸鹽還原菌和沸石制備的生物活性填料，在二次交聯(lián)完成細菌固定化的方法中聚乙烯醇質(zhì)量濃度為9%，細菌質(zhì)量濃度為2%，碳酸鈣的用量為混合液質(zhì)量4%，在處理含鎘廢水的研究中，原水鎘含量5mg/L，出水鎘含量小于0.lmg/L或痕量。該活性填料對于廢水中的多種重金屬離子都能夠形成較好的去除能力。③As3+氧化細菌用As3+氧化細菌和石英砂制備的生物氧化活性填料，在二次交聯(lián)完成細菌固定化的方法中聚乙烯醇 質(zhì)量濃度為8%，細菌質(zhì)量濃度為1%，碳酸鈣的用量為混合液質(zhì)量4%，能夠?qū)崿F(xiàn)將As3+氧化成As5+，氧化效率目前達到30.113g/m2.h。
權(quán)利要求
1.一種聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)完成細菌固定化的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)聚乙烯醇與細菌按比例混合 稱取一定量的聚乙烯醇，加水后加熱溶解，待冷卻至室溫后與細菌混合，攪拌均勻，聚乙烯醇質(zhì)量濃度為8-10%，細菌質(zhì)量濃度為1_4%，然后加入混合液質(zhì)量2-4%的碳酸鈣，最終得到聚乙烯醇包埋液； (2)聚乙烯醇與飽和硼酸溶液第一次交聯(lián) 將步驟(I)與細菌混合好的聚乙烯醇包埋液或含有步驟(I)聚乙烯醇包埋液的的成型填料置于飽和硼酸水溶液中，進行第一次交聯(lián)固定，交聯(lián)時間l_2h ； (3)調(diào)節(jié)pH 在第一次交聯(lián)固定完成后，將上清液取出，調(diào)PH至8-10 ； (4)聚乙烯醇與飽和硼酸溶液第二次交聯(lián) 利用調(diào)好PH的上清液對聚乙烯醇進行第二次交聯(lián)固定，交聯(lián)時間8-48h，完成第二次交聯(lián)固定后，將聚乙烯 醇洗凈，即完成全部固定過程。
全文摘要
一種聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)完成細菌固定化的方法，屬于水處理領(lǐng)域。將聚乙烯醇與細菌按比例進行混合后，置于飽和硼酸溶液中進行第一次交聯(lián)固定，固定完成后，將上清液取出調(diào)pH，利用調(diào)好pH的上清液對聚乙烯醇進行第二次交聯(lián)固定，完成固定后將聚乙烯醇洗凈即完成全部固定過程。本發(fā)明的優(yōu)點是既大大降低了固定化過程對細菌的傷害又有效減少粘連和水溶膨脹的現(xiàn)象，為基于聚乙烯醇的生物活性填料和生物活性濾料的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用提供了條件。
文檔編號C12N11/08GK103194437SQ201310127588
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者楊宏, 張長利, 陶慕翔, 吳宣, 顧運, 杜強強, 胡希佳, 尚海源, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達 申請人:北京工業(yè)大學(xué)