一種三明治型多層固定化生物活性填料制備及應用的制作方法
【專利摘要】一種三明治結構固定化生物活性填料制備及應用，屬于水處理【技術領域】。生物活性填料由包埋體和無紡布載體兩部分組成；包埋體由包埋液經(jīng)硼酸二次交聯(lián)固化得到；包埋體和無紡布載體相間排布；無紡布載體的維絲與包埋體結合為一個穩(wěn)定的有機整體，將由細菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合而成的包埋液均勻涂布于無紡布載體上，多層載體疊加在一起，經(jīng)硼酸二次交聯(lián)固定后形成類似三明治結構的層狀填料，再經(jīng)切割制成顆粒狀生物活性填料。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)生化法中細菌濃度低、易流失等問題，而且無紡布和包埋體形成的類似三明治層狀結構提高了生物活性填料的穩(wěn)定性，具有良好的應用前景。
【專利說明】—種三明治型多層固定化生物活性填料制備及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及水處理中一種三明治結構固定化生物活性填料制備及應用，屬于水處
理領域。
【背景技術】
[0002]微生物細胞固定化技術可以大幅度提高微生物濃度、使微生物不易流失、縮短反應器啟動時間、純化和創(chuàng)造特性細菌的生態(tài)優(yōu)勢，并且固定化后的生物活性填料抗毒性和耐酸堿、耐鹽能力明顯增強，具有良好的應用前景。微生物細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。
[0003]目前，傳統(tǒng)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，制備的微球、包埋塊容易發(fā)生水溶膨脹的問題，微球、包埋塊在使用過程中機械強度會因水溶膨脹而大大減弱，甚至會出現(xiàn)破碎的現(xiàn)象，因而縮短了填料的使用壽命，無法理想地應用到工程實際當中。實驗研究表明，利用現(xiàn)有的拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、懸浮改性填料等傳統(tǒng)載體與包埋體通過粘附方式結合起來制得的填料均存在整體穩(wěn)定性差、包埋體容易脫落、細菌易流失等問題。因此提高填料的整體穩(wěn)定性才是填料長期穩(wěn)定高效運行的關鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明開發(fā)出一種三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于，該填料是由包埋體和無紡布載體兩部分組成，無紡布載體和包埋體相間排布，包埋體由包埋液經(jīng)硼酸二次交聯(lián)固化得到，填料整體固化后切割至顆粒狀生物活性填料，無紡布載體的纖維絲與包埋體材料牢固結合構成一個穩(wěn)定的有機整體，生物活性填料呈三明治層狀結構，穩(wěn)定性好。由于包埋體和無紡布的有機結合，生物活性填料具有更多的性能，其繼承了原有單純細菌與包埋材料的所有優(yōu)點；制備的顆粒狀生物活性填料具有各種載體所具有的特性，例如流動性強、比表面積大、不易堵塞等優(yōu)點。
[0005]一種三明治型多層固定化生物活性填料的制備步驟如下:
[0006](I)將細菌菌懸液離心濃縮濃度至IO8-1O9個/mL，得到細菌濃縮液；
[0007](2)將聚乙烯醇加熱至90°C溶解于水，得到聚乙烯醇溶液；
[0008](3)將步驟(2)中的聚乙烯醇溶液冷卻至30°C并與步驟(1)得到的細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 ；
[0009](4)本填料采用聚乙烯醇無紡布(無紡布規(guī)格可為40g/m2_200g/m2)，將步驟(3)得到的包埋液均勻涂抹在無紡布載體上，將涂有包埋液的無紡布多層疊加在一起，經(jīng)飽和硼酸交聯(lián)1.5h后取出，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH值至8-10進行第二次交聯(lián)，二次交聯(lián)時間為5h，二次交聯(lián)結束后用清水沖洗，隨后將其切割成正方體(邊長可為5mm-10mm)、長方體(長寬可為5mm-20mm)或圓柱體(底面直徑可為5mm-10mm)即完成固定化生物活性填料的制備過程,填料整體厚度可根據(jù)載體層數(shù)的不同而變化，制備完成后的填料厚度可為3_-10_。
[0010] 本發(fā)明的三明治型多層固定化生物活性填料用于水處理。
[0011]本發(fā)明所述的三明治結構多層固定化生物活性填料的有益效果體現(xiàn)在:
[0012](I)所采用無紡布的主要成分為聚乙烯醇纖維，通過硼酸二次交聯(lián)法交聯(lián)固化填料，無紡布載體的立體不規(guī)則纖維絲與包埋體材料結合為一個穩(wěn)定的有機整體，多層無紡布的應用起到了在不影響傳質(zhì)的情況下保持填料整體結構穩(wěn)定的作用，生物活性填料可穩(wěn)定運行3年以上；
[0013](2)最終制備成的生物活性填料產(chǎn)品為顆粒狀，在水中曝氣攪拌作用下呈懸浮狀態(tài)，流化狀態(tài)好，有利于生物活性填料與底物的充分接觸；
[0014](3)在填料交聯(lián)過程中，包埋體外層會形成一層致密的膜，阻礙底物傳遞，因此本發(fā)明采用先整體固化，填料成型后切割成顆粒狀生物活性填料，減少了致密膜的形成；
[0015](4)三明治結構的設計，使包埋體置于無紡布之間，有效地減少了填料使用過程中包埋體之間的相互摩擦；
[0016](5)生物活性填料有效比表面積大、底物傳質(zhì)效率高，細菌能在短時間內(nèi)形成菌群優(yōu)勢，縮短啟動時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為正方體顆粒狀三明治結構固定化生物活性填料三維示意圖，圖中:1、無紡布,2、包埋體。
[0018]圖2為長方體顆粒狀三明治結構固定化生物活性填料三維示意圖，圖中:1、無紡布,2、包埋體。
[0019]圖3為圓柱體顆粒狀三明治結構固定化生物活性填料三維示意圖，圖中:1、無紡布,2、包埋體。
【具體實施方式】
[0020]現(xiàn)以硝化細菌為例進一步描述本發(fā)明，該實施方式旨在進一步舉例說明硝化細菌固定化生物活性填料、制備及使用，但是本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0021](I)將馴化后的硝化細菌菌懸液經(jīng)離心濃縮后得到硝化細菌濃縮液，取45L離心后含菌量為7.5xl08個/mL的硝化細菌濃縮液備用；
[0022](2)取30.0kg聚乙烯醇水浴加熱至90°C加熱溶解于200L水中，得到聚乙烯醇溶液；
[0023](3)將步驟(2)中的聚乙烯醇溶液冷卻至30°C并與步驟(1)得到的細菌濃縮液充分混合，加水定容到300L得到包埋液，該包埋液中聚乙烯醇質(zhì)量濃度為100g/L ；
[0024](4)將步驟(3)得到的包埋液均勻涂抹到聚乙烯醇無紡布載體上，四層載體疊加在一起，經(jīng)飽和硼酸交聯(lián)1.5h后取出，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH值至8-10進行第二次交聯(lián)，二次交聯(lián)時間為5h，二次交聯(lián)結束后填料厚度為6mm-7mm，清洗后將其切割成長、寬各為IOmm的長方體顆粒塊即完成硝化細菌固定化生物活性填料的制備過程；
[0025](5)生物活性填料的應用:向800L的反應器中投加步驟(4)得到的三明治結構物填料，填充率為 46.7%，水溫 25±1。。，HRT2.5h，ρΗ7.5-8.5，ΝΗ4+_Ν 進水濃度為 100±5mg/L，生物活性填料在曝氣充氧的作用下被攪拌呈懸浮流化狀態(tài)，反應器中溶解氧基本維持在
3.0±0.5mg/L，定時測定反應器的出水氨氮濃度。出水檢測結果表明:反應器在10天后出水基本穩(wěn)定，出水NH/-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。
【權利要求】
1.一種三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于，該填料是由無紡布載體和包埋體兩部分組成，無紡布載體和包埋體相間排布，填料整體固化后切割至顆粒狀，無紡布載體的纖維絲與包埋體材料牢固結合構成一個穩(wěn)定的有機整體，生物活性填料呈三明治層狀結構。
2.按照權利要求1的一種三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于，三明治型多層固定化生物活性填料呈正方體、長方體或圓柱體。
3.按照權利要求2的一種三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于，所述的正方體的邊長為5mm-10mm ;長方體與無紡布載體平行的面的長寬為5mm-20mm,垂直面的高為3mm-1Omm ;所 述的圓柱體底面平行于無紡布載體，底面直徑可為圓柱體的高為3mm_IOmmο
4.制備權利要求1的一種三明治型多層固定化生物活性填料的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將細菌菌懸液離心濃縮至細菌濃度IO8-1O9個/mL； (2)將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與步驟(1)得到的細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)將步驟(3)得到的包埋液均勻涂抹在無紡布載體上，將涂有包埋液的無紡布多層疊加在一起，經(jīng)飽和硼酸交聯(lián)1.5h后取出，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH值在8-10之間進行第二次交聯(lián)，二次交聯(lián)5h后用清水沖洗填料，隨后將其切割至顆粒狀生物活性填料。
5.按照權利要求4的方法,其特征在于,無紡布載體表面積密度為40g/m2-200g/m2。
6.權利要求1的三明治型多層固定化生物活性填料用于水處理。
【文檔編號】C12N11/04GK103951041SQ201410137333
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊宏, 管清坤, 尚海源, 吳城鋒, 王猛, 陳偉, 鄢琳, 王小樂, 孟婷, 陶慕翔, 胡希佳, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達 申請人:北京工業(yè)大學