一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料制備及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料制備及應(yīng)用，屬于水處理領(lǐng)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，并添加聚乙烯醇等親水材料經(jīng)熱熔或板材熱壓而成的網(wǎng)狀固定式載體；載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可使包埋體貫穿網(wǎng)孔與載體形成鉚固結(jié)構(gòu)而增加填料整體穩(wěn)定性；包埋液由硫酸鹽還原菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合組成；包埋液均勻涂布于網(wǎng)狀載體上，經(jīng)硼酸二次交聯(lián)固定后形成包埋體，并結(jié)合于網(wǎng)狀載體得到硫酸鹽還原菌生物活性填料。本發(fā)明所制備的生物活性填料，不僅可以有效解決硫酸鹽還原菌附著能力差、成膜性差等問(wèn)題，還可以提高反應(yīng)器處理能力，縮短啟動(dòng)時(shí)間。
【專利說(shuō)明】-種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性 填料制備及應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定 式生物活性填料制備及應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 在利用硫酸鹽還原菌（Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)進(jìn)行硫酸鹽廢水的處 理過(guò)程中，功能微生物(主要是指硫酸鹽還原菌）的數(shù)量、代謝活性和生態(tài)因子直接影響著 反應(yīng)器的運(yùn)行處理效能。由于在硫酸鹽廢水的厭氧處理中，存在著豐富的碳源(廢水中原有 或者為處理而投加的C0D)和適宜的厭氧條件，許多生境條件相似的微生物得以聚集，所以 如何保持SRB的種群優(yōu)勢(shì)地位、適宜的生態(tài)因子和底物競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)是SRB法處理硫酸鹽廢水 的研究重點(diǎn)。目前，利用SRB處理硫酸鹽廢水的主要處理工藝有單項(xiàng)厭氧工藝、單項(xiàng)吹脫工 藝、兩相厭氧工藝以及生物膜法工藝。傳統(tǒng)的硫酸鹽廢水處理工藝存在著反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間 長(zhǎng)、處理能力有限、SRB附著性和成膜性差、難以形成優(yōu)勢(shì)菌群以及與其他厭氧菌存在底物 競(jìng)爭(zhēng)等缺陷，使之在實(shí)際應(yīng)用中具有局限性。為了改善SRB的附著能力差、成膜性差等不足 以及反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，許多學(xué)者開(kāi)始了利用微生物固定化技術(shù)固定硫酸鹽還原菌 的試驗(yàn)研究并取得了一定的研究成果。
[0003] 微生物細(xì)胞固定化技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)大幅度提高水處理單元中功能微生物的 生物量和細(xì)胞濃度，使反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間縮短、微生物流失量降低、對(duì)原水酸堿度、毒性、鹽 度等變化的適應(yīng)能力明顯增強(qiáng)。利用微生物細(xì)胞固定化技術(shù)能夠創(chuàng)建穩(wěn)定的特定功能微生 物的生態(tài)優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生定向的物質(zhì)代謝過(guò)程，在水處理領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。常見(jiàn)的微 生物細(xì)胞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(xì)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。上述包埋材料具有傳質(zhì)性能好、不易被生物分解、性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)、 價(jià)格低、對(duì)微生物無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 目前，傳統(tǒng)的細(xì)菌包埋方法研究集中在如何將細(xì)菌與包埋材料穩(wěn)定結(jié)合在一起， 形成包埋體，例如微球、包埋塊等，操作方法雖然簡(jiǎn)單，但局限性較大，無(wú)法理想的應(yīng)用到工 程實(shí)際當(dāng)中。我們經(jīng)過(guò)多年研究，在傳統(tǒng)的包埋方法上做了改進(jìn)，即將包埋體與載體結(jié)合在 一起，形成整體的生物活性填料。包埋體和載體的有機(jī)結(jié)合，使生物活性填料具有更多的性 能，其結(jié)合了單純微生物細(xì)菌與包埋材料所具有的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 通過(guò)包埋體與載體的結(jié)合而制備出的生物活性填料具有巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和廣闊 的應(yīng)用空間。填料結(jié)構(gòu)形式和固定化技術(shù)的選擇應(yīng)用直接決定了生物活性填料的應(yīng)用效 果和使用壽命。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究比較，我們發(fā)現(xiàn)基于傳統(tǒng)填料結(jié)構(gòu)形式和包埋方法而制備出 的生物活性填料在試驗(yàn)應(yīng)用中的效果難以達(dá)到預(yù)期目的，存在著生物活性填料整體穩(wěn)定性 差、包埋體容易脫落和水溶等諸多問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)出的一種整體穩(wěn)定性好的 基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料具有廣泛的應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于開(kāi)發(fā)出一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物 活性填料，固定化固定式生物活性填料為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形片載體被含厭氧氨氧化細(xì)菌包 埋體包埋，構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形片載體的網(wǎng)絲被硫酸鹽還原菌包埋體通過(guò)網(wǎng)孔包埋形成 整體的鉚固結(jié)構(gòu)。
[0007] 該生物活性填料載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使包埋體通過(guò)網(wǎng)孔與載體形成整體的鉚固 結(jié)構(gòu)，包埋體不易脫落，并且包埋體能在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上形成毫米級(jí)的薄膜結(jié)構(gòu)，使制得的生物 活性填料整體穩(wěn)定性好、整體通透性好、傳質(zhì)效果較高。此外，生物活性填料通過(guò)框架結(jié)構(gòu) 支撐體固定在反應(yīng)器中，填料不會(huì)隨水流流失，處理效果穩(wěn)定。
[0008] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。
[0009] -種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于：以 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹(shù)脂材料為主，添加6wt%-9wt%聚乙烯醇（PVA)親水材料， 通過(guò)絲條熱熔或者板材熱壓成孔等方式制成片形的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體；所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 長(zhǎng)方形片載體，長(zhǎng)為〇· l-3m，寬為0· l-3m，網(wǎng)孔為圓形、菱形、正方形、矩形，網(wǎng)孔的絲徑 0. 5-2_ ;含硫酸鹽還原菌的包埋體包埋固定于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形片狀載體，構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 的長(zhǎng)方形片形載體的網(wǎng)絲被通過(guò)網(wǎng)孔的包埋體包埋形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)；包埋體在網(wǎng)狀片 形結(jié)構(gòu)上形成毫米級(jí)的薄膜結(jié)構(gòu)。
[0010] 上述一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料的制備方法 包含以下步驟：
[0011] (1)以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹(shù)脂材料為主，添加6%-9%的親水劑PVA，通 過(guò)絲條熱熔或者板材熱壓成孔等方式制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形片載體；
[0012] (2)將硫酸鹽還原菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸鈣制備成包埋液，聚 乙烯醇質(zhì)量濃度為80-100g/L，碳酸鈣質(zhì)量濃度為10-40g/L ;
[0013] (3)根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將步驟（2)中混合好菌液的聚乙烯醇包埋 液均勻涂布在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形片載體表面上，放入飽和硼酸溶液中l(wèi)_3h后，調(diào)節(jié)硼酸溶 液pH到8-10,交聯(lián)3-24h，將其取出，洗凈表面殘留物質(zhì)，得到硫酸鹽還原菌片形生物活性 填料。
[0014] 將上述所述的基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料通過(guò)框 架結(jié)構(gòu)支撐體安置于反應(yīng)器中，可以實(shí)現(xiàn)硫酸鹽廢水處理的過(guò)程。優(yōu)選將上述多個(gè)基于網(wǎng) 狀載體的固定化固定式生物活性填料平行地固定于框架結(jié)構(gòu)支撐體上，然后將支撐體置于 反應(yīng)器中。
[0015] 載體中聚乙烯醇（PVA)的添加量可以根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整，此為現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選聚乙 烯醇（PVA)的質(zhì)量百分含量為5%-10%。
[0016] 一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料通過(guò)框架結(jié)構(gòu)支 撐體固定，用于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0017] 本發(fā)明所述的基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料的有益 效果主要體現(xiàn)在：
[0018] 1.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使包埋體通過(guò)網(wǎng)孔與載體形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體不易 脫落，使制得的生物活性填料整體穩(wěn)定性好，硫酸鹽還原菌細(xì)菌不易流失，反應(yīng)器中能夠保 持較高濃度的硫酸鹽還原菌生物量；
[0019] 2.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形片載體，長(zhǎng)為0. l-3m，寬為0. l-3m，并可以根據(jù)反應(yīng)器的類 型和水流狀態(tài)改變載體的長(zhǎng)度和寬度；
[0020] 3.固定化生物活性填料的硫酸鹽還原菌包菌量大，SRB可以在短時(shí)間內(nèi)建立菌群 優(yōu)勢(shì)，處理效率高、穩(wěn)定性好；
[0021] 4.網(wǎng)狀載體由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹(shù)脂為主要材料，添加了親水劑 PVA，改善了載體的親水性，增加了載體與包埋體粘結(jié)的強(qiáng)度，提高了填料整體的穩(wěn)定性；
[0022] 5.生物活性填料由于網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的存在使包埋體可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)厚度較小的同 時(shí)又不失整體結(jié)構(gòu)對(duì)水處理運(yùn)行環(huán)境變化的適應(yīng)性，較小的厚度能實(shí)現(xiàn)較高的傳質(zhì)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(wú)法在水處理工藝處理單元里 實(shí)現(xiàn)良好的填料性能；
[0023] 6.生物活性填料通過(guò)框架結(jié)構(gòu)支撐體固定方式固定，填料不會(huì)隨水流流失，處理 效果穩(wěn)定。將固定填料的框架結(jié)構(gòu)支撐體安置于反應(yīng)器中，能夠?qū)崿F(xiàn)硫酸鹽廢水處理反應(yīng) 器的商效運(yùn)行；
[0024] 7.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(jié)構(gòu)較薄，有利于 硫酸鹽還原菌接觸底物，同時(shí)避免了材料的浪費(fèi)，有效的提高了載體填料的利用率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為片形硫酸鹽還原菌生物活性填料示意圖；
[0026] 圖2為圖1的I - I剖面示意圖；
[0027] 圖3為圖1的II - II剖面示意圖；
[0028] 圖4為固定式硫酸鹽還原菌生物活性填料示意圖。
[0029] 圖中1.網(wǎng)絲，2.包埋體，3.框架結(jié)構(gòu)支撐體。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于 此。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 1.網(wǎng)狀載體的制備
[0033] 以聚氯乙烯為主要材料，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的親水材料聚乙烯醇（PVA)，長(zhǎng)方形 片狀載體長(zhǎng)1. 〇m，寬0. 4m，其網(wǎng)孔形狀為正方形，絲徑為1mm。
[0034] 2.硫酸鹽還原菌濃縮液的制備
[0035] 將擴(kuò)增培養(yǎng)后的硫酸鹽還原菌菌懸液離心濃縮，得到3. 5 X 109個(gè)/mL的硫酸鹽還 原菌的濃縮液。
[0036] 3.包埋液的制備
[0037] 稱取聚乙烯醇5kg，加入25L超純水后加熱至85°C，溶解15min ;將溶解的聚乙烯 醇溶液取出并攪拌均勻后再加熱5min，攪拌均勻后冷卻至31 土 1°C。25L聚乙烯醇溶液和 制備好的25L硫酸鹽還原菌濃縮液混合，并加入lkg的碳酸鈣，攪拌均勻后即制成50L包埋 液。
[0038] 4.包埋液和網(wǎng)狀載體的結(jié)合
[0039] 將包埋液均勻涂布在網(wǎng)狀載體表面，確保網(wǎng)狀載體表面全部被包埋液均勻覆蓋。
[0040] 5.硫酸鹽還原菌生物活性填料的制備
[0041] 將步驟（4)中涂抹包埋液的網(wǎng)狀載體放入飽和硼酸溶液中，使其處于淹沒(méi)狀態(tài)，靜 置3h，調(diào)節(jié)溶液pH至9. 0,靜置4h完成固定化，清洗，得到硫酸鹽還原菌生物活性填料，此 生物活性填料比重在0. 98-1. 02之間。
[0042] 6.硫酸鹽還原菌生物活性填料的應(yīng)用
[0043] 將硫酸鹽還原菌生物活性填料通過(guò)固定式方式安置于500L的方形有機(jī)玻璃反 應(yīng)器中，該反應(yīng)器長(zhǎng)為lm,寬為0. 5m,高為lm,框架結(jié)構(gòu)支撐體長(zhǎng)為0. 9m,寬為0. 4m,高為 1. 〇m，固定式片狀填料長(zhǎng)1. 0m，寬0. 4m，縱向固定間距為10cm，共安裝10片。原水為人工配 制的含硫酸鹽廢水，水溫為24°C _26°C，pH為7. 5-8. 0,0RP彡-310mV。以乳酸鈉作為有機(jī)碳 源，S042_濃度為1000± 10mg/L左右，保證C0D/S042_彡2。按時(shí)測(cè)定反應(yīng)器的硫酸鹽去除效 果，出水檢測(cè)結(jié)果表明，反應(yīng)器運(yùn)行到第七天，反應(yīng)器中硫酸鹽還原效果穩(wěn)定，出水SO廣濃 度為80-112mg/L，去除率保持在88%以上，反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行1年，硫酸鹽還原效果穩(wěn)定，生物 活性填料的完整率達(dá)92%。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于：固定 化固定式生物活性填料為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形片載體被含硫酸鹽還原菌包埋體包埋，構(gòu)成網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形片載體的網(wǎng)絲被硫酸鹽還原菌包埋體通過(guò)網(wǎng)孔包埋形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)。
2. 按照權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料， 其特征在于：網(wǎng)孔的絲徑0. 5-2mm。
3. 按照權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料， 其特征在于：包埋體在網(wǎng)狀片形結(jié)構(gòu)上形成毫米級(jí)的薄膜結(jié)構(gòu)。
4. 按照權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料， 其特征在于：所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形片載體，長(zhǎng)為0. l_3m，寬為0. l-3m，所述網(wǎng)狀載體的網(wǎng) 孔為圓形、菱形、正方形或矩形。
5. 制備權(quán)利要求1-4所述的任一一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生 物活性填料的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS樹(shù)脂高分子材料為主，添加親水劑PVA，通過(guò)絲 條熱熔或者板材熱壓成孔等方式制成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形片載體； (2) 將硫酸鹽還原菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸鈣制備成包埋液； (3) 根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將步驟（2)中混合好菌液的聚乙烯醇包埋液均 勻涂布在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)方形片載體表面上，放入飽和硼酸溶液中l(wèi)_3h后，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH 到8-10,交聯(lián)3-24h，將其取出，洗凈表面殘留物質(zhì)，得到硫酸鹽還原菌片形生物活性填料。
6. 將權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料通 過(guò)框架結(jié)構(gòu)支撐體固定，用于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【文檔編號(hào)】C02F3/34GK104108799SQ201410137192
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊宏, 胡希佳, 陳偉, 管清坤, 王猛, 鄢琳, 王小樂(lè), 吳城鋒, 孟婷, 陶慕翔, 尚海源, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達(dá) 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)