一種氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料、制備及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料、制備及應(yīng)用，屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。生物活性填料由載體和負(fù)載有氨氧化細(xì)菌的包埋體組成，填料固定于預(yù)制框架上構(gòu)成固定式生物活性填料；載體由多層聚乙烯醇無紡布和一層紡織物縫制而成；包埋體由包埋液經(jīng)硼酸交聯(lián)固定而成；包埋液由氨氧化細(xì)菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合而成。將載體浸泡于包埋液中，通過硼酸二次交聯(lián)，無紡布與包埋體牢固的結(jié)合在一起，包埋體透過紡織物網(wǎng)孔形成整體鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體不易脫落，紡織物良好的抗拉性能提高了生物活性填料的整體穩(wěn)定性。本發(fā)明所制備的氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料，不僅解決了氨氧化細(xì)菌優(yōu)勢(shì)建立困難、易流失等問題，而且提高了反應(yīng)器處理能力，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種氨氧化細(xì)菌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)明涉及水處理中一種氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料制備及應(yīng)用，特別涉及一種以紡織物和聚乙烯醇無紡布為載體的氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料，屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今，氨氮污染問題越來越嚴(yán)重，氨氮成為十二五減排新的約束指標(biāo)，提升氨氮污染防治水平成為改善水環(huán)境質(zhì)量的必要舉措。目前，氨氮廢水處理方法分為三大類，物化法、生化法和高級(jí)氧化法。生化法由于工藝成熟，性能穩(wěn)定，被公認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)、有效和最有發(fā)展前途的方法。生化法包括活性污泥法和生物膜法。傳統(tǒng)活性污泥法中通過污泥回流來保持細(xì)菌量，要想獲得高效率就必須增大回流量來保持高的細(xì)菌濃度，這樣就會(huì)造成運(yùn)行成本上升，顯然不實(shí)際。另外，硝化細(xì)菌的世代周期長(zhǎng)，增值速率慢，致使反應(yīng)器中硝化細(xì)菌濃度低，處理效率難以 提高。受季節(jié)影響大。夏季溫度升高，生化速率快，而到了冬季，北方大部分污水廠都會(huì)面臨絲狀菌引起的污泥膨脹問題，導(dǎo)致硝化菌流失，進(jìn)而導(dǎo)致出水氨氮超標(biāo)。因此，可考慮應(yīng)用生物膜法來彌補(bǔ)活性污泥法中的缺點(diǎn)，但是生物膜法同樣存在問題，對(duì)于硝化細(xì)菌來說，由于自身成膜能力較差，自然掛膜時(shí)間很長(zhǎng)，而且，自然掛膜無選擇性，難以形成高密度的菌群優(yōu)勢(shì)。種種原因表明，傳統(tǒng)生化法無法達(dá)到高效的硝化效率。
[0003]硝化反應(yīng)是氨氧化細(xì)菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(NOB)共同作用完成的，AOB將氨氮氧化成亞氮，NOB將亞氮進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成硝氮。短程硝化又稱亞硝化，此工藝可減少25%的硝化需氧量、40%的反硝化碳源、50%的污泥產(chǎn)量及反硝化池容積。
[0004]細(xì)菌固定化技術(shù)可以大幅度提高細(xì)菌濃度，使細(xì)菌不易流失、縮短反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間，能純化和創(chuàng)造特性細(xì)菌的生態(tài)優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生特性高效反應(yīng)，并且固定化后的細(xì)菌生物活性填料抗毒性和耐酸堿、耐鹽能力明顯增強(qiáng)，具有良好的應(yīng)用前景。微生物細(xì)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(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。上述包埋材料具有對(duì)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(jī)械強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等特點(diǎn)。
[0005]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，無法理想地應(yīng)用到工程實(shí)際當(dāng)中。我們經(jīng)過多年研究，在傳統(tǒng)的包埋方法上做了改進(jìn)，將包埋體與載體結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定性好的生物活性填料。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)。
[0006]通過載體與包埋體的結(jié)合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)中效果并不理想，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膨脹等諸多問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述問題，我們提出了一種整體穩(wěn)定性好的氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料的制備方法，由此方法制備出的氨氧化細(xì)菌生物活性填料具有填料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、抗水流沖擊作用強(qiáng)、氨氧化細(xì)菌優(yōu)勢(shì)地位建立時(shí)間短及亞硝化生物群落結(jié)構(gòu)維持時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]多層無紡布和一層紡織物疊加在一起的包埋載體被含有氨氧化細(xì)菌的包埋體包埋，此包埋載體被固定在框架上，包埋體由包埋液經(jīng)硼酸二次交聯(lián)而成。
[0009]多個(gè)被包埋體包埋的包埋載體以紡織物為支撐平行地固定在預(yù)制框架上。
[0010]無紡布與無紡布之間、無紡布與紡織物之間均有包埋體。
[0011]載體被包埋體包埋后的厚度可為3.[0012]固定式生物活性填料的制備步驟如下:[0013](I)以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的氨氧化細(xì)菌菌懸液離心濃縮，得到IO8-1Oki個(gè)/mL的氨氧化細(xì)菌濃縮液；
[0014](2)聚乙烯醇加熱至90°C溶解于水中，得到聚乙烯醇溶液；
[0015](3)將步驟(2)中的聚乙烯醇溶液冷卻至30°C并與步驟(1)得到細(xì)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)量濃度為80-150g/L ；
[0016](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；
[0017](5)將步驟(4)得到的包埋載體浸泡于步驟(3)所得到的包埋液中15min，然后將其置于飽和硼酸中交聯(lián)1.5h后取出調(diào)節(jié)硼酸溶液pH值在8-10之間進(jìn)行二次交聯(lián)，二次交聯(lián)時(shí)間為5h，二次交聯(lián)結(jié)束后用清水沖洗，然后利用紡織物固定在預(yù)制框架(預(yù)制框架為正方體或長(zhǎng)方體，框架的外形尺寸可為0.5m~2m)上即完成固定式生物活性填料的制備過程。填料的厚度可根據(jù)無紡布載體層數(shù)的不同而變化，可為3.[0018]上述氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料用于水處理。
[0019]本發(fā)明所述氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料的有益效果體現(xiàn)在:
[0020](I)所采用無紡布的主要成分為聚乙烯醇纖維，經(jīng)過硼酸二次交聯(lián)法交聯(lián)固化后，無紡布與包埋體能牢固的結(jié)合在一起，包埋體層通過紡織物網(wǎng)孔形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體不易脫落，生物活性填料可穩(wěn)定運(yùn)行3年以上；
[0021](2)所采用紡織物強(qiáng)度高，耐酸堿能力強(qiáng)，制備的氨氧化細(xì)菌生物活性填料抗水流沖擊能力強(qiáng)，細(xì)菌不易流失；
[0022](3)生物活性填料由于網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的存在使包埋體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)厚度較小的同時(shí)增加了整體結(jié)構(gòu)對(duì)水處理運(yùn)行環(huán)境變化適應(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法在水處理工藝處理單元里實(shí)現(xiàn)良好的填料性能；
[0023](4)生物活性填料有效比表面積大、底物傳質(zhì)效果好，氨氧化細(xì)菌能在短時(shí)間內(nèi)形成菌群優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)短程硝化，縮短啟動(dòng)時(shí)間。
[0024](5)氨氧化細(xì)菌種群優(yōu)勢(shì)可將氨氮控制氧化成亞氮，實(shí)現(xiàn)短程硝化不僅節(jié)約了能源也降低了處理費(fèi)用?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0025]圖1為氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料整體及局部剖面示意圖。
[0026]圖中:1為無紡布，2為包埋體，3為紡織物，4為預(yù)制框架。
【具體實(shí)施方式】
[0027]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。
[0028]實(shí)例I
[0029]( I)氨氧化細(xì)菌濃縮液的制備
[0030]以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的氨氧化細(xì)菌菌懸液離心濃縮，得到15L3.5 X IO9個(gè)/mL的氨氧化細(xì)菌濃縮液；
[0031](2)聚乙烯醇溶液的制備
[0032]取5.0kg聚乙烯醇水浴加熱至90°C溶解于35L水中，得到聚乙烯醇溶液；
[0033](3)包埋液的獲取
[0034]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15L氨氧化細(xì)菌濃縮液充分混合得到50L包埋液，該包埋液中聚乙烯醇質(zhì)量濃度為100g/L ；
[0035](4)包埋載體的制備
[0036]將四層聚乙烯醇無紡布與一層紡織物(紡織物兩側(cè)各兩層無紡布)疊在一起，得到包埋載體；
[0037](5)氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料的制備
[0038]將步驟(4)得到的包埋載體置于步驟(3)得到的包埋液中浸泡15min，然后將其置于飽和硼酸中交聯(lián)1.5h后取出調(diào)節(jié)硼酸溶液pH值在8-10之間進(jìn)行二次交聯(lián)，二次交聯(lián)時(shí)間為5h，二次交聯(lián)結(jié)束后用清水沖洗，然后利用紡織物將填料平行傾斜地固定在預(yù)制框架上即完成氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料的制備過程，填料長(zhǎng)1.2m、寬0.5m、平均厚6mm，共4片，預(yù)制框架長(zhǎng)為lm、寬為0.5m、高為lm。
[0039](6)氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料的應(yīng)用
[0040]在500L的反應(yīng)器中固定步驟(5)得到的氨氧化細(xì)菌生物活性填料，水溫25± 1°C，HRT=4h, pH7.5~8.5，NH4+_N進(jìn)水濃度為150mg/L，溶解氧維持在1.5-2.0mg/L，定時(shí)測(cè)定反應(yīng)器的出水三氮濃度。出水檢測(cè)結(jié)果表明:反應(yīng)器在7天后出水氨氮值基本穩(wěn)定，出水NH/-N濃度基本穩(wěn)定在5.0mg/L以下，去除率在96.7%以上，亞氮積累率在90%以上，生物活性填料連續(xù)運(yùn)行3年，亞硝化效果穩(wěn)定，無包埋體脫落現(xiàn)象。
【權(quán)利要求】
1.一種氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料，其特征在于:多層無紡布和一層紡織物疊加在一起的包埋載體被含有氨氧化細(xì)菌的包埋體包埋，此包埋載體被固定在框架上，包埋體由包埋液經(jīng)硼酸二次交聯(lián)而成。
2.按照權(quán)利要求1的一種氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料，其特征在于:多個(gè)被包埋體包埋的包埋載體以紡織物為支撐平行地固定在預(yù)制框架上。
3.按照權(quán)利要求1的一種氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料，其特征在于:無紡布與無紡布之間、無紡 布與紡織物之間均有包埋體。
4.按照權(quán)利要求1的一種氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料，其特征在于:載體被包埋體包埋后的厚度可為3.5mm-llmm。
5.制備權(quán)利要求1的一種氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料的方法，其特征在于，包括以下步驟: (O以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的氨氧化細(xì)菌菌懸液離心濃縮，得到IO8-1Oki個(gè)/mL的氨氧化細(xì)菌濃縮液； (2)聚乙烯醇加熱至90°C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并與步驟(1)得到細(xì)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)將步驟(4)得到的包埋載體浸泡于步驟(3)所得到的包埋液中15min，然后將其置于飽和硼酸中交聯(lián)1.5h后取出調(diào)節(jié)硼酸溶液pH值在8-10之間進(jìn)行二次交聯(lián)，二次交聯(lián)時(shí)間為5h，二次交聯(lián)結(jié)束后用清水沖洗，然后利用紡織物固定在預(yù)制框架上即完成固定式生物活性填料的制備過程。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于，預(yù)制框架為正方體或長(zhǎng)方體，框架的外形尺寸為 0.5m ~2m。
7.權(quán)利要求1或2或3或4的一種氨氧化細(xì)菌固定式生物活性填料用于水處理。
【文檔編號(hào)】C02F3/10GK103951083SQ201410137334
【公開日】2014年7月30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, 尚海源, 管清坤, 吳城鋒, 陳偉, 鄢琳, 王小樂, 王猛, 孟婷, 陶慕翔, 胡希佳, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達(dá) 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)