本發(fā)明公開了一種利用多孔纖維素氣凝膠固定化微生物菌處理氨氮廢水的方法，屬于廢水處理制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及人們生活水平的不斷提高，生產(chǎn)與生活污水的排放量急劇增加，全球性水體污染日趨嚴(yán)重，威脅著社會(huì)經(jīng)濟(jì)乃至人類自身的可持續(xù)發(fā)展。水環(huán)境的管理法規(guī)日趨完善及嚴(yán)格，傳統(tǒng)的污水生物處理技術(shù)已難于適應(yīng)污水處理的發(fā)展要求，研究開發(fā)和應(yīng)用新型廢水處理工藝、技術(shù)及材料，已成為世界水體污染控制與防治工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，固定化微生物技術(shù)及其在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究者的熱點(diǎn)之一。與傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)相比，固定化微生物技術(shù)處理廢水時(shí)可較大幅度地提高微生物濃度，具有反應(yīng)啟動(dòng)快、處理效率高、操作穩(wěn)定、產(chǎn)污泥量少、固液分離容易、能純化和保持優(yōu)勢(shì)菌群，以及基建占地少等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注，并取得了令人矚目的研究成果。然而，迄今報(bào)道較多的仍是以人工廢水為處理對(duì)象的實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，并大多采用包埋及物理吸附類固定化方法。研究較多的固定化材料則主要是瓊脂、角叉萊膠、海藻酸鈣等天然高分子凝膠載體，以及聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、光硬化樹脂、聚丙烯酸等有機(jī)合成高分子凝膠載體。

冶煉、化肥生產(chǎn)、畜禽養(yǎng)殖等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量氨氮廢水。氨氮廢水是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素。缺氧、好氧、間歇式活性污泥法、氧化溝等生物處理工藝在氨氮廢水的治理中得以廣泛應(yīng)用，但存在水力停留時(shí)間較長(zhǎng)、耐沖擊負(fù)荷性較差、剩余污泥量大等缺點(diǎn)。固定化微生物作為一種新興生物處理技術(shù)，是將微生物固定在載體上使其高度密集并保持其生物活性，該技術(shù)具有反應(yīng)效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、污泥量少等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)目前生物處理工藝在氨氮廢水的治理中得以廣泛應(yīng)用，但存在水力停留時(shí)間較長(zhǎng)、耐沖擊負(fù)荷性較差、剩余污泥量大等的問(wèn)題，提供了一種利用多孔纖維素氣凝膠固定化微生物菌處理氨氮廢水的方法，本發(fā)明制備得多孔纖維素氣凝膠，采用載體結(jié)合法將硝化菌和反硝化菌吸附固定在多孔纖維素氣凝膠上，本發(fā)明將微生物固定在多孔纖維素氣凝膠處理氨氮水，固定化微生物污水根據(jù)曝氣條件的不同使廢水處于好氧態(tài)或厭氧態(tài)，有利于同步硝化和反硝化反應(yīng)地進(jìn)行，有很好的氨氮去除能力，反應(yīng)效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

(1)稱取50～100g干燥的纖維素，按固液比1∶20將其分散在質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％氫氧化鈉溶液中，并加入5～8g聚乙二醇，加熱至75～85℃下進(jìn)行攪拌反應(yīng)3～4h，將反應(yīng)后的溶液冷卻至-10～-8℃，保持此溫度下冰凍8～10h，將冰凍后的固體取出，在室溫下解凍并用800～1000r/min轉(zhuǎn)速快速攪拌，攪拌40～50min后得到纖維素水溶液；

(2)將上述纖維素水溶液用濃度5mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值為3.5～4.0，并在室溫下靜置6～8h，形成水凝膠，將水凝膠放入無(wú)水乙醇中進(jìn)行老化20～23h，每隔3h換無(wú)水乙醇一次，取出后再用正己烷浸泡凝膠20～25h，每隔2h更換正己烷一次，老化后將水凝膠取出，進(jìn)水凝膠進(jìn)行冷凍干燥，干燥后得到多孔纖維素氣凝膠；

(3)在1000mL反應(yīng)器中，向其中加入30～40g葡萄糖、20～30g瓊脂、15～25g蛋白胨、3～5g磷酸氫二鉀、8～10g硫酸銨和200～300mL蒸餾水并混合，再向反應(yīng)器中加入100～200mL活性污泥的上清液，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％草酸調(diào)節(jié)pH值為4.8～5.5，調(diào)節(jié)后向培養(yǎng)基中接種5～8株硝化菌和8～10株反硝化菌，從底部充入空氣進(jìn)行曝氣，培養(yǎng)溫度為25～30℃，培養(yǎng)3～5天；

(4)上述培養(yǎng)結(jié)束后，向培養(yǎng)后的混合物中投加氨氮對(duì)其進(jìn)行馴化，先投加氨氮的量為20～25mg/L，馴化1～2天，再投放50～70mg/L，馴化2～3天，投放100～150mg/L，馴化2～3天，投放200～250mg/L，馴化2～3天，投放300～350mg/L，馴化2～3天，馴化結(jié)束后過(guò)濾，得濾液；

(5)將步驟(2)的多孔纖維素氣凝膠按固液比1∶5與上述濾液混合，進(jìn)行固定化反應(yīng)12～15天，固定化結(jié)束后，過(guò)濾，得多孔纖維素氣凝膠固定化微生物菌。

本發(fā)明的應(yīng)用方法：在室溫下，將本發(fā)明制得多孔纖維素氣凝膠固定化微生物菌按20～30g/L加入50～100L的100～500mg/L氨氮廢水中，在廢水中停留時(shí)間為30～40h，同時(shí)向水中連續(xù)曝氣，通過(guò)曝氣控制水中溶解氧從0.1～0.2mg/L到2.0～2.5mg/L，處理后對(duì)氨氮的去除率為68～89％。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明將微生物固定在多孔纖維素氣凝膠處理氨氮水，固定化微生物污水處理系統(tǒng)會(huì)依曝氣條件的不同而處于好氧態(tài)或厭氧態(tài)，有利于同步硝化和反硝化反應(yīng)地進(jìn)行，有很好的氨氮去除能力，反應(yīng)效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)；

(2)本發(fā)明具有反應(yīng)啟動(dòng)快、處理效率高、操作穩(wěn)定、產(chǎn)污泥量少、固液分離容易、能純化和保持優(yōu)勢(shì)菌群。

具體實(shí)施方式

首先稱取50～100g干燥的纖維素，按固液比1∶20將其分散在質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％氫氧化鈉溶液中，并加入5～8g聚乙二醇，加熱至75～85℃下進(jìn)行攪拌反應(yīng)3～4h，將反應(yīng)后的溶液冷卻至-10～-8℃，保持此溫度下冰凍8～10h，將冰凍后的固體取出，在室溫下解凍并用800～1000r/min轉(zhuǎn)速快速攪拌，攪拌40～50min后得到纖維素水溶液；將纖維素水溶液用濃度5mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值為3.5～4.0，并在室溫下靜置6～8h，形成水凝膠，將水凝膠放入無(wú)水乙醇中進(jìn)行老化20～23h，每隔3h換無(wú)水乙醇一次，取出后再用正己烷浸泡凝膠20～25h，每隔2h更換正己烷一次，老化后將水凝膠取出，進(jìn)水凝膠進(jìn)行冷凍干燥，干燥后得到多孔纖維素氣凝膠；在1000mL反應(yīng)器中，向其中加入30～40g葡萄糖、20～30g瓊脂、15～25g蛋白胨、3～5g磷酸氫二鉀、8～10g硫酸銨和200～300mL蒸餾水并混合，再向反應(yīng)器中加入100～200mL活性污泥的上清液，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％草酸調(diào)節(jié)pH值為4.8～5.5，調(diào)節(jié)后向培養(yǎng)基中接種5～8株硝化菌和8～10株反硝化菌，從底部充入空氣進(jìn)行曝氣，培養(yǎng)溫度為25～30℃，培養(yǎng)3～5天；培養(yǎng)結(jié)束后，向培養(yǎng)后的混合物中投加氨氮對(duì)其進(jìn)行馴化，先投加氨氮的量為20～25mg/L，馴化1～2天，再投放50～70mg/L，馴化2～3天，投放100～150mg/L，馴化2～3天，投放200～250mg/L，馴化2～3天，投放300～350mg/L，馴化2～3天，馴化結(jié)束后過(guò)濾，得濾液；將多孔纖維素氣凝膠按固液比1∶5與濾液混合，進(jìn)行固定化反應(yīng)12～15天，固定化結(jié)束后，過(guò)濾，得多孔纖維素氣凝膠固定化微生物菌。

實(shí)例1

首先稱取50g干燥的纖維素，按固液比1∶20將其分散在質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％氫氧化鈉溶液中，并加入5g聚乙二醇，加熱至75℃下進(jìn)行攪拌反應(yīng)3h，將反應(yīng)后的溶液冷卻至-10℃，保持此溫度下冰凍8h，將冰凍后的固體取出，在室溫下解凍并用800r/min轉(zhuǎn)速快速攪拌，攪拌40min后得到纖維素水溶液；將纖維素水溶液用濃度5mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值為3.5，并在室溫下靜置6h，形成水凝膠，將水凝膠放入無(wú)水乙醇中進(jìn)行老化20h，每隔3h換無(wú)水乙醇一次，取出后再用正己烷浸泡凝膠20h，每隔2h更換正己烷一次，老化后將水凝膠取出，進(jìn)水凝膠進(jìn)行冷凍干燥，干燥后得到多孔纖維素氣凝膠；在1000mL反應(yīng)器中，向其中加入30g葡萄糖、20g瓊脂、15g蛋白胨、3g磷酸氫二鉀、8g硫酸銨和200mL蒸餾水并混合，再向反應(yīng)器中加入100mL活性污泥的上清液，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％草酸調(diào)節(jié)pH值為4.8，調(diào)節(jié)后向培養(yǎng)基中接種5株硝化菌和8株反硝化菌，從底部充入空氣進(jìn)行曝氣，培養(yǎng)溫度為25℃，培養(yǎng)3天；培養(yǎng)結(jié)束后，向培養(yǎng)后的混合物中投加氨氮對(duì)其進(jìn)行馴化，先投加氨氮的量為20mg/L，馴化1天，再投放50mg/L，馴化2天，投放100mg/L，馴化2天，投放200mg/L，馴化2天，投放300mg/L，馴化2天，馴化結(jié)束后過(guò)濾，得濾液；將多孔纖維素氣凝膠按固液比1∶5與濾液混合，進(jìn)行固定化反應(yīng)12天，固定化結(jié)束后，過(guò)濾，得多孔纖維素氣凝膠固定化微生物菌。

在室溫下，將本發(fā)明制得多孔纖維素氣凝膠固定化微生物菌按20g/L加入50L的100mg/L氨氮廢水中，在廢水中停留時(shí)間為30h，同時(shí)向水中連續(xù)曝氣，通過(guò)曝氣控制水中溶解氧從0.1mg/L到2.0mg/L，處理后對(duì)氨氮的去除率為68％。

實(shí)例2

首先稱取75g干燥的纖維素，按固液比1∶20將其分散在質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％氫氧化鈉溶液中，并加入6g聚乙二醇，加熱至80℃下進(jìn)行攪拌反應(yīng)3.5h，將反應(yīng)后的溶液冷卻至-9℃，保持此溫度下冰凍9h，將冰凍后的固體取出，在室溫下解凍并用900r/min轉(zhuǎn)速快速攪拌，攪拌45min后得到纖維素水溶液；將纖維素水溶液用濃度5mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值為3.8，并在室溫下靜置7h，形成水凝膠，將水凝膠放入無(wú)水乙醇中進(jìn)行老化21h，每隔3h換無(wú)水乙醇一次，取出后再用正己烷浸泡凝膠23h，每隔2h更換正己烷一次，老化后將水凝膠取出，進(jìn)水凝膠進(jìn)行冷凍干燥，干燥后得到多孔纖維素氣凝膠；在1000mL反應(yīng)器中，向其中加入35g葡萄糖、25g瓊脂、20g蛋白胨、4g磷酸氫二鉀、9g硫酸銨和25mL蒸餾水并混合，再向反應(yīng)器中加入150mL活性污泥的上清液，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％草酸調(diào)節(jié)pH值為5.0，調(diào)節(jié)后向培養(yǎng)基中接種7株硝化菌和9株反硝化菌，從底部充入空氣進(jìn)行曝氣，培養(yǎng)溫度為27℃，培養(yǎng)4天；培養(yǎng)結(jié)束后，向培養(yǎng)后的混合物中投加氨氮對(duì)其進(jìn)行馴化，先投加氨氮的量為23mg/L，馴化1.5天，再投放60mg/L，馴化2.5天，投放125mg/L，馴化2.5天，投放225mg/L，馴化2.5天，投放325mg/L，馴化2.5天，馴化結(jié)束后過(guò)濾，得濾液；將多孔纖維素氣凝膠按固液比1∶5與濾液混合，進(jìn)行固定化反應(yīng)13天，固定化結(jié)束后，過(guò)濾，得多孔纖維素氣凝膠固定化微生物菌。

在室溫下，將本發(fā)明制得多孔纖維素氣凝膠固定化微生物菌按25g/L加入75L的300mg/L氨氮廢水中，在廢水中停留時(shí)間為35h，同時(shí)向水中連續(xù)曝氣，通過(guò)曝氣控制水中溶解氧從0.15mg/L到2.3mg/L，處理后對(duì)氨氮的去除率為75％。

實(shí)例3

首先稱取100g干燥的纖維素，按固液比1∶20將其分散在質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％氫氧化鈉溶液中，并加入8g聚乙二醇，加熱至85℃下進(jìn)行攪拌反應(yīng)4h，將反應(yīng)后的溶液冷卻至-8℃，保持此溫度下冰凍10h，將冰凍后的固體取出，在室溫下解凍并用1000r/min轉(zhuǎn)速快速攪拌，攪拌50min后得到纖維素水溶液；將纖維素水溶液用濃度5mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值為4.0，并在室溫下靜置8h，形成水凝膠，將水凝膠放入無(wú)水乙醇中進(jìn)行老化23h，每隔3h換無(wú)水乙醇一次，取出后再用正己烷浸泡凝膠25h，每隔2h更換正己烷一次，老化后將水凝膠取出，進(jìn)水凝膠進(jìn)行冷凍干燥，干燥后得到多孔纖維素氣凝膠；在1000mL反應(yīng)器中，向其中加入40g葡萄糖、30g瓊脂、25g蛋白胨、5g磷酸氫二鉀、10g硫酸銨和300mL蒸餾水并混合，再向反應(yīng)器中加入200mL活性污泥的上清液，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％草酸調(diào)節(jié)pH值為5.5，調(diào)節(jié)后向培養(yǎng)基中接種8株硝化菌和10株反硝化菌，從底部充入空氣進(jìn)行曝氣，培養(yǎng)溫度為30℃，培養(yǎng)5天；培養(yǎng)結(jié)束后，向培養(yǎng)后的混合物中投加氨氮對(duì)其進(jìn)行馴化，先投加氨氮的量為25mg/L，馴化2天，再投放70mg/L，馴化3天，投放150mg/L，馴化3天，投放250mg/L，馴化3天，投放350mg/L，馴化3天，馴化結(jié)束后過(guò)濾，得濾液；將多孔纖維素氣凝膠按固液比1∶5與濾液混合，進(jìn)行固定化反應(yīng)15天，固定化結(jié)束后，過(guò)濾，得多孔纖維素氣凝膠固定化微生物菌。

在室溫下，將本發(fā)明制得多孔纖維素氣凝膠固定化微生物菌按30g/L加入100L的500mg/L氨氮廢水中，在廢水中停留時(shí)間為40h，同時(shí)向水中連續(xù)曝氣，通過(guò)曝氣控制水中溶解氧從0.2mg/L到2.5mg/L，處理后對(duì)氨氮的去除率為89％。