一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀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)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料制備及應(yīng)用，屬于水處理領(lǐng)域。直筒狀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)狀直筒載體；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；包埋液由硫氧化細(xì)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)狀載體得到硫氧化細(xì)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氧化細(xì)菌附著能力差、易流失等問題，還可以提高反應(yīng)器處理能力，縮短啟動時間。
【專利說明】一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀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)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料制備及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，在煉油、焦化、制藥及石油化工等行業(yè)中常有含硫化物的廢水大量排出。目前針對水中硫化物的處理大致包含物化法和生物氧化法，而生物氧化法由于具有無需投加化學(xué)藥劑、去除效率高、生物污泥量產(chǎn)生少、無二次污染等優(yōu)勢，逐步成為含硫廢水處理的主要方法和研究重點。利用硫氧化細(xì)菌的生物代謝功能對含硫廢水進(jìn)行處理時，常常由于進(jìn)水硫化物濃度高而使反應(yīng)器內(nèi)的功能微生物的代謝活動受到抑制，致使功能微生物需要很長的適應(yīng)期，而且由于硫氧化細(xì)菌的附著性能不強(qiáng)，極易隨出水流失，所以要在反應(yīng)器中保持高濃度硫氧化細(xì)菌濃度也十分不易。近年來，許多學(xué)者開始采用填料掛膜的形式來試圖保持反應(yīng)器中硫氧化細(xì)菌的生物量，但由于傳統(tǒng)填料的局限性，在實際廢水處理實踐中收效甚微。于是，一些學(xué)者開始了硫氧化細(xì)菌的固定化技術(shù)。
[0003]微生物細(xì)胞固定化技術(shù)可以在短時間內(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)器的啟動時間縮短、微生物流失量降低、對原水酸堿度、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，產(chǎn)生預(yù)期的物質(zhì)代謝過程，在水處理領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。常見的微生物細(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、價格低、對微生物無毒等優(yōu)點。
[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。操作方法雖然簡單，但局限性較大，無法理想的應(yīng)用到工程實際當(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。
[0005]通過包埋體與載體的結(jié)合而制備出的活性填料具有巨大的應(yīng)用優(yōu)勢和廣闊的應(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應(yīng)用中效果難以達(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題。針對上述問題，我們開發(fā)出的一種整體穩(wěn)定性好的基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀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)明的目的在于開發(fā)出一種基于網(wǎng)狀載體的直筒狀硫氧化細(xì)菌固定化生物活性填料，該生物活性填料載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以使含有硫氧化細(xì)菌的包埋體通過網(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)上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)，使制得的硫氧化細(xì)菌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。網(wǎng)狀載體設(shè)計為直筒狀，可以增大水流對生物活性填料的切向摩擦力，避免雜菌生長和生物填料內(nèi)腔堵塞。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。
[0008]一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料，其特征在于:所述的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性整體是中空直筒狀，筒壁是網(wǎng)狀的，組成網(wǎng)孔的網(wǎng)絲被含硫氧化細(xì)菌的包埋體通過網(wǎng)孔包埋形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)。
[0009]網(wǎng)狀的生物活性填料載體以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂為主要材料，添加質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為6%-9%親水劑聚乙烯醇(PVA)，通過絲條熱熔成型或板材熱壓成孔等方式，制成具有網(wǎng)狀筒壁的筒狀結(jié)構(gòu)載體，筒狀結(jié)構(gòu)直徑為0.5-3cm,高為0.5-3cm，其筒壁的網(wǎng)孔形狀可為圓形、菱形、正方形、矩形。優(yōu)選網(wǎng)孔的絲徑0.5-2mm。
[0010]上述一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0011](I)以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂為主要材料，添加質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為6%_9%親水劑聚乙烯醇(PVA)，通過絲條熱熔成型或板材熱壓成孔等方式，制成網(wǎng)狀壁面的直筒狀結(jié)構(gòu)載體；
[0012](2)將硫氧化細(xì)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)中的包埋液均勻涂布在直筒狀結(jié)構(gòu)載體的外表面上，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)，得到硫氧化細(xì)菌生物活性填料。
[0014]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%。
[0015]上述的一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料應(yīng)用于水處理。
[0016]本發(fā)明所述的基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料的有益效果主要體現(xiàn)在:
[0017]1.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使包埋體通過網(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，有利于保持較高的硫氧化細(xì)菌濃度；
[0018]2.網(wǎng)狀載體設(shè)計為直筒狀，可以增大水流對生物活性填料的切向摩擦力，避免雜菌生長和生物填料內(nèi)腔堵塞；
[0019]3.實驗研究表明，以傳統(tǒng)填料為載體固定化得到的生物活性填料穩(wěn)定性差，2天內(nèi)包埋材料幾乎全部脫落，而以網(wǎng)狀載體固定化得到的生物活性填料整體穩(wěn)定性好,填料壽命在3年以上；
[0020]4.固定化制得的硫氧化細(xì)菌生物活性填料，整體密度可在0.85-1.10之間，可制成懸浮式或漂浮式，可根據(jù)水處理工況條件的需求制成具有某種功能的生物活性填料；
[0021]5.網(wǎng)狀載體由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂為主要材料，添加了聚乙烯醇(PVA)等親水材料，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，提高了整體的穩(wěn)定性；
[0022]6.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現(xiàn)結(jié)構(gòu)厚度較小的同時又增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)對水處理運行環(huán)境變化的適應(yīng)性，較小的厚度能提高底物的傳質(zhì)效率和包埋體的利用率，如果用包埋體自身材料做成如此厚度在水處理工藝處理單元里無法實現(xiàn)良好的填料性能；
[0023]7.包埋體交聯(lián)固定采用聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)法，可以有效的降低細(xì)菌的損失，有利于保持細(xì)菌活性和活性功能微生物的數(shù)量；
[0024]8.固定化生物活性填料的硫氧化細(xì)菌包菌量大，硫氧化細(xì)菌可以在短時間內(nèi)建立菌群優(yōu)勢，處理效率高、穩(wěn)定性好；
[0025]9.直筒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，有利于硫氧化細(xì)菌接觸底物，同時避免了材料的浪費，有效的提高了載體填料的利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為直筒狀硫氧化細(xì)菌生物活性填料示意圖；
[0027]圖2為圖1的1-1剖面示意圖；
[0028]圖3為圖1的I1-1I剖面示意圖。
[0029]圖中1.網(wǎng)絲,2.包埋體
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合實施案例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0031]實施例1
[0032]1.網(wǎng)狀載體的制備
[0033]以聚丙烯為主要材料,添加親水材料聚乙烯醇(PVA)，制成直徑為0.8-1.2cm,高為0.8-1.2cm的直筒狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)面載體,其網(wǎng)孔形狀為正方形,絲徑為1.0mm。
[0034]2.硫氧化細(xì)菌濃縮液的制備
[0035]將擴(kuò)增培養(yǎng)后的硫氧化細(xì)菌菌懸液離心濃縮，得到3.5X IO9個/mL的硫氧化細(xì)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，攪拌均勻后再冷卻至31 土 1°C。25L聚乙烯醇溶液和制備好的25L硫氧化細(xì)菌濃縮液混合，并加入0.9kg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)狀載體外表面，確保網(wǎng)狀載體表面全部被包埋液均勻覆
至JHL ο[0040]5.硫氧化細(xì)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，得到硫氧化細(xì)菌生物活性填料，此生物活性填料比重在0.95-1.00之間。
[0042]6.硫氧化細(xì)菌生物活性填料活性的應(yīng)用
[0043]向500L的反應(yīng)器中投加包埋好的直筒狀生物活性填料，填充率為60%，水溫為240C -26°C,HRT=0.5h，D0為1.0-4.0mg/L，采用硫酸鹽還原反應(yīng)器出水作為進(jìn)水，硫化物濃度為352~391mg/L。生物活性填料在曝氣氣浮作用下成漂浮狀態(tài)，每天測定反應(yīng)器的脫硫效果。出水檢測結(jié)果表明，反應(yīng)器運行到第八天，脫硫效果穩(wěn)定，出水硫化物的平均濃度為10.5~22.8mg/L,去除率保持在94%以上，反應(yīng)器連續(xù)運行I年，反應(yīng)器生物脫硫效果穩(wěn)定，生物活性填料的 完整率達(dá)92%。
[0044]實施例2
[0045]1.網(wǎng)狀載體的制備
[0046]以聚乙烯為主要材料,添加親水材料聚乙烯醇(PVA)，制成直徑為0.8-1.2cm,高為0.8-1.2cm的直筒狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)面載體,其網(wǎng)孔形狀為正方形,絲徑為1mm。
[0047]2.硫氧化細(xì)菌濃縮液的制備
[0048]將擴(kuò)增培養(yǎng)后的硫氧化細(xì)菌菌懸液離心濃縮，得到3.5X IO9個/mL的硫氧化細(xì)菌的濃縮液。
[0049]3.包埋液的制備
[0050]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，攪拌均勻后再冷卻至31 ± 1°C。25L聚乙烯醇溶液和制備好的25L硫氧化細(xì)菌菌懸液混合,并加入Ikg碳酸鈣,攪拌均勻后即制成50L包埋液。
[0051]4.包埋液和網(wǎng)狀載體的結(jié)合
[0052]將包埋液均勻涂布在網(wǎng)狀載體外表面，確保網(wǎng)狀載體表面全部被包埋液均勻覆
至JHL ο
[0053]5.硫氧化細(xì)菌生物活性填料的制備
[0054]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，得到硫氧化細(xì)菌生物活性填料，此生物活性填料比重在0.98-1.02之間。
[0055]6.硫氧化細(xì)菌生物活性填料的應(yīng)用
[0056]向500L的反應(yīng)器中投加包埋好的直筒狀生物活性填料，填充率為60%，水溫為240C -26°C,HRT=0.5h，D0為1.0-4.0mg/L，采用硫酸鹽還原反應(yīng)器出水作為進(jìn)水，硫化物濃度為350~390mg/L。反應(yīng)器通過出水回流方式增加水的上升流速，使生物活性填料在曝氣和水力循環(huán)的雙重作用下成懸浮流化狀態(tài)，每天測定反應(yīng)器的脫硫效果。出水檢測結(jié)果表明，反應(yīng)器運行到第七天，脫硫效果穩(wěn)定，出水硫化物的平均濃度為10.9~18.2mg/L，去除率保持在95%以上，反應(yīng)器連續(xù)運行I年，反應(yīng)器生物脫硫效果穩(wěn)定，填料的完整率可達(dá)90%以上。
[0057]上述實例表明，基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料操作過程簡單，包埋體與載體通過網(wǎng)孔與載體形成整體鉚固結(jié)構(gòu)，使制得的生物活性填料整體穩(wěn)定性好、包埋體不易脫落、 細(xì)菌濃度較高。
【權(quán)利要求】
1.一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料，其特征在于:所述的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性整體是中空直筒狀，筒壁是網(wǎng)狀的，組成網(wǎng)孔的網(wǎng)絲被包含硫氧化細(xì)菌的包埋體通過網(wǎng)孔包埋形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，包埋體在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上形成毫米級的薄膜結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料，其特征在于:筒狀結(jié)構(gòu)直徑為0.5-3cm,高為0.5-3cm。
3.按照權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料，其特征在于:其筒壁的網(wǎng)孔形狀為圓形、菱形、正方形或矩形。
4.按照權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料，其特征在于:網(wǎng)孔的絲徑0.5_2mm。
5.制備權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀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樹脂高分子材料為主，添加聚乙烯醇(PVA)親水材料，通過絲條熱熔成型或板材熱壓成孔等方式，制成網(wǎng)狀壁面的直筒狀結(jié)構(gòu)載體； (2)將硫氧化細(xì)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)中的包埋液均勻涂布在直筒狀結(jié)構(gòu)載體的外表面上，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)，得到基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料。
6.權(quán)利要求1的一種基于網(wǎng)狀載體的硫氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料應(yīng)用于水處理。
【文檔編號】C02F3/34GK103951085SQ201410137364
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊宏, 陳偉, 胡希佳, 管清坤, 王猛, 鄢琳, 王小樂, 吳城鋒, 孟婷, 陶慕翔, 尚海源, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達(dá) 申請人:北京工業(yè)大學(xué)