一種硫氧化細菌三明治型多層固定化生物活性填料、制備及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種硫氧化細菌三明治型多層固定化生物活性填料、制備及應(yīng)用，屬于水處理領(lǐng)域。生物活性填料由包埋體和無紡布載體兩部分組成。包埋液由硫氧化細菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合組成，將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(jié)構(gòu)的層狀填料，再經(jīng)切割制成顆粒狀生物活性填料。無紡布載體的纖維絲能夠穩(wěn)定地結(jié)合包埋體，并且包埋體和無紡布載體相間排布的形式，可以增加活性填料的穩(wěn)定性。本發(fā)明所制備的硫氧化細菌三明治型多層固定化生物活性填料，不僅可以有效解決硫氧化細菌附著能力差、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，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種硫氧化細菌三明治型多層固定化生物活性填料、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，特別涉及一種硫氧化細菌三明治型多層固定化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。利用硫氧化細菌的生物代謝功能對含硫廢水進行處理時，常常由于進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，而且由于硫氧化細菌的附著性能不強，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)者開始了硫氧化細菌的固定化技術(shù)。
[0003]微生物細胞固定化技術(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。利用微生物細胞固定化技術(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、機械強度高、使用壽命長、價格低、對微生物無毒等優(yōu)點。
[0004]目前，傳統(tǒng)的細菌包埋方法研究集中在如何將細菌與包埋材料穩(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，無法理想地應(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，將包埋體與載體填料結(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)合了單純微生物細菌與包埋材料所具有的優(yōu)點。
[0005]通過載體與包埋體的結(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)用直接決定了活性生物填料的應(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等諸多問題。針對上述問題，我們開發(fā)出的一種硫氧化細菌三明治型多層固定化生物活性填料具有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對上述問題，本發(fā)明開發(fā)出一種硫氧化細菌三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于:該填料是由含硫氧化細菌的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，填料整體固化后切割成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(jié)合構(gòu)成一個穩(wěn)定的有機整體，生物活性填料呈三明治層狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性好。包埋體和無紡布的有機結(jié)合，使生物活性填料具有更多的性能，其繼承了原有單純硫氧化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。
[0007]—種硫氧化細菌三明治型多層固定化生物活性填料的制備步驟如下:
[0008](I)將硫氧化細菌菌懸液離心濃縮至細胞濃度為IO8-1O9個/mL，得到硫氧化細菌濃縮液；
[0009](2)將聚乙烯醇加熱90°C溶解于水中，得到聚乙烯醇溶液；
[0010](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)量濃度為80g/L-150g/L ；
[0011](4)本發(fā)明生物活性填料的無紡布載體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(jié)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3mm-10mm。
[0012]上述三明治型多層固定化生物活性填料用于水處理。
[0013]本發(fā)明所述的三明治結(jié)構(gòu)多層固定化生物活性填料的有益效果體現(xiàn)在:
[0014](I)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](2)三明治結(jié)構(gòu)的設(shè)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](3)固定化生物活性填料的硫氧化細菌包菌量大，硫氧化細菌可以在短時間內(nèi)建立菌群優(yōu)勢，處理效率高、穩(wěn)定性好；
[0017](4)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(jié)合為一個穩(wěn)定的有機整體，多層無紡布的應(yīng)用起到了在不影響傳質(zhì)的情況下保持填料整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用，生物活性填料可穩(wěn)定運行3年以上；
[0018](5)最終制備成的生物活性填料產(chǎn)品為顆粒狀，其相對于水的比重為0.90 -1.10，在水中呈懸浮狀態(tài)，流化狀態(tài)好，有利于生物活性填料與底物的充分接觸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為正方體顆粒狀三明治結(jié)構(gòu)固定化生物活性填料三維示意圖，圖中:1、無紡布,2、包埋體。
[0020] 圖2為長方體顆粒狀三明治結(jié)構(gòu)固定化生物活性填料三維示意圖，圖中:1、無紡布,2、包埋體。
[0021]圖3為圓柱體顆粒狀三明治結(jié)構(gòu)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】
[0022]下面結(jié)合實施案例對本發(fā)明作進一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0023]實施例1
[0024](I)將擴增培養(yǎng)后的硫氧化細菌離心濃縮，取45L離心后含菌量為3.5X IO8個/mL的硫氧化細菌濃縮液備用；
[0025](2)取30.0kg聚乙烯醇水浴加熱至90°C溶解于水200L中，得到聚乙烯醇溶液；
[0026](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 ；
[0027](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(jié)束后填料厚度為清洗后將其切割成長為IOmm,寬為IOmm,高為IOmm的立方體顆粒塊即完成硫氧化細菌固定化生物活性填料的制備過程； [0028](5)生物活性填料的應(yīng)用:向800L的反應(yīng)器中投加硫氧化細菌固定化生物活性填料，填充率為47.5%，水溫為24°C -26°C, HRT=0.5h，DO為1.0-4.0mg/L，采用硫酸鹽還原反應(yīng)器出水作為進水，硫化物濃度為200-390mg/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7.9-18.2mg/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90%。
【權(quán)利要求】
1.一種硫氧化細菌三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于:該填料是由含有硫氧化細菌的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，填料整體固化后切割成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(jié)合構(gòu)成一個穩(wěn)定的有機整體，生物活性填料呈三明治層狀結(jié)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1的一種硫氧化細菌三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于:顆粒狀生物活性填料為長方體、正方體或圓柱體。
3.權(quán)利要求2的一種硫氧化細菌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-10mm圓形,所述的圓柱體中無紡布載體作為圓柱體地面，底面直徑可為5mm-10mm,圓柱體的高為3mm-10mm。
4.制備權(quán)利要求1的一種硫氧化細菌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)將硫氧化細菌菌懸液離心濃縮至細胞濃度為IO8-1O9個/mL，得到硫氧化細菌濃縮液； (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； (4)本發(fā)明生物活性填料的無紡布載體采用聚乙烯醇無紡布，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(jié)束后用清水沖洗，隨后將其切割成，即完成固定化生物活性填料的制備過程。
5.按照權(quán)利要求4的方法,其特征在于,無紡布規(guī)格為40g/m2-200g/m2。
6.按照權(quán)利要求4的方法,其特征在于,交聯(lián)未切割的填料厚度為3mm-10mm。
7.權(quán)利要求1或2或3的一種硫氧化細菌三明治型多層固定化生物活性填料用于水處理。
【文檔編號】C02F3/34GK103951033SQ201410139066
【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, 趙月蘭, 陳偉, 管清坤, 鄢琳, 王猛, 王小樂, 吳城鋒, 孟婷, 陶慕翔, 尚海源, 胡希佳, 王玉潔, 姚仁達 申請人:北京工業(yè)大學(xué)