一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料的制備及應用的制作方法
【專利摘要】一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料的制備及應用，屬于水處理【技術領域】。生物活性填料由包埋體和聚氨酯載體兩部分組成；聚氨酯泡沫載體的多孔結(jié)構，可為微生物提供非常良好的、相對安定的生存環(huán)境，有利于微生物的附著、繁殖。包埋液由反硝化細菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合制成；采用整張聚氨酯泡沫作為包埋載體，通過擠壓等方式使包埋液浸入聚氨酯泡沫內(nèi)部，經(jīng)硼酸二次交聯(lián)后形成包埋體，并結(jié)合于聚氨酯載體制成符合要求的填料形狀，得到反硝化細菌生物活性填料；本發(fā)明所制備的反硝化細菌固定化生物活性填料，不僅解決了反硝化細菌易流失的問題，而且提高了反應器脫氮能力，縮短了啟動時間，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料的
制備及應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及水處理領域，特別涉及一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料的制備及應用。
【背景技術】
[0002]農(nóng)業(yè)氮肥的過量施用，工業(yè)含氮廢水和城市生活污水的不合理處置，造成水中硝酸鹽氮濃度升高。人體攝入過量高硝酸鹽氮的水會引發(fā)消化道癌癥或肝癌，高硝酸鹽水體也會引發(fā)水體富營養(yǎng)化的問題，因此去除硝酸鹽氮的研究成為國內(nèi)外的研究熱點。
[0003]常用的傳統(tǒng)脫氮方法是生物法。目前生物法處理水中的硝酸鹽氮，主要是活性污泥法，該脫氮方法存在的主要問題有:反硝化細菌在目前工藝條件下難以形成較強的菌群優(yōu)勢，脫氮效率低，反應器的啟動時間長；與生物膜法相比，系統(tǒng)抗沖擊負荷能力較差；大量的反硝化細菌在高濃度下，在沉淀池部位易出現(xiàn)污泥呈大團塊上浮現(xiàn)象，對出水水質(zhì)有很大的影響。
[0004]反硝化細菌固定化技術可以大幅度提高反硝化細菌濃度，使反硝化細菌不易流失、縮短反應器啟動時間、抗毒性和耐酸堿、耐鹽能力明顯增強，能純化反硝化細菌的生態(tài)優(yōu)勢，產(chǎn)生特性高效反應 ，顯示出良好的應用前景。
[0005]CN101941758公開了 “一種聚氨酯固定化硝化細菌處理電廠含氮廢水的方法”，它的目的是提供一種提高污水脫氮處理效率的聚氨酯固定化硝化細菌處理電廠含氮廢水的方法。該技術方案:從脫氮污水處理系統(tǒng)的好氧活性污泥中篩選出高活力的硝化細菌進行擴增培養(yǎng)，離心濃縮制成硝化菌懸浮液備用，向16wt%的聚乙烯醇中添加0.016g/L的海藻酸鈉，溶解冷卻后加入等體積菌懸液，之后倒入直徑0.5-1.0cm的球形聚氨酯載體中進行吸附，1-2小時后，加入飽和硼酸進行交聯(lián)，制成聚氨酯固定化硝化細菌并將其投加到流化床反應器中運行。其不足之處是:將直徑0.5-1.0cm的球形聚氨酯載體單獨吸附固定化后，聚氨酯表面會形成一層致密的膜，影響傳質(zhì)，處理效率低。此外，研究表明，聚氨酯載體直徑大于0.5cm時，載體內(nèi)部傳質(zhì)受到影響形成死區(qū)。聚乙烯醇為16wt%，此質(zhì)量分數(shù)對于聚氨酯載體固定化來說濃度偏大，采用自然吸附方式會因為聚乙烯醇濃度太高，粘度大，導致聚氨酯載體內(nèi)部無法吸附到聚乙烯醇混合液。
[0006]針對上述問題，我們開發(fā)出一種具有高效的反硝化效率的生物活性填料，具有廣泛的應用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于開發(fā)出一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料，該生物活性填料采用固定化的方式制成，能夠形成高效的反硝化菌群優(yōu)勢，而且以聚氨酯泡沫作為載體，聚氨酯泡沫在成型過程中內(nèi)部形成了很多微孔，可為微生物提供非常良好的、相對安定的生存環(huán)境，有利于微生物的附著、繁殖。[0008]為了實現(xiàn)上述狀態(tài)，本發(fā)明采用了以下技術方案。
[0009]一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料，其特征在于:塊狀的聚氨酯泡沫通過擠壓吸附包埋液吸附固載有反硝化細菌的包埋液固化后進行切割得到的顆粒狀生物活性填料。
[0010]一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料的制備方法，其特征在于:以聚氨酯泡沫等高分子材料為包埋載體；以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的反硝化細菌菌懸液離心濃縮，得到IO8-1O9個/mL的反硝化細菌濃縮液；根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將反硝化細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30-50g/L，碳酸鈣質(zhì)量濃度為10g/L ;將包埋液倒入整張聚氨酯泡沫中，反復擠壓聚氨酯泡沫，使包埋液進入到聚氨酯泡沫內(nèi)部，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)，切成符合要求形狀；其形狀可為長寬高分別為3-5_的長方體或正方體，直徑3-5_、高3-5_的圓柱體，得到顆粒狀反硝化細菌生物活性填料。
[0011]上述一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料用于水處理技術。
[0012]本發(fā)明所述的基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料的有益效果主要體現(xiàn)在:
[0013]1.固定化生物活性填料包菌量大，可建立反硝化菌群優(yōu)勢，處理效率高；
[0014]2.聚氨酯載體在成型過程中會形成很多的內(nèi)部孔穴，可為反硝化細菌提供非常良好的、相對安定的生存 環(huán)境，有利于硝化細菌的繁殖、附著；
[0015]3.交聯(lián)結(jié)束后將聚氨酯泡沫制成符合要求的形狀，避免了交聯(lián)前切割造成每個填料表面形成一層致密的膜，有利于傳質(zhì)，節(jié)省了原料；
[0016]4.生物填料形狀可為邊長3-5_的正方體、長寬高分別為3-5_的長方體、直徑3-5mm,高3_5_的圓柱體,實驗結(jié)果表明，此范圍大小的生物活性填料不會在填料內(nèi)部形成死區(qū)，填料利用率高；
[0017]5.通過擠壓方式將包埋液浸入聚氨酯泡沫內(nèi)部，確保了包埋液能夠完全浸入聚氨酯泡沫內(nèi)部；
[0018]6.該聚氨酯載體比表面積大，親水性好，有助于傳質(zhì)，能提高水處理效果；
[0019]7.固定化制得的反硝化細菌生物活性填料，整體密度為0.98-1.05之間，在反應器中呈流化狀態(tài)，不存在邊角堆積，水流短路等問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為聚氨酯載體反硝化細菌固定化生物活性填料示意圖；
[0021]圖中1.反硝化細菌包埋體，2.聚氨酯孔穴
【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]1.反硝化細菌的處理[0025]以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的反硝化細菌菌懸液離心濃縮，得到3.5 X IO9個/mL的反硝化細菌濃縮液。
[0026]2.反硝化細菌包埋液的獲取
[0027]稱取聚乙烯醇200g，加入2500mL超純水后加熱至90°C溶解15min，取出攪拌均勻后再加熱至90°C溶解5min，取出后攪拌均勻并冷卻至30°C，將2500mL聚乙烯醇溶液和制備好的2500mL濃縮液混合,并加入50g碳酸|丐，攪拌均勻后制成5000mL包埋液。
[0028]3.包埋液和聚氨酯載體的結(jié)合
[0029]將包埋液倒入聚氨酯泡沫(中，反復擠壓聚氨酯泡沫,使包埋液能夠進入聚氨酯內(nèi)部。
[0030]4.反硝化細菌生物活性填料顆粒的制備
[0031]將步驟(3)中粘有包埋液的聚氨酯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，切成邊長3-5mm的正方體，邊長小于3mm的聚氨酯生物活性填料應用局限性大，邊長大于5mm的聚氨酯生物活性填料內(nèi)部傳質(zhì)會受到影響形成死區(qū)。切塊后得到反硝化細菌生物活性填料，此生物活性填料比重在
0.99-1.05 之間。
[0032]5.生物活性填料顆粒的應用
[0033]向100L的反應器中投加包埋好的反硝化細菌生物活性填料，填充率為40%，水溫 20±2。。，HRT=2h，pH 為 7.3-7.5，Ν03__Ν 濃度為 80mg/L，以甲醇作為碳源，C/N=8, DO 在
0.5mg/L以下，按時測定反應器的反硝化效果。出水檢測結(jié)果表明，反應器運行I周后達到穩(wěn)定狀態(tài)，出水NO3--N濃度在2mg/L以下，NO3^N去除率在97.5%以上，幾乎沒有亞硝氮的積累，反硝化效果穩(wěn)定。連續(xù)運行I年，填料完整率達97%以上，使用壽命長，具有較好的應用前景。
【權利要求】
1.一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料，其特征在于:塊狀的聚氨酯泡沫通過擠壓吸附包埋液吸附固載有反硝化細菌的包埋液固化后進行切割得到的顆粒狀生物活性填料。
2.按照權利要求1的一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料，其特征在于，所述的顆粒狀為長寬高分別為3-5mm的長方體或正方體，直徑3_5mm、高3_5mm的圓柱體。
3.制備權利要求1或2的一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料的方法，其特征在于，包括以下步驟:以聚氨酯泡沫高分子材料為包埋載體；以城市污水廠二沉池剩余污泥為菌源，將篩選富集培養(yǎng)后的反硝化細菌菌懸液離心濃縮，得到IO8-1O9個/mL的反硝化細菌濃縮液；根據(jù)聚乙烯醇-硼酸二次交聯(lián)方法，將反硝化細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30-50g/L，碳酸鈣質(zhì)量濃度為10g/L ;將包埋液倒入整張聚氨酯泡沫中，反復擠壓聚氨酯泡沫，使包埋液進入到聚氨酯泡沫內(nèi)部，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)，切成符合要求形狀，得到顆粒狀的反硝化細菌生物活性填料。
4.權利要求1或2的一種基于聚氨酯載體的反硝化細菌固定化生物活性填料用于水處理。
【文檔編號】C02F3/28GK103951079SQ201410137269
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊宏, 尚海源, 管清坤, 吳城鋒, 姚仁達, 王猛, 陳偉, 鄢琳, 王小樂, 孟婷, 陶慕翔, 胡希佳, 趙月蘭, 王玉潔 申請人:北京工業(yè)大學