[发明专利]细菌包埋固定化活性载体填料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物水处理技术领域，涉及一种新型细菌包埋活性载体填料及制备方法。

背景技术

细菌包埋技术经过多年的发展，在水处理领域已经接近达到大规模应用的程度。在水处理领域由于水处理工艺过程的特殊性，包埋技术的研究主要围绕着两个方向进行。一个方向是包埋材料固化形成包埋体后，包埋体本身的机械强度和传质性能的研究，研究者主要围绕着包埋材料性能展开研究，常用的有海藻酸钠、聚乙烯醇（PVA）等，同时添加碳酸钙、磷酸钙、氯化钙等增加包埋体硬度的材料。另一个方向是包埋体固化工艺过程，这主要是围绕固化过程对包埋目标细菌活性的损害研究，研究者不断地筛选固化方法，力图减少固化的化学过程对细菌细胞的损害。针对以PVA为主体包埋材料的固定化过程中还要注意PVA包埋体表面的羟基的减少，以避免包埋体之间的相互粘结。在这部分研究中，包埋体固化在追求高机械强度所使用的强烈化学过程同细菌的保护是相矛盾的。在细菌以包埋的方式固定过程中，这对矛盾是无法彻底解决的。所以，在细菌包埋技术研究中，研究者都力争追求一种，在能够使细菌菌体损害最小的前提下，使包埋体经固化后，机械强度和材料通透性尽量做到最好。目前现有包埋技术制作出的包埋体，为了保持细菌的活性，在机械强度、表面粘结性方面，相对于水处理工艺过程所要求的程度，都存在着一定的不足，致使细菌包埋技术在水处理领域实际的工程应用受到了极大地限制。

本申请就是基于发明人在细菌固定化研究和应用过程中经验的积累，结合细菌固定化活性载体的研制而提出的。

发明内容

本发明基于复合型细菌包埋活性载体填料的整体性能，载体对包埋体材料的保护性能，以及在细菌包埋工业化生产的实施过程中，需要考虑的工艺连续性和产品质量的稳定性，而提出的一种新型结构的细菌包埋固定化活性载体填料。即通过活性载体填料的特殊结构形式，将细菌包埋体和载体的结合，制造出对细菌包埋体具有很好保护作用、整体具有较好的机械强度，耐水力剪切、耐机械摩擦、整体性能稳定的复合细菌包埋活性填料。另外通过载体材料性质（相对于水的比重）不同的选择，可以实现复合细菌包埋活性填料，在水中可呈现悬浮态、漂浮态或沉淀状态，用以适应不同的水处理工艺要求。

细菌包埋固定化活性载体填料，其特征在于，细菌包埋固定化活性载体填料为柱状体，包括中心层的比重调节填充区（3）、中间层的载体（2）和细菌包埋体（1），中间层的载体（2）的表面开有沟槽，细菌包埋体（1）便位于沟槽内。

本发明的载体（2）的材质，一般为大分子材料，比重可根据工艺（呈现悬浮态、漂浮态和沉淀状态）的需要进行选择，材料本身为亲水性或表面经过亲水处理，本身具有一定的机械强度和较强的耐酸、碱性能。

细菌包埋体（1）由细菌（功能细菌）和包埋材料（如聚乙烯醇及其他添加材料）组成的细菌包埋体。

比重调节填充区（3）可根据需要填充不同比重的固体材料，从而进一步调整细菌包埋固定化活性载体填料的比重，实现细菌包埋固定化活性载体填料的比重在水中呈现悬浮态、漂浮态或沉淀状态。

本发明显著特征在于载体部分表面所设计的沟槽，以及包埋体同载体的相对结构关系，载体表面的开沟槽面积（可简单认为细菌包埋体的外表面）和最终产品（细菌包埋固定化活性载体填料）表面积比，在满足结构要求的条件下尽量大，但是强调载体对细菌包埋体的保护作用，本发明优选开槽面积不大于细菌包埋固定化活性填料载体表面积的80%，另外，沟槽深度不大于2mm，有利于传质和节约包埋材料及细菌。

本发明细菌包埋固定化活性载体填料的制备方法包括如下步骤：

（1）确定目标功能细菌和细菌包埋材料配方，制成含有细菌固化前的包埋体粘稠混合液；

（2）选择载体材料和比重调节填充区的材料，按图中所示方式制成套层条状载体，并在载体表面开设沟槽；

（3）将包埋体粘稠混合液均匀涂至条状载体上，沟槽部分涂满。

（4）将涂有包埋体粘稠混合液的载体条整体进行化学固化过程。

（5）固化完成后的条状复合载体，通过机械横向切割，制成复合细菌固定化活性载体填料颗粒。

载体材料初始形状为条形不限横截面形状，可为圆形的、多边形的、正方形的等，这样利于固化前细菌包埋粘稠混合液体的定量附着控制和自动化生产，附着有细菌包埋混合液体的整体条状载体经化学固化后，可以根据工艺需要对条状载体进行横向机械剪切。

附图说明

图1为细菌包埋固定化活性载体填料截面为圆形截面示意图；

图2为细菌包埋固定化活性载体填料截面为多边形截面示意图；