[发明专利]一种基于网状载体的氨氧化细菌固定化固定式生物活性填料制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种基于网状载体的氨氧化细菌固定化固定式生物活性填料制备及应用。

背景技术

当今，氨氮污染问题越来越严重，氨氮成为十二五减排新的约束指标，提升氨氮污染防治水平成为改善水环境质量的必要举措。目前，氨氮废水处理方法分为三大类，物化法、生化法和高级氧化法。生化法由于工艺成熟，性能稳定，被公认为是一种经济、有效和最有发展前途的方法。生化法包括活性污泥法和生物膜法。传统活性污泥法中通过污泥回流来保持细菌量，要想获得高效率就必须增大回流量来保持高的细菌浓度，这样就会造成运行成本上升，显然不实际。另外，硝化细菌的世代周期长，增值速率慢，致使反应器中硝化细菌浓度低，处理效率难以提高。受季节影响大。夏季温度升高，生化速率快，而到了冬季，北方大部分污水厂都会面临丝状菌引起的污泥膨胀问题，导致硝化菌流失，进而导致出水氨氮超标。因此，可考虑应用生物膜法来弥补活性污泥法中的缺点，但是生物膜法同样存在问题，对于硝化细菌来说，由于自身成膜能力较差，自然挂膜时间很长，而且，自然挂膜无选择性，难以形成高密度的菌群优势。种种原因表明，传统生化法无法达到高效的硝化效率。

硝化反应是氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）共同作用完成的，AOB将氨氮氧化成亚氮，NOB将亚氮进一步转化成硝氮。短程硝化又称亚硝化，此工艺可减少25%的硝化需氧量、40%的反硝化碳源、50%的污泥产量及反硝化池容积。

微生物细胞固定化技术可以大幅度提高微生物浓度，使微生物不易流失、缩短反应器启动时间、抗毒性和耐酸碱、耐盐能力明显增强，能纯化和创造特性细菌的生态优势，产生特性高效反应，具有良好的应用前景。微生物细胞常用的固定化方法有吸附法、交联法和包埋法。其中，以包埋法最为常用，已成功地用于微生物细胞包埋的材料有：聚乙烯醇、琼脂、K‐卡拉胶、明胶、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚氨酯等。上述包埋材料具有对微生物无毒性、传质性能好、不易被生物分解、性质稳定、机械强度高、寿命长、价格低等特点。

目前，传统的细菌包埋方法是将细菌与包埋材料结合在一起，形成包埋体，例如微球、包埋块等。此方法操作简单，但局限性大，无法理想应用到工程实际当中。我们经过多年研究，在传统的包埋方法上做了改进，将包埋体与载体结合在一起，形成整体的生物活性填料。由于包埋体和载体的有机结合，使生物活性填料具有更多的性能，其继承了原有单纯细菌与包埋材料的所有优点；由于载体材料的应用使生物活性填料具有各种载体所具有的特性，例如比表面积大、不易堵塞等优点。实验研究表明，利用现有的拉西环、鲍尔环、阶梯环、悬浮改性填料等传统载体与包埋体通过粘附方式结合起来制得的生物活性填料均存在整体稳定性差，包埋体容易脱落，造成细菌流失等问题。

针对上述问题，我们开发出一种整体稳定性好的固定化生物活性填料具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于开发出一种基于网状载体的氨氧化细菌固定化固定式生物活性填料，该生物活性填料载体的网状结构设计，使包埋体通过网孔和载体形成整体的铆固结构，包埋体不易脱落，并且包埋体能在网状结构上形成毫米级的薄膜结构，使制得的生物活性填料整体稳定性好，整体通透性好，传质效果较高。此外，生物活性填料由框架结构支撑体固定于反应器中，填料不会随水流流失，处理效果稳定。短程硝化工艺不仅节约了能源也降低了费用。

为了实现上述状态，本发明采用了以下技术方案：

一种基于网状载体的氨氧化细菌固定化固定式生物活性填料的制备，其特征在于：以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS树脂高分子材料为主，添加6wt%‐9wt%聚乙烯醇（PVA）亲水材料，通过丝条热熔或者板材热压成孔方式制成片形的立体网状结构载体；所述片形网状载体长为0.1‐3m，宽为0.1‐3m；网孔可为圆形、菱形、正方形、矩形；丝径为0.4‐2mm；以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源，将筛选富集培养后的氨氧化细菌菌悬液离心浓缩，得到10⁸‐10¹⁰个/mL的氨氧化细菌浓缩液；根据聚乙烯醇‐硼酸二次交联方法，将氨氧化细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸钙制备成包埋液，聚乙烯醇质量浓度为80‐100g/L，碳酸钙质量浓度为10‐40g/L；将上述包埋液均匀涂布在网状载体上，放入饱和硼酸溶液中1‐3h后，调节硼酸溶液pH到8‐10，交联3‐24h；将其取出，洗净表面残留物质，得到基于网状载体的氨氧化细菌固定化固定式生物活性填料。