[发明专利]一种基于网状载体的反硝化细菌固定化星形生物活性填料制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别涉及一种基于网状载体的反硝化细菌固定化星形生物活性填料制备及应用。

背景技术

水体中硝酸盐氮含量的超标，不仅使水环境质量恶化，还会对人类以及其他生物有严重危害作用。目前针对水中硝酸盐氮的处理大致包括物理化学法和生物法。物理化学法虽然简单，但易引起二次污染。目前生物法处理水中的硝酸盐氮，主要是活性污泥法，该脱氮方法存在的主要问题有：反硝化细菌在目前工艺条件下难以形成较强的菌群优势，脱氮效率低，反应器的启动时间长；抗冲击负荷能力差；大量的反硝化细菌在高浓度下，在沉淀池部位易出现大团块污泥上浮，对出水水质有很大的影响。

细菌固定化技术可以大幅度提高细菌浓度，迅速建立细菌的生态优势，产生特性高效反应，缩短了反应器启动时间。微生物细胞常用的固定化方法有吸附法、交联法和包埋法。吸附法固定的微生物量少，微生物与吸附载体之间的结合力不强；交联法对微生物的活性有影响，并且交联剂比较昂贵；传统单纯的包埋细菌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，但使用局限性大，包埋体本身缺乏水处理填料所具有的结构优势，无法理想应用到工程实际当中。

针对上述问题，我们把细菌包埋体和载体填料有机结合在一起，开发出一种整体稳定性好，工艺性能好的反硝化细菌固定化生物活性填料。其具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于网状载体的反硝化细菌固定化星形生物活性填料及其制备方法，并将制备出的反硝化细菌固定化星形生物活性填料应用。该反硝化细菌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，使制得的反硝化生物活性填料整体稳定性好，整体通透性好，传质效果较高。网状载体设计为星形，可使反硝化生物活性填料之间始终处于蓬松状态，利于营养基质的传递和氮气的释放。而且每一翼片上的包埋体受到外界的切向摩擦力较小，保证了反硝化细菌在局部区域较高的细菌浓度，利于提高生物活性填料处理效率，保证其性能稳定。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反硝化细菌固定化星形生物活性填料的制备方法，其特征在于：以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS树脂高分子材料为主，添加5wt%-10wt%的聚乙烯醇（PVA）等亲水材料，通过热熔或板材热压的方式，制成片形网状结构载体，其长为0.5-3cm，宽为0.5-3cm，丝径为0.5-2mm，网孔可为正方形、菱形、矩形或圆形。将若干片形的网状载体根据不同角度通过热熔挤压或粘接等方式制成星形网状载体（见图），在同一个星形网状载体中，相邻两片片形的网状载体之间的夹角相同，如三片、四片、五片、六片网状载体，分别采用120°、90°、72°、60°的夹角制成不同形状星形网状载体；以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源，筛选富集反硝化细菌，通过浓缩得到细菌数量10⁸-10¹⁰个/mL的反硝化细菌浓缩液。根据聚乙烯醇‐硼酸二次交联方法，将反硝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星形网状载体上，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，得到星形生物活性填料。此反硝化细菌生物活性填料比重在0.90-1.10之间。

上述得到的基于网状载体的反硝化细菌固定化星形生物活性填料用于水处理。

本发明所述的网状载体固定反硝化细菌星形生物活性填料的有益效果主要体现在：

1.网状结构的设计，使反硝化细菌包埋体通过网孔和载体形成整体的铆固结构，细菌包埋体不易脱落，使制得的反硝化细菌生物活性填料整体稳定性好，有利于保持较高的反硝化细菌浓度。

2.网状载体设计为星形，此结构可使反硝化细菌生物活性填料之间始终处于蓬松状态，利于营养基质的传递和氮气的释放。同时也保证了反硝化细菌生物活性填料翼片之间的细菌包埋体受到外界的摩擦力极小，而且每一翼片上的包埋体受到外界的切向摩擦力较小，保证了反硝化细菌在局部区域较高的细菌浓度，利于提高生物活性填料脱氮效率，保证其性能稳定。

3.固定化制得的反硝化细菌固定化星形生物活性填料，比重在0.90-1.10之间，可在反应器中呈现流化状态，利于传质。