[发明专利]一种以立体三维网状聚乙烯醇纤维为骨架材料的颗粒状固定化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，涉及一种以立体三维网状聚乙烯醇纤维为骨架材料的颗粒状固定化生物活性填料制备及应用。

背景技术

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、纯化和创造特性细菌的生态优势，并且固定化后的生物活性填料抗毒性和耐酸碱、耐盐能力明显增强，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，制备的微球、包埋块容易发生水溶膨胀的问题，微球、包埋块在使用过程中机械强度会因水溶膨胀而大大减弱，甚至会出现破碎的现象，因而缩短了填料的使用寿命，无法理想应用到工程实际当中。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、细菌易流失等问题。因此提高生物活性填料的整体稳定性才是生物活性填料长期稳定高效运行的关键。

发明内容

针对上述问题，本发明开发出一种以立体三维网状聚乙烯醇纤维丝为骨架材料的生物活性填料，其特征在于，该填料是由包含菌体的包埋体和聚乙烯醇纤维丝骨架两部分组成，包埋体由包埋液经硼酸二次交联得到；包埋体嵌入到骨架中纤维丝之间孔隙中，将聚乙烯醇纤维丝骨架包埋在包埋体中，骨架中不规则纤维丝与包埋体结合为一个稳定的有机整体。将由立体不规则聚乙烯醇纤维丝组成的纤维块浸泡于细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合而成的包埋液中，经硼酸二次交联固定后，清洗，再经切割制成颗粒状生物活性填料。由于包埋体和聚乙烯醇纤维丝的有机结合，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；制备的颗粒状生物活性填料具有各种载体所具有的特性，例如流动性强、比表面积大、不易堵塞等优点。

上述以聚乙烯醇纤维丝为骨架材料的生物活性填料为颗粒状，为长方体、正方体或圆柱体。

优选长、宽、高可为5mm-10mm的长方体或正方体或底面直径、高可为5mm-10mm圆柱体。

一种以立体三维网状聚乙烯醇纤维丝为骨架材料的颗粒状固定化生物活性填料的制备：

（1）将长度在5mm-20mm之间的聚乙烯醇纤维丝无规则、均匀、蓬松地置于槽型模具中，纤维丝之间粘结在一起进行加固（尤其采用化学粘合的方法），得到立体三维网状聚乙烯醇纤维骨架块，该纤维骨架块的厚度可为5mm-10mm，面密度可为1000g/m²-2000g/m²；

（2）将细菌菌悬液离心浓缩浓度至10⁸-10⁹个/mL，得到细菌浓缩液；

（3）将聚乙烯醇加热至90℃溶解于水，得到聚乙烯醇溶液；

（4）将步骤（3）中的聚乙烯醇溶液冷却至30℃并与步骤（2）得到的细菌浓缩液充分混合，得到包埋液，包埋液中聚乙烯醇的质量浓度可为80g/L-150g/L；（5）将整块步骤（1）得到的聚乙烯醇纤维块浸泡于步骤（4）得到的包埋液中15min，经饱和硼酸交联1.5h后取出，调节硼酸溶液pH值至8-10进行第二次交联，二次交联时间为5h，二次交联结束后用清水冲洗，随后将其切割，即完成固定化生物活性填料的制备过程。

本发明所述的以聚乙烯醇纤维丝为骨架材料的颗粒状生物活性填料的有益效果体现在：

（1）所述颗粒状生物活性填料中的聚乙烯醇纤维丝与包埋液经硼酸二次交联后的包埋体材料能牢固的结合为一个稳定的有机整体，生物活性填料可稳定运行3年以上；

（2）最终制备成的生物活性填料产品为颗粒状，有利于生物活性填料与底物的充分接触；

（3）在填料交联过程中，包埋体外层会形成一层致密的膜，阻碍底物传递，因此本发明采用先整体固化，填料成型后切割成颗粒状生物活性填料，减少了致密膜的形成；

（4）生物活性填料有效比表面积大、底物传质效率高，细菌能在短时间内形成菌群优势，缩短启动时间。

附图说明

图1为正方体颗粒状生物活性填料三维示意图，其中，1为聚乙烯醇纤维丝，2为包埋体；