[发明专利]一种基于网状载体的固定化直筒状生物活性填料制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，特别涉及一种基于网状载体的固定化直筒状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、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，显示出良好的应用前景。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，例如易流动性、比表面积大、不易堵塞等优点；还可根据需要做成可悬浮式、可沉淀式、可漂浮式或者区域“固定式”等具有其它功能的各种形式的生物活性填料。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固定化直筒状生物活性填料，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交联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。网状载体设计为直筒状，水流对生物活性填料的切向摩擦可以加快生物活性填料表面生物膜的更新，避免杂菌生长，中空结构可使流体穿过，不会造成生物膜堵塞。

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固定化直筒状生物活性填料，其特征在于：所述的直筒状生物活性填料整体是中空直筒状，具有网孔的载体被包含菌体的包埋体通过网孔和载体交联形成整体的铆固结构，包埋体在网状结构上形成毫米级的薄膜结构。

网状载体以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS树脂高分子材料为主，添加适量聚乙烯醇（PVA）亲水材料，通过丝条热熔成型或板材热压成孔方式，制成具有网状筒壁的筒状结构载体，筒状结构直径为0.5-3cm，高为0.5-3cm，其筒壁的网孔形状可为圆形、菱形、正方形、矩形。优选网孔的丝径0.5-2mm。

上述一种基于网状载体的直筒状生物活性填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS树脂高分子材料为主，添加适量聚乙烯醇（PVA）亲水材料，通过丝条热熔成型或板材热压成孔等方式，制成网状壁面的直筒状结构载体；

（2）将聚乙烯醇溶液与细菌浓缩液混合形成的包埋液均匀涂布在直筒状结构载体的外表面上，根据聚乙烯醇-硼酸二次交联方法，将涂布有包埋液的直筒状结构载体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，得到生物活性填料。

聚乙烯醇（PVA）的添加量可以根据需要适当调整，此为现有技术，优选聚乙烯醇（PVA）的质量百分含量为5-10%。

本发明基于网状载体的直筒状生物活性填料应用于水处理。

本发明所述的基于网状载体的固定化直筒状生物活性填料的有益效果主要体现在：

1.网状结构的设计，使包埋体通过网孔形成整体的铆固结构，包埋体不易脱落，使制得的生物活性填料整体稳定性好，有利于保持较高的细菌浓度；

2.网状载体设计为直筒状，水流对生物活性填料的切向（筒壁外表面切向）摩擦可以促使生物填料沿中心轴旋转，进而加快生物活性填料表面生物膜的更新，避免杂菌的生长，中空结构可使流体穿过，不会造成筒状内腔生物膜堵塞；

3.实验研究表明，以传统填料为载体固定化得到的生物活性填料，稳定性差，2天内包埋材料几乎全部脱落，而以网状载体固定化得到的生物活性填料整体稳定性好，填料寿命在3年以上；