[发明专利]一种包埋微生物PVA凝胶材料的造孔方法

说明书

本发明涉及一种包埋微生物PVA凝胶材料的造孔方法，将传统的包埋剂聚乙烯醇和海藻酸钠于90℃溶解混合均匀，冷却到35℃后加入制孔剂碳酸氢钠，对于包埋微生物的凝胶小球还需要加入浓缩的活性污泥菌种(3500rpm离心10分钟)，充分混匀后用蠕动泵缓慢滴入含有硫酸铝与常规交联液的混合液中成球，然后放入4℃冰箱冷藏硬化24小时，之后用水冲洗掉交联液就可以进行污水的处理。采用本造孔方法能够增大凝胶小球内部孔隙度，并使凝胶小球的外部也产生缝隙，为气体的扩散提供足够多的通道，增强凝胶小球的传质能力，解决凝胶材料存在较大传质阻力的问题。

技术领域

本发明涉及化工环保产品领域中的污水处理领域，运用微生物包埋技术强化生物处理污水，尤其是一种包埋微生物PVA凝胶材料的造孔方法。

背景技术

微生物包埋技术是微生物固定化技术的一种，利用物理和化学手段将完整细胞限制或定位于一定空间区域内，并使其保持一定的生物催化活性，是目前应用最广泛的固定化技术。具体方法是将特定的微生物与包埋剂通过交联作用制成凝胶状的固体颗粒，包埋剂一般是高分子聚合物，常用的材料有聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚乙二醇(PEG)、聚氨酯(PU)和聚丙烯酰胺(PAM)。该技术的优点是使反应器具有较高的生物量和较长的微生物停留时间，并且凝胶具有较好的物理和化学稳定性，可以为微生物提供安全的生长环境，已被广泛用于污水处理中，取得了很好的效果。

但是凝胶材料往往存在传质阻力较大的问题。李志荣等[1]发现包埋硝化菌的聚氨酯凝胶的基质有效扩散系数随着驯化时间增加不断下降，70天后降至0.492×10^-9m²/s，仅为未驯化时基质扩散系数的59.6％。因此可以考虑用造孔的方法提高凝胶材料的传质特性。陶富军等人[2]制备出一种用于重金属污水处理的多孔海藻酸钙凝胶球，该方法包含如下步骤：步骤1.将表面活性剂、碳酸氢钠分别加入到海藻酸钠和聚乙烯醇的混合液中，搅拌溶解后得到含有3％海藻酸钠、1％聚乙烯醇、0.2～0.6％表面活性剂和0.5％碳酸氢钠的海藻酸钠-聚乙烯醇混合液；步骤2.将步骤1所得的混合液逐滴滴入到含有5％氯化钙和1.5％乙酸的氯化钙/乙酸混合液中，制得发泡海藻酸钙复合凝胶球。陶福军等人的专利涉及的凝胶小球并没有包埋微生物，只是用凝胶小球吸附重金属，所以使用了表面活性剂。但是相对于该专利，本专利由于涉及到包埋微生物，因此对于造孔剂的选择和条件要求相对温和，不能对微生物有较强的抑制作用，因此就对造孔方法提出了更高的要求。

[1]李志荣.2012.包埋颗粒内硝化菌增殖衰亡规律及硝化特性研究，上海交通大学。

[2]陶富军，李晓峰，张英杰等。用于重金属污水处理的多孔海藻酸钙凝胶球的制备方法，CN103752292A[P].2014。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种包埋微生物PVA凝胶材料的造孔方法，利用本方法合成一种内部有大量孔隙的新型微生物包埋材料，在常规凝胶小球内部和表面制造孔隙，为营养物质的传质和气体的扩散提供通道，增强凝胶小球的传质能力。解决凝胶材料存在较大传质阻力的问题，特别是在厌氧反应中大量气体容易使凝胶材料膨胀的问题。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种包埋微生物PVA凝胶材料的造孔方法，其特征在于：将传统的包埋剂聚乙烯醇和海藻酸钠于90℃溶解混合均匀，冷却到35℃后加入制孔剂碳酸氢钠，对于包埋微生物的凝胶小球还需要加入浓缩的活性污泥菌种(3500rpm离心10分钟)，充分混匀后用蠕动泵缓慢滴入含有硫酸铝与常规交联液的混合液中成球，然后放入4℃冰箱冷藏硬化24小时，之后用水冲洗掉交联液就可以进行污水的处理。

而且，本方法中所使用的各组分的重量百分比分别为：

而且，所述的活性污泥菌种为湿重好氧活性污泥或者厌氧氨氧化污泥。