[发明专利]一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法及专用涂布装置

说明书

本发明涉及一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法及专用涂布装置。本方法是将聚乙烯醇和海藻酸钠水凝胶材料与水混合，在90℃温度下的水浴锅中充分溶解混合均匀后，冷却到室温，加入活性污泥混合充分后制成凝胶液体；将凝胶液体用专用涂布装置涂布在平板膜的表面；将涂布完凝胶的平板膜在4℃预先低温冷藏固化1h使凝胶形态稳定，再放入交联液中4℃进行化学固定交联12h，最后取出平板膜用水洗去多余的交联液。本发明提出将包埋有微生物的凝胶材料负载到传统曝气膜的表面形成复合膜曝气生物膜，从而可以快速在曝气膜表面形成具有微生物活性的凝胶层，通过控制合理的生物膜厚度和不同微生物的包埋顺序以期达到最佳的污水处理效果。

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其是一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法及专用涂布装置。本发明将传统的膜曝气生物膜和微生物固定化技术结合，用于生物法处理污水。

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。

膜曝气生物反应器(Membrane Aerated Biofilm Reactor，MABR)是一种以膜材料为载体的新型生物膜技术，始于上世纪70年代末Yeh和Jenkins的研究[1]。它的两个特点让其具有较高的污染物去除效率，一是无泡曝气，另一个是氧分子和污染物的异向传质。前者能提高氧的传质效率，后者对于实现单级自养脱氮功能至关重要，可以使硝化细菌和厌氧氨氧化菌分布在生物膜的两端，互不干扰、协同脱氮。因此膜曝气生物膜(MAB)系统成为单级自养脱氮研究的热点，但是自养生物的快速挂膜，以及生物膜的稳定性、厚度控制与活性的保持是其研究的难点[2]。传统的MABR挂膜是依靠接种活性污泥，启动时间长，难以在较短时间内形成稳定的生物膜结构，而在后期又要利用反冲洗来控制生物膜厚度，程序繁琐，控制难度大[3]，特别是对于自养脱氮中生长缓慢的厌氧氨氧化菌而言，这种挂膜技术难以达到快速启动反应器的目的。例如曾庆楠[4]等人对比了PVDF膜和PP膜纤维生物膜附着情况，第25天时生物附着量分别为32.40g·m^-2和29.12g·m^-2。90天的运行后生物附着量增加到35.62g·m^-2和30.63g·m^-2，挂膜时间较长。目前，也有一些这方面的研究，如：

[1]Yeh,S.J.,Jenkins,C.R.1978.Pure Oxygen Fixed Film Reactor.Journalof the Environmental Engineering Division,104(4),611-623。

[2]Eoin,S.,Eoin,C.2008.Membrane-Aerated Biofilms for High RateBiotreatment:Performance Appraisal,Engineering Principles,Scale-up,andDevelopment Requirements.Environmental ScienceTechnology,42(6),1833-44。

[3]张杨,李庭刚,强志民,刘俊新,尹秀英.2011.膜曝气生物膜反应器研究进展.环境科学学报,31(6),1133-1143。

[4]曾庆楠,吴云,张宏伟,等.膜材料对膜曝气生物膜反应器性能影响的比较[J].化工学报,2016,67(4):1483-1489。

发明内容