一种颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料、制备及应用制造技术

一种颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料、制备及应用，属于水处理技术领域。生物活性填料由包埋体和无纺布载体两部分组成；包埋液由聚乙烯醇溶液和反硝化细菌浓缩液混合而成，包埋体由包埋液经硼酸交联固化而成；将包埋液均匀涂布于无纺布载体上，多层载体叠加在一起，经硼酸二次交联固定后形成类似三明治结构的层状填料；包埋体和无纺布载体相间排布；无纺布载体的纤维丝与包埋体结合为一个稳定的有机整体；再经切割制成颗粒状生物活性填料。本发明专利技术所制备的颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料整体稳定性好、工艺性能好，可以在短时间内建立并维持反硝化细菌的菌群优势，维持系统高效的反硝化能力。

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料、制备及应用
本专利技术属于水处理领域，特别涉及一种颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料制备及应用。
技术介绍
随着国内外对水体氮污染问题的日益关注和高度重视，污水处理厂的出水标准越发严格。我国污水处理厂普遍要求严格执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。然而现有工艺的脱氮效果很难达到总氮（TN）提标的要求，必须对现有技术进行升级。水体脱氮技术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。目前污水处理厂大多采用生物法。传统生物脱氮是指在好氧条件下通过硝化细菌的作用将氨氮转化为硝态氮，再在缺氧条件下通过反硝化细菌的作用将硝态氮转化为氮气。新近研究发现了自养反硝化细菌和好氧反硝化细菌，拓宽了反硝化细菌的适用条件。但目前两者的主要瓶颈在于反硝化细菌生长较慢，反应器启动时间较长且脱氮能力较低。其大规模推广应用尚需进一步研究和实践验证。因此，目前我国各大水厂仍普遍利用异养反硝化细菌在缺氧条件下进行生物脱氮，主要工艺形式为活性污泥法。根据国内大多数污水处理厂的实际运行情况得出活性污泥系统反硝化过程中常存在如下问题：反硝化细菌在目前工艺条件下难以形成较强的菌群优势，反应器启动时间长，脱氮效率低；与生物膜法相比，系统抗冲击负荷能力较差；大量反硝化细菌在高浓度下，沉淀池部位易出现污泥呈大团块上浮，对出水水质产生较大影响等。近年来微生物细胞固定化技术用于水处理领域关注度大幅提高。此技术可以在短时间内大幅提高系统内功能微生物的浓度，建立并维持稳定的功能微生物的生态优势，产生预期的物质代谢过程，缩短反应器的启动时间，明显增强对原水酸碱度、毒性、盐度等变化的适应能力，在水处理领域显示出巨大的应用前景。常见的微生物细胞固定化方法包括吸附法、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。目前以包埋法最为常用。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，包埋体本身缺乏水处理填料所具有的结构优势，实际应用效果不理想。而利用拉西环、鲍尔环、阶梯环等传统填料与包埋体通过粘附方式结合起来制得的生物活性填料存在整体稳定性差、包埋体易脱落、细菌易流失等问题。针对上述问题，我们把细菌包埋和载体填料有机结合在一起，开发出一种整体稳定性好、工艺性能好的颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料，在水处理脱氮领域具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于开发出一种颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料的制备方法，利用该方法制备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，投加至水处理反应器中，应用于水处理脱氮领域，在短时间内建立并维持反硝化细菌的菌群优势，维持系统高效的反硝化能力。该生物活性填料无纺布载体的纤维丝与反硝化细菌包埋体牢固结合构成一个稳定的有机整体，载体的三明治层状结构设计，制得的生物活性填料整体稳定性好。由于反硝化细菌包埋体和无纺布的有机结合，生物活性填料具有更多的性能，其继承了原有单纯反硝化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。为了实现上述状态，本专利技术采用了以下技术方案。一种颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料，其特征在于：该填料由反硝化细菌包埋体和无纺布载体两部分组成，无纺布载体和包埋体相间排布，填料整体固化后切割至颗粒状生物活性填料。颗粒状生物活性填料为长方体、正方体或圆柱体。层面方向为边长3mm-10mm的正方形、长宽均可为5mm-20mm的长方形或底面直径为5mm-10mm的圆形，载体被包埋体包埋后的厚度即层叠加方向为3mm-10mm。一种颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料的具体制备步骤如下：（1）将富集培养反硝化细菌后得到的反硝化细菌菌悬液离心浓缩，得到细菌数量级为108-109的反硝化细菌浓缩液；（2）将聚乙烯醇加入水中，加热至90℃溶解，取出搅拌均匀并冷却至31℃±1℃，得到聚乙烯醇溶液；（3）将制备的聚乙烯醇溶液与反硝化细菌浓缩液混合均匀，包埋液中聚乙烯醇质量浓度为80-150g/L；（4）填料载体采用聚乙烯醇无纺布（无纺布规格可为40g/m2-200g/m2），将包埋液均匀涂抹在无纺布载体上，将涂有包埋液的无纺布多层叠加在一起，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，随后将其切割成，优选层平面方向为正方形（边长可为3mm-10mm）、长方形（长宽均可为5mm-20mm）或圆形（底面直径可为5mm-10mm），即完成颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料的制备过程。将颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料投加至水处理反应器中，应用于水处理脱氮领域。本专利技术所述的颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料的有益效果主要体现在：1.所采用无纺布的主要成分为聚乙烯醇纤维，包埋液通过聚乙烯醇-硼酸二次交联方法交联固化，无纺布载体的立体不规则纤维丝与反硝化细菌包埋体牢固结合构成一个稳定的有机整体，多层无纺布的应用起到了在不影响传质的情况下保持填料整体结构稳定的作用，生物活性填料可稳定运行3年以上；2.最终制备成的反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料为颗粒状，其相对于水的比重为0.90-1.10，在水中呈悬浮状态，流化状态好，有利于生物活性填料与底物的充分接触；3.在交联过程中，包埋体外层会形成一层致密膜，阻碍底物传递，因此本专利技术采用先整体固化，填料成型后切割成颗粒状反硝化细菌多层固定化生物活性填料，减少了致密膜的形成；4.三明治结构设计，使反硝化细菌包埋体置于无纺布之间，有效地减少了填料使用过程中包埋体之间的相互摩擦，生物活性填料整体稳定性好；5.三明治型反硝化细菌多层固定化生物活性填料有效比表面积大、底物传质效率高，可以在短时间内大幅提高系统内反硝化细菌的浓度，建立并维持稳定的反硝化细菌的生态优势，缩短反应器的启动时间，维持高效的反硝化能力；6.反硝化细菌固定于生物活性填料上，不会出现活性污泥法中的污泥膨胀及上浮问题。附图说明：图1为正方体颗粒状反硝化细菌三明治型固定化生物活性填料三维示意图，图中：1、无纺布，2、包埋体；图2为长方体颗粒状反硝化细菌三明治型固定化生物活性填料三维示意图，图中：1、无纺布，2、包埋体；图3为圆柱体颗粒状反硝化细菌三明治型固定化生物活性填料三维示意图，图中：1、无纺布，2、包埋体。具体实施方式：下面结合实施案例对本专利技术作进一步具体描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：1.反硝化细菌浓缩液的制备以某城市污水处理厂二沉池剩余污泥为菌源，富集培养反硝化细菌，将培养后得到的反硝化细菌菌悬液离心浓缩，得到细菌浓度为3.5×109个/mL的反硝化细菌浓缩液，取100L备用。2.反硝化细菌包埋液的制备取20kg聚乙烯醇加入至100L水中，水浴加热至90℃溶解，取出后搅拌均匀并冷却至30℃，得到聚乙烯醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料的制备方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：（1）将富集培养反硝化细菌后得到的反硝化细菌菌悬液离心浓缩，得到细菌数量级为108‑109的反硝化细菌浓缩液；（2）将聚乙烯醇加入水中，加热至90℃溶解，取出搅拌均匀并冷却至31℃±1℃，得到聚乙烯醇溶液；（3）将制备的聚乙烯醇溶液与反硝化细菌浓缩液混合均匀，包埋液中聚乙烯醇质量浓度为80‑150g/L；（4）填料载体采用聚乙烯醇无纺布，将包埋液均匀涂抹在无纺布载体上，将涂有包埋液的无纺布多层叠加在一起，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，随后将其切割至颗粒状生物活性填料，即完成颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料的制备过程。

【技术特征摘要】
1.一种颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料的制备方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：(1)将富集培养反硝化细菌后得到的反硝化细菌菌悬液离心浓缩，得到细菌数量级为108-109的反硝化细菌浓缩液；(2)将聚乙烯醇加入水中，加热至90℃溶解，取出搅拌均匀并冷却至31℃±1℃，得到聚乙烯醇溶液；(3)将制备的聚乙烯醇溶液与反硝化细菌浓缩液混合均匀，包埋液中聚乙烯醇质量浓度为80-150g/L；(4)填料载体采用聚乙烯醇无纺布，将包埋液均匀涂抹在聚乙烯醇无纺布载体上，将涂有包埋液的聚乙烯醇无纺布多层叠加在一起，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，随后将其切割至颗粒状生物活性填料，即完成颗粒状反硝化细菌三明治型多层固定化生物活性填料的制备过程。2.权利要求1所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宏，姚仁达，管清坤，王小乐，吴城锋，王猛，陈伟，鄢琳，孟婷，尚海源，胡希佳，陶慕翔，赵月兰，王玉洁，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11