CN103951040A - 一种基于聚氨酯载体的氨氧化细菌固定化生物活性填料的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
一种基于聚氨酯载体的氨氧化细菌固定化生物活性填料的制备及应用，属于水处理技术领域。生物活性填料由包埋体和聚氨酯载体两部分组成；聚氨酯泡沫载体的多孔结构吸附含菌包埋液，包埋液由氨氧化细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合制成；采用整张聚氨酯泡沫作为包埋载体，通过挤压方式使包埋液浸入聚氨酯泡沫内部，经硼酸二次交联后形成包埋体，并结合于聚氨酯载体制成符合要求的填料形状，得到氨氧化细菌生物活性填料；本发明所制备的氨氧化细菌固定化生物活性填料，不仅解决了氨氧化细菌优势建立困难、易流失等问题，而且提高了反应器处理能力，缩短了启动时间，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种基于聚氨酯载体的氨氧化细菌固定化生物活性填料的制备及应用。
背景技术
当今，氨氮污染问题越来越严重，氨氮成为十二五减排新的约束指标，提升氨氮污染防治水平成为改善水环境质量的必要举措。目前，氨氮废水处理方法分为三大类，物化法、生化法和高级氧化法。生化法由于工艺成熟，性能稳定，被公认为是一种经济、有效和最有发展前途的方法。生化法包括活性污泥法和生物膜法。传统活性污泥法中通过污泥回流来保持细菌量，要想获得高效率就必须增大回流量来保持高的细菌浓度，这样就会造成运行成本上升，显然不实际。另外，硝化细菌的世代周期长，增值速率慢，致使反应器中硝化细菌浓度低，处理效率难以提高。受季节影响大。夏季温度升高，生化速率快，而到了冬季，北方大部分污水厂都会面临丝状菌引起的污泥膨胀问题，导致硝化菌流失，进而导致出水氨氮超标。因此，可考虑应用生物膜法来弥补活性污泥法中的缺点，但是生物膜法同样存在问题，对于硝化细菌来说，由于自身成膜能力较差，自然挂膜时间很长，而且，自然挂膜无选择性，难以形成高密度的菌群优势。种种原因表明，传统生化法无法达到高效的硝化效率。
硝化反应是氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）共同作用完成的，AOB将氨氮氧化成亚氮，NOB将亚氮进一步转化成硝氮。短程硝化又称亚硝化，此工艺可减少25%的硝化需氧量、40%的反硝化碳源、50%的污泥产量及反硝化池容积。
CN101941758公开了“一种聚氨酯固定化硝化细菌处理电厂含氮废水的方法”，它的目的是提供一种提高污水脱氮处理效率的聚氨酯固定化硝化细菌处理电厂含氮废水的方法。该技术方案：从脱氮污水处理***的好氧活性污泥中筛选出高活力的硝化细菌进行扩增培养，离心浓缩制成硝化菌悬浮液备用，向16wt%的聚乙烯醇中添加0.016g/L的海藻酸钠，溶解冷却后加入等体积菌悬液，之后倒入直径0.5-1.0cm的球形聚氨酯载体中进行吸附，1-2小时后，加入饱和硼酸进行交联，制成聚氨酯固定化硝化细菌并将其投加到流化床反应器中运行。其不足之处是：将直径0.5-1.0cm的球形聚氨酯载体单独吸附固定化后，聚氨酯表面会形成一层致密的膜，影响传质，处理效率低，球形聚氨酯制作困难。此外，研究表明，聚氨酯载体直径大于0.5cm时，载体内部传质受到影响形成死区。聚乙烯醇为16wt%，此质量分数对于聚氨酯载体固定化来说浓度偏大，采用自然吸附方式会因为聚乙烯醇浓度太高，粘度大，导致聚氨酯载体内部无法吸附到聚乙烯醇混合液。此外全程硝化不仅耗能大，而且处理费用高。
针对上述问题，我们开发出一种具有高效的硝化效率的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聚氨酯载体的氨氧化细菌固定化生物活性填料，该生物活性填料采用固定化的方式制成，能够形成高效的氨氧化细菌菌群优势，而且以聚氨酯泡沫作为载体，聚氨酯泡沫在成型过程中内部形成了很多微孔，可为微生物提供非常良好的、相对安稳的生存环境，有利于微生物的附着、繁殖。
一种基于聚氨酯载体的氨氧化细菌固定化生物活性填料，其特征在于：块状聚氨酯载体通过挤压吸附包埋液吸附固载有氨氧化细菌。
为了实现上述状态，本发明采用了以下技术方案。
一种基于聚氨酯载体的氨氧化细菌固定化生物活性填料的制备，其特征在于：以聚氨酯泡沫等高分子材料为包埋载体；以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源，将筛选富集培养后的氨氧化细菌菌悬液离心浓缩，得到108-109个/mL的氨氧化细菌浓缩液；根据聚乙烯醇-硼酸二次交联方法，将氨氧化细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸钙制备成包埋液，聚乙烯醇质量浓度为30-50g/L，碳酸钙质量浓度为1g/L；将包埋液倒入到整张聚氨酯泡沫块体中，反复挤压聚氨酯泡沫，使包埋液进入到聚氨酯泡沫内部，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，切割；切成符合要求的形状，其形状可为边长3-5mm的正方体，长宽高分别为3-5mm的长方体，直径3-5mm、高3-5mm的圆柱体，得到氨氧化细菌生物活性填料。
上述基于聚氨酯载体的氨氧化细菌固定化生物活性填料用于水处理。
本发明所述的基于聚氨酯载体的氨氧化细菌固定化生物活性填料的有益效果主要体现在：
1.氨氧化细菌固定化生物活性填料包菌量大，可建立氨氧化细菌菌群优势，实现短程硝化，亚硝化效率高；
2.聚氨酯载体在成型过程中会形成很多的内部孔穴，可为氨氧化细菌提供非常良好的、相对安稳的生存环境，有利于氨氧化细菌的附着、繁殖；
3.交联结束后将聚氨酯泡沫制成符合要求的形状，避免了交联前切割造成每个填料表面形成一层致密的膜，有利于传质，节省了原料；
4.生物填料形状可为边长3-5mm的正方体，长宽高分别为3-5mm的长方体，直径3-5mm、高3-5mm的圆柱体，实验结果表明，此范围大小的生物活性填料不会在填料内部形成死区，填料利用率高；
5.通过挤压方式将包埋液浸入聚氨酯泡沫内部，确保了包埋液能够完全浸入聚氨酯泡沫内部；
6.该聚氨酯载体比表面积大，亲水性好，有助于传质，能提高水处理效果；
7.氨氧化细菌种群优势可将氨氮控制氧化成亚氮，实现短程硝化不仅节约了能源也降低了处理费用；
8.固定化制得的氨氧化细菌生物活性填料，整体比重在0.98-1.05之间，在气提作用下流化状态好，不存在边角堆积，水流短路等问题。
附图说明
图1为聚氨酯载体氨氧化细菌固定化生物活性填料示意图；
图2为聚氨酯载体氨氧化细菌固定化生物活性填料活性恢复及运行效果图。
图中1.氨氧化细菌包埋体，2.聚氨酯孔穴
具体实施方式
下面结合实施案例对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
1.氨氧化细菌的处理
以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源，将筛选富集培养后的氨氧化细菌菌悬液离心浓缩，得到3.5×109个/mL的氨氧化细菌浓缩液。
2.包埋液的获取
称取聚乙烯醇200g，加入2500ml超纯水后加热至90℃溶解15min，取出搅拌均匀后再加热至90℃溶解5min，取出后搅拌均匀并冷却至30℃，将2500ml聚乙烯醇溶液和制备好的2500ml浓缩液混合，并加入50g碳酸钙，搅拌均匀后制成5000ml包埋液。
3.包埋液和聚氨酯载体的结合
将包埋液倒入整张聚氨酯泡沫材料（1m*1m*9mm）中，反复挤压聚氨酯泡沫，使包埋液能够进入聚氨酯内部。
4.氨氧化细菌生物活性填料的制备
将步骤（3）中粘有包埋液的聚氨酯载体放入饱和硼酸溶液中，使其处于淹没状态，静置3h，调节溶液pH至9.0，静置4h完成固定化，清洗，切成边长为3-5mm的正方体，边长小于3mm的聚氨酯生物活性填料应用局限性大，边长大于5mm的聚氨酯生物活性填料内部传质会受到影响形成死区。切割后得到氨氧化细菌生物活性填料，此生物活性填料比重为0.99-1.05之间。
5.生物活性填料活性的应用
向100L的反应器中投加包埋好的氨氧化细菌生物活性填料，填充率为30%，水温25±2℃，HRT=5h，pH为7.5-8.5，NH4 +-N浓度为160mg/L，溶解氧浓度为1.0-1.5mg/L，生物活性填料在气提的作用下成悬浮流化状态，按时测定反应器的硝化效果。出水检测结果表明，反应器在培养1周后恢复到包埋前的硝化活性的97.5%，NH4 +-N浓度为5mg/L以下，去除率为96.8%，亚氮积累率在90%以上，生物活性填料连续运行3年，亚硝化效果稳定。
上述实例表明，利用聚氨酯载体进行氨氧化细菌固定化制备生物活性填料操作过程简单，可在培养1周后恢复到包埋前硝化活性的97.5%，且此生物活性填料内部孔隙有利于氨氧化细菌附着、繁殖，亚硝化性能高效稳定，使用寿命长，具有较好的应用前景。
Claims (4)
1.一种基于聚氨酯载体的氨氧化细菌固定化生物活性填料的制备，其特征在于，包括以下步骤：以聚氨酯泡沫高分子材料为包埋载体；以城市污水厂二沉池剩余污泥为菌源，将筛选富集培养后的氨氧化细菌菌悬液离心浓缩，得到108-109个/mL的氨氧化细菌浓缩液；根据聚乙烯醇-硼酸二次交联方法，将氨氧化细菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸钙制备成包埋液，聚乙烯醇质量浓度为30-50g/L，碳酸钙质量浓度为1g/L；将包埋液倒入到整张聚氨酯泡沫块体中，反复挤压聚氨酯泡沫，使包埋液进入到聚氨酯泡沫内部，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，切割。
2.按照权利要求2的方法，其特征在于：切成符合要求的形状，其形状为边长3-5mm的正方体，长宽高分别为3-5mm的长方体或直径3-5mm、高3-5mm的圆柱体。
3.按照权利要求1或2的方法制备得到的基于聚氨酯载体的氨氧化细菌固定化生物活性填料。
4.权利要求1的基于聚氨酯载体的氨氧化细菌固定化生物活性填料用于水处理。
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