CN111892168B - 一种高吸附力微生物附着材料的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微生物污水处理领域，公开了一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，采用羟基化碳纳米管改性尼龙6，再在材料中混入不同粒径的铝粉，经过强酸或强碱浸洗形成表面粗糙的多孔材料后，再将材料放入增稠后的微生物培养液中浸泡，让营养液挂与材料表面，再将材料放入含有大量微生物的培养液中进行培养，得到微生物附着材料。本发明的优点在于：增加了材料对污染物的吸附能力，且提高了材料的力学性能；增加材料的比表面，大大提高材料的吸附性能；且多孔结构为微生物的增长提供了良好的生境；通过对特定微生物的附着，快速增加材料微生物量，提高了材料对污水的净化能力；且可根据污染类型选取不同的菌种，使得污水治理更具针对性。

Description

一种高吸附力微生物附着材料的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于微生物污水处理领域，具体涉及一种高吸附力微生物附着材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着经济发展，人口的快速增长，大量工业、生活污水被排入湖泊河流，导致生态环境不断被破坏。而且目前污水处理厂处理后排放的尾水很多情况下超出生态净化能力，而针对这些污水往往采用曝气、微生物、化学药剂等方法，而其中微生物的使用成为了主流技术之一。目前对于微生物网膜往往直接采用塑料网进行微生物挂网，网膜比表面积有待扩展，网膜吸附能力较差。

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。目前人工湿地填料往往采用人工沸石、石英砂等，其材料吸附性能与微生物富集能力有所欠缺，导致污水净化能力不足。

发明内容

为克服上述技术问题，本发明提供了一种高吸附力微生物附着材料的制备方法及其应用。

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的。

一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将尼龙6与羟基化碳纳米管按质量比500:1~2的比例，于270~290℃在螺旋挤出机中混合造粒；

2）将步骤1）制得的颗粒与铝粉按质量比100~150:1的比例，于220~270℃在螺旋挤出机中混合造粒；

3）将步骤2）制得的颗粒制成所需形状；可制成网状或颗粒状；

4）将步骤3）制得的成型材料浸泡于酸液或碱液中，直至无气泡产生，然后清洗至中性；酸液或碱液与型材中的铝粉反应，使型材形成多孔结构；

5）将琼脂培养基制成培养液，附着于步骤4）所得型材上；

6）选取所需微生物菌种进行培养，制得菌种溶液，将步骤5）附着培养液的型材置于菌种溶液中，培养3-5d，即得高吸附力微生物附着材料。微生物可根据所要处理的污染因子进行选取，微生物菌种可采用市售菌种即可。

进一步地所述步骤1）中使用双螺杆挤出机，反复混合至少3次。确保羟基化碳纳米管（CNTs）均匀分布在尼龙6（PA6）中。

进一步地所述步骤2）中采用粒径为9-12um与25-28um的两种铝粉，两种铝粉的质量比为1:1。选用不同粒径的铝粉进行混合，形成不同孔径的多孔结构，有利于后期微生物的附着。

进一步地所述步骤4）中使用1mol/L盐酸或氢氧化钠溶液。

进一步地所述步骤5）中培养液的浓度为50~100g/L，且培养液应经过高温杀菌，附着后型材需立即使用；培养液浓度应较高，让培养液有一定粘度，以利于培养液附着，并在材料小孔上停留保存，浸泡过程应处于无菌条件下进行，浸泡过后的材料应尽快进行下一步操作。

进一步地将已使用失效的微生物附着材料，清洗后，返回步骤4）~步骤6）重新加工，再次制得高吸附力微生物附着材料。

进一步地提供了一种高吸附力微生物附着材料的应用，将高吸附力微生物附着材料铺设在需要处理的污水区域内，或填充于人工湿地填料层中，加强对污水的处理净化作用。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）通过羟基化CNTs改性的PA6，大大增加了材料对污染物的吸附能力，且提高了材料的力学性能；

2）通过混入不同粒径的铝粉，然后将铝粉溶解，形成大量大小不一的多孔结构，增加材料的比表面，大大提高材料的吸附性能；且多孔结构为微生物的增长提供了良好的生境；

3）通过对特定微生物的附着，快速增加材料微生物量，提高了材料对污水的净化能力；且可根据污染类型选取不同的菌种，使得污水治理更具针对性；

4）型材可回收再加工、反复使用。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步的详细说明。本发明所用的原料均为市售产品。

实施例1

一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）将PA6与羟基化CNTs按质量比500:1的比例，在280℃下在双螺杆挤出机中混合造粒，反复混合5次；

步骤2）把步骤1）中混合好的材料与粒径为9-12um与25-28um的铝粉按质量比250:1:1的比例进行混合，混合采用在250℃下在双螺杆挤出机中反复混合5次；

步骤3）将步骤2）中的材料制通过加工制造成颗粒状，粒径分布在30-80mm；

步骤4）将制作成型的材料放置于1mol/L盐酸或NaOH溶液中浸泡，让材料中铝粉与盐酸或NaOH充分反应形成多孔结构，并用水反复清洗，直至清洗水pH无变化；

步骤5）采用市售营养琼脂培养基（NA）制成浓度为80g/L的瓶培养液，将加工成型的材料步骤4）置于培养液中，让培养液充分附着在材料上；

步骤6）采用雷尔生物有限公司生产的超级硝化菌配置成菌种溶液，再将附着培养液的材料放置在菌种溶液中在25℃下培养3-5d，让材料中附着大量硝化细菌。

一种高吸附力微生物附着材料的实验室数据:

将处理好的微生物材料放置于氨氮含量为4.9mg/L的废水中（每升废水加入约100g本发明材料），2天后氨氮浓度为2.3mg/L，5天后氨氮含量为0.7 mg/L。

对比例1

采用宜兴市悠碧环保设备有限公司生产的普通微生物网，按实施例1中步骤5）、步骤6）处理，制得目前常用的附着硝化细菌的微生物网膜，将其放置于氨氮含量为4.9mg/L的废水中（每升废水加入约100g本发明材料），2天后氨氮浓度为3.7mg/L，5天后氨氮含量为1.9 mg/L。

实施例2

一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）将PA6与羟基化CNTs按质量比500:1的比例，在290℃下在双螺杆挤出机中混合造粒，混合4次；

步骤2）把步骤1）中混合好的材料与粒径为9-12um与25-28um的铝粉按质量比200:1:1的比例进行混合，混合采用在270℃下在双螺杆挤出机中反复混合5次；

步骤3）将步骤2）中的材料制通过加工制造成颗粒状，粒径分布在30-80mm；

步骤4）将制作成型的材料放置于1mol/L盐酸中浸泡，让材料中铝粉与盐酸充分反应形成多孔结构，并用水反复清洗，直至清洗水pH无变化；

步骤5）采用市售营养琼脂培养基（NA）制成浓度为50g/L的培养液，将加工成型的材料置于培养液中，让培养液充分附着在材料上；

步骤6）采用上海碧莱清生物科技有限公司生产的一体专用菌（降COD菌剂）配置成溶液，再将将附着培养液的材料放置在菌种溶液中在25℃下培养3-5d，让材料中附着大量厌氧菌。

一种高吸附力微生物附着材料的实验室数据:

将处理好的微生物材料放置于化学需氧量为118 mg/L、氨氮含量为12 mg/L的废水中（每升废水加入约100g本发明材料），3天后化学需氧量为58mg/L、氨氮含量为4.2mg/L；5 天后化学需氧量为25mg/L、氨氮含量为1.4 mg/L。

对比例2

采用人工沸石，按实施例2中步骤5）、步骤6）处理，制得目前常用的附着厌氧菌的人工湿地填料，将其放置于化学需氧量为118mg/L、氨氮含量为12mg/L的废水中（每升废水加入约100g本发明材料），3 天后化学需氧量为76mg/L、氨氮含量为6.7 mg/L； 5天后化学需氧量为46mg/L、氨氮含量为3.2mg/L。

实施例3

一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）将PA6与羟基化CNTs按质量比500:2的比例，在270℃下在双螺杆挤出机中混合造粒，混合4次。

步骤2）把步骤1）中混合好的材料与粒径为9-12um与25-28um的铝粉按质量比200:1:1的比例进行混合，混合采用在220℃下在双螺杆挤出机中反复混合5次。

步骤3）将步骤2）中的材料制通过加工制造成网状。

步骤4）将制作成型的材料放置于1mol/L盐酸中浸泡，让材料中铝粉与盐酸充分反应形成多孔结构，并用水反复清洗，直至清洗水pH无变化。

步骤5）采用市售营养琼脂培养基（NA）制成浓度为100g/L的培养液，将加工成型的材料步骤4）置于培养液中，让培养液充分附着在材料上。

步骤6）采用上海碧莱清生物科技有限公司生产的一体专用菌（降COD菌剂）配置成溶液，再将将附着培养液的材料放置在菌种溶液中在25℃下培养3-5d，让材料中附着大量厌氧菌。

一种高吸附力微生物附着材料应用于污水处理厂尾水入湖处:

将处理好的微生物网膜垂直铺设在污水处理厂尾水入户口附近，每隔5m铺设一道，并适当增加部分曝气装置。

在铺设完成后的7天发现，尾水溶解氧由原来的3.4mg/L提升到6.8mg/L，化学需氧量由原来的63.2 mg/L，逐步降低为21.5 mg/L，且氨氮、总磷等各指标均有降低趋势。使用半年后，测得化学需氧量开始增加，将微生物网膜回收，清洗后返回步骤4）~步骤6）处理，重新制得高吸附力微生物网膜，再次铺设，与首次铺设时所起效果大约衰减4~9%。

实施例4

一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）将PA6与羟基化CNTs按质量比500:1.5的比例，在290℃下在双螺杆挤出机中混合造粒，混合3次；

步骤2）把步骤1）中混合好的材料与粒径为9-12um与25-28um的铝粉按质量比300:1:1的比例进行混合，混合采用在270℃下在双螺杆挤出机中反复混合5次；

步骤3）将步骤2）中的材料制通过加工制造成颗粒状，粒径分布在30-80mm；

步骤4）将制作成型的材料放置于1mol/L盐酸中浸泡，让材料中铝粉与盐酸充分反应形成多孔结构，并用水反复清洗，直至清洗水pH无变化；

步骤5）采用市售营养琼脂培养基（NA）制成浓度为50g/L的培养液，将加工成型的材料置于培养液中，让培养液充分附着在材料上；

步骤6）采用上海碧莱清生物科技有限公司生产的一体专用菌（降COD菌剂）配置成溶液，再将将附着培养液的材料放置在菌种溶液中在25℃下培养3-5d，让材料中附着大量厌氧菌。

一种高吸附力微生物附着材料应用于排污口处人工湿地建设中：

将处理好的微生物材料均匀平铺在人工湿地填料层中上部，铺设厚度约10cm。

人工湿地投入使用后发现与未添加本发明材料的普通人工湿地相比，添加后的人工湿地化学需氧量多削减40%，氨氮也比普通人工沸石填料多削减约30%，其余指标的削减量有待进一步验证。使用一年后，测得化学需氧量开始增加，将附着微生物颗粒回收，清洗后返回步骤4）~步骤6）处理，重新制得高吸附力微生物颗粒，再次铺设，与首次铺设时所起效果大约衰减8~12%。

本发明按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将尼龙6与羟基化碳纳米管按质量比500:1~2的比例，于270~290℃在螺旋挤出机中混合造粒；

2）将步骤1）制得的颗粒与铝粉按质量比100~150:1的比例，于220~270℃在螺旋挤出机中混合造粒；

3）将步骤2）制得的颗粒制成所需形状；

4）将步骤3）制得的成型材料浸泡于酸液或碱液中，直至无气泡产生，然后清洗至中性；

5）将琼脂培养基制成培养液，附着于步骤4）所得型材上；

6）选取所需微生物菌种进行培养，制得菌种溶液，将步骤5）附着培养液的型材置于菌种溶液中，培养3-5d，即得高吸附力微生物附着材料。

2.根据权利要求1所述的一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中使用双螺杆挤出机，反复混合至少3次。

3.根据权利要求1所述的一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中采用粒径为9-12um与25-28um的两种铝粉，两种铝粉的质量比为1:1。

4.根据权利要求1所述的一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中使用1mol/L盐酸或氢氧化钠溶液。

5.根据权利要求1所述的一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5）中培养液的浓度为50~100g/L，且培养液应经过高温杀菌，附着后型材需立即使用。

6.根据权利要求1所述的一种高吸附力微生物附着材料的制备方法，其特征在于，将已使用失效的微生物附着材料，清洗后，返回步骤4）~步骤6）重新加工，再次制得高吸附力微生物附着材料。

7.根据权利要求1~5中任一项所述的一种高吸附力微生物附着材料的应用，其特征在于，将高吸附力微生物附着材料铺设在需要处理的污水区域内，或填充于人工湿地填料层中，加强对污水的处理净化作用。