一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料制備及應用的制作方法
【專利摘要】一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料制備及應用，屬于水處理領域。固定式生物活性填料由包埋體和載體兩部分組成：載體是以聚乙烯、聚丙烯等為主要材料，并添加聚乙烯醇等親水材料經熱熔或板材熱壓而成的網狀固定式載體；載體的網狀結構，可使包埋體貫穿網孔與載體形成鉚固結構而增加填料整體穩定性；包埋液由硫酸鹽還原菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合組成；包埋液均勻涂布于網狀載體上，經硼酸二次交聯固定后形成包埋體，并結合于網狀載體得到硫酸鹽還原菌生物活性填料。本發明所制備的生物活性填料，不僅可以有效解決硫酸鹽還原菌附著能力差、成膜性差等問題，還可以提高反應器處理能力，縮短啟動時間。
【專利說明】-種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性 填料制備及應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于水處理領域，特別涉及一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定 式生物活性填料制備及應用。
【背景技術】
[0002] 在利用硫酸鹽還原菌（Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)進行硫酸鹽廢水的處 理過程中，功能微生物(主要是指硫酸鹽還原菌）的數量、代謝活性和生態因子直接影響著 反應器的運行處理效能。由于在硫酸鹽廢水的厭氧處理中，存在著豐富的碳源(廢水中原有 或者為處理而投加的C0D)和適宜的厭氧條件，許多生境條件相似的微生物得以聚集，所以 如何保持SRB的種群優勢地位、適宜的生態因子和底物競爭優勢是SRB法處理硫酸鹽廢水 的研究重點。目前，利用SRB處理硫酸鹽廢水的主要處理工藝有單項厭氧工藝、單項吹脫工 藝、兩相厭氧工藝以及生物膜法工藝。傳統的硫酸鹽廢水處理工藝存在著反應器啟動時間 長、處理能力有限、SRB附著性和成膜性差、難以形成優勢菌群以及與其他厭氧菌存在底物 競爭等缺陷，使之在實際應用中具有局限性。為了改善SRB的附著能力差、成膜性差等不足 以及反應器啟動時間長的缺點，許多學者開始了利用微生物固定化技術固定硫酸鹽還原菌 的試驗研究并取得了一定的研究成果。
[0003] 微生物細胞固定化技術可以在短時間內大幅度提高水處理單元中功能微生物的 生物量和細胞濃度，使反應器的啟動時間縮短、微生物流失量降低、對原水酸堿度、毒性、鹽 度等變化的適應能力明顯增強。利用微生物細胞固定化技術能夠創建穩定的特定功能微生 物的生態優勢，產生定向的物質代謝過程，在水處理領域顯示出巨大的應用前景。常見的微 生物細胞固定化方法有吸附法、交聯法和包埋法。其中，以包埋法最為常用，已成功地用于 微生物細胞包埋的材料有聚乙烯醇、瓊脂、K-卡拉膠、明膠、海藻酸鈉、聚丙烯酰胺、聚氨酯 等。上述包埋材料具有傳質性能好、不易被生物分解、性能穩定、機械強度高、使用壽命長、 價格低、對微生物無毒等優點。
[0004] 目前，傳統的細菌包埋方法研究集中在如何將細菌與包埋材料穩定結合在一起， 形成包埋體，例如微球、包埋塊等，操作方法雖然簡單，但局限性較大，無法理想的應用到工 程實際當中。我們經過多年研究，在傳統的包埋方法上做了改進，即將包埋體與載體結合在 一起，形成整體的生物活性填料。包埋體和載體的有機結合，使生物活性填料具有更多的性 能，其結合了單純微生物細菌與包埋材料所具有的優點。
[0005] 通過包埋體與載體的結合而制備出的生物活性填料具有巨大的應用優勢和廣闊 的應用空間。填料結構形式和固定化技術的選擇應用直接決定了生物活性填料的應用效 果和使用壽命。經過試驗研究比較，我們發現基于傳統填料結構形式和包埋方法而制備出 的生物活性填料在試驗應用中的效果難以達到預期目的，存在著生物活性填料整體穩定性 差、包埋體容易脫落和水溶等諸多問題。針對上述問題，我們開發出的一種整體穩定性好的 基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料具有廣泛的應用前景。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于開發出一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物 活性填料，固定化固定式生物活性填料為網狀結構的長方形片載體被含厭氧氨氧化細菌包 埋體包埋，構成網狀結構的長方形片載體的網絲被硫酸鹽還原菌包埋體通過網孔包埋形成 整體的鉚固結構。
[0007] 該生物活性填料載體的網狀結構設計，使包埋體通過網孔與載體形成整體的鉚固 結構，包埋體不易脫落，并且包埋體能在網狀結構上形成毫米級的薄膜結構，使制得的生物 活性填料整體穩定性好、整體通透性好、傳質效果較高。此外，生物活性填料通過框架結構 支撐體固定在反應器中，填料不會隨水流流失，處理效果穩定。
[0008] 為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案。
[0009] -種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于：以 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂材料為主，添加6wt%-9wt%聚乙烯醇（PVA)親水材料， 通過絲條熱熔或者板材熱壓成孔等方式制成片形的立體網狀結構載體；所述網狀結構的 長方形片載體，長為〇· l-3m，寬為0· l-3m，網孔為圓形、菱形、正方形、矩形，網孔的絲徑 0. 5-2_ ;含硫酸鹽還原菌的包埋體包埋固定于網狀結構的長方形片狀載體，構成網狀結構 的長方形片形載體的網絲被通過網孔的包埋體包埋形成整體的鉚固結構；包埋體在網狀片 形結構上形成毫米級的薄膜結構。
[0010] 上述一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料的制備方法 包含以下步驟：
[0011] (1)以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂材料為主，添加6%-9%的親水劑PVA，通 過絲條熱熔或者板材熱壓成孔等方式制成網狀結構的長方形片載體；
[0012] (2)將硫酸鹽還原菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸鈣制備成包埋液，聚 乙烯醇質量濃度為80-100g/L，碳酸鈣質量濃度為10-40g/L ;
[0013] (3)根據聚乙烯醇-硼酸二次交聯方法，將步驟（2)中混合好菌液的聚乙烯醇包埋 液均勻涂布在網狀結構的長方形片載體表面上，放入飽和硼酸溶液中l_3h后，調節硼酸溶 液pH到8-10,交聯3-24h，將其取出，洗凈表面殘留物質，得到硫酸鹽還原菌片形生物活性 填料。
[0014] 將上述所述的基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料通過框 架結構支撐體安置于反應器中，可以實現硫酸鹽廢水處理的過程。優選將上述多個基于網 狀載體的固定化固定式生物活性填料平行地固定于框架結構支撐體上，然后將支撐體置于 反應器中。
[0015] 載體中聚乙烯醇（PVA)的添加量可以根據需要適當調整，此為現有技術，優選聚乙 烯醇（PVA)的質量百分含量為5%-10%。
[0016] 一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料通過框架結構支 撐體固定，用于水處理【技術領域】。
[0017] 本發明所述的基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料的有益 效果主要體現在：
[0018] 1.網狀結構的設計，使包埋體通過網孔與載體形成整體的鉚固結構，包埋體不易 脫落，使制得的生物活性填料整體穩定性好，硫酸鹽還原菌細菌不易流失，反應器中能夠保 持較高濃度的硫酸鹽還原菌生物量；
[0019] 2.網狀結構的長方形片載體，長為0. l-3m，寬為0. l-3m，并可以根據反應器的類 型和水流狀態改變載體的長度和寬度；
[0020] 3.固定化生物活性填料的硫酸鹽還原菌包菌量大，SRB可以在短時間內建立菌群 優勢，處理效率高、穩定性好；
[0021] 4.網狀載體由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS樹脂為主要材料，添加了親水劑 PVA，改善了載體的親水性，增加了載體與包埋體粘結的強度，提高了填料整體的穩定性；
[0022] 5.生物活性填料由于網狀骨架結構的存在使包埋體可以實現結構厚度較小的同 時又不失整體結構對水處理運行環境變化的適應性，較小的厚度能實現較高的傳質效率和 包埋體較高的利用率，如果用包埋體自身材料做成如此厚度無法在水處理工藝處理單元里 實現良好的填料性能；
[0023] 6.生物活性填料通過框架結構支撐體固定方式固定，填料不會隨水流流失，處理 效果穩定。將固定填料的框架結構支撐體安置于反應器中，能夠實現硫酸鹽廢水處理反應 器的商效運行；
[0024] 7.固定式生物活性填料的表面全部被包埋體覆蓋，加之包埋體結構較薄，有利于 硫酸鹽還原菌接觸底物，同時避免了材料的浪費，有效的提高了載體填料的利用率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1為片形硫酸鹽還原菌生物活性填料示意圖；
[0026] 圖2為圖1的I - I剖面示意圖；
[0027] 圖3為圖1的II - II剖面示意圖；
[0028] 圖4為固定式硫酸鹽還原菌生物活性填料示意圖。
[0029] 圖中1.網絲，2.包埋體，3.框架結構支撐體。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合實施案例對本發明作進一步具體的描述，但本發明的實施方式不限于 此。
[0031] 實施例1
[0032] 1.網狀載體的制備
[0033] 以聚氯乙烯為主要材料，添加質量分數為6%的親水材料聚乙烯醇（PVA)，長方形 片狀載體長1. 〇m，寬0. 4m，其網孔形狀為正方形，絲徑為1mm。
[0034] 2.硫酸鹽還原菌濃縮液的制備
[0035] 將擴增培養后的硫酸鹽還原菌菌懸液離心濃縮，得到3. 5 X 109個/mL的硫酸鹽還 原菌的濃縮液。
[0036] 3.包埋液的制備
[0037] 稱取聚乙烯醇5kg，加入25L超純水后加熱至85°C，溶解15min ;將溶解的聚乙烯 醇溶液取出并攪拌均勻后再加熱5min，攪拌均勻后冷卻至31 土 1°C。25L聚乙烯醇溶液和 制備好的25L硫酸鹽還原菌濃縮液混合，并加入lkg的碳酸鈣，攪拌均勻后即制成50L包埋 液。
[0038] 4.包埋液和網狀載體的結合
[0039] 將包埋液均勻涂布在網狀載體表面，確保網狀載體表面全部被包埋液均勻覆蓋。
[0040] 5.硫酸鹽還原菌生物活性填料的制備
[0041] 將步驟（4)中涂抹包埋液的網狀載體放入飽和硼酸溶液中，使其處于淹沒狀態，靜 置3h，調節溶液pH至9. 0,靜置4h完成固定化，清洗，得到硫酸鹽還原菌生物活性填料，此 生物活性填料比重在0. 98-1. 02之間。
[0042] 6.硫酸鹽還原菌生物活性填料的應用
[0043] 將硫酸鹽還原菌生物活性填料通過固定式方式安置于500L的方形有機玻璃反 應器中，該反應器長為lm,寬為0. 5m,高為lm,框架結構支撐體長為0. 9m,寬為0. 4m,高為 1. 〇m，固定式片狀填料長1. 0m，寬0. 4m，縱向固定間距為10cm，共安裝10片。原水為人工配 制的含硫酸鹽廢水，水溫為24°C _26°C，pH為7. 5-8. 0,0RP彡-310mV。以乳酸鈉作為有機碳 源，S042_濃度為1000± 10mg/L左右，保證C0D/S042_彡2。按時測定反應器的硫酸鹽去除效 果，出水檢測結果表明，反應器運行到第七天，反應器中硫酸鹽還原效果穩定，出水SO廣濃 度為80-112mg/L，去除率保持在88%以上，反應器連續運行1年，硫酸鹽還原效果穩定，生物 活性填料的完整率達92%。
【權利要求】
1. 一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料，其特征在于：固定 化固定式生物活性填料為網狀結構的長方形片載體被含硫酸鹽還原菌包埋體包埋，構成網 狀結構的長方形片載體的網絲被硫酸鹽還原菌包埋體通過網孔包埋形成整體的鉚固結構。
2. 按照權利要求1的一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料， 其特征在于：網孔的絲徑0. 5-2mm。
3. 按照權利要求1的一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料， 其特征在于：包埋體在網狀片形結構上形成毫米級的薄膜結構。
4. 按照權利要求1的一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料， 其特征在于：所述網狀結構的長方形片載體，長為0. l_3m，寬為0. l-3m，所述網狀載體的網 孔為圓形、菱形、正方形或矩形。
5. 制備權利要求1-4所述的任一一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生 物活性填料的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS樹脂高分子材料為主，添加親水劑PVA，通過絲 條熱熔或者板材熱壓成孔等方式制成網狀結構的長方形片載體； (2) 將硫酸鹽還原菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合，并添加碳酸鈣制備成包埋液； (3) 根據聚乙烯醇-硼酸二次交聯方法，將步驟（2)中混合好菌液的聚乙烯醇包埋液均 勻涂布在網狀結構的長方形片載體表面上，放入飽和硼酸溶液中l_3h后，調節硼酸溶液pH 到8-10,交聯3-24h，將其取出，洗凈表面殘留物質，得到硫酸鹽還原菌片形生物活性填料。
6. 將權利要求1的一種基于網狀載體的硫酸鹽還原菌固定化固定式生物活性填料通 過框架結構支撐體固定，用于水處理【技術領域】。
【文檔編號】C02F3/34GK104108799SQ201410137192
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】楊宏, 胡希佳, 陳偉, 管清坤, 王猛, 鄢琳, 王小樂, 吳城鋒, 孟婷, 陶慕翔, 尚海源, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達 申請人:北京工業大學