一種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化生物活性填料、制備及應用的制作方法
【專利摘要】一種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化生物活性填料、制備及應用，屬于水處理領域。生物活性填料由包埋體和無紡布載體兩部分組成。包埋液由硫酸鹽還原菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合組成，將包埋液均勻涂布于無紡布載體上，多層載體疊加在一起，經硼酸二次交聯固定后形成類似三明治結構的層狀填料，再經切割制成顆粒狀生物活性填料。無紡布載體的纖維絲能夠穩定地結合包埋體，并且包埋體和無紡布載體相間排布的形式，可以增加活性填料的穩定性。本發明所制備的三明治型硫酸鹽還原菌多層固定化生物活性填料，不僅可以有效解決硫酸鹽還原菌附著能力差、易流失等問題，還可以提高反應器處理能力，縮短啟動時間，具有良好的應用前景。
【專利說明】—種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化生物活性填料、制備及應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于水處理領域，特別涉及一種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化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(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將是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，使之在硫酸鹽廢水處理上的實際應用中具有局限性。為了改善SRB的附著能力差、易流失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，產生預期的物質代謝過程，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，無法理想地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，將包埋體與載體填料結合在一起，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]通過載體與包埋體的結合而制備出的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活性生物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效果不理想，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，我們開發出的一種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化生物活性填料具有廣泛的應用前景。
【發明內容】
[0006]針對上述問題，本發明開發出一種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于:該填料是由含硫酸鹽還原菌的包埋體和無紡布載體兩部分組成，無紡布載體和包埋體相間排布，填料整體固化后切割成顆粒狀生物活性填料，無紡布載體的纖維絲與包埋體材料牢固結合構成一個穩定的有機整體，生物活性填料呈三明治層狀結構，穩定性好。包埋體和無紡布的有機結合，使生物活性填料具有更多的性能，其繼承了原有單純硫酸鹽還原菌與包埋材料的所有優點；制備的顆粒狀生物活性填料具有各種載體所具有的特性，例如流動性強、比表面積大、不易堵塞等優點。
[0007]—種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化生物活性填料的制備步驟如下:
[0008](I)將硫酸鹽還原菌菌懸液離心濃縮至細胞濃度為IO8 -1O9個/mL，得到硫酸鹽還原菌濃縮液；
[0009](2)將聚乙烯醇加熱至90°C溶解于水中，得到聚乙烯醇溶液；
[0010](3)將步驟(2)中的聚乙烯醇溶液冷卻至30°C并與步驟(1)得到的細菌濃縮液按一定比例充分混合，得到包埋液，包埋液中聚乙烯醇的質量濃度為80g/L - 150g/L ；
[0011](4)本填料采用聚乙烯醇無紡布(無紡布規格可為40g/m2-200g/m2)，將步驟(3)得到的包埋液均勻涂抹在無紡布載體上，將涂有包埋液的無紡布多層疊加在一起，經飽和硼酸交聯1.5h后取出，調節硼酸溶液pH值至8-10進行第二次交聯，二次交聯時間為5h，二次交聯結束后用清水沖洗，隨后將其切割成正方體(邊長可為5mm-10mm)、長方體(長寬可為5mm-20mm)或圓柱體(底面直徑可為5mm-10mm),即完成固定化生物活性填料的制備過程。填料整體厚度可根據載體 層數的不同而變化，制備完成后的填料厚度可為3_-10_。
[0012]上述三明治型多層固定化生物活性填料用于水處理。
[0013]本發明所述的三明治結構多層固定化生物活性填料的有益效果體現在:
[0014](I)所采用無紡布的主要成分為聚乙烯醇纖維，通過硼酸二次交聯法交聯固化填料，無紡布載體的立體不規則纖維絲與包埋體材料結合為一個穩定的有機整體，多層無紡布的應用起到了在不影響傳質的情況下保持填料整體結構穩定的作用，生物活性填料可穩定運行3年以上；
[0015](2)最終制備成的生物活性填料產品為顆粒狀，其相對于水的比重為0.90-1.10，在水中可呈懸浮狀態，流化狀態好，有利于生物活性填料與底物的充分接觸；
[0016](3)在填料交聯過程中，包埋體外層會形成一層致密的膜，阻礙底物傳遞，因此本發明采用先整體固化，填料成型后切割成顆粒狀生物活性填料，減少了致密膜的形成；
[0017](4)三明治結構的設計，使包埋體置于無紡布之間，有效地減少了填料使用過程中包埋體之間的相互摩擦；
[0018](5)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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為正方體顆粒狀三明治結構固定化生物活性填料三維示意圖，圖中:1、無紡布,2、包埋體。[0020]圖2為長方體顆粒狀三明治結構固定化生物活性填料三維示意圖，圖中:1、無紡布,2、包埋體。
[0021]圖3為圓柱體顆粒狀三明治結構固定化生物活性填料三維示意圖，圖中:1、無紡布,2、包埋體。
【具體實施方式】
[0022]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。
[0023]實施例1
[0024](1)將擴增培養后的硫酸鹽還原菌離心濃縮，取45L離心后含菌量為7.5X IO8個/mL的硫酸鹽還原菌濃縮液備用；
[0025](2)取30.0kg聚乙烯醇水浴加熱至90°C溶解于200L水中，得到聚乙烯醇溶液；
[0026](3)將步驟(2)中的聚乙烯醇溶液冷卻至30°C并與步驟(1)得到的細菌濃縮液充分混合，加水定容到300L得到包埋液，該包埋液中聚乙烯醇的質量濃度為100g/L ；
[0027](4)將步驟(3)得到的包埋液均勻涂抹到聚乙烯醇無紡布載體上，四層載體疊加在一起，經飽和硼酸交聯1.5h后取出，調節硼酸溶液pH值至8-10進行第二次交聯，二次交聯時間為5h, 二次交聯結束后填料厚度為清洗后將其切割成長為IOmm,寬為IOmm,高為IOmm的立方體顆粒塊即完成硫酸鹽還原菌固定化生物活性填料的制備過程；
[0028](5)生物活性填料的應用:向800L的反應器中投加步驟(4)包埋好的硫酸鹽還原菌固定化生物活性填料，填充率為47.5%，水溫為22°C -24°C, HRT=12h, pH為7.5-8.0，ORP ( -330mv以乳酸鈉作為有機碳源，S042—濃度為1000-1100mg/L，保證C0D/S042_≥2，生物活性填料在反應器中處于懸浮狀態，按時測定反應器硫酸鹽的去除效果。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S042_濃度為72~97mg/L，去除率保持在90%以上，反應器連續運行I年，硫酸鹽還原效果穩定，生物活性填料的完整率達90%。
【權利要求】
1.一種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于:該填料是由包含硫酸鹽還原菌的包埋體和無紡布載體兩部分組成，無紡布載體和包埋體相間排布，填料整體固化后切割成顆粒狀生物活性填料，無紡布載體的纖維絲與包埋體材料牢固結合構成一個穩定的有機整體，生物活性填料呈三明治層狀結構。
2.按權利要求1的一種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于:生物活性填料為長方體、正方體或圓柱體。
3.按權利要求2的一種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化生物活性填料，其特征在于:所述的正方體的邊長為5mm-10mm ;長方體與無紡布載體平行的面的長寬為5mm-20mm,垂直面的高為3mm-10mm ;所述的圓柱體中無紡布載體作為圓柱體底面，底面直徑可為5mm-10mm,圓柱體的高為3mm-10mm。
4.制備權利要求1的一種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化生物活性填料的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將硫酸鹽還原菌菌懸液離心濃縮至細胞濃度為IO8-1O9個/mL，得到硫酸鹽還原菌濃縮液； (2)將聚乙烯醇加熱溶解于水中，得到聚乙烯醇溶液； (3)將步驟(2)中的聚乙烯醇溶液冷卻至30°C并與步驟(1)得到的細菌濃縮液按一定比例充分混合，得到包埋液； (4)本發明生物活性填料的無紡布載體采用聚乙烯醇無紡布，將步驟(3)得到的包埋液均勻涂抹在無紡布載體上，將涂有包埋液的無紡布多層疊加在一起，經飽和硼酸交聯1.5h后取出，調節硼酸溶液pH值至8-10進行第二次交聯，二次交聯時間為5h，二次交聯結束后用清水沖洗，隨后將其切割，即完成固定化生物活性填料的制備過程。
5.按照權利要求4的方法,其特征在于,無紡布規格為40g/m2-200g/m2。
6.按照權利要求4的方法,其特征在于,交聯但為切割的填料厚度為3mm-10mm。
7.權利要求1或2或3的一種硫酸鹽還原菌三明治型多層固定化生物活性填料用于水處理。
【文檔編號】C12N11/04GK103951087SQ201410137378
【公開日】2014年7月30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, 鄢琳, 管清坤, 陳偉, 王猛, 王小樂, 吳城鋒, 孟婷, 陶慕翔, 尚海源, 胡希佳, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達 申請人:北京工業大學