[發(fā)明專利]一種用于廢水脫氮的固定化微生物高分子小球的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210238198.8
• 申請日: 2012-07-11
• 公開（公告）號: CN102796722A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁玉婷;樂譜;宋超鵬;李定龍
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: C12N11/10
• 分類號: C12N11/10;C12N11/08;C12N11/04;C02F3/34
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水處理技術(shù)與應(yīng)用，尤其涉及固定化微生物材料處理廢水領(lǐng)域。

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技術(shù)背景

固定化微生物技術(shù)是在固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新的生物技術(shù)，采用物理或化學(xué)方法將微生物限定在一定的空間內(nèi)，從而保持微生物活性，使其能夠反復(fù)、連續(xù)使用。通常采用的固定化微生物技術(shù)主要有吸附法、載體結(jié)合法、交聯(lián)法和包埋法等。近年來，隨著廢水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，固定化微生物技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種廢水處理領(lǐng)域。與傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)相比，固定化微生物技術(shù)用于廢水處理具有反應(yīng)啟動(dòng)快、處理效率高、操作穩(wěn)定、產(chǎn)污泥量少、固液分離簡單等優(yōu)點(diǎn)；此外，微生物細(xì)胞被固定在載體上，可以大大提高微生物對有毒物質(zhì)的承受能力，可用于高濃度污染物廢水的生化處理。

在含氮廢水的生物處理中，氨的氧化是脫氮的重要步驟之一。氨氮通過轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，再通過反硝化過程或硝化液回流后被還原為氮?dú)馊コＲ欢舛鹊母咝趸前毖趸谋ＷC，硝化菌分為氨氧化菌和亞硝酸鹽氧化菌。充足的溶解氧、較低的COD濃度和大量的硝化細(xì)菌是實(shí)現(xiàn)氨氧化的三個(gè)有利條件。為了保持較高濃度的高效硝化菌，一個(gè)最直接的辦法就是將細(xì)菌固定。微生物固定化技術(shù)就是采用合適的載體將純種分離或功能確定的微生物固定在一定的空間內(nèi)，使之不被流水稀釋或沖走，保證生物催化反應(yīng)能高效持續(xù)進(jìn)行。

包埋法是研究最多和最常用的微生物固定化方法，它是將微生物封閉在天然高分子多糖類或合成高分子凝膠網(wǎng)絡(luò)中，其特點(diǎn)是可以將固定化微生物制成各種形狀，對高濃度污水的耐受能力強(qiáng)。包埋的載體材料多種多樣，可以分為天然多糖類大分子，如海藻酸、卡拉膠、殼聚糖，和人工合成高分子，如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇（PVA）和光硬化樹脂等。天然多糖類具有固化成型方便、對微生物的毒害小，固定化密度高等優(yōu)點(diǎn)，但它們耐生物分解性能差，機(jī)械強(qiáng)度低。人工高分子材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，抗生物分解，機(jī)械強(qiáng)度高，但由于聚合物網(wǎng)絡(luò)形成條件劇烈，在共價(jià)鍵形成過程中對細(xì)菌活性的損傷較大，成型的多樣性和可控性不好。

PVA是一種常見的高分子材料，由于其無生物毒性、機(jī)械強(qiáng)度高且價(jià)格低廉，是固定化微生物的理想材料。單獨(dú)使用PVA作為載體制備顆粒時(shí)，由于難以成球，所以通常在PVA水溶液中添加成形劑，如海藻酸鈉，以提高其成球性。用含有一定含量氯化鈣和戊二醛的飽和硼酸溶液作為交聯(lián)劑，氯化鈣中的鈣離子與海藻酸鈉作用形成海藻酸鈣，該物質(zhì)可以改善載體的表面性質(zhì)，有助于增強(qiáng)PVA載體的機(jī)械性能；并有利于PVA分子形成氫鍵并且促進(jìn)互穿網(wǎng)絡(luò)的形成。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，海藻酸鈣在凝膠網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散，進(jìn)一步優(yōu)化載體結(jié)構(gòu)以利于微生物的生長繁殖，進(jìn)而增強(qiáng)底物和產(chǎn)物在載體內(nèi)的傳遞。

目前PVA固定化方法存在的主要問題是PVA的高粘性導(dǎo)致成形能力較差，顆粒易黏附在一起。另一個(gè)問題是硼酸上的三個(gè)羥基只是部分進(jìn)行了反應(yīng)，反應(yīng)后形成的高分子凝膠上還殘留有親水性羥基，使得固定化顆粒在實(shí)際應(yīng)用中存在水溶膨脹的問題。也就是說，固定化微生物凝膠顆粒在使用過程中，隨著時(shí)間的延長，機(jī)械強(qiáng)度會(huì)因水溶膨脹性而大大減弱，甚至?xí)霈F(xiàn)破碎的現(xiàn)象，縮短了使用壽命。為了解決PVA多羥基親水性的問題，之前很多學(xué)者作了許多嘗試，通過查閱發(fā)現(xiàn)，目前較多采用的手段是多種載體材料的復(fù)合，例如公開號為CN?101497880?A的發(fā)明，是采用PVA-卡拉膠-海藻酸復(fù)合載體，通過調(diào)節(jié)載體的配比，實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化。此類發(fā)明都需向載體中添加一些功能性材料，這些材料價(jià)格較高，而制備成本高將不利于固定化微生物技術(shù)的推廣應(yīng)用。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種用于脫除氨氮的固定化微生物高分子小球的制備方法。該產(chǎn)品包埋的細(xì)菌為濃縮硝化菌。固定化載體為PVA和海藻酸鈉的混合物。該方法，通過改變交聯(lián)溶液成分，在飽和溶液中添加了戊二醛溶液。由于戊二醛與PVA形成共價(jià)鍵，不僅抑制聚乙烯醇的多羥基親水性，降低了溶脹性，而且可以通過改善表面的孔隙率和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為微生物的附著生長和代謝提供了良好的環(huán)境。該發(fā)明不僅節(jié)約了材料，而且賦予固定化微生物顆粒更多的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種用于廢水脫氮的固定化微生物高分子小球的制備方法，按照下述步驟進(jìn)行：