[發(fā)明專利]一種基于網(wǎng)狀載體的厭氧氨氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料制備及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410137209.2
• 申請(qǐng)日: 2014-04-04
• 公開（公告）號(hào): CN103951047A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊宏;王猛;管清坤;陳偉;鄢琳;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(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/28
• 分類號(hào): C02F3/28;C02F3/34
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于網(wǎng)狀載體的厭氧氨氧化菌固定化直筒狀生物活性填料制備及應(yīng)用。

背景技術(shù)

厭氧氨氧化技術(shù)（ANAMMOX）是目前己知的最為經(jīng)濟(jì)的生物脫氮途徑，荷蘭Delft大學(xué)Strous等的研究表明，在厭氧氨氧化過程包括細(xì)胞合成在內(nèi)的生物反應(yīng)過程可表示為式（1）

NH₄⁺+1.32NO₂^‐+0.066HCO₃^‐+0.13H⁺→

1.02N₂+0.26NO₃^‐+0.066CH₂O_0.5N_0.5+2.03H₂O（1）

由ANAMMOX的生物反應(yīng)特點(diǎn)可以看出，ANAMMOX與傳統(tǒng)的硝化反硝化技術(shù)相比，具有需氧量低、運(yùn)行費(fèi)用低和不需外加碳源等優(yōu)點(diǎn)。

由于ANAMMOX菌的倍增時(shí)間長(zhǎng)，細(xì)胞產(chǎn)率較低（公認(rèn)的倍增時(shí)間為11d，而有報(bào)道的最快倍增時(shí)間也達(dá)到4.8d），因此為了在反應(yīng)器內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定的厭氧氨氧化細(xì)菌量，厭氧氨氧化反應(yīng)器要求的固體停留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。同時(shí)，在厭氧氨氧化細(xì)菌的研究中還發(fā)現(xiàn)，只有在細(xì)胞密度高于10¹⁰‐10¹¹個(gè)/mL時(shí)，厭氧氨氧化菌才能顯現(xiàn)出ANAMMOX活性。厭氧氨氧化細(xì)菌的這種細(xì)胞密度特性與細(xì)菌中普遍存在的群體感應(yīng)（Quorum?sensing）現(xiàn)象相符。群體感應(yīng)是一種普遍存在于微生物細(xì)胞之間的通訊機(jī)制，它具有根據(jù)菌群密度和周圍環(huán)境變化來(lái)調(diào)節(jié)基因表達(dá)從而控制細(xì)菌群體行為的功能。因此，如何保持其在反應(yīng)器中較高的細(xì)胞密度并防止珍貴的ANAMMOX細(xì)菌從反應(yīng)器中流失已經(jīng)成為了當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

微生物細(xì)胞固定化技術(shù)可以大幅度提高微生物濃度，使微生物不易流失、縮短反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間、抗毒性和耐酸堿、耐鹽能力明顯增強(qiáng)，能純化和創(chuàng)造特性細(xì)菌的生態(tài)優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生特性高效反應(yīng)，顯示出良好的應(yīng)用前景。微生物細(xì)胞常用的固定化方法有吸附法、交聯(lián)法和包埋法。其中，以包埋法最為常用，已成功用于微生物細(xì)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。上述包埋材料具有對(duì)微生物無(wú)毒性、傳質(zhì)性能好、不易被生物分解、性質(zhì)穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等特點(diǎn)。

目前，傳統(tǒng)的細(xì)菌包埋方法是將細(xì)菌與包埋材料結(jié)合在一起形成包埋體，例如微球、包埋塊等。此方法操作簡(jiǎn)單，但局限性大，無(wú)法理想應(yīng)用到工程實(shí)際當(dāng)中。實(shí)驗(yàn)研究表明，利用現(xiàn)有的拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、懸浮改性填料等傳統(tǒng)載體與包埋體通過粘附方式結(jié)合起來(lái)制得的生物活性填料均存在整體穩(wěn)定性差、包埋體容易脫落、細(xì)菌流失等問題。

針對(duì)上述問題，我們開發(fā)出一種整體穩(wěn)定性好的厭氧氨氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種基于網(wǎng)狀載體的厭氧氨氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料，該生物活性填料載體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使厭氧氨氧化細(xì)菌包埋體通過網(wǎng)孔形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，細(xì)菌包埋體不易脫落，并且包埋體能在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)載體上形成毫米級(jí)的薄膜結(jié)構(gòu)，使厭氧氨氧化細(xì)菌生物活性填料整體穩(wěn)定性好，利于保持較高的細(xì)菌濃度，整體通透性好，傳質(zhì)效果好。生物活性填料由于網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的存在使厭氧氨氧化細(xì)菌包埋體可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)厚度較小的同時(shí)又不失整體結(jié)構(gòu)對(duì)水處理運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)性，較小的厚度能實(shí)現(xiàn)較高的傳質(zhì)效率和厭氧氨氧化細(xì)菌包埋體較高的利用率，從而利于生物膜表面基質(zhì)的傳質(zhì)過程和氮?dú)獾纳⑹А４送猓瑔渭兪褂脜捬醢毖趸?xì)菌包埋體自身材料做成如此厚度在水處理工藝處理單元里是無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好填料性能的。將厭氧氨氧化細(xì)菌與網(wǎng)狀載體的有機(jī)包埋結(jié)合不僅繼承了厭氧氨氧化細(xì)菌與載體材料的各自優(yōu)點(diǎn)，與現(xiàn)有的厭氧氨氧化細(xì)菌固定化技術(shù)相比操作更加方便、工藝更加簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、運(yùn)行穩(wěn)定。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。

一種基于網(wǎng)狀載體的厭氧氨氧化細(xì)菌固定化直筒狀生物活性填料，其特征在于：所述的直筒狀生物活性整體是中空直筒狀，筒壁是網(wǎng)狀的，組成網(wǎng)孔的網(wǎng)絲被厭氧氨氧化細(xì)菌包埋體通過網(wǎng)孔包埋形成整體的鉚固結(jié)構(gòu)，細(xì)菌包埋體在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上形成毫米級(jí)的薄膜結(jié)構(gòu)。