[發明專利]一種高效厭氧氨氧化復合細菌包埋生物活性填料制備及應用

有效

• 申請號: 202010375337.6
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111484135B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 楊宏
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C12N11/04
• 分類號: C12N11/04;C02F3/28;C02F3/34;C02F101/16
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種高效厭氧氨氧化復合細菌包埋生物活性填料制備及應用，屬于污、廢水處理領域。包括AAOB細菌的定向培養強化；包埋材料組成：PVA 20?30％；細菌培養物50％；硅藻土15?20％；100目的木質活性炭4?6％；碳酸鈣4?5％；其余1％為無機混合物，按照上述各組分備成膠狀包埋料；擠出管條狀擠出物，在飽和硼酸溶液中進行膠聯4小時，清洗，切割，置于5％硫酸鈉溶液中進行浸泡4小時，形成最終包埋填料產品。提高反應效率及簡便的運行方式。

技術領域

本發明屬于污、廢水處理領域，特別涉及一種高效厭氧氨氧化復合細菌包埋生物活性填料制備及應用。

背景技術

為了控制水體富營養化，含氮污、廢水生物處理中，氮一直是一個核心指標，也是目前該類污、廢水生物處理工藝過程中，耗能最高處理效率最低的污染物質，傳統活性污泥法和生物膜法處理中，氨氮氧化及反硝化脫氮過程中，需要消耗大量的溶解氧，同時還需要消耗大量的電子供體碳源，導致依照上述技術方法脫氮的處理成本一直很高。

1977年，奧地利理論化學家Engelbert Broda，第一個推斷世界上存在著厭氧氨氧化現象以后，20世紀90年代，荷蘭代爾夫特理工大學開始了利用厭氧氨氧化細菌(AAOB)進行水處理脫氮工藝技術的研究。到目前，所形成的技術已被廣泛應用于世界各地、各種含氮污、廢水脫氮處理的研究和工程實踐中。厭氧氨氧化(ANAMMOX)技術目前已成為己知的最為經濟的生物脫氮途徑。

ANAMMOX與傳統的硝化反硝化技術相比，具有需氧量低、運行費用低和不需外加碳源等優點。經過不斷地研究發現，由于ANAMMOX菌的倍增時間長，細胞產率較低(公認的倍增時間為11d，而有報道的最快倍增時間也達到4.8d)，因此為了在反應器內保持相對穩定的厭氧氨氧化細菌量，厭氧氨氧化反應器要求的固體停留時間相對較長。同時，在厭氧氨氧化細菌的研究中還發現，只有在細胞密度高于10¹⁰-10¹¹個/mL時，厭氧氨氧化菌才能顯現出較為高效的ANAMMOX活性。AAOB的這種細胞密度特性與細菌中普遍存在的群體感應(Quorumsensing)現象相符。群體感應是一種普遍存在于微生物細胞之間的通訊機制，它具有根據菌群密度和周圍環境變化來調節基因表達從而控制細菌群體行為的功能。因此，如何保持其在反應器中較高的細胞密度并防止自我增長很慢的ANAMMOX細菌從反應器中流失已經成為了當前研究的重點。在已有的研究和工程實踐中普遍存在著，在反應池中，采用接種辦法培養AAOB污泥需要至少3年的時間，才能夠達到一定的生化活性。帶來的結果是廣泛的工程應用幾乎成為不可能事件。

如果通過一定的技術手段使厭氧細菌一直能夠保持在反應池中，那么對于AAOB生物量的保持和生化效能發揮會起到很好地促進作用。

細菌固定化技術可以大幅度提高微生物濃度，針對微生物細胞常用的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，已用于微生物細胞包埋的材料有:聚乙烯醇(PVA)、瓊脂、K-卡拉膠、明膠、海藻酸鈉、聚丙烯酰胺、聚氨酯等。在上述包埋材料中PVA具有對微生物無毒性、傳質性能好、膠聯后不易被生物分解、性質穩定、機械強度高、壽命長、價格低等特點。通過包埋方法實施的細菌固定化技術，可以實現AAOB細菌的定性、定量甚至是高密度的投加。

在包埋技術方法中，目前利用載體成型技術而制作的包埋生物活性填料成為生物填料產品和應用的標注性產品和具有一定先進性的技術(ZL201410137209.2)。該種形式的包埋生物活性填料，在實驗和應用中表現出了優異的性能。但是，由于網狀載體制作技術要求較高、單機產量很難實現高效率，致使生產制作成本和生產效率一直存在問題。