[發(fā)明專利]一種靜電紡絲纖維膜固定微藻復合材料去除硝酸鹽的方法

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• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN112047478A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 王弘杰;簡嘉緯;李妍;王宏;于昌平
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環(huán)境研究所
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種利用靜電紡絲技術制備紡絲纖維膜，使微藻固定于纖維膜表面或內(nèi)部結構并進一步去除廢水硝酸鹽的方法，該方法利用靜電紡絲纖維膜具有高比表面積、高孔隙率的材料特性，將微藻固定于薄膜表面或結構內(nèi)部，除了藻類本身具備降解污染物的能力外，載體材料也對污染物具有一定的去除能力，同時固定化微藻將更有利于系統(tǒng)操作與物質回收。因此該方法不僅具有生物降解污染物的潛力，而且也具備較低操作費用，有利于緩解日益嚴重的硝酸鹽污染，同時有助于污染現(xiàn)場整治。

(一)技術領域

本發(fā)明屬于污水處理領域，具體涉及一種靜電紡絲纖維膜固定微藻復合材料去除硝酸鹽的制備方法。

(二)背景技術

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，不僅城鎮(zhèn)區(qū)域的地表水和地下水存在氮污染問題，而且農(nóng)村過量使用氮肥以及動物糞便的處置不當，促使硝酸鹽氮在我國許多農(nóng)村地區(qū)地表水和地下水中的含量驟增，導致硝酸鹽污染日益擴大，已經(jīng)嚴重危及包氣帶土壤及地下水安全。

近年來利用生物降解污染的研究日漸熱門，其中使用微藻降解污染物的研究顯示自營生長的微藻具有去除水中污染物的潛力，而使用材料固定生物體作為去除污染物的方式也蔚為風潮，雖生物體因固定于材料內(nèi)部或表面，易降低其與污染物接觸頻率以及減少接觸位，造成固定化生物體去除污染物能力常低于懸浮態(tài)生物體，但固定化后生物體仍可保持活性及去污能力，具有操作簡便和高效回收等特點。

靜電紡絲技術因其低成本的生產(chǎn)方式、及靜電紡絲纖維膜多途徑的應用，具有高比表面積、高孔隙率、材料來源多樣性等特性，因此利用靜電紡絲技術制作具有固定化微藻功能的纖維膜，透過材料手段將微藻固定于薄膜表面或結構內(nèi)部，除了能夠擁有藻類本身對于污染物的降解能力外，材料自身也對污染物具有一定的去除能力，由此降解污水中的污染物，同時有助于降低系統(tǒng)空間需求、提高重復使用效率、增進物質回收潛力與更簡易的操作和維護等目的。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有污水處理中較高藥劑使用量、有害污泥產(chǎn)生和處理污泥使用藥劑產(chǎn)生的二次污染等問題，提供一種具有生物降解污染物潛力和低操作費用的治污方法。

一種靜電紡絲纖維膜固定微藻復合材料去除硝酸鹽的技術方案，其操作步驟如下：

1)純種藻種培養(yǎng)，以常見BG11培養(yǎng)基為基底進行微藻培養(yǎng)；

2)使用市售基礎型靜電紡絲設備制作靜電紡絲纖維膜；

3)采用干燥皿法進行化學交聯(lián)，提高纖維膜穩(wěn)定性；

4)通過靜定紡絲設備生產(chǎn)的纖維膜來固定微藻細胞；

5)選取合適的條件使微藻能在纖維膜上充分固定；

6)將固定微藻的纖維膜浸泡在人工模擬廢水中，并以IC測量水中硝酸根濃度變化。

步驟1)選擇毒性耐受性高，去除毒性物質能力好的藻種為培養(yǎng)藻種，取小球藻、綠藻或柵藻的一種或兩種以上。

步驟2)以醋酸作為電紡溶劑基礎，使用聚乙烯醇混溶殼聚糖為靜電紡絲材料。

步驟3)選用戊二醛進行纖維膜交聯(lián)，其方法是將2.5％戊二醛溶液放置于真空皿底部并抽真空15～20小時，再移入其他干燥器干燥。

步驟4)主要為使微藻細胞在固定時間內(nèi)接觸纖維膜，確保細胞能與殼聚糖有足夠時間接觸，之后以超純水清洗，移除非固定的微藻細胞。

為確認步驟5)的效果，利用混合液懸浮固體濃度(MLSS)進行微藻生物量的測量。

步驟6)將固定化微藻纖維膜浸泡在人工污水中，設定條件進行批次NO₃^-去除實驗。