[发明专利]一种三明治型多层固定化生物活性填料制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及水处理中一种三明治结构固定化生物活性填料制备及应用，属于水处理领域。

背景技术

微生物细胞固定化技术可以大幅度提高微生物浓度、使微生物不易流失、缩短反应器启动时间、纯化和创造特性细菌的生态优势，并且固定化后的生物活性填料抗毒性和耐酸碱、耐盐能力明显增强，具有良好的应用前景。微生物细胞常用的固定化方法有吸附法、交联法和包埋法。其中，以包埋法最为常用，已成功地用于微生物细胞包埋的材料有：聚乙烯醇、琼脂、K-卡拉胶、明胶、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚氨酯等。上述包埋材料具有对微生物无毒性、传质性能好、不易被生物分解、性质稳定、机械强度高、寿命长、价格低等特点。

目前，传统的细菌包埋方法是将细菌与包埋材料结合在一起，形成包埋体，例如微球、包埋块等。此方法操作简单，但局限性大，制备的微球、包埋块容易发生水溶膨胀的问题，微球、包埋块在使用过程中机械强度会因水溶膨胀而大大减弱，甚至会出现破碎的现象，因而缩短了填料的使用寿命，无法理想地应用到工程实际当中。实验研究表明，利用现有的拉西环、鲍尔环、阶梯环、悬浮改性填料等传统载体与包埋体通过粘附方式结合起来制得的填料均存在整体稳定性差、包埋体容易脱落、细菌易流失等问题。因此提高填料的整体稳定性才是填料长期稳定高效运行的关键。

发明内容

针对上述问题，本发明开发出一种三明治型多层固定化生物活性填料，其特征在于，该填料是由包埋体和无纺布载体两部分组成，无纺布载体和包埋体相间排布，包埋体由包埋液经硼酸二次交联固化得到，填料整体固化后切割至颗粒状生物活性填料，无纺布载体的纤维丝与包埋体材料牢固结合构成一个稳定的有机整体，生物活性填料呈三明治层状结构，稳定性好。由于包埋体和无纺布的有机结合，生物活性填料具有更多的性能，其继承了原有单纯细菌与包埋材料的所有优点；制备的颗粒状生物活性填料具有各种载体所具有的特性，例如流动性强、比表面积大、不易堵塞等优点。

一种三明治型多层固定化生物活性填料的制备步骤如下：

（1）将细菌菌悬液离心浓缩浓度至10⁸-10⁹个/mL，得到细菌浓缩液；

（2）将聚乙烯醇加热至90℃溶解于水，得到聚乙烯醇溶液；

（3）将步骤（2）中的聚乙烯醇溶液冷却至30℃并与步骤（1）得到的细菌浓缩液按一定比例充分混合，得到包埋液，包埋液中聚乙烯醇的质量浓度可为80g/L-150g/L；

（4）本填料采用聚乙烯醇无纺布（无纺布规格可为40g/m²-200g/m²），将步骤（3）得到的包埋液均匀涂抹在无纺布载体上，将涂有包埋液的无纺布多层叠加在一起，经饱和硼酸交联1.5h后取出，调节硼酸溶液pH值至8-10进行第二次交联，二次交联时间为5h，二次交联结束后用清水冲洗，随后将其切割成正方体（边长可为5mm-10mm）、长方体（长宽可为5mm-20mm）或圆柱体（底面直径可为5mm-10mm）即完成固定化生物活性填料的制备过程，填料整体厚度可根据载体层数的不同而变化，制备完成后的填料厚度可为3mm-10mm。

本发明的三明治型多层固定化生物活性填料用于水处理。

本发明所述的三明治结构多层固定化生物活性填料的有益效果体现在：

（1）所采用无纺布的主要成分为聚乙烯醇纤维，通过硼酸二次交联法交联固化填料，无纺布载体的立体不规则纤维丝与包埋体材料结合为一个稳定的有机整体，多层无纺布的应用起到了在不影响传质的情况下保持填料整体结构稳定的作用，生物活性填料可稳定运行3年以上；

（2）最终制备成的生物活性填料产品为颗粒状，在水中曝气搅拌作用下呈悬浮状态，流化状态好，有利于生物活性填料与底物的充分接触；

（3）在填料交联过程中，包埋体外层会形成一层致密的膜，阻碍底物传递，因此本发明采用先整体固化，填料成型后切割成颗粒状生物活性填料，减少了致密膜的形成；

（4）三明治结构的设计，使包埋体置于无纺布之间，有效地减少了填料使用过程中包埋体之间的相互摩擦；

（5）生物活性填料有效比表面积大、底物传质效率高，细菌能在短时间内形成菌群优势，缩短启动时间。

附图说明

图1为正方体颗粒状三明治结构固定化生物活性填料三维示意图，图中：1、无纺布，2、包埋体。

图2为长方体颗粒状三明治结构固定化生物活性填料三维示意图，图中：1、无纺布，2、包埋体。