[发明专利]一种基于网状载体的厌氧氨氧化细菌固定化星形生物活性填料制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别涉及一种基于网状载体的厌氧氨氧化细菌固定化星形生物活性填料制备及应用。

背景技术：

厌氧氨氧化技术（ANAMMOX）是目前已知的最为经济的生物脱氮途径，荷兰Delft大学Strous等的研究表明，在厌氧氨氧化过程包括细胞合成在内的生物反应过程可表示为式（1）

NH₄⁺+1.32NO₂‐+0.066HCO₃^‐+0.13H⁺→

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

由厌氧氨氧化细菌的生物反应特点可以看出，ANAMMOX与传统的硝化反硝化技术相比，具有运行费用低、需氧量低和不需外加碳源等优点。

由于厌氧氨氧化细菌的倍增时间长，细胞产率较低（公认的倍增时间为11d，而有报道的最快的倍增时间也达到4.8d）因此为了在反应器内保持相对稳定的生物量，厌氧氨氧化反应器要求的固体停留时间相对较长。同时，在厌氧氨氧化细菌的研究中还发现，只有在细胞密度高于10¹⁰‐10¹¹个/mL时，厌氧氨氧化菌才能显现出厌氧氨氧化细菌活性。厌氧氨氧化细菌的这种细胞密度特性与细菌中普遍存在的群体感应（Quorum sensing）现象相符。群体感应是一种普遍存在于微生物细胞之间的通讯机制，它具有根据菌群密度和周围环境变化来调节基因表达从而控制细菌群体行为的功能。因此，如何保持其在反应器中较高的细胞密度并防止宝贵的厌氧氨氧化细菌从反应器中流失已经成为当前研究的重点。

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、抗毒性和耐酸碱、耐盐能力明显增强，能纯化和创造特性细菌的生态优势，产生特性高效反应，显示出良好的应用前景。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，无法理想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生物活性填料均存在整体稳定性差，包埋体容易脱落，造成细菌流失等问题。

针对上述问题，我们开发出的一种整体稳定性好的厌氧氨氧化细菌固定化星形生物活性填料将具有广泛的应用前景。

发明内容：

本发明的目的在于开发出一种基于网状载体的厌氧氨氧化细菌固定化星形生物活性填料，本发明采用了以下技术方案。

一种基于网状载体的厌氧氨氧化细菌固定化星形生物活性填料，其特征在于：以聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或ABS树脂这些高分子材料为主，添加质量分数为5%‐10%的聚乙烯醇（PVA）作为亲水材料，通过热熔制成片形的立体网状结构载体，长度范围为0.5‐3cm，宽度范围为0.5‐3cm，将若干片形的网状载体的边缘通过热熔挤压或粘接的方式黏在一起，制成不同形式星形网状载体，同一星形网状载体中相邻两片形的立体网状结构载体夹角相同，例如三片、四片、五片、六片网状载体分别采用120°、90°、72°、60°，不同的片数夹角不同；根据聚乙烯醇‐硼酸二次交联方法，将混合好厌氧氨氧化细菌浓缩液的聚乙烯醇溶液（聚乙烯醇质量浓度为8%‐10%，所得包埋液还可包括碳酸钙）均匀涂布在星形网状载体表面上，放入饱和硼酸溶液中1‐3h后，调节硼酸溶液pH到8‐10，交联4‐24h。将其取出，洗净表面残留物质，得到星形生物活性填料。此厌氧氨氧化细菌生物活性填料比重在0.90‐1.10之间。

上述立体网状结构载体的丝径为1mm。网状结构的设计使厌氧氨氧化细菌包埋体在片形的网状载体上形成毫米级的薄膜结构。

本发明所述的一种基于网状载体的厌氧氨氧化细菌固定化星形生物活性填料用于水处理。

本发明所述的基于网状载体的厌氧氨氧化细菌固定化星形生物活性填料的有益效果主要体现在：