[发明专利]一种高效厌氧氨氧化复合细菌包埋生物活性填料制备及应用

说明书

一种高效厌氧氨氧化复合细菌包埋生物活性填料制备及应用，属于污、废水处理领域。包括AAOB细菌的定向培养强化；包埋材料组成：PVA 20‑30％；细菌培养物50％；硅藻土15‑20％；100目的木质活性炭4‑6％；碳酸钙4‑5％；其余1％为无机混合物，按照上述各组分备成胶状包埋料；挤出管条状挤出物，在饱和硼酸溶液中进行胶联4小时，清洗，切割，置于5％硫酸钠溶液中进行浸泡4小时，形成最终包埋填料产品。提高反应效率及简便的运行方式。

技术领域

本发明属于污、废水处理领域，特别涉及一种高效厌氧氨氧化复合细菌包埋生物活性填料制备及应用。

背景技术

为了控制水体富营养化，含氮污、废水生物处理中，氮一直是一个核心指标，也是目前该类污、废水生物处理工艺过程中，耗能最高处理效率最低的污染物质，传统活性污泥法和生物膜法处理中，氨氮氧化及反硝化脱氮过程中，需要消耗大量的溶解氧，同时还需要消耗大量的电子供体碳源，导致依照上述技术方法脱氮的处理成本一直很高。

1977年，奥地利理论化学家Engelbert Broda，第一个推断世界上存在着厌氧氨氧化现象以后，20世纪90年代，荷兰代尔夫特理工大学开始了利用厌氧氨氧化细菌(AAOB)进行水处理脱氮工艺技术的研究。到目前，所形成的技术已被广泛应用于世界各地、各种含氮污、废水脱氮处理的研究和工程实践中。厌氧氨氧化(ANAMMOX)技术目前已成为己知的最为经济的生物脱氮途径。

ANAMMOX与传统的硝化反硝化技术相比，具有需氧量低、运行费用低和不需外加碳源等优点。经过不断地研究发现，由于ANAMMOX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厌氧氨氧化细菌量，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较为高效的ANAMMOX活性。AAOB的这种细胞密度特性与细菌中普遍存在的群体感应(Quorumsensing)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自我增长很慢的ANAMMOX细菌从反应器中流失已经成为了当前研究的重点。在已有的研究和工程实践中普遍存在着，在反应池中，采用接种办法培养AAOB污泥需要至少3年的时间，才能够达到一定的生化活性。带来的结果是广泛的工程应用几乎成为不可能事件。

如果通过一定的技术手段使厌氧细菌一直能够保持在反应池中，那么对于AAOB生物量的保持和生化效能发挥会起到很好地促进作用。

细菌固定化技术可以大幅度提高微生物浓度，针对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，已用于微生物细胞包埋的材料有:聚乙烯醇(PVA)、琼脂、K-卡拉胶、明胶、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚氨酯等。在上述包埋材料中PVA具有对微生物无毒性、传质性能好、胶联后不易被生物分解、性质稳定、机械强度高、寿命长、价格低等特点。通过包埋方法实施的细菌固定化技术，可以实现AAOB细菌的定性、定量甚至是高密度的投加。

在包埋技术方法中，目前利用载体成型技术而制作的包埋生物活性填料成为生物填料产品和应用的标注性产品和具有一定先进性的技术(ZL201410137209.2)。该种形式的包埋生物活性填料，在实验和应用中表现出了优异的性能。但是，由于网状载体制作技术要求较高、单机产量很难实现高效率，致使生产制作成本和生产效率一直存在问题。