CN109912014A

CN109912014A - 一种高活性挂膜生物填料的制备方法

Info

Publication number: CN109912014A
Application number: CN201810511409.8A
Authority: CN
Inventors: 胡次兵; 何伟仁; 张建初
Original assignee: Foshan Gaoming District Claw And New Mstar Technology Ltd
Current assignee: Foshan Gaoming District Claw And New Mstar Technology Ltd
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2019-06-21

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种高活性挂膜生物填料的制备方法。本发明首先制得混合菌培养物和生料球，将改性纳米混合料倒入工业废水中，打捞池底污泥，污泥压制成型后依次浸渍混合菌培养物和养殖废水得到高活性挂膜，本发明中以玉米秸秆粉为天然营养料提供给混合菌种充足的养料，尤其是利于枯草芽孢杆菌的快速繁殖，粉煤灰有助于填料基体能够大面积的润湿和吸附高浓度的微生物，纳米氧化铝可促进填料中粉体的细化，并起到络合粘结效果，利用微生物菌剂与填料的联合作用使污染物发生絮凝沉淀，本发明用黄豆粉制备得到含纳豆菌液的培养基体，增加填料上活性微生物的量，从而提高生物填料的挂膜活性，应用前景广阔。

Description

一种高活性挂膜生物填料的制备方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种高活性挂膜生物填料的制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展，工农业生产规模的扩大，人类对清洁淡水的需求与日俱增，但由于社会生产、生活中对水资源未能进行有效利用和合理开发，造成水资源污染严重，生态平衡遭到破坏，从而导致用水紧张，危及人类生活。

随着社会生产力的发展，水资源越来越缺乏，各行业的污水使得水呈富态化，每天都有大量的生活污水、工业污水、养殖污水和种植污水等排入河涌，使得水资源更加紧缺。由于水资源是不可再生资源，且我国水污染造成的经济损失日益加重，水资源污染已成为我国亟待解决的问题。水中的污染物的存在，不仅造成环境污染、生态破坏，而且严重危害人类健康。

目前，水体生态治理常用技术主要有三类：（1）物理方法，如人工曝气、疏挖底泥、配水等，但存在暂时性、不稳定性及治标不治本等缺点；（2）化学方法，通过投加化学药剂等去除水体中污染物。但化学药剂易造成二次污染，且治理费用高；（3）生态方法，通过强化自然界的自净能力治理和修复被污染水域。在废水处理领域中，由于成本的优势，常使用微生物来处理各种来源的废水。在用微生物处理废水的过程中，常使用填料作为微生物繁殖生长的载体。微生物大量生长，在填料上形成膜状生物群落，构成的食物链可有效地去除水中的有机污染物，这种填料被称为生物填料。

目前广泛应用的生物填料材料样式繁多，主要有无机类和有机合成类填料等。有机合成的填料主要采用PVC、PE、PP等材料制成，一般具有尺寸可控，外形设计多样，寿命较长的特点，但其也存在生物相容性较差，挂膜周期长，生物膜易于脱落等缺点，使用完后，不能自然降解，自身也会带来污染。较之有机合成类填料，果壳、竹材、贝壳等天然生物材质的填料具有价格低廉、安全、环保性高、生物亲和性强等特点，有效增大了载体的表面积，可实现寡营养情况下的快速挂膜，但是，该填料在长期使用中易发生机械强度变弱、耐冲击性差、处理效率降低、后期易破损，易于脱落、使用寿命不长等缺陷，且其密度、孔径等不便加以控制。

因此，急需研制出一种能够解决上述性能问题的生物填料非常有必要。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前有机合成的填料主要采用PVC、PE、PP等材料制成，存在生物相容性较差，挂膜周期长，生物膜易于脱落等缺点，使用完后，不能自然降解，自身也会带来污染，果壳、竹材、贝壳等天然生物材质的填料具有价格低廉、安全、环保性高、生物亲和性强等特点，有效增大了载体的表面积，可实现寡营养情况下的快速挂膜，但是，该填料在长期使用中存在耐冲刷性差、挂膜活性降低、处理效率降低的缺陷，提供了一种高活性挂膜生物填料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高活性挂膜生物填料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将亚硝化单胞菌、地衣杆菌及枯草芽孢杆菌的菌种混合，得到混合菌种，按重量份数计，将10～12份蛋白胨、8～10份葡萄糖、10～15份酵母膏，50～55份生理盐水置于培养皿中，搅拌混合3～5min，得到扩散培养基，将混合菌种接种到扩散培养基中，接种后，将扩散培养基置于带有通风装置的锥形瓶中，开启磁力搅拌器，以300～350r/min的转速搅拌，培养得到混合菌培养物，备用；

（2）按重量份数计，将40～50份粉煤灰、10～20份生石灰、5～10份纳米氧化铝、1～15份硅酸钠和4～5份坡缕石混匀造粒，得到生料球，将生料球置于烘箱中烘干后，再放入马弗炉中加热，煅烧，随后移入电阻炉中焙烧，得到活化纳米混合料；

（3）向曝气池中注满炼铝厂工业废水，进行闷曝，闷曝时通入空气，3～4天后停止曝气，静置沉淀2～4h，排出池内1/6～1/5的上层废水，并注入相同量的新鲜污水，向曝气池中加入活化纳米混合料，再静置沉降，打捞出池底污泥，将池底污泥烘干后放入泡沫模具中，压制成型，得到填料基体；

（4）将500～600g黄豆洗净后浸入黄豆3～4倍质量的清水中浸泡10～12h，再将浸泡好的黄豆倒入高压锅中蒸煮，得到煮熟的黄豆，将黄豆研磨过筛，得到黄豆粉，按重量份数计，取4～5份琼脂、2～4份纳豆菌、5～7份麦麸、20～25份黄豆粉置于发酵罐中，保温发酵，得到培养基体；

（5）将填料基体置于混合菌培养物中浸渍后取出，再放入装有培养基体的发酵皿中，发酵挂膜，得到高活性挂膜生物填料。

步骤（1）所述的亚硝化单胞菌、地衣杆菌及枯草芽孢杆菌的菌种混合质量比为1︰3︰4，生理盐水质量分数为0.9%，接种的混合菌种为扩散培养基质量8～10%，培养条件为：温度为30～33℃，自然通风条件下培养，培养时间为16～18h。

步骤（2）所述的烘箱温度为70～80℃，马弗炉中加热后温度为390～410℃，煅烧时间为30～40min，电阻炉中焙烧温度为1000～1100℃，焙烧时间为2～3h。

步骤（3）所述的曝气时通气速率为4～5m³/h，向曝气池中加入活化纳米混合料后固体含量浓度为5～10g/L，静置沉降时间为2～3周，池底污泥烘干后水分质量含量为5～10%，压制成型压力为7～8MPa。

步骤（4）所述的浸泡时间为10～12h，蒸煮时间为40～45min，所过筛规格为200目，保温发酵温度为40～45℃。

步骤（5）所述的填料基体与混合菌培养物质量比为1︰5，控制发酵挂膜温度为30～33℃，发酵挂膜时间为10～15天。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将亚硝化菌、酵母菌及枯草芽孢杆菌的菌种接入微生物培养基中培养得到混合菌种，制备高营养的扩散培养基用于培养混合菌种，得到混合菌培养物，以粉煤灰、生石灰、纳米氧化铝、硅酸钠和坡缕石等原料混匀造粒，得到生料球，经过煅烧和焙烧得到改性纳米混合料，将改性纳米混合料倒入经闷曝的炼铝工业废水中，静置沉降一定时间后打捞池底污泥，将污泥压制成型后依次浸渍混合菌培养物和养殖废水得到高活性挂膜，本发明中以玉米秸秆粉为天然营养料提供给混合菌种充足的养料，尤其是利于枯草芽孢杆菌的快速繁殖，从而得到高浓度的微生物菌群，制备的改性纳米混合料中坡缕石具有层状结构，粉煤灰为吸水多孔材料，有助于填料基体能够大面积的润湿和吸附高浓度的微生物，纳米氧化铝可促进填料中粉体的细化，并起到络合粘结效果，使填料基体表面挂膜的耐冲刷性能，从而使挂膜中微生物吸附含量提高，不易流失；

（2）本发明中的生物填料投加在污水处理系统中，利用微生物菌剂与填料的联合作用，填料对菌剂有固定化作用并能增大菌剂作用面积和范围，菌剂对水体中污染物具有高效降解能力，而填料表面有大量Si-O-Si键和Al-O-Al键，可以与具有一定极性的有害分子产生偶极、偶极键的吸附，阴离子与粉煤灰中带正电荷的硅酸铝、硅酸钙和硅酸铁等硅酸盐之间形成离子交换或离子吸附，粉煤灰中的一些成分还能与污水中的污染物作用使污染物发生絮凝沉淀，与粉煤灰构成吸附和絮凝沉淀的协同作用，本发明用黄豆粉制备得到含纳豆菌液的培养基体，其中富含γ-聚谷氨酸，γ-聚谷氨酸可与填料中金属钙离子络合得到γ-聚谷氨酸，使生物填料具有生物可降解性、良好生物相容性、高保水性的优点，本发明的生物填料中γ-聚谷氨酸钙自身的多肽结构以及分子链中富有的羧基和氨基与微生物的生理特性极为相似，极易与微生物共生，γ-聚谷氨酸钙被生物降解后留出的空间为后续的微生物生长提供空间，增加填料上活性微生物的量，从而提高生物填料的挂膜活性，应用前景广阔。

具体实施方式

将亚硝化单胞菌、地衣杆菌及枯草芽孢杆菌的菌种按质量比为1︰3︰4混合，得到混合菌种，按重量份数计，将10～12份蛋白胨、8～10份葡萄糖、10～15份酵母膏，50～55份质量分数为0.9%的生理盐水置于培养皿中，搅拌混合3～5min，得到扩散培养基，将扩散培养基质量8～10%的混合菌种接种到扩散培养基中，接种后，将扩散培养基置于带有通风装置的锥形瓶中，开启磁力搅拌器，以300～350r/min的转速搅拌，在温度为30～33℃、自然通风条件下培养16～18h，得到混合菌培养物，备用；按重量份数计，将40～50份粉煤灰、10～20份生石灰、5～10份纳米氧化铝、1～15份硅酸钠和4～5份坡缕石混匀造粒，得到生料球，将生料球置于温度为70～80℃的烘箱中烘干后，再放入马弗炉中加热至390～410℃，煅烧30～40min，随后移入电阻炉中以1000～1100℃的温度焙烧2～3h，得到活化纳米混合料；向曝气池中注满炼铝厂工业废水，进行闷曝，闷曝时通入空气，通气速率为4～5m³/h，3～4天后停止曝气，静置沉淀2～4h，排出池内1/6～1/5的上层废水，并注入相同量的新鲜污水，向曝气池中加入活化纳米混合料直至曝气池中固体含量浓度达到5～10g/L，再静置沉降2～3周，打捞出池底污泥，将池底污泥烘干至水分质量含量为5～10%时放入泡沫模具中，以7～8MPa压力压制成型，得到填料基体；将500～600g黄豆洗净后浸入黄豆3～4倍质量的清水中浸泡10～12h，再将浸泡好的黄豆倒入高压锅中蒸煮40～45min，得到煮熟的黄豆，将黄豆研磨过200目筛，得到黄豆粉，按重量份数计，取4～5份琼脂、2～4份纳豆菌、5～7份麦麸、20～25份黄豆粉置于发酵罐中，在40～45℃条件下，保温发酵，得到培养基体；按质量比为1︰5，将填料基体置于混合菌培养物中浸渍4～5天后取出，再放入装有培养基体的发酵皿中，控制发酵挂膜温度为30～33℃，发酵挂膜时间为10～15天，得到高活性挂膜生物填料。

将亚硝化单胞菌、地衣杆菌及枯草芽孢杆菌的菌种按质量比为1︰3︰4混合，得到混合菌种，按重量份数计，将10份蛋白胨、8份葡萄糖、10份酵母膏，50份质量分数为0.9%的生理盐水置于培养皿中，搅拌混合3min，得到扩散培养基，将扩散培养基质量8%的混合菌种接种到扩散培养基中，接种后，将扩散培养基置于带有通风装置的锥形瓶中，开启磁力搅拌器，以300r/min的转速搅拌，在温度为30℃、自然通风条件下培养16h，得到混合菌培养物，备用；按重量份数计，将40份粉煤灰、10份生石灰、5份纳米氧化铝、1份硅酸钠和4份坡缕石混匀造粒，得到生料球，将生料球置于温度为70℃的烘箱中烘干后，再放入马弗炉中加热至390℃，煅烧30min，随后移入电阻炉中以1000℃的温度焙烧2h，得到活化纳米混合料；向曝气池中注满炼铝厂工业废水，进行闷曝，闷曝时通入空气，通气速率为4m3/h，3天后停止曝气，静置沉淀2h，排出池内1/6的上层废水，并注入相同量的新鲜污水，向曝气池中加入活化纳米混合料直至曝气池中固体含量浓度达到5g/L，再静置沉降2周，打捞出池底污泥，将池底污泥烘干至水分质量含量为5%时放入泡沫模具中，以7MPa压力压制成型，得到填料基体；将500g黄豆洗净后浸入黄豆3倍质量的清水中浸泡10h，再将浸泡好的黄豆倒入高压锅中蒸煮40min，得到煮熟的黄豆，将黄豆研磨过200目筛，得到黄豆粉，按重量份数计，取4份琼脂、2份纳豆菌、5份麦麸、20份黄豆粉置于发酵罐中，在40℃条件下，保温发酵，得到培养基体；按质量比为1︰5，将填料基体置于混合菌培养物中浸渍4天后取出，再放入装有培养基体的发酵皿中，控制发酵挂膜温度为30℃，发酵挂膜时间为10天，得到高活性挂膜生物填料。

将亚硝化单胞菌、地衣杆菌及枯草芽孢杆菌的菌种按质量比为1︰3︰4混合，得到混合菌种，按重量份数计，将11份蛋白胨、9份葡萄糖、13份酵母膏，53份质量分数为0.9%的生理盐水置于培养皿中，搅拌混合4min，得到扩散培养基，将扩散培养基质量9%的混合菌种接种到扩散培养基中，接种后，将扩散培养基置于带有通风装置的锥形瓶中，开启磁力搅拌器，以325r/min的转速搅拌，在温度为32℃、自然通风条件下培养17h，得到混合菌培养物，备用；按重量份数计，将45份粉煤灰、15份生石灰、7份纳米氧化铝、7份硅酸钠和4份坡缕石混匀造粒，得到生料球，将生料球置于温度为75℃的烘箱中烘干后，再放入马弗炉中加热至400℃，煅烧35min，随后移入电阻炉中以1050℃的温度焙烧2h，得到活化纳米混合料；向曝气池中注满炼铝厂工业废水，进行闷曝，闷曝时通入空气，通气速率为4m3/h，3天后停止曝气，静置沉淀3h，排出池内1/6的上层废水，并注入相同量的新鲜污水，向曝气池中加入活化纳米混合料直至曝气池中固体含量浓度达到7g/L，再静置沉降2周，打捞出池底污泥，将池底污泥烘干至水分质量含量为7%时放入泡沫模具中，以7MPa压力压制成型，得到填料基体；将550g黄豆洗净后浸入黄豆3倍质量的清水中浸泡11h，再将浸泡好的黄豆倒入高压锅中蒸煮43min，得到煮熟的黄豆，将黄豆研磨过200目筛，得到黄豆粉，按重量份数计，取4份琼脂、3份纳豆菌、6份麦麸、23份黄豆粉置于发酵罐中，在43℃条件下，保温发酵，得到培养基体；按质量比为1︰5，将填料基体置于混合菌培养物中浸渍4天后取出，再放入装有培养基体的发酵皿中，控制发酵挂膜温度为32℃，发酵挂膜时间为13天，得到高活性挂膜生物填料。

将亚硝化单胞菌、地衣杆菌及枯草芽孢杆菌的菌种按质量比为1︰3︰4混合，得到混合菌种，按重量份数计，将12份蛋白胨、10份葡萄糖、15份酵母膏，55份质量分数为0.9%的生理盐水置于培养皿中，搅拌混合5min，得到扩散培养基，将扩散培养基质量10%的混合菌种接种到扩散培养基中，接种后，将扩散培养基置于带有通风装置的锥形瓶中，开启磁力搅拌器，以350r/min的转速搅拌，在温度为33℃、自然通风条件下培养18h，得到混合菌培养物，备用；按重量份数计，将50份粉煤灰、20份生石灰、10份纳米氧化铝、15份硅酸钠和5份坡缕石混匀造粒，得到生料球，将生料球置于温度为80℃的烘箱中烘干后，再放入马弗炉中加热至410℃，煅烧40min，随后移入电阻炉中以1100℃的温度焙烧3h，得到活化纳米混合料；向曝气池中注满炼铝厂工业废水，进行闷曝，闷曝时通入空气，通气速率为5m3/h，4天后停止曝气，静置沉淀4h，排出池内1/5的上层废水，并注入相同量的新鲜污水，向曝气池中加入活化纳米混合料直至曝气池中固体含量浓度达到10g/L，再静置沉降3周，打捞出池底污泥，将池底污泥烘干至水分质量含量为10%时放入泡沫模具中，以8MPa压力压制成型，得到填料基体；将600g黄豆洗净后浸入黄豆4倍质量的清水中浸泡12h，再将浸泡好的黄豆倒入高压锅中蒸煮45min，得到煮熟的黄豆，将黄豆研磨过200目筛，得到黄豆粉，按重量份数计，取5份琼脂、4份纳豆菌、7份麦麸、25份黄豆粉置于发酵罐中，在45℃条件下，保温发酵，得到培养基体；按质量比为1︰5，将填料基体置于混合菌培养物中浸渍5天后取出，再放入装有培养基体的发酵皿中，控制发酵挂膜温度为33℃，发酵挂膜时间为15天，得到高活性挂膜生物填料。

对比例以南京市某公司生产的生物填料作为对比例对本发明制得的高活性挂膜生物填料和对比例中的生物填料进行检测，检测结果如表1所示：

生物膜培养采用以下的方法：取污水处理厂活性污泥，加满营养液（BOD5:N:P=100：5：1），并投加8种填料达到MBBR设备好氧反应区容积的20%。开始闷曝3天，然后采用间歇曝气方式培养污泥，控制曝气和厌氧时间比大致为3:1；后面每天沉降后置换上层清夜为营养液，总培养时间为7天。以后逐渐定量引入化粪池水进行生物驯化，每天观察挂膜情况并监测出水COD、氨氮、TP和浊度，至每天出水污染指标基本稳定视为填料挂膜水平达到稳定期。

出水标准参照《农田灌溉水质标准》（GB5084-2005）。

表1性能测定结果

由表1数据可知，本发明制得的高活性挂膜生物填料，具有价格低廉、安全环保、生物亲和性强等特点，相比于对比例产品，挂膜时间明显缩短，对污水中的COD、氨氮、TP和浊度的去除率明显提高，具有广阔是使用前景。

Claims

1.一种高活性挂膜生物填料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种高活性挂膜生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的亚硝化单胞菌、地衣杆菌及枯草芽孢杆菌的菌种混合质量比为1︰3︰4，生理盐水质量分数为0.9%，接种的混合菌种为扩散培养基质量8～10%，培养条件为：温度为30～33℃，自然通风条件下培养，培养时间为16～18h。

3.根据权利要求1所述的一种高活性挂膜生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的烘箱温度为70～80℃，马弗炉中加热后温度为390～410℃，煅烧时间为30～40min，电阻炉中焙烧温度为1000～1100℃，焙烧时间为2～3h。

4.根据权利要求1所述的一种高活性挂膜生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的曝气时通气速率为4～5m³/h，向曝气池中加入活化纳米混合料后固体含量浓度为5～10g/L，静置沉降时间为2～3周，池底污泥烘干后水分质量含量为5～10%，压制成型压力为7～8MPa。

5.根据权利要求1所述的一种高活性挂膜生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的浸泡时间为10～12h，蒸煮时间为40～45min，所过筛规格为200目，保温发酵温度为40～45℃。

6.根据权利要求1所述的一种高活性挂膜生物填料的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的填料基体与混合菌培养物质量比为1︰5，控制发酵挂膜温度为30～33℃，发酵挂膜时间为10～15天。