本发明专利技术涉及一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法及专用涂布装置。本方法是将聚乙烯醇和海藻酸钠水凝胶材料与水混合，在90℃温度下的水浴锅中充分溶解混合均匀后，冷却到室温，加入活性污泥混合充分后制成凝胶液体；将凝胶液体用专用涂布装置涂布在平板膜的表面；将涂布完凝胶的平板膜在4℃预先低温冷藏固化1h使凝胶形态稳定，再放入交联液中4℃进行化学固定交联12h，最后取出平板膜用水洗去多余的交联液。本发明专利技术提出将包埋有微生物的凝胶材料负载到传统曝气膜的表面形成复合膜曝气生物膜，从而可以快速在曝气膜表面形成具有微生物活性的凝胶层，通过控制合理的生物膜厚度和不同微生物的包埋顺序以期达到最佳的污水处理效果。
【技术实现步骤摘要】
一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法及专用涂布装置
本专利技术涉及污水处理领域，尤其是一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法及专用涂布装置。本专利技术将传统的膜曝气生物膜和微生物固定化技术结合，用于生物法处理污水。
技术介绍
微生物包埋技术是微生物固定化技术的一种，利用物理和化学手段将完整细胞限制或定位于一定空间区域内，并使其保持一定的生物催化活性，是目前应用最广泛的固定化技术。具体方法是将特定的微生物与包埋剂通过交联作用制成凝胶状的固体颗粒，包埋剂一般是高分子聚合物，常用的材料有聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚乙二醇(PEG)、聚氨酯(PU)和聚丙烯酰胺(PAM)。该技术的优点是使反应器具有较高的生物量和较长的微生物停留时间，并且凝胶具有较好的物理和化学稳定性，可以为微生物提供安全的生长环境，已被广泛用于污水处理中，取得了很好的效果。膜曝气生物反应器(MembraneAeratedBiofilmReactor，MABR)是一种以膜材料为载体的新型生物膜技术，始于上世纪70年代末Yeh和Jenkins的研究[1]。它的两个特点让其具有较高的污染物去除效率，一是无泡曝气，另一个是氧分子和污染物的异向传质。前者能提高氧的传质效率，后者对于实现单级自养脱氮功能至关重要，可以使硝化细菌和厌氧氨氧化菌分布在生物膜的两端，互不干扰、协同脱氮。因此膜曝气生物膜(MAB)系统成为单级自养脱氮研究的热点，但是自养生物的快速挂膜，以及生物膜的稳定性、厚度控制与活性的保持是其研究的难点[2]。传统的MABR挂膜是依靠接种活性污泥，启动时间长，难以在较短时间内形成稳定的生物膜结构，而在后期又要利用反冲洗来控制生物膜厚度，程序繁琐，控制难度大[3]，特别是对于自养脱氮中生长缓慢的厌氧氨氧化菌而言，这种挂膜技术难以达到快速启动反应器的目的。例如曾庆楠[4]等人对比了PVDF膜和PP膜纤维生物膜附着情况，第25天时生物附着量分别为32.40g·m-2和29.12g·m-2。90天的运行后生物附着量增加到35.62g·m-2和30.63g·m-2，挂膜时间较长。目前，也有一些这方面的研究，如：[1]Yeh,S.J.,Jenkins,C.R.1978.PureOxygenFixedFilmReactor.JournaloftheEnvironmentalEngineeringDivision,104(4),611-623。[2]Eoin,S.,Eoin,C.2008.Membrane-AeratedBiofilmsforHighRateBiotreatment:PerformanceAppraisal,EngineeringPrinciples,Scale-up,andDevelopmentRequirements.EnvironmentalScience&Technology,42(6),1833-44。[3]张杨,李庭刚,强志民,刘俊新,尹秀英.2011.膜曝气生物膜反应器研究进展.环境科学学报,31(6),1133-1143。[4]曾庆楠,吴云,张宏伟,等.膜材料对膜曝气生物膜反应器性能影响的比较[J].化工学报,2016,67(4):1483-1489。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，合成一种负载包埋了微生物的凝胶的膜曝气生物膜，在常规PVDF平板膜表面负载一层包埋了微生物的凝胶，缩短了挂膜时间，解决了曝气生物膜挂膜时间长、挂膜困难、生物厚度无法定量调控等问题。本专利技术的目的是通过以下技术手段实现的：一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法，其特征在于：将一定量的聚乙烯醇和海藻酸钠水凝胶材料与水混合，在90℃温度下的水浴锅中充分溶解混合均匀后，冷却到室温，加入一定量的活性污泥混合充分后制成具有一定粘度的凝胶液体；然后将凝胶液体用专用涂布装置涂布在平板膜的表面；将涂布完凝胶的平板膜在4℃预先低温冷藏固化1h使凝胶形态稳定，再放入一定浓度的交联液中4℃进行化学固定交联12h，最后取出平板膜用水洗去多余的交联液。而且，所述的活性污泥为浓缩离心后的湿重好氧活性污泥。而且，所述的平板膜为PVDF平板膜。而且，所述的交联液为交联剂硝酸钠和氯化钙、交联剂饱和硼酸和氯化钙中的任意一种组合方式。而且，本方法中所使用的各组分的重量百分比分别为：而且，本方法中所使用的各组分的重量百分比分别为：一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的专用涂布装置，其特征在于：包括支架、支撑板、旋转涂布板、电机以及凝胶液体输送管路，支架上安装支撑板，该支撑板上安装用于固定平板膜的固定系统，在固定系统的上方设置一个旋转涂布板，该旋转涂布板的上部通过旋转杆连接一个电机；在旋转涂布板外侧设置一个凝胶液体输送管路，该凝胶液体输送管路的出口位于平板膜的上方。而且，所述的固定系统由固定挡板和垫块组成，固定挡板为两个，其对称安装在支撑板的左右两侧，在每个固定挡板内侧的支撑板上均安装一个垫块，固定挡板的高度高于垫块高度。而且，所述的支撑板下方设置一个凝胶收集漏斗，该凝胶收集漏斗的底部通过硅胶管道连接蠕动泵，该蠕动泵连接凝胶液体输送管路的进口。本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术提出将包埋有微生物的凝胶材料负载到传统曝气膜的表面形成复合膜曝气生物膜(CompositeMembraneAeratedBiofilm,CMAB)，从而可以快速在曝气膜表面形成具有微生物活性的凝胶层，通过控制合理的生物膜厚度和不同微生物的包埋顺序以期达到最佳的污水处理效果。在PVDF膜表面负载水凝胶层，通过控制凝胶用量并采用预冷冻方法来控制膜的厚度，并使凝胶层与平板膜连接牢固，稳定性强，不易脱落，可用于微生物包埋法，挂膜时间较短，特别适用于一体化脱氮过程的快速实现。本专利技术采用了专用的涂布装置将凝胶涂布在平板膜上，该装置为自主创新，其主要由支架、支撑板、旋转涂布板、电机以及凝胶液体输送管路构成，使用本装置可以定量控制凝胶膜的厚度，提高凝胶与平板膜之间挂膜的稳定性，并且提高传统膜曝气生物膜反应器的挂膜效率，在短时间内形成具备特定功能的生物膜系统，最终实现生化反应的定量调控功能。附图说明图1是本专利技术所使用的专用涂布装置的结构示意图；图2是四个实施例的逻辑关系图；图3是不预冻(左)和预冻(右)处理的凝胶层与平板膜剥离效果图；图4是四个实施例的凝胶层厚度对比图；图5是四个实施例的CMAB降解氨氮的性能对比图。具体实施方式下面结合附图详细叙述本专利技术的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。为了便于理解本专利技术专利的研发过程，在此特举出4个实施例对本专利技术方法及其他方法进行描述说明，该4个实施例的逻辑关系描述如下：实施例1上述溶液共140ml。实施例2：上述溶液共300ml。实施例3上述溶液共140ml。实施例4上述溶液共300ml。对上述四个实施例进行多项试验对比，其结果分析如下：1、预冻对凝胶层与平板膜凝胶层稳定性的影响说明：不预冻的凝胶层交联完后容易从平板膜上脱落下来，如图3左边一样，我们可以将凝胶层整块地从平板膜上剥离下来，而经过预冻处理后的凝胶层则与平板膜结合紧密，在实际运行过程中凝胶层不容易从平板上脱落下来，正如图3右边的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法，其特征在于：将一定量的聚乙烯醇和海藻酸钠水凝胶材料与水混合，在90℃温度下的水浴锅中充分溶解混合均匀后，冷却到室温，加入一定量的活性污泥混合充分后制成具有一定粘度的凝胶液体；然后将凝胶液体用专用涂布装置涂布在平板膜的表面；将涂布完凝胶的平板膜在4℃预先低温冷藏固化1h使凝胶形态稳定，再放入一定浓度的交联液中4℃进行化学固定交联12h，最后取出平板膜用水洗去多余的交联液。
【技术特征摘要】
1.一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法，其特征在于：将一定量的聚乙烯醇和海藻酸钠水凝胶材料与水混合，在90℃温度下的水浴锅中充分溶解混合均匀后，冷却到室温，加入一定量的活性污泥混合充分后制成具有一定粘度的凝胶液体；然后将凝胶液体用专用涂布装置涂布在平板膜的表面；将涂布完凝胶的平板膜在4℃预先低温冷藏固化1h使凝胶形态稳定，再放入一定浓度的交联液中4℃进行化学固定交联12h，最后取出平板膜用水洗去多余的交联液。2.根据权利要求1所述的一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法，其特征在于：所述的活性污泥为浓缩离心后的湿重好氧活性污泥。3.根据权利要求1所述的一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法，其特征在于：所述的平板膜为PVDF平板膜。4.根据权利要求1所述的一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法，其特征在于：所述的交联液为交联剂硝酸钠和氯化钙、交联剂饱和硼酸和氯化钙中的任意一种组合方式。5.根据权利要求4所述的一种利用包埋微生物凝胶的平板膜快速挂膜的方法，其特征在于：本方法中所使用的各组分的重量百分比分别为：...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾明，王洪亭，杨俊峰，吴楠，孙亚芳，李雅珊，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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