一种固定化生物反应滤板及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种固定化生物反应滤板及其制备方法和应用，固定化生物反应滤板包含沉积玻璃板和微生物，采用玻璃熔滴喷射冷却沉积后形成的多孔沉积玻璃板作为支撑载体，相同体积下的比表面积大，负载PVA膜后与底物液体的接触面积也较大，微生物固定于PVA膜层内，生物利用度大幅提升，提升处理效率。沉积玻璃板的孔隙大小适中，兼顾渗透过滤的流动性和水力停留时间，在保证氨氮消除率的同时减少单位体积底物的处理时间。改性后的PVA膜微生物固定效果稳定，且对微生物的活性影响极小。固定化生物反应滤板应用于污水处理时，可根据污水的氨氮水平灵活调控滤板层数，改变处理强度，减少不必要的浪费，高效处理高氨氮污水，降低处理成本。

A immobilized bioreactor filter plate and its preparation and Application

The invention discloses a fixed biological reaction filter plate and a preparation method and application thereof. The fixed biological reaction filter plate comprises a deposited glass plate and a microorganism. The porous deposited glass plate formed after cooling and deposition of glass droplets is used as a support carrier. The specific surface area under the same volume is large, and the contact area with the substrate liquid after loading PVA film is large, and the microorganism is fixed in PVA In the film, the bioavailability is greatly improved and the treatment efficiency is improved. The pore size of the deposited glass plate is moderate, and the fluidity and hydraulic retention time of the filtration are considered. The treatment time of the substrate per unit volume is reduced while the ammonia nitrogen removal rate is ensured. The modified PVA membrane was stable in microbial immobilization and had little effect on microbial activity. When the fixed biological reaction filter plate is applied to sewage treatment, the number of filter plate layers can be flexibly adjusted according to the ammonia nitrogen level of sewage, the treatment intensity can be changed, unnecessary waste can be reduced, high-efficiency treatment of high ammonia nitrogen sewage can be achieved, and the treatment cost can be reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种固定化生物反应滤板及其制备方法和应用
本专利技术涉及固定化微生物领域，特别涉及一种固定化生物反应滤板及其制备方法和应用。
技术介绍
微生物固定技术是指用物理或者化学的方法，将优势微生物高密度的固定在特定的载体上并在一定的时间内能够保持活性，在适合的生长条件下还可满足指定要求的生物固定技术。微生物固定技术的基本出发点在于，以优势微生物种群为基础提高处理过程的高效性和稳定性，提高单位体积内微生物密度，消除微生物的流失问题。相较传统活性污泥法微生物量低、易出现污泥膨胀和流失、对废水水质水量适应性较差等问题，这种微生物固定技术用于污废水的处理具有十分明显的优势：(1)将优势微生物高密度固定在某一空间内，极大的提高了生物反应器内的微生物浓度，有利于提高反应的速度，减少反应的时间进而减小处理设施的占地面积和体积。(2)可以将生物脱氮中常用的硝化菌和反硝化菌的混合包埋，实现同一反应器中同时固定不同种类微生物的目标。(3)微生物固定在某一载体内部，有利于提高微生物对周围环境变化的适应能力，加大反应器在污废水处理过程中抵抗冲击负荷的能力以及对有毒物质的耐受力。(4)经过固定的微生物在反应后能迅速实现固液分离且剩余污泥量少。⑤稳定性强，处理效率高，能纯化和保持高效菌种。目前，固定化微生物的制备方法有很多，任何一种能把微生物限制在一定空间内并保持一定活性的技术都能用于制备固定化优势微生物。一般来说固定化微生物的制备方法有一下几种：包埋法、吸附法、交联法、共价结合法。吸附法多采用硅藻土等多孔材料物理吸附微生物进行固定，结合力弱，由于没有进行化学处理，微生物活性高；交联法是利用交联剂与微生物表面的氨基、羟基、巯基等基团共价结合进行交联，使微生物菌体间相连成网状结构，但该方法化学反应激烈，且交联剂毒性较大，微生物活性损失较大。共价结合法是利用微生物细胞表面功能团(如氨基、羧基、巯基等)与载体表面基团以化学键连接将微生物固定的方法，因此结合紧密，稳定性好，但基团结合时反应剧烈，操作复杂、难控制，固定后的微生物活性较低。而包埋法采用载体包埋微生物，反应柔和，且制备的固定化小球机械强度高，载体与微生物的结合强度适中，微生物活性高，是目前固定化微生物领域最常使用的一种方法。用于微生物包埋固定化的载体大致可以分为两大类：一类是天然高分子凝胶载体，例如琼脂、角叉莱胶、海藻酸钠等等；天然的高分子凝胶载体主要以海藻酸钠为代表，是目前应用比较广泛的微生物固定化载体。它从天然海藻中提取，其优点在于一般情况下对生物没有毒性，传质性能好，价格较低，缺点在于强度稍低，不适合高曝气情况下使用，在厌氧下容易被分解。另一类是有机高分子凝胶载体，例如PVA、聚矾、硅胶等等，其中以PVA最具代表性。与天然高分子凝胶载体相比较，有机高分子凝胶载体做成的固定化颗粒机械强度较天然高分子凝胶载体做成的固定化颗粒大，但其传质性能不如天然高分子凝胶载体做成的固定化颗粒，而且包埋后对微生物的活性也较大，易造成被固定微生物失活。除此之外，传统包埋固定化微生物多为多孔小球制剂，比表面积较小，与底物的接触面积较小，且微生物多被包埋固定于高分子载体内部，处理效果强烈依赖或受限于载体的传质性能，而高分子载体固化交联形成的包埋球传质性能较差，微生物处理效率无法最大化。同时，单位体积底物溶液连续处理时需要大量的固定化微生物制剂作为填料，水力停留时间较大，处理效果较慢，效率较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对目前固定化微生物制剂及制备过程中存在的多种缺陷，本专利技术提供一种固定化生物反应滤板，采用多孔的沉积玻璃板作为支撑载体，增大与底物接触面积，机械强度高，内外表面附着固定有微生物，进行连续反应时，微生物利用率高，传质性能优异，处理效率高。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下的技术方案：一种固定化生物反应滤板，包含沉积玻璃板和污水处理微生物，所述沉积玻璃板由玻璃熔滴快速冷凝后沉积粘结而成，冷凝玻璃颗粒平均粒径为0.4～1.1mm，玻璃颗粒间堆积形成孔隙，孔隙孔径范围为149～674μm，所述沉积玻璃板的厚度为1～10cm，沉积玻璃板内、外表面均匀负载有一层PVA膜，所述PVA膜的厚度为56～163μm，PVA膜内固定有污水处理细菌和/或污水处理藻类。优选地，所述污水处理细菌为硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌，所述污水处理藻类包括小球藻，蓝藻、硅藻、螺旋藻、红细菌、微绿球藻、葡萄藻、栅藻中的一种或多种，所述沉积玻璃板的透光率为75～90％，所述PVA的聚合度为2000～6000，醇解度87～89％。一种上述固定化生物反应滤板的制备方法，包含如下具体步骤：(1)将玻璃原料加热至700～950℃保温，完全熔化后将液态玻璃采用多层喷射沉积板材制备装置制备沉积玻璃板，喷射沉积工艺参数为：以5～10MPa高压氩气作为雾化气体，垂直喷射距离为25-35cm，导液管内径为6～8mm，喷射角度为45°～60°，沉积盘水平放置，沉积盘水平移动速度为2～4mm/s，垂直下移速度为0.1～0.2mm/s，沉积盘每隔100s以相同速度作水平往返运动，直至沉积层厚度达到1～10cm时停止沉积，将沉积物浸入冷水中迅速降温得沉积玻璃板；(2)按质量分数称取6～8wt％PVA，2～4wt％纳米二氧化硅，1～3wt％硅藻土，1～3wt％海藻酸钠，余量为水，将纯PVA、海藻酸钠粉末加入纯水中，95℃水浴加热至PVA、海藻酸钠完全溶解，降温至35℃保温，将纳米二氧化硅，硅藻土缓缓搅拌加入，搅拌均匀后超声除气，随后冷却至室温得PVA溶液；(3)将含污水处理细菌的菌泥用1×PBS重悬，匀浆并单层纱布过滤后得重悬菌液，将重悬菌液或藻类培养悬液分别于2500rpm离心10min，分别取菌体沉淀或藻类沉淀4℃保存，将菌体沉淀和/或藻类沉淀作为固定用污水处理微生物；(4)将冷却至室温的PVA溶液与污水处理微生物按重量比4～20:1混合后250～500rpm磁力搅拌10～20min；立即将沉积玻璃板完全浸入PVA混合液中，10～20kHz超声除气5～15min；取出沉积玻璃板，密封安装于不锈钢风道出口，0.4～0.8MPa风压风淋5～20min去除孔隙中多余的PVA混合溶液；(5)4℃下，将含0.5～0.8wt％CaCl2的饱和硼酸溶液通过上流式均匀滤过风淋后的沉积玻璃板，所述饱和硼酸溶液完全浸没整个沉积玻璃板体积，滤过时间0.5～1.5h，取出沉积玻璃板置于4℃的冰箱中固化交联10～16h，固化交联后用蒸馏水上流式滤过洗涤15～25min，即得固定化生物反应滤板，并将固定化生物反应滤板置于4℃，pH7.2的磷酸盐缓冲液中保存备用。优选地，所述含污水处理细菌的菌泥中硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌的菌体总浓度为1.56～5.98×107个/g，所述藻类培养悬液中藻类细胞密度为1.22～6.35×105个/mL；所述固定用污水处理微生物包含菌体沉淀和藻类沉淀时，菌体沉淀与藻类沉淀的湿重比为1～10:1。优选地，所述步骤(1)还包括污水处理细菌的菌泥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固定化生物反应滤板，其特征在于：包含沉积玻璃板和污水处理微生物，所述沉积玻璃板由玻璃熔滴快速冷凝后沉积粘结而成，冷凝玻璃颗粒平均粒径为0.4～1.1mm，玻璃颗粒间堆积形成孔隙，孔隙孔径范围为149～674μm，所述沉积玻璃板的厚度为1～10cm，沉积玻璃板内、外表面均匀负载有一层PVA膜，所述PVA膜的厚度为56～163μm，PVA膜内固定有污水处理微生物，所述污水处理微生物为污水处理细菌和/或污水处理藻类。/n

【技术特征摘要】
1.一种固定化生物反应滤板，其特征在于：包含沉积玻璃板和污水处理微生物，所述沉积玻璃板由玻璃熔滴快速冷凝后沉积粘结而成，冷凝玻璃颗粒平均粒径为0.4～1.1mm，玻璃颗粒间堆积形成孔隙，孔隙孔径范围为149～674μm，所述沉积玻璃板的厚度为1～10cm，沉积玻璃板内、外表面均匀负载有一层PVA膜，所述PVA膜的厚度为56～163μm，PVA膜内固定有污水处理微生物，所述污水处理微生物为污水处理细菌和/或污水处理藻类。


2.根据权利要求1中所述的一种固定化生物反应滤板，其特征在于：所述污水处理细菌为硝化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌，所述污水处理藻类包括小球藻，蓝藻、硅藻、螺旋藻、红细菌、微绿球藻、葡萄藻、栅藻中的一种或多种，所述沉积玻璃板的透光率为75～90％，所述PVA的聚合度为2000～6000，醇解度87～89％。


3.一种如权利要求1或2所述固定化生物反应滤板的制备方法，其特征在于，包含如下具体步骤：
(1)将玻璃原料加热至700～950℃保温，完全熔化后将液态玻璃采用多层喷射沉积板材制备装置制备沉积玻璃板，喷射沉积工艺参数为：以5～10MPa高压氩气作为雾化气体，垂直喷射距离为25-35cm，导液管内径为6～8mm，喷射角度为45°～60°，沉积盘水平放置，沉积盘水平移动速度为2～4mm/s，垂直下移速度为0.1～0.2mm/s，沉积盘每隔100s以相同速度作水平往返运动，直至沉积层厚度达到1～10cm时停止沉积，将沉积物浸入冷水中迅速降温得沉积玻璃板；
(2)按质量分数称取6～8wt％PVA，2～4wt％纳米二氧化硅，1～3wt％硅藻土，1～3wt％海藻酸钠，余量为水，将纯PVA、海藻酸钠粉末加入纯水中，95℃水浴加热至PVA、海藻酸钠完全溶解，降温至35℃保温，将纳米二氧化硅，硅藻土缓缓搅拌加入，搅拌均匀后超声除气，随后冷却至室温得PVA溶液；
(3)将含污水处理细菌的菌泥用1×PBS重悬，匀浆并单层纱布过滤后得重悬菌液，将重悬菌液或藻类培养悬液分别于2500rpm离心10min，分别取菌体沉淀或藻类沉淀4℃保存，将菌体沉淀和/或藻类沉淀作为固定用污水处理微生物；
(4)将冷却至室温的PVA溶液与污水处理微生物按重量比4～20:1混合后250～500rpm磁力搅拌10～20min；立即将沉积玻璃板完全浸入PVA混合液中，10～20kHz超声除气5～15min；取出沉积玻璃板，密封安装于不锈钢风道出口，0.4～0.8MPa风压风淋5～20min去除孔隙中多余的PVA混合溶液；
(5)4℃下，将含0.5～0.8wt％CaCl2的饱和硼酸溶液通过上流式均匀滤过风淋后的沉积玻璃板，所述饱和硼酸溶液完全浸没整个沉积玻璃板体积，滤过时间0.5～1.5h，取出沉积玻璃板置于4℃的冰箱中固化交联10～16h，固化交联后用蒸馏水上流式滤过洗涤15～25min，即得固定化生物反应滤板，并将固定化生物反应滤板置于4℃，pH7.2的磷酸盐缓冲液中保存备用。...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙有俊，孙冬梅，范彩云，鲍芳丽，
申请(专利权)人：南京萌萌菌业有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32