包埋微生物的凝胶颗粒、其制备方法及应用技术

本申请公开了一种包埋微生物的凝胶颗粒、其制备方法及应用，旨在解决凝胶颗粒内部结构紧密从而抑制了微生物生长的技术问题。本申请提供一种包埋微生物的凝胶颗粒，用纳米曝气的形式增加含有微生物的PVA

【技术实现步骤摘要】
包埋微生物的凝胶颗粒、其制备方法及应用


[0001]本申请涉及污水处理
，具体涉及一种包埋微生物的凝胶颗粒、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]厌氧氨氧化作为一种新型自养脱氮技术，具有低碳和低能耗的特点，是实现污水处理领域“双碳”目标的重要技术手段。自二十世纪九十年代厌氧氨氧化菌被发现至今，仍未实现在主流深度脱氮的工程中的普及应用，大多数的研究集中在实验室规模或者旁流脱氮。厌氧氨氧化菌可直接利用氨氮与亚硝态氮为底物进行自养脱氮反应，与传统污水脱氮相比可节约100%的碳源与60%的曝气，极大降低能耗与药剂投加成本。但是厌氧氨氧化菌其本身世代周期长、易受环境影响、易流失等问题导致其无法难以实际应用。
[0003]近几年，微生物包埋技术用于厌氧氨氧化菌培养为其工程化应用提供了可能性。微生物包埋技术是将聚乙烯醇（PVA）与海藻酸钠（SA）融化后形成凝胶溶液，将其厌氧氨氧化菌完全混合，通过交联使凝胶固体化，制备成固体颗粒（胶珠）。胶珠将厌氧氨氧化菌限制在内部，为其提供生长附着的环境，能够降低环境冲击与菌群流失。
[0004]但是由现有方法所制备得到的含菌固体颗粒（胶珠），所包埋的微生物活性较低，其用于污水或工业废水处理的效果差强人意。

技术实现思路

[0005]专利技术人研究发现，由现有方法所制备得到的包埋微生物的胶珠，其胶体内部的结构十分紧密致使内外物质传输（物质交换）阻力较大，即传质性能差，从而抑制了微生物（如厌氧氨氧化菌等）的生长，导致其生物活性大为降低。因此，如何降低胶体内外物质传输阻力，以减少对所包埋微生物（厌氧氨氧化菌等）的生长的抑制是亟待解决的难题。
[0006]专利技术人基于长期的实践研究发现，在胶珠制备过程中采用纳米曝气形式增加凝胶溶液中的气泡，并通过冷冻将气泡固定在胶珠内部，则能够大为提高胶珠的内外传质（物质交换）性能；进一步的，为解决冷冻交联及凝胶内部蕴含孔隙会降低胶珠的抗拉、抗压强度的问题，通过化学交联进一步强化多孔胶珠的强度性能。
[0007]根据本公开的一个方面，本专利技术提供一种包埋微生物的凝胶颗粒，由PVA
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SA凝胶液、悬菌液所混合成的菌胶混合液制成，对所述菌胶混合液进行纳米曝气并冷冻成型颗粒料。
[0008]根据本公开的一个方面，向冷冻成型的颗粒料中添加质量比为5%氯化钙饱和硼酸溶液进行化学交联，以增强其强度。
[0009]根据本公开的一个方面，所述菌胶混合液中PVA
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SA凝胶液、悬菌液的体积比为5：1。
[0010]根据本公开的一个方面，所述悬菌液MLSS为0.9～1.1 g/L。
[0011]根据本公开的一个方面，还提供了所述的凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，包括
以下步骤：（1）制备PVA
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SA凝胶溶液：将聚乙烯醇和海藻酸钠粉末水浴加热2h，得PVA
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SA凝胶溶液；（2）制备菌胶混合液：将所述PVA
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SA凝胶溶液冷却至25℃～30℃后与悬菌液完全混合，得菌胶混合液，并对其进行纳米曝气后注入颗粒塑形模具内；（3）制备凝胶颗粒：将所述菌胶混合液冷冻2 h后脱模，加入5%氯化钙饱和硼酸溶液内化学交联12h，得凝胶颗粒。
[0012]根据本公开的一个方面，在步骤（1）中聚乙烯醇和海藻酸钠的质量分数比为8:1。
[0013]根据本公开的一个方面，在步骤（3）中，所述菌胶混合液的冷冻温度为零下20℃。
[0014]根据本公开的一个方面，在步骤（3）中，所述化学交联时的水浴温度为25℃～30℃。
[0015]根据本公开的一个方面，还提供了所述包埋微生物的凝胶颗粒在污水处理中的应用。
[0016]另外，需要指出的是，本专利技术中曝气产生的气体主要以气泡形式存在于凝胶液中，胶体本身传质性较差，氧气并不能得到有效传播，针对气泡与凝胶接触面处，采用提高包埋浓度至0.9～1.1g/L，曝气速率控制在5～10ml/min，300ml混合液曝气时间为10～12min。曝气时间随溶液体积成比例变化，不改变曝气速率大小等方式来弥补气泡与凝胶接触面处微生物（如厌氧氨氧化菌等）活性的损失。
[0017]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：1. 本申请所制备的多孔凝胶颗粒，在增大孔隙率之后，凝胶颗粒内部与外界物质传输阻力减低，一方面厌氧氨氧化反应产生的氮气可以快速排除，降低凝胶颗粒膨胀破裂的风险；另一方面，多孔结构使得后续增殖微生物（如厌氧氨氧化菌等）得以附着，在内部孔隙表面形成新的生物膜。
[0018]2. 本申请以聚乙烯醇与海藻酸钠为原料，辅以纳米曝气可显著改善凝胶颗粒内部结构，提高内部孔隙率，强化凝胶颗粒传质性能，为微生物提供更优的生长环境。
附图说明
[0019]图1是本申请一实施例中纳米曝气强化凝胶颗粒传质性能流程图。
[0020]图2是本申请一实施例中纳米曝气凝胶颗粒（球形）内部剖面图。
[0021]图3是本申请一实施例中传统凝胶颗粒（球形）内部剖面图。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例来说明本专利技术的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本专利技术，并不以任何方式限制本专利技术的范围。
[0023]在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的生化试剂和试验材料如无特别说明，均为市售产品；所涉及的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
[0024]实施例一、包埋微生物的凝胶颗粒的制备方法：
（1）制备PVA
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SA凝胶溶液：在装有250ml蒸馏水的烧杯中加入8%聚乙烯醇与1%海藻酸钠，在恒温95℃水浴锅内水浴加热2h，期间设30min对溶液进行搅拌。得PVA
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SA凝胶溶液。
[0025]（2）制备菌胶混合液：将制得的PVA
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SA凝胶溶液冷却至25℃。取100ml厌氧氨氧化污泥在8000rpm下离心5min，撇除上清液取底部的浓缩污泥，通过蒸馏水稀释至50ml，控制厌氧氨氧化污泥MLSS 为0.9～1.1g/L。
[0026]将处理后的污泥悬菌液加入凝胶溶液中，配置成300ml的污泥凝胶混合液。将纳米曝气盘放入凝胶底部，在10ml/min的曝气速率下曝气10min，得菌胶混合液。
[0027]其中纳米曝气盘的型号为YFQ
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005纳米盘，直径5cm；厂家为江苏吴焱环保节能科技有限公司。
[0028]（3）制备凝胶颗粒：通过20ml注射器吸取菌胶混合液滴入直径3mm球形模具下，零下20摄氏度冷冻2h，等待3min进行脱模。将300ml脱模后的菌胶混合颗粒加入300ml交联剂（5%氯化钙饱和硼酸溶液，配置方法为：先用4g硼酸溶解于100ml水中，如果不够可以再加，直到溶解不了为止，再加入5g氯化钙）中，在25℃下化学交联12h，然后用去离子水清洗3次多孔凝胶颗粒，清洗掉凝胶颗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包埋微生物的凝胶颗粒，由PVA
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SA凝胶液、悬菌液所混合成的菌胶混合液制成，其特征在于，对所述菌胶混合液进行纳米曝气并冷冻成型颗粒料。2.根据权利要求1所述的凝胶颗粒，其特征在于，向冷冻成型的颗粒料中添加质量比为5%氯化钙饱和硼酸溶液进行化学交联，以增强其强度。3.根据权利要求1所述的凝胶颗粒，其特征在于，所述菌胶混合液中PVA
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SA凝胶液、悬菌液的体积比为4～6：1。4.根据权利要求1所述的凝胶颗粒，其特征在于，所述悬菌液MLSS为0.9～1.1 g/L。5.权利要求1所述包埋微生物的凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备PVA
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SA凝胶溶液：将聚乙烯醇和海藻酸钠粉末水浴加热1～3h，得PVA
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SA凝胶溶液；（2）制备菌胶混合液：将所述PVA

【专利技术属性】
技术研发人员：刘奥，杨森，刘冰岩，张薛龙，王金辉，彭赵旭，
申请(专利权)人：温县中投水务有限公司，
类型：发明
国别省市：