微生物固定化橡膠顆粒水處理填料的制備及性能研究
摘要：介紹了橡膠顆粒水處理填料的微生物固定化方法，制備出試驗(yàn)樣品，并利用生物流化床小型試驗(yàn)裝置進(jìn)行性能研究。結(jié)果表明投加了微生物固定化的橡膠顆粒填料的生物膜流化床系統(tǒng)處理污水，排水水質(zhì)達(dá)到了城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)中一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：固定化微生物 污水處理 橡膠顆粒填料
一、引言
固定化微生物技術(shù)，是利用化學(xué)或物理的手段將游離細(xì)胞定位于限定的空間區(qū)域，并使其保持活性，能被重復(fù)和連續(xù)使用的一種新型生物技術(shù)[1，2]。在水處理中采用固定化細(xì)胞，有利于提高生物反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度；有利于反應(yīng)后的固液分離；有利于除氮、除去高濃度有機(jī)物或某種難降解物質(zhì)，是一種高效低耗、運(yùn)轉(zhuǎn)管理容易、十分有前途的污水處理技術(shù)。
二、固定化微生物填料的制備
1、制備原料
微生物固定化方法一般選用聚乙烯醇海藻酸鈉包埋或海藻酸鈉硅藻土包埋。
本試驗(yàn)以聚乙烯醇和橡膠顆粒填料為母體，通過微生物干粉菌體與橡膠填料以及聚乙烯醇形成合成高分子凝膠，從而將微生物包埋固定在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，形成微生物固定化的橡膠顆粒填料。
微生物酶制劑干粉該微生物干粉為歐洲EUROVIX S.r.l.開發(fā)的Micropan系列第三代生物制劑，產(chǎn)地在意大利。
2、制備方法
微生物固定化的橡膠顆粒填料的方法，步驟如下：
①橡膠填料為80%的舊輪胎粉末和20%的其它物質(zhì)相攪拌，并壓縮形成直徑為5-8mm的顆粒；
②聚乙烯醇（PVA）海藻酸鈉包埋：配制30ml 10%聚乙烯醇和2%海藻酸鈉混合溶液兩份，高溫溶解混合均勻冷卻后；
③將微生物酶制劑干粉加入去離子水中攪勻，爾后加入步驟二中溶液，繼續(xù)攪拌至均勻得到膠體；
④將橡膠顆粒填料和步驟三膠體按比例混合，然后放置于搖床，在25℃、轉(zhuǎn)速130r/min條件下交聯(lián)24小時。然后取出，用生理性鹽水沖洗三次，在室溫下保存于去離子水中備用，得到微生物固定化的橡膠顆粒填料。
微生物固定化后的橡膠顆粒填料。該填料以聚乙烯醇和橡膠顆粒填料為母體，通過微生物干粉菌體與橡膠填料以及聚乙烯醇形成合成高分子凝膠，從而將微生物包埋固定在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，形成微生物固定化的橡膠顆粒填料。具有原料易得、適應(yīng)性強(qiáng)、便于操作、節(jié)約資源、減少對環(huán)境的污染、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
該填料的性能通過污水處理小型試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。
三、試驗(yàn)方法
本實(shí)驗(yàn)采用碳化菌和硝化菌分別固定化填料按3：1比例投加到流化床小型試驗(yàn)裝置中，進(jìn)行污水處理實(shí)驗(yàn)。
四、性能研究
利用生物膜流化床小試試驗(yàn)裝置進(jìn)行污水處理實(shí)驗(yàn)，在系統(tǒng)啟動期間，COD的平均去除率達(dá)到了58.6%，啟動過程結(jié)束。啟動方式采用接種污泥法。接種污泥取自北京市威嘉污水處理廠（盧溝橋污水處理廠），經(jīng)過僅1小時的運(yùn)輸過程即投加到流化床小型試驗(yàn)系統(tǒng)中，污泥活性較好，因此馴化期只有短短的幾天。
在進(jìn)水流量為10.0L/h的情況下，進(jìn)水COD平均濃度為459mg/L，出水COD平均濃度為180.8 mg/L，COD去除率平均為81.6%。由于試驗(yàn)污水水質(zhì)遠(yuǎn)高于正常生活污水水質(zhì)參數(shù)且處于剛剛馴化結(jié)束期，因此本工況下，出水略高于一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。
在進(jìn)水流量為20.0L/h的情況下，COD去除率平均為83.1%。
在進(jìn)水流量為15L/h的情況下，COD去除率平均為83.4%，出水COD濃度平均為55mg/L，出水滿足城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級B標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)水氨氮濃度平均64.53mg/L，出水濃度平均3.42mg/L。氨氮平均去除率為94.57%，最高97.9%，最低88.2%。
本部分試驗(yàn)水質(zhì)氨氮濃度偏高，處理效果明顯。雖然沒有達(dá)到高氨氮低COD的原水要求，但從去除率和出水效果上看，微生物固定化的橡膠顆粒填料用于高污水氨氮的處理是可行的。
從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，應(yīng)用固定化微生物填料啟動的流化床小型試驗(yàn)裝置，處理量為15L/h，出水指標(biāo)達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)中一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。其處理后出水水質(zhì)為（括號內(nèi)數(shù)值為水溫低于12℃時的控制指標(biāo)）：COD≤60mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤20mg/L，TN=20 mg/L，NH3-N≤8（15）mg/L。
五、結(jié)論
1、以廢舊輪胎膠粉為主要原料生產(chǎn)生物填料，是一項(xiàng)以廢治廢、符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求的新型環(huán)保技術(shù)；
2、以聚乙烯醇和橡膠顆粒填料為母體，通過微生物干粉菌體與橡膠填料以及聚乙烯醇形成合成高分子凝膠，從而將微生物包埋固定在凝膠網(wǎng)絡(luò)中，形成微生物固定化的橡膠顆粒填料。具有原料易得、適應(yīng)性強(qiáng)、便于操作、節(jié)約資源、減少對環(huán)境的污染、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
3、應(yīng)用固定化微生物填料啟動的流化床小型試驗(yàn)裝置，處理量為15L/h，出水指標(biāo)達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)中一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。
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