[发明专利]一种基于网状载体的厌氧氨氧化细菌固定化直筒状生物活性填料制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，特别涉及一种基于网状载体的厌氧氨氧化菌固定化直筒状生物活性填料制备及应用。

背景技术

厌氧氨氧化技术（ANAMMOX）是目前己知的最为经济的生物脱氮途径，荷兰Delft大学Strous等的研究表明，在厌氧氨氧化过程包括细胞合成在内的生物反应过程可表示为式（1）

NH₄⁺+1.32NO₂^‐+0.066HCO₃^‐+0.13H⁺→

1.02N₂+0.26NO₃^‐+0.066CH₂O_0.5N_0.5+2.03H₂O（1）

由ANAMMOX的生物反应特点可以看出，ANAMMOX与传统的硝化反硝化技术相比，具有需氧量低、运行费用低和不需外加碳源等优点。

由于ANAMMOX菌的倍增时间长，细胞产率较低（公认的倍增时间为11d，而有报道的最快倍增时间也达到4.8d），因此为了在反应器内保持相对稳定的厌氧氨氧化细菌量，厌氧氨氧化反应器要求的固体停留时间相对较长。同时，在厌氧氨氧化细菌的研究中还发现，只有在细胞密度高于10¹⁰‐10¹¹个/mL时，厌氧氨氧化菌才能显现出ANAMMOX活性。厌氧氨氧化细菌的这种细胞密度特性与细菌中普遍存在的群体感应（Quorum sensing）现象相符。群体感应是一种普遍存在于微生物细胞之间的通讯机制，它具有根据菌群密度和周围环境变化来调节基因表达从而控制细菌群体行为的功能。因此，如何保持其在反应器中较高的细胞密度并防止珍贵的ANAMMOX细菌从反应器中流失已经成为了当前研究的重点。

微生物细胞固定化技术可以大幅度提高微生物浓度，使微生物不易流失、缩短反应器启动时间、抗毒性和耐酸碱、耐盐能力明显增强，能纯化和创造特性细菌的生态优势，产生特性高效反应，显示出良好的应用前景。微生物细胞常用的固定化方法有吸附法、交联法和包埋法。其中，以包埋法最为常用，已成功用于微生物细胞包埋的材料有聚乙烯醇、琼脂、K‐卡拉胶、明胶、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚氨酯等。上述包埋材料具有对微生物无毒性、传质性能好、不易被生物分解、性质稳定、机械强度高、寿命长、价格低等特点。

目前，传统的细菌包埋方法是将细菌与包埋材料结合在一起形成包埋体，例如微球、包埋块等。此方法操作简单，但局限性大，无法理想应用到工程实际当中。实验研究表明，利用现有的拉西环、鲍尔环、阶梯环、悬浮改性填料等传统载体与包埋体通过粘附方式结合起来制得的生物活性填料均存在整体稳定性差、包埋体容易脱落、细菌流失等问题。

针对上述问题，我们开发出一种整体稳定性好的厌氧氨氧化细菌固定化直筒状生物活性填料及其制备方法。

发明内容：

本发明的目的在于开发一种基于网状载体的厌氧氨氧化细菌固定化直筒状生物活性填料，该生物活性填料载体的网状结构设计，使厌氧氨氧化细菌包埋体通过网孔形成整体的铆固结构，细菌包埋体不易脱落，并且包埋体能在网状结构载体上形成毫米级的薄膜结构，使厌氧氨氧化细菌生物活性填料整体稳定性好，利于保持较高的细菌浓度，整体通透性好，传质效果好。生物活性填料由于网状骨架结构的存在使厌氧氨氧化细菌包埋体可以实现结构厚度较小的同时又不失整体结构对水处理运行环境的适应性，较小的厚度能实现较高的传质效率和厌氧氨氧化细菌包埋体较高的利用率，从而利于生物膜表面基质的传质过程和氮气的散失。此外，单纯使用厌氧氨氧化细菌包埋体自身材料做成如此厚度在水处理工艺处理单元里是无法实现良好填料性能的。将厌氧氨氧化细菌与网状载体的有机包埋结合不仅继承了厌氧氨氧化细菌与载体材料的各自优点，与现有的厌氧氨氧化细菌固定化技术相比操作更加方便、工艺更加简单、造价低廉、运行稳定。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种基于网状载体的厌氧氨氧化细菌固定化直筒状生物活性填料，其特征在于：所述的直筒状生物活性整体是中空直筒状，筒壁是网状的，组成网孔的网丝被厌氧氨氧化细菌包埋体通过网孔包埋形成整体的铆固结构，细菌包埋体在网状结构上形成毫米级的薄膜结构。