[发明专利]透气性良好之包埋有污泥微生物的聚乙烯醇担体之制法

说明书

本发明系关于将污泥微生物固定于担体之技术，尤其有关一种使用聚乙烯醇(PVA)作为固定化担体，使其具有良好透气性。

聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，简称PVA)系将醋酸乙烯单体聚合，再经醇化而制成的水溶性树脂。PVA不具毒性，制备容易，机械强度优良，而且系市场上可获得之廉价高分子原料。因此，非常适合作为污泥微生物的固定化担体。

日本专利特开昭61-100193号揭露一使用PVA作为固定化担体之微生物或酵素固定化方法，包含将一PVA水溶液与一微生物或酵素混合，再置于一饱和硼酸水溶液中浸渍12-24小时而形成一凝胶球体。此因为所使用的硼酸具毒性及需要长时间的硼酸处理，所以不利于微生物或酵素之生物活性。

日本专利特开昭64-5490及64-5491号揭露了以硫酸盐水溶液取代前述日本专利特开昭61-100193号中之饱和硼酸水溶液进行PVA担体微生物或酵素的固定化方法，此方法虽然缩短了凝胶化时间，然而所使用硫酸盐水溶液系为高浓度30％硫酸钠或70％硫酸铵水溶液，亦对微生物或酵素之生物活性产生相当不良的影响。

以上先前技术中所揭露之微生物或酵素固定化PVA担体，因为所使用之硼酸或硫酸盐水溶液对微生物或酵素活性具有甚为不利之影响，因此其浓度不宜太高，但是当其浓度低时，不仅需要相当长的凝胶化时间，而且凝胶后的担体之机械强度亦不甚良好。

日本专利特开平1-281195号揭露了微细网目构造之PVA高含水凝胶，及于该微细网目间隙包埋微生物之PVA高含水凝胶，其制备方法乃是在冷冻回温法中，于进行PVA凝胶之前，添加多糖类或蛋白质物质如琼脂(agar)、鹿角藻胶(K-carrageenan)等天然物质而达成微细网目构造之目的。

本案发明人曾使用一硼酸水溶液进行短时间浸渍凝胶后，再以磷酸或磷酸盐水溶液进行硬化，因而获得一生物活性优良且机械强度佳之包埋有污泥微生物之PVA担体(台湾申请案号80108792)。然而，此类PVA材料所制备的凝胶担体由于其胶体结构相当致密，致使胶体内部气体分子的透过性不甚良好，于是，此类PVA凝胶担体不甚适用于会产生甲烷、氮、CO₂等气体的厌气性废水处理程序，例如脱硝反应。

因为产生的氮气会累积于担体内部，遂使得凝胶球体膨胀，而上浮于反应器之上层部分，造成实际操作上之困扰。

为了改善上述问题，本发明之目的即在提供一种具有优良透气性之包埋污泥微生物的PVA担体。

本发明之另一目的即在提供一种适用于厌气性废水处理程序之污泥微生物固定化PVA担体。

一种包埋有污泥微生物之PVA担体的制备方法，包含将污泥微生物、一浓度为5-30重量％的聚乙烯醇水溶液及一水溶性聚乙二醇混合后，再将该混合物置于一浓度为3重量％至饱和的硼酸水溶液中进行凝胶化处理10分钟至2小时而产生凝胶球体，取出该凝胶球体并以3-20重量％磷酸或磷酸盐水溶液浸渍30分钟以上使其硬化，即获得透气性良好之包埋有污泥微生物的PVA担体，其中该聚乙烯醇碱化度70％以上，聚合度介于1000-3000，而该聚乙二醇具有平均分子量500-8000，并且每100克聚乙烯醇使用5-55克聚乙二醇。

本发明方法中所使用之聚乙二醇具有在PVA凝胶及硬化过程中松弛胶体内部结构，及使其更趋均匀化的效应，而提升PVA胶体的透气性。

用于本发明方法之聚乙烯醇宜为碱化度90-99.9％以上及聚合度介于1500-2000，而用于本发明方法之聚乙烯醇水溶液之浓度宜为10-20重量％。

该聚乙二醇之用量宜为每100克聚乙烯醇使用10-35克。

本发明方法中之硼酸水溶液的凝胶化处理时间宜介于30-60分钟。

使用于本发明方法中之磷酸或磷酸盐水溶液的浓度宜为5-15重量％，浸渍时间宜介于30-60分钟。该磷酸盐较合适者为磷酸钠、磷酸钾、磷酸铵或其等之酸式盐。

本发明方法亦可将硼酸水溶液及磷酸或磷酸盐水溶液混合，而同时进行凝胶及凝胶球体之硬化，其时间介于30分钟至3小时，而以1-2小时较为适宜。

上述本发明方法所制得之包埋有污泥微生物的PVA担体，不仅因为硼酸接触时间甚短而降低硼酸对微生物或酵素之不利影响，而且其机械强度亦因使用磷酸或磷酸盐水溶液进行硬化而增强。