一种热熔胶固定化木质纤维菌藻生物膜载体及制备方法

本发明属于污水生物处理，涉及一种热熔胶固定化木质纤维菌藻生物膜载体及其制备方法。

背景技术：

1、在当今社会以可持续发展和节能减排为导向的技术需求下，藻类-细菌共生系统污水处理技术及其相关工艺引起高度关注。目前，广泛应用于污水处理的菌藻共生系统有悬浮菌藻系统、固定化菌藻系统和菌藻生物膜系统三种形式。菌藻共生体系主要以悬浮、固定化以及菌藻共生生物膜的形式存在。在悬浮态菌藻系统中，因微藻自身尺寸小且密度接近于水，在水中多以悬浮态存在，易随出水流出，造成藻细胞流失，影响污水处理效果；固定化能够有效克服悬浮态菌藻存在的弊端，但因存在包埋基质价格昂贵、无毒无害基质难寻、操作繁琐复杂等问题，没有得到广泛应用。为突破上述两种菌藻共生技术的瓶颈，菌藻共生生物膜系统应运而生。生物膜系统是指微生物固定栖息在固体介质表面形成生物膜，生物质与污水介质天然分离。生物膜系统拥有生物质收获简单、系统运行方便、物质传质速率快、光能利用效率高、基建投资费用小等优势。

2、生物膜载体是生物膜系统中微生物赖以生存的介质，是生物膜法的核心部分，其对微生物的生长繁殖及反应器内生物量具有直接影响。为保证生物膜技术的经济性和实用性，膜的载体应环保、廉价、分布广、易获取、持久耐用、无生物毒性。木质纤维素是一种来源广泛，产量丰富的生物质资源，其具有对环境友好、可持续、可降解及可再生等诸多优点，其良好的持水性能以及表面天然粗糙可有效促进微藻细胞附着成膜，但将其作为载体在浸没式膜系统中轻飘难以沉降，其简单松散的堆积体在污水与载体存在相对位移的生物膜系统中易被水流冲走。将木质纤维颗粒载体固定于廉价的玻璃基底或块状材料表面形成载体模块可有效解决这一问题，固定化的颗粒载体模块既可水平布置，又可竖直布置以满足不同系统的要求，所形成的生物膜可通过简单的刮除操作得以收获。

3、热熔胶环保、无毒、年产量巨大、价格低廉、通用性好、粘合性能好，对几乎所有的物质均有热胶接力，是目前用量最大的木制品热熔粘接剂，其性质稳定、难生物降解、透光性好，比较适用于颗粒木质纤维材料的粘接固定。因此，可利用热熔胶固定化木质纤维颗粒材料构筑经济、高效的菌藻生物膜载体运用于废水处理，为我国实现污水处理能耗下降、碳排放减少以及资源化提供技术储备。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有菌藻生物膜载体成本高、不耐用、细胞附着效率低、不可再生的不足，提供一种热熔胶固定化木质纤维菌藻生物膜载体及其制备方法。该固定化载体表面粗糙、比表面积大、形貌丰富、菌藻细胞附着效率高且环保无毒，制备工艺简单，适合工业化生产，同时可实现生物质资源的高效利用。

2、本发明的技术方案为：一种热熔胶固定化木质纤维菌藻生物膜载体及其制备方法，包括以下步骤：

3、(1)热熔胶置于融胶设备中加热至150-190℃完全融化，通过喷胶设备将其均匀喷涂于硬质平面基底上，喷胶量为60-500g·m-2。

4、(2)即刻将10-60目干燥的颗粒状木质纤维废弃物均匀铺设于平面基底上，铺设量为100-400g·m-2，随后通过机械压实木质纤维废弃物，作用压强为30-50kpa，作用时间10-15s，冷却后得到表面粗糙、孔隙丰富的固定化木质纤维菌藻生物膜载体。

5、本发明所述的硬质平面基底为厚度为0.2-2cm硬质平面材料，优选玻璃板、有机玻璃板、塑料板或金属板。

6、本发明所述的颗粒状木质纤维废弃物为农林废弃生物质，优选锯末、蔗渣、谷壳或竹屑。

7、本发明所述的热熔胶为乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)、聚酰胺(pa)、聚烯烃(po)、聚酯(pes)等热熔胶，优选eva和pa。

8、本发明比较已有生物膜载体及制备方法，具有以下优点。

9、1.采用喷涂的热熔胶粘接颗粒木质纤维废弃物，将其固定化于硬质平面基底上，操作简单方便，具有可连续操作性，适合工业化生产。且所用热熔胶、基底和颗粒木质纤维废弃物均为廉价易得的常见材料，价格低廉，同时可通过再次加热基底和补充粘接颗粒状木质纤维材料实现载体的重复使用，突破了传统载体工艺复杂、材料代价高、可重复利用性低的瓶颈。

10、2.热熔胶和木质纤维材料生物相容性好，无生理毒性，长期处于废水中其分解物对环境无毒副作用，有效突破了传统载体的二次污染问题。

11、3.基底表面所粘接的木质纤维材料表面天然粗糙，孔隙发达，形貌丰富，可为菌藻细胞提供丰富的附着位点，缓冲流体剪切应力，促进菌藻细胞附着，挂膜效果好。同时木质纤维材料可有效吸附水分与养分，为微藻和细菌的生长繁殖起到缓效释放营养的效果，有效突破了传统载体挂膜效果差的瓶颈。

技术特征：

1.一种热熔胶固定化木质纤维菌藻生物膜载体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的硬质平面基底为玻璃板、有机玻璃板、塑料板或金属板制成的硬质平面板；所述硬质平面基底厚度为0.2-2cm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述颗粒状木质纤维废弃物为农林废弃生物质，包括锯末、蔗渣、谷壳、竹屑。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热熔胶的材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚酰胺、聚烯烃或聚酯任意一种或多种混合物。

5.权利要求1至4任一项所述方法制备得到的一种热熔胶固定化木质纤维菌藻生物膜载体。

技术总结
本发明公开了一种热熔胶固定化木质纤维菌藻生物膜载体及其制备方法，热熔胶加热至150‑190℃完全融化后均匀喷涂于硬质平面基底上，喷胶量为60‑500g·m‑<supgt;2</supgt;。将10‑60目干燥的颗粒状木质纤维废弃物均匀铺设于已喷涂有热熔胶的硬质平面基底上，通过机械压实木质纤维废弃物，作用压强为30‑50kPa、时间10‑15s，冷却后得到固定化木质纤维菌藻生物膜载体。本发明热熔胶固定化木质纤维载体能够有效资源化利用生物质废弃物，形成的载体表面粗糙、比表面积大、孔隙发达、无生理毒性、可显著促进菌藻细胞附着；且制备工艺简单、重复利用性高、经济成本低，可广泛应用于微藻的生物膜培养和菌藻生物膜法废水处理技术。

技术研发人员：张琦,路如梦,赖江玲,刘玉环,王允圃,崔宪,古志强
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12