本发明属于污水处理，具体涉及一种使得细菌等微生物在mbbr载体表面形成生物膜的挂膜工艺。
背景技术：
1、目前在众多的生物污水处理方法中，公认的最为经济有效的方法为移动床生物膜反应器(moving-bedbiofilmreactor，mbbr)污水处理法。其污水处理原理为，通过在污水处理设备中填装具有高比表面积的mbbr载体，为微生物提供附着场所，使得其在mbbr载体表面大量富集、繁殖，形成具有高生物量的生物膜，最终依靠生物膜内多种污水处理微生物自身代谢降解污染物、净化污水。
2、生物膜作为移动床生物膜反应器污水处理的核心部分，其形成过程——挂膜的快慢将直接影响反应器的启动进程。经研究发现，细菌等微生物在mbbr载体表面的挂膜主要包括以下几个阶段：(1)可逆粘附阶段，即微生物利用纤毛、菌丝、鞭毛等胞外细胞器粘附于mbbr载体表面。(2)不可逆黏附阶段，即微生物通过分泌胞外多聚物(extracellularpolymeric substances，eps)增强自身和mbbr载体之间的粘附作用。(3)水凝胶包裹层形成阶段，即随着eps分泌量的增多，形成水凝胶覆盖于细胞表面。(4)成熟生物膜形成阶段，即细胞与mbbr载体以及细胞之间通过eps胶粘在一起，形成三维骨架。
3、在微生物挂膜技术领域，考虑到挂膜工艺相对成熟，目前mbbr载体挂膜的相关研究多被载体改性或者氨氮生物降解菌剂等研究所取代。近来，少数挂膜研究学者将研究方向聚焦在微生物挂膜的可逆黏附阶段，希望通过将载体表面的负电荷转换为正电荷，加强载体与呈现负电荷微生物的静电作用，最终实现微生物在载体表面的快速挂膜。如专利cn111100321b中公开了一种对聚氨酯载体表面进行改性以促进挂膜效果的方法，包括以下步骤：(1)将聚氨酯载体浸渍在铁锰盐溶液中，得到表面带有正电荷的聚氨酯载体；(2)用等离子体处理带有正电荷的聚氨酯载体使其表面产生活性自由基，而后用海藻酸钠聚合阴离子溶液接触活性自由基，引发接枝聚合形成共价键；(3)最后，将接枝好的mbbr载体浸渍在壳聚糖聚合阳离子溶液中，利用海藻酸钠与壳聚糖之间的静电作用进行层层自组装，形成生物相容性好、化学稳定性高的聚氨酯载体。
4、该专利通过浸渍改性，提高了微生物在可逆粘附阶段的挂膜效率，在此基础上，其融合了低温等离子体接枝聚合法和层层自组装法，使得壳聚糖和海藻酸钠通过静电力驱动形成聚电解质膜，增加了载体表面的稳定性。该种聚氨酯载体虽然可以在可逆粘附阶段与微生物之间通过静电作用相互吸引，实现快速挂膜，但是由于静电吸引是一种弱相互作用，主要通过静电作用形成的引力是无法将微生物牢固地固定在载体表面的，因此在实际投入使用的过程中载体表面的生物膜容易脱落，难以应对污水处理过程中的水力剪切。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种挂膜速度快、生物膜牢固的mbbr载体挂膜工艺，其通过以下技术方案实现：
2、一种mbbr载体挂膜工艺，包括以下步骤：
3、s1、使用低温等离子体反应气体处理mbbr载体，得到改性mbbr载体；
4、s2、在装载有污水的反应器内接种好氧硝化细菌，使之扩培，得到菌液；
5、s3、向菌液中加入改性mbbr载体和n-酰基高丝氨酸内酯，使得改性mbbr载体表面初步成膜，得到第一挂膜体系；
6、s4、向第一挂膜体系中接种厌氧反硝化细菌，使得改性mbbr载体表面形成生物膜，得到第二挂膜体系。
7、在使用移动床生物膜反应器对污水进行处理的过程中，需要借助曝气、推流系统使得已经负载有生物膜的mbbr载体在污水中进行充分流化，促进生物膜对污水的充分接触。这意味着曝气、推流都将会对mbbr载体表面施加一定的推力，研究表明，不当的推力是生物膜脱落的主要原因之一。除此之外，当移动床生物膜反应器处理高污染负荷水体时，大量的有毒有害物质可以对微生物产生毒性作用，抑制其附着和生长，最终导致mbbr载体表面的生物膜无法正常维持，从而容易脱落。
8、为使得生物膜在mbbr载体表面牢固附着，以应对上述水力剪切、高污染负荷水体冲击，本发明先是通过低温等离子体表面处理法，使得电离的气体与mbbr载体表面分子键结合引入大量的官能团；其次，通过在初步成膜阶段向菌液中添加n-酰基高丝氨酸内酯信号因子以显著提高微生物分泌的eps的含量，由于eps本身含有羟基、羧基、氨基磷酰基等官能团，因此mbbr载体与eps之间将发生交联反应形成共价键，组成相互交织的网状结构，使得微生物被牢固的固定在mbbr载体表面。在此基础上，大量的eps可以提高生物膜对环境压力的抵抗能力以应对高污染负荷水体的冲击。具体的，eps一方面可以阻挡有毒物质侵入微生物，另一方面在污水中营养物质短缺的条件下还可作为碳源或能源被微生物所利用。
9、本发明在挂膜工艺上，先使得好氧硝化细菌在mbbr载体表面初步成膜，充分发挥好氧细菌快速繁殖的优势，让mbbr载体表面初步成膜；此时再在第一挂膜体系接种厌氧反硝化细菌，厌氧细菌将向低氧气含量的mbbr载体内部进行运动，并利用第一挂膜体系中的n-酰基高丝氨酸内酯进行快速挂膜，这解决了厌氧细菌挂膜难的技术问题。
10、综上本发明通过低温等离子改性、信号因子引入、特殊的挂膜顺序等工艺，兼顾了微生物挂膜的多个阶段，可以在缩短挂膜进程的同时，强化生物膜与mbbr载体表面之间的连接强度。
11、作为优选，s1中反应气体为氧气。
12、使用氧气对mbbr载体表面进行低温等离子体处理，一方面可以在mbbr载体表面引入大量的含氧官能团，另一方面等离子体放电产生的电子、离子将对mbbr载体表面进行刻蚀，这可以增大载体的比表面积，进一步为微生物的附着提供场所，提高污水处理效果。
13、作为优选，s1中mbbr载体的制备方法为：
14、s1、预聚：将多元醇、异氰酸酯、聚乳酸的混合物预聚，得到聚氨酯预聚体，所述混合物中异氰酸酯指数大于1；
15、s2、发泡：向聚氨酯预聚体中加入发泡剂、催化剂、匀泡剂和扩链剂，使之发泡得到聚氨酯骨架；
16、s3、浸渍：将聚氨酯骨架浸渍在多元醇中，使之聚合得到mbbr载体。
17、本案申请人发现，当mbbr载体的机械强度较低时，基于载体的破损亦会导致生物膜的部分脱落，因此在本技术方案中，通过将聚乳酸引入聚氨酯预聚体进行共混改性，增加了聚氨酯软链段和硬链段的有序性和紧密度，从而有效提高了聚氨酯骨架的机械强度。在此基础上通过浸渍工艺赋予了mbbr载体较为稳定的包覆层，以应对微生物对mbbr载体本身的降解与侵蚀。
18、作为进一步优选，所述mbbr载体中包含有无机吸附粉末，所述无机吸附粉包括沸石粉、活性炭或者电气石中的一种或几种。
19、聚氨酯骨架中软链段与硬链段之间形成的交联结构不仅会增加聚氨酯骨架的机械强度，与此同时随着交联密度的增加，聚氨酯骨架表面越来越粗糙。因此此时在mbbr载体中引入无机吸附粉末进行无机改性，一方面，粗糙的聚氨酯骨架表面为无机吸附粉末的粘结提供了极佳的结合位点，无机吸附粉末在后续污水处理的过程中不易溶出；另一方面，粗糙的聚氨酯骨架表面意味着可以负载有更多含量的无机吸附粉末，这可以强化无机吸附粉末本身的性能。具体的，电气石可以作为微生物促生长因子，促进硝化细菌的快速繁殖以形成生物膜，此外电气石和活性炭粉末还能有效吸收和降解污水中的有毒物质，提高移动床生物膜反应器的系统稳定性；沸石粉可快速富集微污染水体中的氨氮，形成高氨氮富集区，因此污水处理的效率更高。
20、作为优选，s3中n-酰基高丝氨酸内酯包括c6-hsl、3-oxo-c6-hsl、c10-hsl和3-oxo-c12-hsl中的一种或几种。
21、作为进一步优选，s3第一挂膜体系中n-酰基高丝氨酸内酯的浓度为1-2μmol/l。
22、作为优选，s3中改性mbbr载体在反应器中的投配体积比为8-15％。
23、作为优选，s4还包括：向第一挂膜体系中接种有光合细菌。
24、光合细菌与厌氧反硝化细菌均是厌氧菌，因此当在第一挂膜体系中接种光合细菌和厌氧反硝化细菌后，两者将均向低氧气含量的mbbr载体内部进行运动，因此在厌氧反硝化细菌挂膜的同时，光合细菌可以提供有机物作为厌氧反硝化细菌生长繁殖的碳源和能量来源。
25、作为优选，s4的第二挂膜体系中溶解氧浓度为0.5-1.0mg/l。
26、作为优选，mbbr载体挂膜工艺还包括：s5、动态驯化培养：向第二挂膜体系中引入污水的同时排放污水，对生物膜进行动态驯化培养，动态驯化培养中水力停留时间为6-12h。
27、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
28、(1)本发明先是通过低温等离子体表面处理法，使得电离的气体与mbbr载体表面分子键结合引入大量的官能团；其次，通过在初步成膜阶段向菌液中添加n-酰基高丝氨酸内酯信号因子以显著提高微生物分泌的eps的含量，由于eps本身含有羟基、羧基、氨基磷酰基等官能团，因此mbbr载体与eps之间将发生交联反应形成共价键，组成相互交织的网状结构，使得微生物被牢固的固定在mbbr载体表面。
29、(2)本发明在挂膜工艺上，通过先将好氧硝化细菌在mbbr载体表面初步成膜，充分发挥好氧细菌快速繁殖的优势，使得mbbr载体表面初步成膜；此时再在第一挂膜体系接种反硝化细菌，厌氧细菌将向低氧气含量的mbbr载体内部进行运动，并利用第一挂膜体系中的n-酰基高丝氨酸内酯进行快速挂膜，这解决了厌氧细菌挂膜难的技术问题。
30、(3)本发明通过引入聚乳酸作为共混改性材料并配合浸渍工艺，制备的mbbr载体具有极佳的机械性能，在实际投入使用的过程中可以良好的应对水力剪切、气流冲击以及载体之间的摩擦碰撞，解决了mbbr载体破损而引发的生物膜部分脱落的技术问题；进一步的通过以聚乳酸改性聚氨酯骨架为有机架构，采用有机无机杂化技术，极大提高了mbbr载体的比表面积，强化了无机吸附粉末的功能，因此为硝化细菌的生长挂膜提供了良好的环境。