一种强化硫自养反硝化复合载体填料的制备及应用

本发明属于废水处理，尤其涉及一种强化硫自养反硝化复合载体填料的制备及应用。

背景技术：

1、硫自养反硝化利用脱氮假单胞菌，在缺氧条件下以单质硫作为电子供体，no3--n作为电子受体，从而实现反硝化脱氮的过程。利用该方法在处理低c/n污水时，与利用异养型兼性厌氧细菌的传统反硝化工艺相比，具有产泥量极少、无需外加碳源、运行操作费用低等优点。然而，硫自养反硝化技术还面临许多新的挑战，例如效率不高、菌种易流失等。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种强化硫自养反硝化复合载体填料的制备及应用。

2、微生物包埋固定化技术在废水处理中的应用具有生物量高、优势菌种明显、流失少、处理装置占地少、产泥量低等优点，可使系统在更苛刻的条件下获得更好的处理效果。为了提高微生物的负载和载体的可重复性，通常将无机载体和有机载体按特定比例一起使用(即复合载体)，复合载体表现出无机载体和有机载体的互补优势，选择合适的固定化载体取决于许多因素，包括可重复使用、无毒和成本效益。因此，本发明通过使用复合载体利用生物炭和聚乙烯醇提高固定化微球在废水处理中的性能。

3、针对目前在废水处理工艺中，硫自养反硝化反应速率低，水力停留时间长、脱氮假单胞菌生长繁殖速度较慢，菌体易流失等问题，本发明将脱氮假单胞菌、用于对硫自养反硝化速率进行调节的核黄素、生物炭以及聚乙烯醇一起进行固定包埋，制成生物填料，不仅可以提高微生物菌体的活性，防止其流失，而且核黄素对微生物外细胞周质中硝酸盐还原酶的增加有促进作用，有利于提高反硝化脱氮反应速率和转化率。细胞色素c作为电子传递载体，是穿越细胞膜到硝酸盐还原酶和一氧化氮还原酶的关键蛋白。核黄素增加细胞色素c活性，增强微生物之间的电子传递，促进细胞聚集和生物膜的形成。此外，核黄素可选择性地促进蛋白质的合成，分泌的核黄素蛋白通过被eps吸收或与eps结合而发挥调控作用。本发明制备的生物填料具有很好的实际应用价值，可用于硫自养反硝化脱氮工艺。

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

5、一种强化硫自养反硝化复合载体填料，包含复合载体和包埋物；所述复合载体由聚乙烯醇和生物炭复合而成，所述包埋物由核黄素和脱氮假单胞菌复合而成。

6、进一步地，所述聚乙烯醇在复合载体中的质量分数为4-6％(w/v)，所述生物炭在复合载体中的质量分数为1-2.5％(w/v)。

7、进一步地，所述核黄素在包埋物中的质量百分数为1.5-3.5％；所述脱氮假单胞菌与复合载体的体积比为10∶1。

8、进一步地，所述脱氮假单胞菌的培养方法包括以下步骤：将脱氮假单胞菌接种到富集液体培养基中培养，得到富集液体菌液，离心，获得湿菌体。

9、进一步地，所述富集液体培养基的制备方法为：5g硫代硫酸钠、1g葡萄糖、0.01g十二水合氯化亚铁、2g磷酸二氢钾和0.5六水合氯化镁混合；调节体系ph值为7.0，高温灭菌，得富集液体培养基。

10、本发明还提供一种所述的强化硫自养反硝化复合载体填料的制备方法，包括以下步骤：

11、(1)将聚乙烯醇加入水中，加热至95-99℃使其变成粘稠液体，冷却至25-35℃，加入生物炭，灭菌，冷却至室温，得到复合载体；

12、(2)在所得复合载体中依次加入假单胞菌和核黄素，搅拌混匀；得到的混合物滴入交联剂中进行反应，得到固定化微球，冷冻，解冻风干，得到强化硫自养反硝化复合载体填料。

13、进一步地，所述固定化微球的直径为3-5mm；所述交联剂为氯化钙的水溶液，其中氯化钙的质量浓度为3％。

14、进一步地，所述冷冻是在-20℃以下冷冻保存12-24h；所述解冻风干是在0-3℃下解冻风干1-2h，然后在室温下解冻风干6h。

15、本发明还提供一种所述强化硫自养反硝化复合载体填料在废水处理中的应用，脱氮过程中使用的反应器本体为上升流式反应器，反应器本体内由下至上依次为进水区、填料区和出水区，进水区连通进水系统，出水区连通出水系统，填料区内填充所述强化硫自养反硝化复合载体填料和硫磺。

16、与现有技术相比，本发明具有如下优势：

17、本发明以核黄素为氧化还原介体，包埋于复合载体中，不仅大大提高了硫自养反硝化的速率，还能缩短水力停留时间，有效降低废水处理成本。本发明通过将核黄素、假单胞菌一起包埋于复合载体中，可以提高复合填料的传质效果，将分散核黄素和菌体有效分散于载体中，避免聚合和菌体流失，有利于保持假单胞菌的处理能力。

18、聚乙烯醇水凝胶具有弹性好、柔韧性大、含水率高等优点。本发明以聚乙烯传作为细胞固定化的载体材料的主要成分之一，具有材料吸附-生物降解的综合作用。此外，将生物炭作为载体材料的另一组成成分是由于生物炭比表面积大、材料孔隙率高、吸附能力强，可以起到富集脱氮假单胞菌的效果以增加其浓度。

19、本发明提供的运用上述包埋核黄素和脱氮假单胞菌的生物填料及其脱氮工艺，具有反应池启动快，水力停留时间短的优点，具有非常良好的工业应用前景。

技术特征：

1.一种强化硫自养反硝化复合载体填料，其特征在于，包含复合载体和包埋物；所述复合载体由聚乙烯醇和生物炭复合而成，所述包埋物由核黄素和脱氮假单胞菌复合而成。

2.根据权利要求1所述的强化硫自养反硝化复合载体填料，其特征在于，所述聚乙烯醇在复合载体中的质量分数为4-6％(w/v)，所述生物炭在复合载体中的质量分数为1-2.5％(w/v)。

3.根据权利要求1所述的强化硫自养反硝化复合载体填料，其特征在于，所述核黄素在包埋物中的质量百分数为1.5-3.5％；所述假单胞菌与复合载体的体积比为10∶1。

4.根据权利要求3所述的强化硫自养反硝化复合载体填料，其特征在于，所述脱氮假单胞菌的培养方法包括以下步骤：将脱氮假单胞菌接种到富集液体培养基中培养，得到富集液体菌液，离心，获得湿菌体。

5.根据权利要求4所述的强化硫自养反硝化复合载体填料，其特征在于，所述富集液体培养基的制备方法为：5g硫代硫酸钠、1g葡萄糖、0.01g十二水合氯化亚铁、2g磷酸二氢钾和0.5六水合氯化镁混合；调节体系ph值为7.0，高温灭菌，得富集液体培养基。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的强化硫自养反硝化复合载体填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述固定化微球的直径为3-5mm；所述交联剂为氯化钙的水溶液，其中氯化钙的质量浓度为3％。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻是在-20℃以下冷冻保存12-24h；所述解冻风干是在0-3℃下解冻风干1-2h，然后在室温下解冻风干6h。

9.一种如权利要求1-5任一项所述的强化硫自养反硝化复合载体填料在废水处理中的应用，其特征在于，脱氮过程中使用的反应器本体为上升流式反应器，反应器本体内由下至上依次为进水区、填料区和出水区，进水区连通进水系统，出水区连通出水系统，填料区内填充所述强化硫自养反硝化复合载体填料和硫磺。

技术总结
本发明公开了一种强化硫自养反硝化复合载体填料的制备及应用，属于废水处理技术领域。包含复合载体和包埋物；所述复合载体由聚乙烯醇和生物炭复合而成，所述包埋物由核黄素和脱氮假单胞菌复合而成。本发明将核黄素、脱氮假单胞菌、复合载体一起包埋，可以提高传质效果，有效分散核黄素和菌体，避免菌体流失，有利于保持脱氮假单胞菌的处理能力。

技术研发人员：刘艳芳,刘柏利,邢琳琼,李再兴,岳琳,胡广志
受保护的技术使用者：河北科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1