申请日2014.12.19
公开(公告)日2015.04.22
IPC分类号C02F3/34; C12N11/14; C02F3/10
摘要
本发明提供一种用于污水处理的改性生物酶木炭填料，由以下方法制备：1)把经过振动过筛和磨圆的自然木炭，以喷雾的方式加入改性剂，自然木炭重量与改性剂的重量比例是3：1;2)加入混合酶剂并充分搅拌后静止，混合酶剂的加入量与自然木炭的质量比为1：1000-2000;3)使用负压真空泵抽真空后，通风干燥，最后制成含水量为8-10%的生物酶木炭填料。本发明解决曝气生物滤池等生物填料附载生物量低、活性差、使用寿命短的问题。本发明的填料由于微生物活性高，具有自我更新的能力，可以长期使用。
权利要求书
1.一种用于污水处理的改性生物酶木炭填料，其特征在于，所述改性生物酶木炭填料由以下 方法制备：
1)把经过振动过筛和磨圆的自然木炭，以喷雾的方式加入改性剂，自然木炭重量与改性剂的 重量比例是3：1，所述改性剂包括A液和B液：所述A液按重量百分比计包括1-5%氨基葡萄糖、 1-5%盐酸氨基葡萄糖和0.5-4%硫酸氨基葡萄糖中的任意一种或几种的混合，余量为水，所述 A液各组分之和为100%;所述B液按重量百分比计包括5-20%玉米浆，4-20%蛋白胨，0.5-3% 硫酸铵，0.1-2%硫酸铁，0.1-2%磷酸二氢钾、0.1-2%硫酸镁和1-5%的酵母中的任意一种或几 种的混合，余量为水，所述B液各组分之和为100%;
2)加入混合酶剂并充分搅拌后静止，混合酶剂的加入量与自然木炭的质量比为1：1000-2000， 混合酶剂包括2-20%果胶酶、5-20%蛋白酶、5-20%脂肪酶、5-25%纤维素酶、5-20%过氧化氢 酶和5-20%淀粉酶中的任意一种或几种的混合，余量为水，所述混合酶剂各组分之和为100%;
3)使用负压真空泵抽真空后，通风干燥，最后制成含水量为8-10%的生物酶木炭填料。
2.如权利要求1所述的改性生物酶木炭填料，其特征在于，所述A液和B液的体积比为 1:0.5-1.2。
3.如权利要求1所述的改性生物酶木炭填料，其特征在于，所述自然木炭是经过800-1200℃高 温碳化的阔叶林、针叶林树枝或竹子根蔸碳化材料。
4.如权利要求1所述的改性生物酶木炭填料，其特征在于，所述自然木炭的比表面积为 100m2/g以上。
5.如权利要求1所述的改性生物酶木炭填料，其特征在于，所述步骤1)中的喷雾时间为15-25 分钟，喷雾的过程翻动木炭。
6.如权利要求1所述的改性生物酶木炭填料，其特征在于，所述步骤2)中的静止时间为15-30 分钟。
7.如权利要求1所述的改性生物酶木炭填料，其特征在于，所述步骤3)中的真空泵压力为 65-75KPa，抽真空时间为20-40分钟。
8.如权利要求1所述的改性生物酶木炭填料，其特征在于，所述步骤1)中磨圆后的木炭的颗粒 直径为6-20mm。
9.如权利要求1所述的改性生物酶木炭填料，其特征在于，所述步骤3)中的干燥温度小于45℃。
10.如权利要求1所述的改性生物酶木炭填料，其特征在于，所述步骤1)中的过筛是把自然木 炭颗粒通振动过筛机，控制自然木炭颗粒直径5cm-25cm之间。
说明书
一种用于污水处理的改性生物酶木炭填料
技术领域
本发明涉及生物新材料领域，具体涉及一种用于污水处理的改性生物酶木炭填料。
背景技术
曝气生物滤池工艺是于20世纪80年代末和90年代初开创的污水处理技术，由于具有水力 负荷大、水力停留时间短、出水水质好、运行能耗低，运行费用少等的特点而受到人们越来 越多的关注。曝气生物滤池技术实质是在生物反应池内充填填料，在其填料表面和内部布满 生物膜，通过生物膜中微生物氧化分解作用，以及生物膜的吸附阻留作用和在填料间形成的 食物链分级捕食作用，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。为此填料表面和内部生 物膜的形成，脱落和更新的速度和质量，直接影响到曝气生物滤池工艺对污水的净化效能。 所以，开发附载生物数量高、种类多，而且具有生物活性，使用寿命长的填料，一直以来是 作为提高曝气生物滤池工艺效能的关键措施。
作为具有“活性”的生物填料，必须具备以下几个条件;
1、首先要求具有比较大的比表面积，为微生物的栖息和繁殖提供必要的生活场所，尽可 能保持高的微生物量。
2、要求填料的素质和结构能诱导有益微生物进入填料的内部，并提供融合多种有利于微 生物快速附着生长的微量元素和活性酶，而且具有容易附着和固定的载体,在填料的表面和内 部持续进行酶促反应，保持微生物的活性，当生物膜落后便于消化分解和自动更新。
3、具有固定和容纳多种类微生物的立体空间，有利于保护不同的微生物共同存在、发挥 协同作用，延长食物链的分级捕食作用。
4、填料的形状有利于在水流动经过时，形成对曝气气泡动的重复切割作用和一定规则的 紊动作用，通过气促水的运动、增大污水中有机物与填料的接触面积，提高传质作用效果。
目前开发的填料几乎都难以同时都具有上述的优点，例如多数填料虽然拥有较大的比表 面积，但是很难保证内部的微孔隙相互连通，而且很难维持填料内部微生物的活性。有些研 究材料尽管添加了微生物酶活性促进剂，有的在后期的填料制作过程由于制造工艺等原因失 去其活性作用，有的没有考虑处理对象以及微生物种类不同，对酶活性剂的组成和比例进行 相应的调整，难以激活和维持酶促反应持续进行。
中国发明专利CN101665282A“一种环保生物填料及其制备方法”。它采用经碳化处理的稻 壳，尽管比表面积比较大(2000m2/m3)，但由于没有对碳化后的表面负电荷进行处理，以及 稻壳内部的微孔隙数量也较少，所以其挂膜的速度和数量都受到了限制。
中国发明专利CN101767865B“一种用于污水处理的填料及其制备方法”。该发明填料由聚 氨酯泡沫材料，微生物生产促进剂，微生物激活剂，活性生活酶和活性泥制成按一定比例直 接放入污水处理反应器内经过24-72小时曝气，即得到污水处理的填料。由于添加的微生物激 活剂和活性生活酶过于单一，而且这些添加物直接与污水反应，难以诱导微生物进入到材料 内部进行酶促反应。
中国发明专利CN1314600C“改性微生物填料及其制备方法”，该发明高密度聚乙烯，再生 胶粉，轻质碳酸钙，甲壳素，炭黑混合加入到丙酮混合溶液，让丙酮自然挥发后，投入螺杆 挤出机中，熔融挤出成型。由于使用马来酸酐，过氧化二异丙苯以及丙酮的化学药剂性质， 降低了材料素质对微生物的亲和性，同时经过熔融挤压后，破坏了材料内部的微孔隙结构。
中国发明专利CN102838204A“一种处理高浓度难降解废水的活性填料及其制备方法”。该 发明把酶促活性调节剂，高分子聚合物，加工改型剂按一定比例混合后，经过135-215度软化 后，经模具挤出成型。由于经过高温后，酶促活性调节剂的成分与高分子聚合物以及加工改 型剂紧密结合，减弱了酶促活性调节剂的作用。
发明内容
本发明的目的是为了针对现有填料的不足之处，提供一种用于污水处理的改性生物酶木 炭填料。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种用于污水处理的改性生物酶木炭填料，所述改性生物酶木炭填料由以下方法制备：
1)把经过振动过筛和磨圆的自然木炭，以喷雾的方式加入改性剂，自然木炭重量与改性 剂的重量比例是3：1，所述改性剂包括A液和B液：所述A液按重量百分比计包括1-5%氨基葡 萄糖、1-5%盐酸氨基葡萄糖和0.5-4%硫酸氨基葡萄糖中的任意一种或几种的混合，余量为水， 所述A液各组分之和为100%;所述B液按重量百分比计包括5-20%玉米浆，4-20%蛋白胨， 0.5-3%硫酸铵，0.1-2%硫酸铁，0.1-2%磷酸二氢钾、0.1-2%硫酸镁和1-5%的酵母中的任意一 种或几种的混合，余量为水，所述B液各组分之和为100%;
2)加入混合酶剂并充分搅拌后静止，混合酶剂的加入量与自然木炭的质量比为1： 1000-2000，混合酶剂包括2-20%果胶酶、5-20%蛋白酶、5-20%脂肪酶、5-25%纤维素酶、5-20% 过氧化氢酶和5-20%淀粉酶中的任意一种或几种的混合，余量为水，所述混合酶剂各组分之 和为100%;
3)使用负压真空泵抽真空后，通风干燥，最后制成含水量为8-10%的生物酶木炭填料。
上述方案中，所述A液和B液和体积比为1:0.5-1.2。
上述方案中，所述自然木炭是经过800度-1200度高温碳化的阔叶林、针叶林树枝或竹子 根蔸碳化材料。
上述方案中，所述自然木炭的比表面积为100m2/g以上(测试方式为BET法氮吸附比表 面积测试仪)。
上述方案中，所述步骤1)中的喷雾时间为15-25分钟，喷雾的过程翻动木炭。
上述方案中，所述步骤2)中的静止时间为15-30分钟。
上述方案中，所述步骤3)中的真空泵压力为65-75KPa，抽真空时间为20-40分钟。
上述方案中，所述步骤1)中磨圆后的木炭的颗粒直径为6-20mm。
上述方案中，所述步骤3)中的干燥温度小于45℃。
上述方案中，所述步骤1)中的过筛是把木炭颗粒通振动过筛机，控制木炭颗粒直径 5cm-25cm之间。
本发明中磨圆是指通过颗粒打磨机，去除炭粒边缘容易破碎的部分，消除使用初期因曝 气和水流动摩擦等原因，容易出现破碎的炭粉“黑水”流出的现象。
本发明的生物酶木炭填料的净化原理为：利用木炭具有的特殊空间结构和巨大的比表面 积，通过在木炭表面喷涂高分子聚合物表面改性剂和微生物酶促进反应调节剂，并通过负压 进入到填料内部，中和与屏蔽木炭表面和微孔隙管壁上的负电荷，创造微生物在木炭表面和 内部的微孔隙管壁快速附着和大量繁殖的生态环境，同时为固定化酶提供载体。所述固定化 酶技术是在负压的状态下添加生物酶，通过木炭的物理吸附和高分子聚合物离子键和共价键 的结合，把所需的多种生物酶固定在木炭填料上，诱导特定微生物菌落进入木炭填料的微孔 隙内部进行酶促反应，保持微生物的活性，提高反应器的处理效率和效果。
所述改性剂的作用为：对木炭表面和内部进行改性，去除木炭表面负电荷以及提供微生 物繁殖的营养物质和生物酶的固定载体。通过木炭材质改性剂喷涂和浸泡后，木炭表面以及 孔隙管壁上的负电荷被改性剂中的金属离子和天然高分子聚合物上的氨基所中和与屏蔽，消 除了木炭表面负静电荷对微生物的相排斥作用，为微生物在木炭上附着繁殖创造了条件;同 时通过天然高分子聚合物上的氨基，羧基、环氧基等活性基团与微生物肽链氨基酸残基作用 形成离子键结合或共价键结合，有效的将微生物和酶固定在载体上;通过改性剂中提供的微 生物繁殖需要的微量元素和活性因子成分，缩短了前期驯化微生物的时间，为微生物在木炭 表面顺利着床以及诱导微生物进入到填料的微孔隙内部和大量繁殖，以及维持酶促反应的进 行提供了必要的环境和条件。
所述生物酶剂的作用：把多种生物酶固定在木炭内部微孔隙中。通过负压的作用，让木 炭材质改性剂混合液和混合生物酶进入到木炭微孔隙内，在材料表面覆盖了一层天然高分子 聚合物和微生物繁殖所需要的营养物质，其成分上金属离子，氨基，羧基、环氧基等活性基 团与微生物肽链氨基酸残基作用形成离子键结合或共价键结合，将酶固定在载体上。为特定 的微生物群菌在木炭颗粒表面快速附着和大量繁殖创造了条件。通过固定化酶技术，在多种 生物酶进行复合作用下，加大了酶促反应的效果，除了能提高对污水各种污染物的去除之外， 并有效的分解微生物分泌的代谢产物，消除填料之间和填料内部污泥的累积，同时发挥酶促 反应特有的永久高效性能，让填料具有自我净化自我更新的能力，延长填料的使用寿命。通 过实验证明，生物酶木炭在酶促反应作用下，填料内微生物呈现“微生物极爆效应”，即延长 了微生物的指数生长期，微生物的数量达到了1010-12/g,而且能维持其活性。