幾種交聯(lián)劑對PVA固定化活性污泥的活性比較

1、ISSN 1000 20054清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2004年第44卷第12期6 31CN 1122223 N J T singhuaU niv （Sci&Tech）, 2004, Vol 44, No. 12160321605, 1609幾種交聯(lián)劑對PVA固定化活性污泥的活性比較普利鋒，趙剛，王建龍（清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院，環(huán)境技術(shù)研究室，北京100084）1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Di

2、sc Co., Ltd. All rights reserved.摘 要：為了優(yōu)化選擇聚乙烯醇(PVA )固定化方法中的交聯(lián)劑，運用氧吸收速率作為評價指標(biāo)，對聚乙烯醇(PVA )固定化方法中不同交聯(lián)劑對固定化活性污泥的生物活性的影 響進行了研究。采用3種不同交聯(lián)劑，即飽和硼酸+ 1% CaC 12、50% N aNO 3+ 1% CaCS、飽和硼酸 + N aH2PO 4,制 得PVA固定化污泥。通過測量不同營養(yǎng)液中固定化污泥的 氧吸收速率，比較了 3種固定化顆粒中自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌的生 物活性。試驗結(jié)果表明：在經(jīng)過活化之后，各類固定化污泥 的生物活性和穩(wěn)定性均得到很大的提高；而且在3種顆粒中，采

3、用飽和硼酸+ N aH2PO4作為交聯(lián)劑制得的固定化顆 粒,其自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌的生物活性最高；該法為利用PVA載體固定化活性污泥的較好方法。關(guān)鍵詞：微生物活性；固定化；氧吸收速率；聚乙烯醇中圖分類號：X 172文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1000 20054 ( 2004) 1221603 203Com par is on of m icrobi a l activ ity ofactiva ted sludge immobilized in polyv inylalcohol gel by var ious reagen tsPU L ife ng , ZHAO Ga ng , WANG Jian

4、long(Laboratory of Env ironmen tal Technology ,In stitute of Nuclear and New Energy Technology ,Tsinghua Un iversity , Be ij ing 100084, China)Abstract : The oxygen uptake rate was used to characterize the m icrobial activity of immobilized activated sludge in m proved po lyvinyl alcoho l (PVA ) gel

5、 and different reagents. T ests compared the biological activity of th ree kinds of mmobilizati on beads of activated sludge, including the m icrobial activity of bo th auto trophic and hetero trophic bacteria from different types of synthetic w astewater m edia T he experi mental results show ed th

6、at the m icrobial activity and stability of the th ree kinds of particles w ere improved after activati on. The beads m ade of PVA , boric acid and monobasic sodium pho sphate are the best immobilized ones in term s of the m icrobial activity and m echanical stability .Key words: m icrobial activity

7、; immobilizati on; oxygen uptake rate (OU R); polyvinyl alcoho l ( PVA )固定化微生物技術(shù)應(yīng)用于廢水處理，有利于提 高反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度，利于反應(yīng)后的固液分離， 縮短處理所需的時間。微生物的固定化方法主要有 表面吸附技術(shù)、交聯(lián)技術(shù)、包埋技術(shù)和自身固定化 （微生物細(xì)胞間自交聯(lián)固定化）等幾種方法1,2。聚乙烯醇（polyvinyl alcoho l, PVA ）是一種微 生物包埋固定化載體3°。本文采用PVA作為包埋 材料,運用不同的交聯(lián)劑制備了幾種活性污泥包埋 顆粒。該方法把經(jīng)過培養(yǎng)的活性污泥包埋在PVA與交聯(lián)劑反

8、應(yīng)生成的半透明聚合物內(nèi)，這是一種多孔的聚合物，小分子底物和反應(yīng)的代謝產(chǎn)物可以自由 地通過這些多孔，而微生物細(xì)胞卻不能移動，從而實 現(xiàn)活性污泥中的微生物在被固定的同時保持其生物 活性。但是，由于微生物的敏感性，在包埋過程中，不 同包埋材料和交聯(lián)劑都會對微生物的活性造成不同 程度的影響。本文 采用氧吸收速率（oxygen uptake rate, OU R）的方法7對幾種用不同交聯(lián)劑制成的活性污 泥PVA顆粒進行生物活性的比較研究，希望能夠?qū)宦?lián)劑的使用實現(xiàn)優(yōu)化選擇。1材料1 1微生物高碑店污水處理廠曝氣池活性污泥；加 200m g L的BOD營養(yǎng)液（葡萄糖、谷氨酸配置）曝 氣培養(yǎng)3d。1 2 P

9、VA顆粒制備2,4,5將10%的PVA與1%的海藻酸鈉加熱溶解，作 為包埋材料;將經(jīng)過培養(yǎng)的污泥用濾紙過濾得濃縮收稿日期：2004202224基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目（59978020; 50327802;50325824）作者簡介：普利鋒（19792,男（彝）,云南，碩士研究生。E2n ail： plf01m ails. tsinghua. edu cn通訊聯(lián)系人：王建龍，教授，E2mail: w angjl tsinghua. edu cn1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

10、1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.1604清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2004, 44(12)濕污泥；將濃縮污泥與冷卻后的包埋材料按照1 2氣，使其中的溶解氧（DO）濃度達到飽和或接近飽1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.1604清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2004, 44(12)的比例均勻混合。和；然后將適量固定化污泥顆粒與營養(yǎng)液混合于反1995-2005 Tsinghua Tongfa

11、ng Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.1604清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2004, 44(12)1. 3交聯(lián)過程及顆粒分類將PVA和污泥的混合體用 20mL的注射器滴 加到交聯(lián)劑中，靜置一段時間后，用紗布濾出可得直 徑為 A 5mm的白色小球，用生理鹽水（0 9%的 N aCI溶液）沖洗干凈后放入塑料水樣瓶，保存在冰箱中。B組：交聯(lián)劑為飽和硼酸與1%的CaCl2混合溶 液,交聯(lián)時間為10h。N組：交聯(lián)劑為50%的N aNO3和1%的CaCb 混合溶液，交聯(lián)時間為3 hoP組：交聯(lián)劑首先為飽和硼酸溶液 ，交聯(lián)2h后 濾出顆粒，轉(zhuǎn)置到1molL的

12、N aH?PO4溶液中繼續(xù) 交聯(lián)2 ho1. 4營養(yǎng)液配置異養(yǎng)營養(yǎng)液（COD溶液）配制：稱取1. 031 g葡 萄糖，用去離子水溶解，定容于1 000 mL的容量瓶 中,制得1 000mg L的COD原液,應(yīng)用時按適當(dāng)比 例進行稀釋。自養(yǎng)營養(yǎng)液（NH42N溶液）配制：稱取536 m g N H 4HCO 3> 380mg M gSO4 7H2O、20mg CaCh 2HQ 和87 m g K2H PO4用去離子水溶解 ，定容于 1 000mL的容量瓶中,制得100m g L的Nm2M原 液,應(yīng)用時按適當(dāng)比例進行稀釋 。1. 5 PVA顆?；罨瘜⒈浔４?0 d的PVA顆粒（B、N、P三組

13、） 分別置于COD為200m g L , NH4J為20m g L的 溶液中曝氣活化20ho2實驗方法氧吸收速率的測量采用自制的溶解氧測量系 統(tǒng),如圖1所示。利用溶解氧測量儀對反應(yīng)器中的溶解氧進行監(jiān) 測,并通過微型計算機記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)間隔可達應(yīng)器中，用磁力攪拌器均勻攪拌，采用O rion 850A型溶解氧儀（t herm o E lectron Co rpo rati on, U SA） 作為反應(yīng)器中DO濃度變化的檢測儀，自編寫程序 與個人計算機連接實現(xiàn) DO數(shù)據(jù)實時記錄。根據(jù)所 記錄數(shù)據(jù)，作QDO 2t曲線。根據(jù)QDO 2t曲線,按 下式計算氧吸收速率：OU R = TDOt1- rDO

14、2.t2 - t1式中：t為測量時間，QDO 1為測量開始時的溶解 氧濃度，QDO 2為測量結(jié)束時的溶解氧濃度 。本實驗中每次試驗取顆粒 8g,營養(yǎng)液80mL。利用本研究建立的測量方法，分別取B、N、P三組顆粒（每組顆粒又分為經(jīng)過活化和未經(jīng)活化兩 種）,加入到含 250mg L COD的異養(yǎng)營養(yǎng)液 、含 25m g L N H 42N的自養(yǎng)營養(yǎng)液和同時含250m g LCOD與25m g L N H 42N的混合營養(yǎng)液中，測量反應(yīng) 體系中DO的變化，然后計算OU R值。3結(jié)果與討論3 1未活化的 PVA固定化污泥顆粒的DO變化曲線PVA固定化污泥顆粒長期保存時，顆粒中的微 生物長期處于休眠狀態(tài)

15、，其活性和穩(wěn)定性可能受到 影響。圖2所示的是3種方法制備所得的固定化污泥 保存一定時間后，未經(jīng)活化，直接檢測的耗氧情況。由圖2可以看出，在沒有經(jīng)過活化的情況下，這 三種方法制備的PVA固定化污泥顆粒都表現(xiàn)出較 差的生物活性和生物穩(wěn)定性。在20m in的反應(yīng)時間 里，DO的下降值很小，遠小于經(jīng)過活化的同種顆粒 在15m in內(nèi)的DO下降值。在圖2a中可以看出，未經(jīng) 活化的B組顆粒中異養(yǎng)型微生物的生物活性低于其 他兩種顆粒；而由圖2b、圖2c可以看出，在自養(yǎng)型 硝化細(xì)菌參加耗氧作用后，B組顆粒的OU R得到了很明顯的提高，甚至高于其他兩種顆粒。這說明B 組中異養(yǎng)微生物顆粒的活性較差，而自養(yǎng)型微生物

16、 的活性遠高于其他兩種固定化顆粒中異養(yǎng)型微生物 的活性。3 2活化過的 PVA固定化污泥顆粒的DO變化曲線活性污泥顆粒中微生物對 DO的消耗可以分為1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.1604清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2004, 44(12)兩部分：自養(yǎng)微生物的硝化作用消耗氧和異樣微生1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.1604清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2004, 44(12)取COD或N

17、H4昭 原液按適當(dāng)比例稀釋后曝物氧化有機物消耗氧。在僅含COD的溶液中表現(xiàn)出1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.1604清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2004, 44(12)1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.普利鋒，等：幾種交聯(lián)劑對PVA固定化活性污泥的活性比較16051995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights

18、reserved.普利鋒，等：幾種交聯(lián)劑對PVA固定化活性污泥的活性比較1605*».0TT 韋二 OOJU圖2未活化顆粒在不同營養(yǎng)液中的QDO -t圖FT 苣二 ocjW4一一.=邑二 OOP（a）在昇淬艸養(yǎng)液屮圖3活化后顆粒在不同營養(yǎng)液內(nèi)的DO-t圖TTg 二OdW的是異養(yǎng)微生物消耗氧的情況 ，在僅含有NH42N的 溶液中表現(xiàn)出的是自養(yǎng)微生物進行硝化作用消耗溶 解氧情況，而一般的生活污水中既含有 COD物質(zhì)又 含有N H42N物質(zhì)，體現(xiàn)出來的是在兩類細(xì)菌的共同 作用下的耗氧情況。測量過程中，取固定化污泥顆粒的濃度為 0. 1 g mL，測量時間間隔為 t2- ti = 15 m

19、in。由圖3和表1可以看出，無論在自養(yǎng)營養(yǎng)液、異養(yǎng)營養(yǎng)液或表1 活化后顆粒在不同營養(yǎng)液內(nèi)的OUR比較營養(yǎng)液組®DO 1冋DO 2OU R-1mg L-1m g Lm g L1 - 1 m inB8 337 830033異養(yǎng)N7 836 200109P7 503 730251B8 358 040021自養(yǎng)N7 776 830063P7 705 480148B8 437 890036混合N7 826 080116P7 543 460272是混合營養(yǎng)液中，采用硼酸與磷酸二氫鈉作為交聯(lián) 劑制得的PVA固定化污泥顆粒（P組）,其OU R都 是最大的。這說明了在B、N、P三種固定污泥顆粒 中,不

20、論是自養(yǎng)型微生物還是異養(yǎng)型微生物的代謝，P組中的PVA固定化污泥顆粒都是最旺盛的,同時也說明了 P組污泥的包埋方法對污泥的生物活性影 響最小，使污泥生物活性得到了最大程度的保留。4結(jié)論PVA固定化污泥顆粒有效地保留了活性污泥中微生物的活性（包括自養(yǎng)微生物和異養(yǎng)微生物 ）。固定化污泥顆粒經(jīng)過長時間保存后，其微生物活性和穩(wěn)定性需要得到恢復(fù)。因此,在使用長時間保 存過的PVA固定化污泥顆粒之前需將其曝氣活化。采用硼酸溶液與磷酸二氫鈉作為交聯(lián)劑，制得的固定化污泥顆粒在經(jīng)過活化后表現(xiàn)出的生物活性 最高，這種交聯(lián)方法是利用 PVA固定化污泥的較好 方法。（下轉(zhuǎn)第1609頁）滲透層通過的液量很少；聚合物驅(qū)具

21、有一定的調(diào)剖 作用，隨著聚合物溶液的注入，高滲透層吸液量有所 下降，中低滲透層吸液量有所上升；在調(diào)剖驅(qū)油過 程中,交聯(lián)調(diào)剖體系能夠有效封堵高滲透層,隨著調(diào)剖體系的注入，高滲透層吸液量大幅度下降，中低滲 透層吸液量大幅度增加。根據(jù)計算結(jié)果分析，所建立 的調(diào)剖模型能夠很好模擬調(diào)剖驅(qū)油機理。5結(jié)論1）建立了描述聚合物交聯(lián)調(diào)剖驅(qū)油過程的數(shù)學(xué)模型，模型通過水相粘度和滲透率下降系數(shù)的變 化模擬調(diào)剖驅(qū)油機理。水相粘度和滲透率下降系數(shù) 表述為交聯(lián)劑濃度、聚合物濃度、pH值和成膠時間 的函數(shù)。該模型能夠模擬調(diào)剖驅(qū)油具有的流度控制 驅(qū)油機理以及所發(fā)生的對流、彌散、擴散、吸附等一系列物化現(xiàn)象。2）利用典型地質(zhì)模型進

22、行了聚合物交聯(lián)調(diào)剖 驅(qū)油機理模擬計算，模擬計算結(jié)果表明所建立的聚 合物交聯(lián)調(diào)剖驅(qū)油數(shù)學(xué)模型能夠正確地模擬調(diào)剖驅(qū) 油機理，具有較強的實用性。3）利用數(shù)學(xué)模型可以通過數(shù)值模擬方法輔助進行聚合物交聯(lián)調(diào)剖驅(qū)油的機理研究、實際應(yīng)用可行性研究、礦場方案優(yōu)選和動態(tài)預(yù)測，提高調(diào)剖驅(qū)油 開發(fā)的經(jīng)濟效益。參考文獻(Refere nces)1 李明遠，鄭曉宇，林梅欽，等 交聯(lián)聚合物溶液深部調(diào)驅(qū)先 導(dǎo)試驗J .石油學(xué)報，2002，23 (6): 72- 76.L I M ingyuan, ZHENG X iaoyu, L IN M eiqin, et al Experi m ent in situ taking li

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27、td. All rights reserved.普利鋒，等：幾種交聯(lián)劑對PVA固定化活性污泥的活性比較16051995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.普利鋒，等：幾種交聯(lián)劑對PVA固定化活性污泥的活性比較1605(上接第1605頁)參考文獻 (Refere nces)1 王建龍.生物固定化技術(shù)與水污染控制M .北京：科學(xué)出 版社,2002.WAN G Jianlong. Immobilizati on Techniques of Biocatalysts and W ater Polluti

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