申请日2014.03.11
公开(公告)日2014.05.28
IPC分类号C02F3/34; C02F3/10
摘要
本发明公开了一种生物质微生物载体的制备方法。它先将生物质粉碎获得50～200目颗粒物;按10～90%比例添加聚乙烯原料，充分混合均匀后按单片2～20g称量混合原料加入模具，在5～40MPa下压制1～15min，脱模后在140～160℃下热塑10～80min，取出冷却得到热塑后生物质微生物载体样品。本方法工艺简单，制品成本低廉，是一种高负载、耐久性强、简单易行的生物膜载体制备新方法，制品可用作各类特殊废水的微生物处理工艺，具有广阔的市场前景。
权利要求书
1. 一种生物质微生物载体的制备方法，其工艺步骤如下：
A、秸秆粉碎：将各类秸秆在经过初步破碎后，进行粉碎加工，获得秸秆颗粒物粒径在50～200目，根据需要，可对各粒径以及各类秸秆进行混合使用;
B、聚乙烯配比：按比例添加聚乙烯原料，聚乙烯添加质量百分比范围为10～80%;
C、混匀称量：将秸秆颗粒与聚乙烯颗粒搅拌10～30min，充分混合均匀，按单片2～20g称量混合原料;
D、挤压成型：将准备好的混合料加入模具，加压5～40MPa，压制时间为1～15min，取出脱模可得制品原样;
E、热塑定型：将制品原样在140～160℃下热塑10-80min，取出冷却得到热塑后载体样品;
F、冲压成品：根据污水处理需要，可对热塑后载体样品进行冲压制孔处理，孔密度为20～60%。
2.根据权利要求1所述的生物质微生物载体的制备方法，其特征在于，所述的生物质原料为农林废弃物秸秆、木料;所述的粘合剂是以聚乙烯为代表的各种常见塑料制品原料。
3.根据权利要求1所述的生物质微生物载体的制备方法，其特征在于，所制微生物载体由农林废弃物和聚乙烯混合热塑形成;工业规模化生产时，采取高压成型与热塑加工分步或同步进行均可。
4.根据权利要求1所述的生物质微生物载体的制备方法，其特征在于，所制微生物载体可根据需要对其冲压制孔处理，孔密度为20～80%;成孔方式也可在制品压制成型过程中同步进行。
5.根据权利要求1所述的生物质微生物载体的制备方法，其特征在于，所制微生物载体由于是压制、热塑成型，可根据要求利用模具制成任何形状与尺寸。
6.根据权利要求1所述的生物质微生物载体的制备方法，其特征在于，所制微生物载体可用于各种有机废水微生物膜处理中，也作为载体用于重金属废水等各类工业特殊废水的微生物处理。
说明书
一种生物质微生物载体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物质微生物载体的制备方法，属于资源与环境技术的技术领域。
背景技术
在水处理法中，生物膜法是利用附着生长于某些固体表面的微生物 ( 即微生物膜) 进行污水处理的方法。近年来，以其处理效率高，耐冲击负荷 ，运行稳定，污泥产量小及经济节能等优点在废水处理中得到了广泛应用。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类组成的生态系统。其附着的固体介质称为滤料或载体。载体是生物膜工艺的核心部分，在好氧、兼氧及厌氧过程中均发挥着重要的作用，而载体的材质、比表面积大小、布水布气性能、表面粗糙度、强度及密度等因素对该工艺的处理效果具有直接影响。
随着社会对环境的重视，生物膜载体的使用量不断增加，对生物膜载体的研究逐渐增多，如何获得亲水、生物亲和性高，取材方便，价格较低，耐久性强的微生物载体非常必要。
目前各种塑料制成的微生物膜载体已经在污水处理中得到广泛应用，该类载体具有高的耐磨性和抗分解性，且可通过控制其孔隙率获得合适的比重，提高其挂膜后在污水中立体空间的均匀分布，达到更好的处理效果。相关专利如：
中国专利CN1216581 A公布了一种多孔微生物载体，它是在含水状态的大小为1-20mm的聚乙烯醇缩甲醛的海绵颗粒，其含水状态的表观比重为1.0～1.2，孔隙率为50～98%，缩醛化度为30～80摩尔%，气孔径为20～300μm的聚乙烯醇缩醛系多孔体的微生物载体。该微生物载体具有优越的耐磨性、耐风化(光)性、耐微生物分解性、流动性及微生物亲合性、尤其能适用于包括流动床型的污水处理装置在内的各种生物反应器。
中国专利CN1868919公开了一种悬浮微生物载体及其制备方法。其载体为网状大孔和微孔骨架组合结构，网孔孔径0.5～2mm，骨架微孔孔径小于100μm，容重10～30kg/m3，比表面积20～100m2/g，制备方法是先将100份的聚乙烯醇配制成8～12%的水溶液，然后将50～180份40%的硫酸和30～200份甲醛液先后加入到聚乙烯醇水溶液中，20～60℃温度反应5～20分钟，再加入5～50份粉末状无机填料，高速搅拌，注入耐酸模具中。通过微孔气体分布器，通入预热空气发泡，使料液体积增大2～10倍，40-80℃温度处理4～24小时，本载体集微孔大表面、大孔通透性、亲水性及强吸附性于一体，具有传质性能好、微生物亲和性优良、生物负载量高、物理化学稳定性好、悬浮流动性及制造成本低等特点。
为了提高塑料类微生物载体的微生物亲和性，有人通过改变外形，增加表面不规则性，提高微生物负载率，例如：
中国专利CN1958474一种与微生物形体相适应的悬浮生物载体及其制备方法，发明涉及水处理生物载体，更具体的是指一种与微生物形体相适应的悬浮生物载体及其制备方法。该法采用聚合物挤出机，喷嘴装配有截面带有凹槽，且内表面粗糙的模具;通过该模具挤出截面有凸起、表面粗糙的丝状聚合物体;由若干根丝状聚合物体缠绕形成任意层任意外观形状的悬浮生物载体。载体采用的丝状聚合物体丝径为1～3mm;丝状聚合物体螺旋缠绕时选用的螺旋直径为6～8mm，螺距为4～7mm，本发明提供的悬浮生物载体，与污水中微生物形体相适应，结构简单，制备便捷，成本低，使用时流体力学特性优良，易推广应用。
利用秸秆等生物质做为生物膜载体，具有很好的微生物负载率。相关发明专利如：
中国专利CN102502961A公布了一种微生物载体及其制造方法。该微生物载体是将原本不能作为微生物菌床的杉木切片经开孔后，形成高载菌量的微生物菌床，使用该微生物载体能实现用少量的杉木切片净化处理大量的有机废弃物。其制造方法为：在杉木切片中混合远红外线放射矿石，然后将其放入加热炉内，通过该加热炉内壁镶嵌的远红外线放射矿石及杉木切片中混合的远红外线放射矿石发出的远红外线，对杉木切片进行内外加热开孔后，取出杉木切片中的远红外线放射矿石，即得到具有多孔性的高载菌量的杉木切片微生物载体。本发明的微生物载体具有比表面积大、孔隙率高、多菌群共生、载菌量高的优点，能大大提高微生物净化处理能力和日处理量。
中国专利CN102199631A公开了一种用玉米秸秆纤维作载体制备固定化酵母细胞并用于餐厨废弃物发酵生产燃料乙醇的方法。该发明专利内容是将玉米秸秆经过纤维素酶修饰后作为载体制备固定化酵母细胞，并通过对餐厨废弃物中的生物质废弃物进行酶解，离心分离，调节糖度和pH值，然后接种固定化酵母细胞进行厌氧发酵，蒸馏提纯得出工业乙醇。本发明采用的固定化细胞方法具有操作方便、成本低、发酵过程中传质效率高及可实现重复分批发酵和连续发酵等特点;此外本发明采用餐厨废弃物为原料生产燃料乙醇还具有原料便宜、投资少、成本低等特点，且实现了餐厨废弃物的无害化、减量化和资源化。
中国专利CN102701461A中公开了一种处理废水的微生物载体的构建方法，是以小麦秸秆或者其它植物遗体为微生物固定化载体、以海绵或多孔塑料为支撑材料，将微生物固定化载体和支撑材料掺混均匀后填充至污水处理体系内以构建处理废水的微生物载体的方法。采用本方法的生物膜法中载体对微生物的亲和性佳，且微生物的营养供应好;而且，采用本方法的污水处理体系具有抗污水的高负荷冲击的特性，可以直接处理高浓度及性质稳定的染化污水，无需再对污水进行稀释以缓解具“三高”特性的染化污水所带来的高负荷冲击问题。
从以上资料中可以看出，目前有关微生物载体的有点和不足之处可以总结如下：在已有微生物载体相关专利中，塑料类载体目前较为常用，其耐久性好，可塑性强，易通过调节孔隙率提高比表面积并获得合适比重，增强其挂膜后的悬浮性。但该类载体的亲水性和生物亲和性，挂膜时间长。对于目前已有的秸秆等生物质类微生物载体而言，多以生物质直接作为载体，虽然其亲生物性强，挂膜时间短，但其耐久性差，降解较快，不适合在污水处理中进行长期挂膜处理。如何提高载体的机械强度，延长使用寿命，控制可降解性，是该类载体得以广泛应用所要亟待解决的问题。
发明内容
为了克服已有技术方案的不足，本发明提供一种高负载、低成本、简单易行的生物质微生物载体的制备方法。
本发明的技术方案是：一种生物质微生物载体的制备方法，它是将水稻、玉米、油菜、小麦等各类秸秆粉碎至所需粒径颗粒后，添加聚乙烯原料，高压成型并热塑处理，形成强度高、比重接近于水、比表面积大的生物质微生物载体。
具体工艺步骤依次是：
A、秸秆粉碎：将各类秸秆在经过初步破碎后，进行粉碎加工，获得秸秆颗粒物粒径在50～200目，根据需要，可对各粒径以及各类秸秆进行混合使用;
B、聚乙烯配比：按比例添加聚乙烯原料，聚乙烯添加质量百分比范围为10～80%;
C、混匀称量：将秸秆颗粒与聚乙烯颗粒搅拌10～30min，充分混合均匀，按单片2～20g称量混合原料;
D、挤压成型：将准备好的混合料加入模具，加压5～40MPa，压制时间为1～15min，取出脱模可得制品原样;
E、热塑定型：将制品原样在140～160℃下热塑10～80min，取出冷却得到热塑后载体样品。
、冲压成品：根据污水处理需要，可对热塑后载体样品进行冲压制孔处理，孔密度为20～60%。
本发明的主要优点：①本方法利用农林废弃生物质作为污水处理微生物载体，具有对微生物较高的亲和性，有利于微生物挂膜;②粉碎后的生物质制备成的微生物载体，具有较大比表面积，具有更优的微生物负载量;③利用聚乙烯作为粘结剂制备的微生物载体，可塑性强;④本方法制备的微生物载体，耐久性好，能满足污水处理过程中长期曝气冲击要求;⑤该方法制备的微生物载体比重接近与水，在水体中呈现悬浮状，有利于生物膜在污水立体空间的均匀分布，提高处理效果;⑥本方法是利用农林废弃物制备微生物载体，是废弃物资源化再利用，具有变废为宝的特点;⑦所制微生物载体主要由农林废弃物和聚乙烯混合热塑形成，工艺相对简单，制品成本低廉。该方法是一种高负载、低成本、简单易行的微生物载体制备新工艺，制备的微生物载体可以用作城市废水、工业各类特殊废水的微生物处理工艺中，具有广阔的市场应用前景。
