[00119453]增强低温生活污水脱氮效果的新型PVA填料开发研究

水体氨氮污染问题日益严重,且低温脱氮难度大、成本高。提高细菌代谢状态以及提高细菌数量是解决该问题的重要方向。固定化微生物技术具有抵抗不良环境,实现快速、大量的细菌增殖的特点。我国在填料的开发等领域与国外仍存在一定距离,导致常见填料材料力学性能与附载微生物性能不能兼备,难实现传质性、机械强度、使用寿命同时满足的情况。而国外研发的一种以 PVA 为核心原料的微生物固定化载体凝胶填料因其微生物富集量高、系统启动快、容积负荷高等优点已在国外多个领域的废水处理工程中得到应用。本研究团队看到该填料广泛的使用前景,进行了大量的运用研究发现在CASS 工艺中运用PVA 凝胶填料后氨氮去除率较原始状态提升 50%, 在低温条件下仍具有较好的污水处理能力及细菌附载效果。然而,使用进口填料相对国产填料成本较高,使其在我国的应用多处于实验室研究层面,大大限制了其在国内的推广,降低了其工业化应用价值。因此,本团队在前期也进行了部分制备研究工作,并取得了一定的研究成果。但是,通过团队研究结果及其他学者研究发现,其在运用过程中可达到部分预期处理效果,同时也存在急需改进的问题,如机械性能较差,溶胀效果不稳定,孔径易堵塞等问题。导致制备的 PVA 凝胶填料易破损,使用寿命较短,没有从根本上解决该 PVA 凝胶填料的高售价问题。 因此,本研究以现有填料存在的缺点切入,针对现有 PVA 水凝胶进行改性。为了避免堵塞孔道的问题,维持传质效率,利用水凝胶弹韧特性是提升填料使用寿命、微生物更新换代的主要方式。有别于传统填料通常利用水流冲击碰撞作用,使表面生长的微生物膜在曝气冲刷下更新换代这一方式,本研究在该性能达成所需条件中选择了提升填料材质的弹性,利用弹性材料挤压恢复能力强的特点,着力材料弹性提升,使其有能力实现在水力挤压下孔道内衰老期的微生物去除的目的,防止孔道堵塞,而保留更具活力、附着力强的微生物。同时,使填料具备弹韧特性并在球体流线型的作用下减少水力阻力,避免了传统填料为了提高水力冲刷下填料的使用寿命而寻求刚性的硬度亦或是柔性的软度等力学性能而导致的撞击破损或缠结的问题,更利于填料形态保持,提高使用寿命,大大降低工业化应用中因填料更换而造成的不必要人力财力消耗。 此外,引入孔径控制突破以往生物载体无差别附载,使其更利于污水处理系统中主要的作用微生物细菌在适宜孔径内附载,并得到孔径限制的保护使细菌得以躲避霉菌等原生动物及钟虫、轮虫等微型后生动物的掠食,利用细菌自然生长代谢特点实现作用微生物的更新换代。集合了孔径控制及弹韧特性两种优势,使本研究制备的新型 PVA 凝胶球填料有别于市面现存的弹性载体填料的作用方式,从单纯的表面生物膜附载转变为：内部孔道富集大量主要作用微生物大大提高作用细菌基数, 同时球体外部提供生物膜附载微生物营造微生物系统。与国内其他制孔类填料不同, 孔径控制与弹性相结合起到了大量富集作用菌并防止孔道堵塞的作用。同时,与国外已工业化水凝胶填料相比大大降低了使用成本。本研究采用价廉易得、无毒害的PVA 等原材料,从根本上降低污水处理成本,解决技术垄断的高成本问题。