一种板框式生物除臭填料及制备方法与应用

技术领域

本发明属于除臭填料技术领域，具体涉及一种板框式生物除臭填料及制备方法与应用。

背景技术

生物除臭技术具有除臭效率高、成本低，基本不产生二次污染等特点，适用于体量大、中低浓度的恶臭污染治理。常见的生物除臭工艺有生物滤池、生物洗涤塔、生物滴滤床，其核心为生物除臭填料。常用的生物除臭填料主要包括两类，一类为有机填料，其自身可为微生物提供营养源，具体包括花生壳、稻米外壳、椰子外壳、甘蔗渣、玉米茬、干树皮、芦苇杆等植物类；另一类为无机填料，主要为微生物生长提供载体，具体包括泥煤、纤维性泥炭、多孔的陶粒、火山岩、沸石、兰石、聚乙烯醇纤维、海绵、贝壳等。生物除臭填料在应用过程中主要存在以下几个问题：

(1)有机填料容易被腐蚀，造成填料堵塞，除臭效果不稳定，填料更换频繁，且更换困难；

(2)无机填料微生物不容易附着，且不能提供生物生长所需营养物质，运维成本高；

(3)需要培养专门的生物菌种，处理臭气种类有限。

为解决现有生物除臭填料存在的问题，本发明旨在发明一种不需要补充营养物质，生物附着性能好，除臭效果稳定，且更换简便的生物除臭填料及制备方法与应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种板框式生物除臭填料及制备方法与应用，制备得到的填料生物附着性能好，其除臭菌种可以直接利用臭气作为营养物质进行生长，提高除臭效率，优化填料组成，填料耐腐蚀性强，不易堵塞，且板框式模块化的生物除臭填料，利于臭气与微生物接触，同时又便于更换和维护。

为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种板框式生物除臭填料，其主体原料组成以质量百分比计：硫杆菌菌团1％-4％、包埋剂前驱物4％-16％、竹炭30％-40％、破碎陶粒40％-60％。

优先地，其主体原料组成以质量百分比计：硫杆菌菌团2％、包埋剂前驱物8％、竹炭30％、破碎陶粒60％。

进一步地，所述硫杆菌菌团包括氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、喜温嗜酸硫杆菌、脱氮硫杆菌、排硫硫杆菌、贝氏硫细菌、发硫菌。

进一步地，所述包埋剂前驱物包含二甲基亚砜、海藻糖、蔗糖、硫代硫酸钠、蛋白胨、甘油营养物质，用于保持硫杆菌菌团的高活性。

进一步地，所述破碎陶粒由粉煤灰、污泥、泥土烧制而成，用于固定硫杆菌菌体。

进一步地，所述竹炭符合国家环保用竹炭要求，具有很好的吸附作用，用于吸附臭气。

一种板框式生物除臭填料的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备包埋剂前驱物：将海藻糖、蔗糖、硫代硫酸钠、蛋白胨融入水中，再加入二甲基亚砜、甘油混合均匀，高压蒸汽灭菌锅115℃下灭菌30-45min，再冷却至常温，制得稠液物即包埋剂前驱物；

S2：将硫杆菌菌团与所得包埋剂前驱物按比例混合均匀，制得硫杆菌菌体溶液；

S3：将所得硫杆菌菌体溶液与破碎陶粒按比例取量，将破碎陶粒浸泡在硫杆菌菌体溶液中，使硫杆菌菌体溶液与破碎陶粒充分接触，浸泡24-48h后冷冻干燥处理，获得硫杆菌体固化陶粒；

S4：将制备好的硫杆菌体固化陶粒铺平，正、反面用竹炭进行包裹，形成生物除臭填料，最后将生物除臭填料放置于板框中，形成板框式生物除臭填料，所述板框选用不锈钢防腐骨架材质，板框由上下两层网状格网组成，四周用边框锁住，板框一侧设置有把手，方便抽取。

进一步地，所述步骤S1中包埋剂前驱物组分的质量分数为：海藻糖4％-10％、蔗糖4％-10％、硫代硫酸钠10％-20％、蛋白胨1％-5％、二甲基亚砜4％-10％、甘油5％-15％、水40-70％。

进一步地，所述步骤S2中硫杆菌菌团的制备过程是：将氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、喜温嗜酸硫杆菌、脱氮硫杆菌、排硫硫杆菌、贝氏硫细菌、发硫菌接种到富集液体培养基中，于28-32℃培养3-7d得到富集液体菌液，再进行离心，离心转速12000-16000r/min，离心时间5-10min，得硫杆菌菌团；所述富集液体培养基含有8-25g/L硫代硫酸钠、0.1-0.5g/L氯化钾、2.0-5.0g/L硫酸铵、0.3-1.0g/L磷酸二氢钾、0.3-1.0g/L硫酸镁、0.01-0.1g/L硝酸钙；调节培养基pH到1.5-2.5，高温灭菌，得富集液体培养基。

进一步地，其特征在于，将上述制备得到的硫杆菌体固化陶粒置于板框内侧，正、反面各铺设一层竹炭，用于吸附臭气。

本发明的有益效果是：(1)本发明制备得到的填料生物附着性能好，其除臭菌种可以直接利用臭气作为营养物质进行生长，提高除臭效率，优化填料组成，填料耐腐蚀性强，不易堵塞，且模块的生物除臭填料，利于臭气与微生物接触，同时又便于替换和维护；

(2)本发明采用的破碎陶粒主料，其通透性和结构稳定性良好，并具有比表面积大、生物膜易生易落、耐腐蚀、耐生物降解、保湿性好、空隙率高、压损小、使用寿命长、有良好的布气、布水性能等特性，非常适合微生物的生长，可使硫杆菌良好的附着在其表面；采用的竹炭具有很强的吸附能力，用于吸附臭气；

(3)本发明采用的包埋剂前驱物，其中，蔗糖、硫代硫酸钠、蛋白胨为营养物质，保证硫杆菌菌体活性；二甲基亚砜、甘油、海藻糖为保护剂，提高菌种的存活率，二甲基亚砜、甘油用于增加菌液的黏性，弱化水的结晶过程，从而达到保护的目的，海藻糖用于中和二甲基亚砜、甘油的毒性。

本发明工作原理：板框式生物除臭填料利用微生物的生物降解作用进行除臭，除臭步骤包括水溶渗透、生物吸收、生物氧化三个步骤，具体如下：

水溶渗透：填料中硫杆菌菌体呼吸作用以及菌液中自带的水分使填料表面形成一层水层，臭气中的化学物质与填料接触后在表层溶解，并从气相转化为水相，以利于填料中的硫杆菌作进一步的吸收和分解。本生物除臭填料所选用的破碎陶粒和竹炭具有多孔性及超大的比表面积，使气、水两相有更大的接触面积，有效增大了气相化学物质在水相中的传送扩散速率，即臭气能够更好的溶于水中，利于硫杆菌吸收利用；

生物吸收：臭气溶于水后被硫杆菌吸附、吸收，臭气成分(主要为H

生物氧化：硫杆菌通过生物氧化来降解臭气。生物除臭填料中的硫杆菌以臭气(主要为H

经过实践，本发明板框式生物除臭填料可用于处理浓度范围为0～1500ppm的H

附图说明

图1为生物除臭填料结构示意图，其中数字标注表示为：1、竹炭层(上、下两层厚度各10cm)，2、硫杆菌体固化陶粒(厚度20cm)；

图2为板框式生物除臭填料结构示意图，其中数字标注表示为：3、生物除臭填料(厚度40cm)，4、网状不锈钢板(厚度0.5cm，网格0.5cm×0.5cm)，5、填料板框，6、替换把手。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

本发明生物除臭填料是以竹炭、破碎陶粒、包埋剂前驱物(二甲基亚砜、甘油、海藻糖、蔗糖、硫代硫酸钠、蛋白胨的水溶液)、经驯化的硫杆菌菌团为原料，经过菌种包埋固化、冷冻干燥等步骤后形成生物除臭填料；其主体原料组成以质量百分比计：硫杆菌菌团1％-4％、包埋剂前驱物4％-16％、竹炭30％-40％、破碎陶粒40％-60％。

一种板框式生物除臭填料的制备方法，具体制作步骤如下：

S1：以二甲基亚砜、甘油、海藻糖、蔗糖、硫代硫酸钠、蛋白胨为原料，制作菌体包埋剂前驱物；按以下比例称取以下物质：二甲基亚砜4％-10％、甘油5％-15％、海藻糖4％-10％、蔗糖4％-10％、硫代硫酸钠10-20％、蛋白胨1-5％、水40-70％，得到菌体包埋剂前驱物，并将pH调节至1.5-2.5，用于固化硫杆菌菌团；

S2:取活菌浓度CFU值为10*10

S3：将硫杆菌菌团和包埋剂前驱物按比例进行混合均匀，得到菌液浓度为10％的硫杆菌菌体溶液。

随后，将制得的硫杆菌菌体溶液和破碎陶粒按比例进行融合，使硫杆菌菌体均匀附着在破碎陶粒上，浸泡24-48h后，进行冷冻干燥处理，最终得到硫杆菌体固化陶粒。所述破碎陶粒由粉煤灰、污泥、泥土烧制而成，其通透性和结构稳定性良好，并具有比表面积大、生物膜易生易落、耐腐蚀、耐生物降解、保湿性好、空隙率高、压损小、使用寿命长、有良好的布气、布水性能等特性，非常适合微生物的生长，可使硫杆菌良好的附着在其表面。

之后，按比例取竹炭和硫杆菌体固化陶粒，将硫杆菌体固化陶粒进行平铺，形成约20cm厚的生物填料层，正反面用竹炭包裹进行铺整，上下层竹炭厚度为10cm，形成生物除臭填料。所述竹炭符合国家环保用竹炭要求，具有很强的吸附能力，用于吸附臭气。

最后，利用钢制板框将生物填料进行固定，板框选用不锈钢防腐骨架材质，板框由上下两层网状格网组成，网格厚度约0.5cm，网孔大小为0.5cm*0.5cm，填料四周用边框锁住，板框一侧设置有把手，方便抽取。板框面积可根据应用场所进行定制，该板框式生物除臭填料结构及板框结构具体见附图1和附图2。

实施例1：

一种板框式生物除臭填料，其主体原料组成以质量百分比计：硫杆菌菌团2％、包埋剂前驱物8％、竹炭30％、破碎陶粒60％。

一种板框式生物除臭填料的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备包埋剂前驱物：将海藻糖、蔗糖、硫代硫酸钠、蛋白胨融入水中，再加入二甲基亚砜、甘油混合均匀，调节pH值至1.5，在高压蒸汽灭菌锅115℃下灭菌30min，再冷却至常温，制得稠液物即包埋剂前驱物，所述包埋剂前驱物组分的质量分数为：海藻糖6％、蔗糖6％、硫代硫酸钠15％、蛋白胨3％、二甲基亚砜6％、甘油10％、水54％；

S2：将硫杆菌菌团与所得包埋剂前驱物按比例混合均匀，制得硫杆菌菌体溶液，所述硫杆菌菌团的制备过程是：将氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、喜温嗜酸硫杆菌、脱氮硫杆菌、排硫硫杆菌、贝氏硫细菌、发硫菌按照2％的接种量接种到富集液体培养基中，于28℃培养7d得到富集液体菌液，再进行离心，离心转速12000r/min，离心时间10min，得硫杆菌菌团；所述富集液体培养基含有20g/L硫代硫酸钠、0.3g/L氯化钾、3.0g/L硫酸铵、0.5g/L磷酸二氢钾、0.5g/L硫酸镁、0.05g/L硝酸钙；调节培养基pH到1.5，115℃下灭菌30min，得富集液体培养基；

S3：将所得硫杆菌菌体溶液与破碎陶粒按比例取量，将破碎陶粒浸泡在硫杆菌菌体溶液中，使硫杆菌菌体溶液与破碎陶粒充分接触，浸泡24h后冷冻干燥处理，获得硫杆菌体固化陶粒；

S4：将制备好的硫杆菌体固化陶粒铺平，正、反面用竹炭进行包裹，形成生物除臭填料，最后将生物除臭填料放置于板框中，形成板框式生物除臭填料，所述板框选用不锈钢防腐骨架材质，板框由上下两层网状格网组成，四周用边框锁住，板框一侧设置有把手，方便抽取。

实施例2：

一种板框式生物除臭填料，其主体原料组成以质量百分比计：硫杆菌菌团4％、包埋剂前驱物16％、竹炭40％、破碎陶粒40％。

一种板框式生物除臭填料的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备包埋剂前驱物：将海藻糖、蔗糖、硫代硫酸钠、蛋白胨融入水中，再加入二甲基亚砜、甘油混合均匀，调节pH值至2.5，高压蒸汽灭菌锅115℃下灭菌30min，再冷却至常温，制得稠液物即包埋剂前驱物，所述包埋剂前驱物组分的质量分数为：海藻糖4％、蔗糖4％、硫代硫酸钠20％、蛋白胨1％、二甲基亚砜4％、甘油15％、水52％；

S2：将硫杆菌菌团与所得包埋剂前驱物按比例混合均匀，制得硫杆菌菌体溶液，所述硫杆菌菌团的制备过程是：将氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、喜温嗜酸硫杆菌、脱氮硫杆菌、排硫硫杆菌、贝氏硫细菌、发硫菌接种到富集液体培养基中，于32℃培养3d得到富集液体菌液，再进行离心，离心转速16000r/min，离心时间5min，得硫杆菌菌团；所述富集液体培养基含有8g/L硫代硫酸钠、0.5g/L氯化钾、2.0g/L硫酸铵、0.3g/L磷酸二氢钾、1.0g/L硫酸镁、0.01g/L硝酸钙；调节培养基pH到2.5，115℃下灭菌30min，得富集液体培养基；

S3：将所得硫杆菌菌体溶液与破碎陶粒按比例取量，将破碎陶粒浸泡在硫杆菌菌体溶液中，使硫杆菌菌体溶液与破碎陶粒充分接触，浸泡30h后冷冻干燥处理，获得硫杆菌体固化陶粒；

S4：将制备好的硫杆菌体固化陶粒铺平，正、反面用竹炭进行包裹，形成生物除臭填料，最后将生物除臭填料放置于板框中，形成板框式生物除臭填料，所述板框选用不锈钢防腐骨架材质，板框由上下两层网状格网组成，四周用边框锁住，板框一侧设置有把手，方便抽取。

实施例3：

一种板框式生物除臭填料，其主体原料组成以质量百分比计：硫杆菌菌团3％、包埋剂前驱物12％、竹炭35％、破碎陶粒50％。

一种板框式生物除臭填料的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备包埋剂前驱物：将海藻糖、蔗糖、硫代硫酸钠、蛋白胨融入水中，再加入二甲基亚砜、甘油混合均匀，调节pH值至2.0，高压蒸汽灭菌锅115℃下灭菌30min，再冷却至常温，制得稠液物即包埋剂前驱物，所述包埋剂前驱物组分的质量分数为：海藻糖10％、蔗糖10％、硫代硫酸钠10％、蛋白胨5％、二甲基亚砜10％、甘油5％、水50％；

S2：将硫杆菌菌团与所得包埋剂前驱物按比例混合均匀，制得硫杆菌菌体溶液，所述硫杆菌菌团的制备过程是：将氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、喜温嗜酸硫杆菌、脱氮硫杆菌、排硫硫杆菌、贝氏硫细菌、发硫菌接种到富集液体培养基中，于30℃培养5d得到富集液体菌液，再进行离心，离心转速14000r/min，离心时间8min，得硫杆菌菌团；所述富集液体培养基含有25g/L硫代硫酸钠、0.1g/L氯化钾、5.0g/L硫酸铵、1.0g/L磷酸二氢钾、0.3g/L硫酸镁、0.1g/L硝酸钙；调节培养基pH到2.0，115℃下灭菌30min，得富集液体培养基；

S3：将所得硫杆菌菌体溶液与破碎陶粒按比例取量，将破碎陶粒浸泡在硫杆菌菌体溶液中，使硫杆菌菌体溶液与破碎陶粒充分接触，浸泡48h后冷冻干燥处理，获得硫杆菌体固化陶粒；

S4：将制备好的硫杆菌体固化陶粒铺平，正、反面用竹炭进行包裹，形成生物除臭填料，最后将生物除臭填料放置于板框中，形成板框式生物除臭填料，所述板框选用不锈钢防腐骨架材质，板框由上下两层网状格网组成，四周用边框锁住，板框一侧设置有把手，方便抽取。

将实例1、实例2和实例3制得的板框式生物除臭填料应用于垃圾中转站除臭系统中，对比例1、2、3分别为垃圾中转站采用无机填料、有机填料、复合型填料的除臭系统，臭气经负压收集进入除臭装置，臭气与除臭填料反应对其生物附着性能、防腐蚀性和除臭效率进行实验。

对比例1无机填料成分包括70％破碎陶粒、30％竹炭，其制作步骤如下：

S1：取1.05kg竹炭，铺平放置在填料底层；

S2：取4.9kg破碎陶粒，平整铺平在铺有竹炭的填料层上；

S3：取1.05kg竹炭，铺平放置在铺有破碎陶粒的填料层上，完成填料层的铺设。

对比例2有机填料成分包括40％生活垃圾堆肥填料、35％酒糟、35％玉米秸秆，其制作步骤如下：

S1：取二次堆肥的生活垃圾填料4kg，经过100目筛筛选出2.8kg堆肥填料备用；

S2：取2.45kg酒糟，将pH调节至7.0左右，作为备用；

S3：取2.45kg玉米秸秆，将其破碎成5mm左右的颗粒状作为备用；

S4：将上述经处理后的生活垃圾堆肥填料、酒糟、秸秆颗粒进行混合，发酵1-2d后使用。

对比例3复合填料成分包括30％破碎陶粒、30％竹炭、40％玉米秸秆，其制作步骤如下：

S1：取1.05kg竹炭，铺平放置在填料底层；

S2：取1.05kg破碎陶粒，平整铺平在铺有竹炭的填料层上；

S3：取2.8kg玉米秸秆，将其破碎成5mm左右的颗粒状铺平在铺有破碎陶粒的填料层上；

S4：取1.05kg破碎陶粒，铺平在铺有玉米秸秆颗粒的填料层上；

S5：最后取1.05kg竹炭铺在顶层，即铺有破碎陶粒的填料层上，完成填料铺设。

测试结果如表1所示：

表1垃圾中转站板框式生物除臭填料应用效果及与其它填料性能比较

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员理解和使用本发明。熟悉本领域的技术人员可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。