CN100534925C - 污泥减量型生物膜叠球填料及制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明是一种污泥减量型生物膜叠球填料及制备方法与应用。它利用天然石质材料，以热固性树脂胶黏剂和固化剂，粘结成一定颗粒直径的生物膜载体叠球填料，可实现对高浓度有机废水的污泥减量处理。该填料成本低，生物膜挂膜及运行稳定；叠球结构优化了SRT(污泥停留时间)、HRT(水力停留时间)，叠球填料丰富了生物相，摆脱了传统生物膜法中比表面积对生物量束缚；叠球填料结构优化了废水与SS(固体悬浮物)分离条件；充分发挥生物能量解偶联、溶胞和生物捕食作用，实现了污泥减量化。采用本发明，工艺简单，易维护，降低了废水处理厂建设和运行成本，避免了剩余污泥处理过程中带来的二次污染，具备高效、经济、环境友好等优越性。

Description

污泥减量型生物膜叠球填料及制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种污泥减量型生物膜叠球填料及其制备方法，可用于对高浓度有机废水有效处理及污泥减量化同步实现。

背景技术

在废水各类处理技术方法中，废水生物处理技术逐步成为废水处理的发展方向。废水生物处理技术就是利用微生物自身新陈代谢的生理功能，氧化分解废水中的有机物并将其转化为稳定的无机物，并采取一定的人工技术措施，创造有利于微生物的生长、繁殖的良好环境，加速微生物的增殖及其新陈代谢功能，从而使污水中的有机污染物得以降解、去除的污水处理技术。

相对于活性污泥法，生物接触氧化法以其诸多优点而成为研究重点。生物接触氧化法又称为“淹没式生物滤池”，其实质是在池内充填填料，废水与填料上的生物膜相接触，在生物膜上的微生物新陈代谢作用下，废水得以净化。由于采用与活性污泥法曝气池相同的曝气方法，向微生物提供其所需的氧，并起到搅拌与混合作用，相当于在曝气池内充填供微生物栖息的填料，因此，又称“接触曝气法”，是介于活性污泥法与生物滤池之间的生物处理技术，是具有活性污泥法特点的生物膜法，兼具两者的优点。与活性污泥法比较，生物接触氧化法以填料作为载体，供生物群栖息生长，形成稳定的生态体系，有较高的微生物浓度，氧的利用率高，具有较高的耐冲击负荷能力和对环境变化的适应能力，剩余污泥量少，剩余污泥产率只有活性污泥法的25％，有利于污泥减量化。同时，生物接触氧化法可以充分利用丝状菌的强氧化能力且不产生污泥膨胀，易于管理和操作。

19世纪以来，德国就开始把生物接触氧化法用于废水处理，限于技术水平，没有适当填料，应用受限。20世纪70年代合成塑料工业迅速发展，轻质填料问世，才开始普遍研究和应用生物接触氧化法，并在我国得到广泛应用。填料是生物接触氧化法的核心部分，它的性能直接影响和制约着处理效果。生物填料没有一个准确的、统一的分类方法，废水处理用填料大体可以分为硬性填料、软性填料、半软性填料、组合型填料和新型填料五类。新型填料目前没有广泛应用于生产，上述前四类填料在广泛的生产实践中逐步暴露出诸多缺点。

硬性填料如蜂窝填料的最大缺点是易堵塞；软性填料容易缠结成块、断丝断绳，在废水化学需氧量高时，缠结在一起的纤维结块容易产生厌氧环境，影响处理效果和使用寿命；半软性填料的比表面积相对较小，表面光滑，微生物附着性能相对较差，生物量小，生物相简单；组合填料较好克服了硬性填料和半软性填料缺点，但其存在成本高和维护困难等问题。而诸多新型填料目前仍处于生产实践中，许多问题需要深入研究并解决，如亲水性填料，应用溶液浸泡或者表面接枝处理过的填料在运行过程中微生物膜抗水流剪力弱，难以使填料的内外表面的亲水性相同，也影响其使用效果。磁效应和生物亲和型填料等新型填料尚处于研究起步阶段，制作复杂，成本控制将是主要问题，尚没有进入生产实践。

以上各类填料在生产实践中，还存在的共同缺点是高成本、使用寿命短。造成这一问题最为主要的原因是没有一种填料在填料设计之初，将污泥减量化作为主要考虑因素量，使得污泥产率高，不得不建设相应的污泥处理工艺设施，直接导致污水处理设施建设、运行、管理与维护的成本增高，同时剩余污泥处理与处置增加了对环境造成二次污染的风险。

生物处理法的一大难题是剩余污泥的处理，生物处理过程中产生大量的剩余污泥，通常这些剩余污泥中含有相当多的不稳定的有机物。生物处理法产生的污泥一般由松散的物质组成，其特点是：1.含水率较高；2.由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成；3.污泥的体积庞大，性质不稳定，不利于运输和处置，对环境会造成直接或潜在的威胁。目前现有技术中对剩余污泥的处理与处置，存在三个问题：首先，尚无一种可以推而广之同时对环境无污染的有效方法；其次，各种污泥处理与处置方法需要的资金数额巨大；第三，按照我国城市污水处理厂的建设规划，污泥年产量将成倍增加。因此，污泥的处理与处置将成为环境领域的一大难题。人们环境意识的加强和对环境质量要求的提高必然使越来越多的废水包括酱油工业废水这样高浓度、高色度、在生物处理工艺条件下高污泥产率、有特殊性质的废水需要得到高质量的处理。

鉴于以上有机废水处理中遇到的问题：COD负荷高、污泥产率高及其后续处理的二次环境污染问题，考虑到经济性、高效性和环境友好，需要研制开发一种高效、适用于高浓度有机废水污泥减量型的废水生化处理方法，其核心问题是具有污泥减量特性的新型生物膜填料的研制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高浓度有机废水处理的污泥减量型生物膜叠球填料及制备方法与用途，该污泥减量型生物膜叠球填料的制造成本低，生物膜挂膜时间短，应用中运行稳定，可实现污泥减量化，避免剩余污泥处理过程中带来的二次污染。

为实现上述目的，本发明的技术方案公开了一种污泥减量型生物膜叠球填料，其特征在于所述填料是由直径为0.3cm-1.5cm的天然石质颗粒粘结成直径2-8cm子球体，再将子球体粘结成直径5-20cm的叠球体，叠球填料的孔隙率为40-65％。

本发明还公开了一种污泥减量型生物膜叠球填料及制备方法，其特征在于：以天然石质材料、热固性树脂胶黏剂与固化剂为原料，按如下步骤制备：

1)将天然石质材料打研成直径为0.3cm-1.5cm的颗粒，清污后用自来水清洗后烘干备用；

2)按体积比2∶1-10∶1的比例将固化剂加入热固性树脂胶黏剂中，充分搅拌，直至胶黏剂呈不透明乳白色，备用；

3)将步骤1)处理过的石质颗粒，用步骤2)调制的胶黏剂在模具中粘结成直径2-8cm子球体，静置固化20-30小时，得到子球体；

4)将步骤3)得到的多个子球体，用步骤2)调制的胶黏剂在模具中粘结成直径5-20cm的母球体，静置固化20-30小时得到污泥减量型生物膜叠球填料球体。

本发明污泥减量型生物膜叠球填料，可以应用于在高浓度有机废水及生活污水等废水的污泥减量化处理工艺中。

本发明具有以下有益效果：

1)构成该叠球填料的石质材料广泛存在于自然界中，所用热固性树脂胶黏剂在填料粘结成型后对生物膜无毒害作用，该填料成本低，生物膜挂膜及运行稳定，具有经济实用性；

2)叠球结构优化了SRT(污泥停留时间)，在本发明模拟装置中一直没有剩余污泥排出，从而，相对于活性污泥法，叠球填料丰富了生物相，提高了生物量，摆脱了传统生物膜法中比表面积对生物量束缚，充分发挥生物能量解偶联、溶胞和生物捕食作用，高度实现了污泥减量化；

3)应用叠球填料的废水处理工艺，建设规模灵活，适合废水集中处理和分散处理；

4)SRT的优化，增强了工艺对废水有机污染物冲击负荷的影响，HRT(水力停留时间)可视废水量和有机污染物量调解在4-8小时之间；

5)根据浅池沉淀理论和速分理论，多球体的叠球填料结构对水流影响，优化了废水与SS(固体悬浮物)分离条件；

6)基于污泥减量的实现，工艺上可以省略二沉池，节约了废水厂建设成本，避免剩余污泥处理过程中带来的二次污染；

7)高浓度有机废水，经过以污泥减量型生物膜叠球填料为主要构件的生化池处理，有机污染物(COD等)去除、色度(如酱油企业废水)去除、污泥减量化同步实现。

采用本发明，工艺简单，易维护，降低了废水处理厂建设和运行成本，实现了污泥减量化，避免了剩余污泥处理过程中带来的二次污染，具备高效、经济、环境友好等优越性。

附图说明

图1所示为污泥减量型生物膜叠球填料。

具体实施方式

本发明污泥减量型生物膜叠球填料的原料采用无味、无毒、无放射性的石质天然材料，石质天然材料可以是火成岩、沉积岩或变质岩中的一种或几种；火成岩、沉积岩或变质岩可以是：花岗岩、橄榄岩、玄武岩、砾岩、变砾岩、角砾岩砂岩、石灰岩、大理岩、板岩等。将天然石质颗粒粘结成子球体和将子球体粘结成叠球体的胶黏剂，是以凝固后对生物、酸碱度具有惰性且无毒的热固性树脂胶黏剂和环氧树脂固化剂为原料。热固性树脂胶黏剂可以是环氧树脂6101、828、618或634等中的一种或几种。环氧树脂固化剂可以是：酚醛胺、聚酰胺或改性芳胺等中的一种或几种。

污泥减量型生物膜叠球填料，按如下步骤制备：

1)将天然石质材料打研成直径为0.3cm-1.5cm的颗粒，视石材表面污染状况，可以选择酸性清洗剂清除石材表面锈迹，选择氧化剂清除霉变物，选择离子表面活性剂清除石材表面油类污染等，清污完毕用自来水清洗后烘干备用；

2)按体积比2∶1-10∶1的比例将固化剂加入热固性树脂胶黏剂中，充分搅拌，直至胶黏剂呈不透明乳白色，备用；

3)将步骤1)处理过的石质颗粒，用步骤2)调制的胶黏剂在模具中粘结成直径2-8cm子球体，静置固化20-30小时；

4)将步骤3)处理过的多个子球体，用步骤2)调制的胶黏剂在模具中粘结成直径5-20cm的母球体，静置固化20-30小时得到污泥减量型生物膜叠球填料球体。

步骤3)和4)中的具体粘接方法是：将装满步骤1)处理过石质颗粒或子球体的带有网孔的球形模具，浸入到步骤2)调制的胶黏剂中，充分浸润后取出，沥出多余胶黏剂，静置固化15-20小时取下模具，继续静置至完全固化，得到污泥减量型生物膜叠球填料。

下面以具体实施例来阐述叠球填料的制备：

实施例1

1)选择市场常见普通建筑铺路用天然石材——石灰岩用于粘结，将所选天然石质材料用破碎机破碎成直径约为0.7cm直径颗粒；

2)一般此类石材打破碎后表面没有油污等污染物，只积有破碎作业产生的泥尘和碎屑，以1％稀盐酸液浸泡5小时左右，再用自来水清洗后烘干备用；

3)采用胶黏剂环氧树脂6101和环氧树脂固化剂聚酰胺T31，以6∶1比例混合，充分搅拌，直至胶黏剂呈不透明乳白色，备用；

4)直径4cm子球体粘结。在内径为4cm的球形带有网孔模具中装满步骤1)处理过的石质颗粒，然后将其浸入到步骤3)调制的胶黏剂中，充分浸润后取出，沥出剩余胶黏剂，静置固化20小时取下模具，继续静置至完全固化。

5)10cm直径的叠球填料母球体粘结。与步骤4)方法相同。选择16个在步骤4)中制作的子球体装入直径10cm的球形带有网孔模具，浸润胶黏剂，沥出剩余胶黏剂，静置固化20小时取下模具，继续静置至完全固化。得到如图1所示的叠球填料。

实施例2

与实施例1不同之处在于：所选用于粘结的天然石材为砾岩，采用胶黏剂环氧树脂828和环氧树脂固化剂聚酰胺650以8∶1比例混合，其余制作方法和步骤与实施例1相同。

实施例3

与实施例1不同之处在于：所选用于粘结的天然石材为角砾岩，采用胶黏剂环氧树脂618和环氧树脂固化剂聚酰胺300以8∶1比例混合，其余制作方法和步骤与实施例1相同。

Claims (8)

1.一种污泥减量型生物膜叠球填料，其特征在于所述填料是由直径为0.3cm-1.5cm的天然石质颗粒粘结成直径2-8cm子球体，再将子球体粘结成直径5-20cm的母球体，叠球填料的孔隙率为40-65％。

2.根据权利要求1所述的污泥减量型生物膜叠球填料，其特征在于：所述天然石质颗粒是无味、无毒、无放射性的火成岩、沉积岩或变质岩中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的污泥减量型生物膜叠球填料，其特征在于：所述火成岩、沉积岩或变质岩是：花岗岩、橄榄岩、玄武岩、变砾岩、角砾岩、砂岩、石灰岩、大理岩、板岩。

4.根据权利要求1或2所述的污泥减量型生物膜叠球填料，其特征在于：所述天然石质颗粒粘结成子球体和子球体粘结成母球体中，使用的热固性树脂胶黏剂是环氧树脂6101、618或634中的一种或几种。

5.一种权利要求1的污泥减量型生物膜叠球填料的制备方法，其特征在于：以天然石质材料、热固性树脂胶黏剂与固化剂为原料，按如下步骤制备：

1)将天然石质材料打研成直径为0.3cm-1.5cm的石质颗粒，清污后用自来水清洗后烘干备用；

2)按体积比2∶1-10∶1的比例将固化剂加入热固性树脂胶黏剂中，充分搅拌，直至胶黏剂呈不透明乳白色，备用；

3)将步骤1)处理过的石质颗粒，用步骤2)调制的胶黏剂在模具中粘结成直径2-8cm子球体，静置固化20-30小时，得到固化子球体；

4)将步骤3)得到的多个固化子球体，用步骤2)调制的胶黏剂在模具中粘结成直径5-20cm的母球体，静置固化20-30小时得到污泥减量型生物膜叠球填料。

6.根据权利要求5所述的污泥减量型生物膜叠球填料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)对石质颗粒清污是视石质材料表面污染状况，选择酸性清洗剂清除石质材料表面锈迹，选择氧化剂清除霉变物或选择离子表面活性剂清除石质材料表面油类污染。

7.根据权利要求5或6所述的污泥减量型生物膜叠球填料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)和步骤4)中的粘结方法是：将装满石质颗粒或子球体的带有网孔的球形模具，浸入到步骤2)调制的胶黏剂中，充分浸润后取出，沥出多余胶黏剂，静置固化15-20小时取下模具，继续静置至完全固化，制得子球体或污泥减量型生物膜叠球填料。

8.一种权利要求1所述污泥减量型生物膜叠球填料的应用，其特征在于应用于高浓度有机废水及生活污水废水的污泥减量化处理。

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