CN100999361A - 一种水处理用营养缓释型生物填料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水处理用营养缓释型生物填料及其制备方法，该生物填料包括60～100份高分子基材、1～15份营养物质、1～10份缓释控制物质和1～10份分散润滑剂。制备时，先用配方中0.5～3份分散润滑剂将缓释控制物质润湿，并在搅拌机中与营养物质、亲水性物质和微量元素混匀；再用剩余的分散润滑剂将高分子基材润湿，并加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，通过填料模具挤出成型。本发明制备的生物填料在表面缓释出微生物挂膜(生长与繁殖)所需的营养物质，具有挂膜快、微生物量多、活性强等特点，特别适合用于含难降解有毒污染物废水的好氧降解处理过程。

Description

一种水处理用营养缓释型生物填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及工业废水或生活污水的生物填料，具体涉及一种水处理用营养缓释型生物填料及其制备方法。
背景技术
难降解有毒污染物的强化生物处理一直是环境保护领域中的热点和难点。一种强化有毒难降解物质生物处理的有效方法是共代谢作用，即在有毒难降解废水中添加易被微生物降解的物质(一级基质)，以促进或启动难降解物质(二级基质)的降解，并将其导入代谢循环。然而，这种共代谢强化作用也存在一定的局限性。表现在由于一级基质是直接添加到水体中，而生物膜法水处理过程中的微生物大多附着在生物填料上，若一级基质的添加量太少，填料上的微生物与溶液中的一级基质接触不够充分，利用率低，则强化降解效果不显著；若一级基质添加量太多，又会增加废水处理的负荷，反而会造成对目标污染物的降解竞争。另一方面，随着降解过程进行，有时须补充适量的一级基质，增加了水处理操作和管理的复杂性以及处理成本。
生物填料是生物膜水处理技术的核心之一，是微生物生长繁殖、新陈代谢以及降解污染物的场所。目前生物填料主要以聚丙烯、聚乙烯、或聚酯等高分子材料为原材料而制成，生物填料在处理含有毒难降解污染物废水时存在挂膜困难、挂膜周期长以及水处理效率低等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强化有毒废水生物处理用营养缓释型生物填料，该填料不仅表面粗糙、比表面积大、亲水性强，而且可以附着高数量、高活性的微生物，该填料同时具有营养缓释功能，可补充和平衡填料表面微生物所需的营养成分，提高微生物活性，解决有毒废水生物膜好氧生物降解处理过程中挂膜启动速率慢、受外界因素的影响后其恢复性能较差、微生物处理效果不稳定以及微生物营养失衡等难点和缺点。
本发明的另一目的在于提供所述水处理用营养缓释型生物填料的制备方法
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种水处理用营养缓释型生物填料，以重量份数计，所述生物填料配方组成如下：
高分子基材     60～100份
营养物质       1～15份
缓释控制物质   1～10份
分散润滑剂     1～10份
所述高分子基材为聚丙烯、聚乙烯或聚酯；
所述营养物质选自蔗渣、淀粉、木屑、骨粉、豆饼渣粉、麸质粉、壳聚糖和羟基磷灰石中的一种或多种；
所述缓释控制物质选自活性炭、聚乙烯醇-硼酸多孔交联物、空心微珠、硅藻土、木屑、蔗渣中一种或多种；
所述分散润滑剂选自动物油、植物油和白矿油中的一种或多种。
为进一步实现本发明目的，所述高分子基材以重量份数计，用量为70～90份。所述营养物质以重量份数计，用量为1～10份。所述分散润滑剂以重量份数计，用量为1～6份，其中动物油或植物油0.5～3，白矿油0.5～3份。
所述配方中还包括0.2～5份微量元素，所述微量元素是以四氧化三铁为主的磁粉或者是钾盐、钙盐、镁盐、铁盐中一种或多种的混合物。
所述配方中还包括0.5～5份亲水物质，所述亲水物质选自聚乙烯醇、聚乙烯乙二醇、聚丙烯酰胺、明胶和琼脂中的一种或多种。
所述水处理用营养缓释型生物填料的制备方法：先用配方中0.5～3份分散润滑剂将缓释控制物质润湿，并在搅拌机中与营养物质、亲水性物质和微量元素混匀；再用剩余的分散润滑剂将高分子基材润湿，并加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，通过填料模具挤出成型。
本发明的原理：本发明将高分子材料改性技术与营养缓释技术相结合，即将微生物生长所需的营养物质以及便于营养物质从填料中缓释至表面的多孔物质添加到传统的生物填料中，制备具有营养缓释功能的生物填料，以克服传统填料在含有毒难降解污染物废水中挂膜困难、挂膜周期长以及水处理效率低等缺陷，且基本不增加水处理负荷。本发明适用于固定式(主要有蜂窝状和波纹板状硬性填料)、悬挂式(包括软性填料、半软性填料、组合填料和弹性填料)和分散式(散堆式和悬浮式填料)等营养缓释型生物填料的制备。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、由于在生物填料中添加了活性炭、蔗渣、硅藻土等多孔的缓释控制物质，这些物质为营养成分的缓慢释放提供了良好的通道，另外还增加了填料的粗糙度和比表积，为微生物提供更多的附着生长点，同时强化了生物填料对微生物和污染物的双重吸附性能。
2、生物填料中添加了营养物质和微量元素，每个填料就像一个营养和微量元素储存库，在填料挂膜和水中污染物降解期间，尤其是在挂膜初期，通过填料内部的微孔隙缓慢地释放出来并扩散至填料表面，被附着在填料表面上的微生物膜吸收，补充和平衡微生物的营养，参与微生物代谢(共代谢)，从而促进了水中污染物物的降解。取若干个所制的营养填料泡在清水中进行缓释实验，结果发现，20天后填料重量由最初的14.15克下降到缓释后的13.47克，20天内共释放了0.68克，同时，缓释液的化学需氧量也不断上升，其CODCr值由10mg/L以下增加到50mg/L以上，且缓释速率比较均匀。
3、填料中营养物质的缓释，不仅使填料表面和内部原有孔隙进一步加大，产生大量新的孔隙，而且增大了填料比表面积和空隙率，使微生物附着生长更加容易和紧密；不仅促进了微生物在填料表面的附着挂膜和生长代谢，提高了挂膜速率，增加了填料表面单位面积上的挂膜量，而且能够大大提高微生物活性，从而提高了难降解废水的处理效率。
4、由于生物填料中营养物质的缓释作用，使得填料表面微生物的生长条件受待处理水水质营养情况的影响大大减小，适用于处理各种复杂的工业废水和生活污水，并可取消或减少在挂膜及水处理过程中经常添加营养物质的操作。
5、本发明所采用的原料都来源广泛，易于加工。本发明可用于制造各种不同类型的营养缓释填料，加工方便，工序简单，节约了生产成本。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1
称取白矿油15克，使其将30克活性炭和15克蔗渣的混合物润湿，然后在搅拌机中将润湿的活性炭和蔗渣与20克淀粉混匀，再称取20克白矿油将高分子基材聚乙烯颗粒3100克润湿，加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，注塑成型。制得水处理用营养缓释型生物填料60个，经检测，其填料比重为0.94g/cm3。将本实施例制得的水处理用营养缓释型生物填料和传统聚乙烯填料分别进行接触角和含水率测试实验，测试结果表明，传统聚乙烯填料的接触角为86°，而本实施例制得的水处理用营养缓释型生物填料接触角为65°，表明生物填料的亲水性得到改善。
实施例2
称取白矿油25克、植物油20克，使其将120克活性炭和80克木屑的混合物润湿，然后在搅拌机中将润湿的活性炭和木屑与50克羟基磷灰石、50克淀粉、20克聚乙烯醇混匀，再称取30克白矿油、30克植物油将高分子基材聚乙烯颗粒3100克润湿，加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，注塑成型。制得水处理用营养缓释型生物填料65个，经检测，其填料比重为0.93g/cm3。将本实施例制得的水处理用营养缓释型生物填料和传统聚乙烯填料分别进行接触角和含水率测试实验，测试结果表明：传统聚乙烯填料的接触角为86°，而本实施例制得的水处理用营养缓释型生物填料接触角为56°，表明生物填料的亲水性得到改善。将两种填料在水中分别浸泡10min和1h后，水处理用营养缓释型生物填料平均含水率比普通聚乙烯填料分别增加5.0倍和3.5倍，同样表明本发明可提高生物填料的亲水性。
实施例3
称取白矿油50克，使其将80克蔗渣和30克硅藻土的混合物润湿，然后在搅拌机中将其与60克磁粉、60克淀粉、50克羟基磷灰石、5克氯化铁、10克磷酸氢二钾混匀；再称取50克白矿油，将3400克聚丙烯颗粒基材润湿，加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，注塑成型。所制得填料(70个)的比重约为0.95g/cm3，将所制多个相同形状规格的营养缓释填料和传统的聚丙烯填料分别置于相同条件的苯酚废水好氧生物处理系统中，进行挂膜对比试验(快速排泥法)，每24小时换水一次，每次换水调节系统中初始苯酚浓度为120mg/L左右，曝气量0.4L/min。挂膜实验结果表明：使用本发明制得的营养缓释填料水处理系统，填料挂膜所需时间比传统填料缩短了4～6天，填料挂膜量比传统填料增加了近1倍。表明本发明制得的营养缓释填料比传统填料有较好的挂膜性能。
实施例4
称取植物油50克，将60克活性炭、30克木屑和50克蔗渣的混合物润湿，然后在搅拌机中将其与30克羟基磷灰石、20克骨粉和20克聚乙烯醇混匀；再称取白矿油35克，将3680克聚丙烯颗粒基材润湿，加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，注塑成型。所制得填料(75个)的比重约为0.92g/cm3，模拟苯酚废水生物降解实验结果表明：采用本发明营养缓释填料水处理系统的苯酚去除率，比使用传统聚丙烯填料水处理系统的酚去除率提高约30％。
实施例5
称取植物油50克、白矿油80克，将200克活性炭、30克聚乙烯醇-硼酸多孔交联物、80克硅藻土和100克蔗渣的混合物润湿，然后在搅拌机中将其与50克羟基磷灰石和100克淀粉混匀；再称取白矿油80克，将3280克聚丙烯颗粒基材润湿，加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，注塑成型。所制得填料(70个)的比重约为0.92g/cm3。挂膜实验结果表明：使用本发明制得的营养缓释填料水处理系统，填料挂膜所需时间比传统填料缩短了4～6天，填料挂膜量比传统填料增加了约1.5倍。模拟苯酚废水生物降解实验结果表明：采用本发明营养缓释填料水处理系统的苯酚去除率，比使用传统聚丙烯填料水处理系统的酚去除率提高约30％。

Claims (7)

1、一种水处理用营养缓释型生物填料，其特征在于，以重量份数计，所述生物填料配方组成如下：
高分子基材      60～100份
营养物质        1～15份
缓释控制物质    1～10份
分散润滑剂      1～10份
所述高分子基材为聚丙烯、聚乙烯或聚酯；
所述营养物质选自蔗渣、淀粉、木屑、骨粉、豆饼渣粉、麸质粉、壳聚糖和羟基磷灰石中的一种或多种；
所述缓释控制物质选自活性炭、聚乙烯醇-硼酸多孔交联物、空心微珠、硅藻土、木屑、蔗渣中一种或多种；
所述分散润滑剂选自动物油、植物油和白矿油中的一种或多种。
2、根据权利要求1所述的水处理用营养缓释型生物填料，其特征在于，所述高分子基材以重量份数计，用量为70～90份。
3、根据权利要求1所述的水处理用营养缓释型生物填料，其特征在于，所述营养物质以重量份数计，用量为1～10份。
4、根据权利要求1所述的水处理用营养缓释型生物填料，其特征在于，所述分散润滑剂以重量份数计，用量为1～6份，其中动物油或植物油0.5～3，白矿油0.5～3份。
5、根据权利要求1所述的水处理用营养缓释型生物填料，其特征在于，所述配方中还包括0.2～5份微量元素，所述微量元素是以四氧化三铁为主的磁粉或者是钾盐、钙盐、镁盐、铁盐中一种或多种的混合物。
6、根据权利要求1所述的水处理用营养缓释型生物填料，其特征在于，所述配方中还包括0.5～5份亲水物质，所述亲水物质选自聚乙烯醇、聚乙烯乙二醇、聚丙烯酰胺、明胶和琼脂中的一种或多种。
7、权利要求1～6任意项所述水处理用营养缓释型生物填料的制备方法，其特征在于：先用配方中0.5～3份分散润滑剂将缓释控制物质润湿，并在搅拌机中与营养物质、亲水性物质和微量元素混匀；再用剩余的分散润滑剂将高分子基材润湿，并加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，通过填料模具挤出成型。
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