CN101948166B - 改性生物活性滤池填料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性生物活性滤池填料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将粒径为3～8毫米的无机载体洗净，依次经酸洗、碱洗、烘干，得到干燥的填料；(2)将干燥的填料投入金属盐溶液中，浸渍并超声，经烘干、烧结后，得到烧结料；(3)将烧结料经自然冷却、烘干后，得到干燥的烧结料；(4)将干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，经浸渍、超声、并在饱和的硼酸或3％的氯化钙溶液中反应后，得到交联后的填料；(5)将交联后的填料经烘干、自然冷却后，即得改性生物活性滤池填料。本发明工艺简单、易于实施，所得填料可以提高生物膜的活性和数量，缩短曝气生物滤池填料的挂膜周期，提升曝气生物滤池处理污水的效率及其稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种曝气生物滤池的改性填料的制备方法，尤其涉及改性生物活性滤池填料的制备方法。
背景技术
曝气生物滤池工艺处理污水自从上个世纪九十年代初以来已经能够得到了广泛的应用，在欧美及日本尤为流行。作为一种新型的污水处理工艺，填料技术在该工艺中居核心地位。填料作为微生物吸附生长的载体和吸附并截留水中的污染物及脱落生物膜介质，其表面的介电特性和官能团结构对其吸附特性有很重要的影响。但是，目前生物曝气滤池大多采用传统的石英砂、无烟煤、焦炭、碎石无机填料及新型的玻璃钢或塑料蜂窝状、立体波纹状填料。传统的无机填料受其表面特性的限制，对水中污染物及微生物的吸附性能差，挂膜周期长，在运行过程中，容易出现生物膜增厚，形成堵塞，影响污水处理效果，并且生物膜内部的微生物也会受载体屏蔽以及传质和扩散的影响，营养匮乏，生理活动受到抑制，使得传统的生物曝气滤池净化效率不稳定。玻璃钢或塑料填料表面光滑，生物膜附着能力差，使用过程中容易老化。我国也有应用陶瓷填料用于曝气生物滤池的研究，尽管陶粒填料具有质轻，比表面较大，表面粗糙等优点，但也存在水流阻力大，容易堵塞，强度差，易破碎等问题。也正是由于这些填料存在的缺陷，限制了曝气生物滤池的广泛应用。
此外，营养元素对微生物生长起着关键作用。众所周知，细胞的生长对生物法处理废水的效率高低起关键性的作用，适量添加对应的微量元素及营养盐类能改善生物膜的性能，提高微生物对污染物的去除率。为了防止营养元素的流失，提高微生物对其的利用效率，可采用控制释放技术，同时减少了对环境的负面影响，也可使释放到环境中的营养元素的浓度比较稳定，使微生物能最有效地利用营养元素。鉴于此，通过对曝气生物滤池填料进行表面改性，实现微生物所需营养元素的可控释放。采用可生物降解高分子水凝胶将微生物所必需的营养元素涂覆在生物滤池填料表面，达到营养元素的可控释放，能促进载体上生物膜的生长，加快生物膜的形成过程，提高生物膜的活性和数量，缩短曝气生物滤池填料的挂膜周期，提升曝气生物滤池处理污水的效率及其稳定性，特别是对于一些贫营养环境下微污染水的生物处理更具有应用价值。
国内已有改性陶粒滤料、聚苯乙烯滤料的改性及其在曝气生物滤池中的应用研究及营养缓释型改性聚乙烯填料的文献报道，但未见将陶粒同时进行金属氧化物和可降解高分子水凝胶改性的陶粒滤料的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种易于实施的改性生物活性滤池填料的制备方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种改性生物活性滤池填料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粒径为3～8毫米的无机载体洗净，先用摩尔浓度为0.5～2.0mol/l的盐酸浸泡12～24h，水洗至中性；然后用摩尔浓度为0.5～2.0mol/l的氢氧化钠浸泡12～24h，水洗至中性；再在100～110℃温度下烘干3～5h后，得到干燥的填料；
(2)将所述干燥的填料投入摩尔浓度为1.0～3.0mol/l的金属盐溶液中，浸渍并超声1～2h，经100～110℃温度的烘干4～6h后在马弗炉中于550℃～750℃温度下烧结3～5h，得到烧结料；
(3)将所述烧结料经自然冷却后洗净，并在100～110℃温度下烘干2～3h，得到干燥的烧结料；
(4)将所述干燥的烧结料投入质量浓度为2～10％的含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声0.5～3h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5～1h，得到交联后的填料；
(5)将所述交联后的填料在100～110℃温度烘干1～2h后，在室温下自然冷却，即得改性生物活性滤池填料。
所述步骤(1)中的无机载体为陶粒或多孔陶瓷颗粒。
所述步骤(2)中的金属盐溶液为FeCl3、AlCl3、Fe(NO3)3中的任意一种。
所述步骤(4)中的微量元素是指每升高分子水凝胶溶液中含350～450μg的MgCl2·6H2O、35～65μg的MnSO4·H2O、5～15μgZn(NO3)2·6H2O、15～25μg Co(NO3)2·6H2O、1～5μg(NH4)6Mo7O24·6H2O、0.5～2μg CuSO4·5H2O、10～15μg NiCl2·6H2O、1～3μg H3BO4、0.5～2μg Na2WO4·2H2O、0.5～2μgAlK(SO4)2·12H2O和15～25μg无水CaCl2的微量元素。
所述步骤(4)中的营养盐类是指每升高分子水凝胶溶液中含2000～5000mgKH2PO4、2000～5000mg K2HPO4、1500～2500mg NH4Cl和2000～3000mgNaHCO3的盐类。
所述步骤(4)中的高分子水凝胶为聚乙烯醇、海藻酸钠、角叉莱胶中的任意一种。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、由于本发明所获得的改性生物活性滤池填料(参见图1)在使用过程中，滤料表面的可生物降解的高分子水凝胶在微生物的作用下缓慢降解，释放出微生物生长所需的微量元素及营养盐，达到营养元素的可控释放，不但在贫营养环境下，促进载体上生物膜的生长，加快生物膜的形成过程，而且可以提高生物膜的活性和数量，缩短曝气生物滤池填料的挂膜周期，从而提升曝气生物滤池处理污水的效率及其稳定性。
2、由于本发明采用FeCl3、AlCl3、Fe(NO3)3等金属盐溶液及含有生物微量元素、营养盐类的高分子水凝胶溶液，对无机载体的表面进行处理，因此，不仅增大了填料的比表面积(参见图2：由图中可以看出，相对于空白陶粒(a，b，c)，海藻酸钠涂覆改性(d，e，f)和聚乙烯醇涂覆改性(g，h，i)均使陶粒的表面形态发生了改变，表面负载了一层多孔网状的小颗粒，增大了填料的比表面积，有助于微生物的固定化)，而且使得填料表面带有正电荷，增强了填料对带有负电荷的微生物的吸附作用，强化了填料固定化微生物的效果。
3、由于本发明采用酸洗、碱洗的方式对填料表面进行处理，因此，不但可以有效去除填料表面的酸性、碱性氧化物杂质及其它对固定化微生物有害的物质，而且可以将陶粒的可溶组分溶出，从而扩大了内孔的容积。
4、由于本发明采用超声的方式对填料进行处理，因此，可使金属盐溶液及含有生物微量元素、营养盐类的高分子水凝胶溶液充分扩散至填料内表面。
5、将陶粒和本发明所获得的改性生物活性滤池填料分别放入总体积为10L、底部装有穿孔曝气的有机玻璃反应器中，一组两只，加入量为反应器体积的70～80％，通入COD为30～50mg/L、NH4 +-N为6.5～10.5mg/L的微污染河水浸过柱中陶粒后，并加入一定量微生物菌种(反硝化菌、硝化菌及高效菌群)，于曝气条件下进行微生物的吸附固定化，其间溶解氧控制在2～4mg/L之间，经过一段时间的连续运行后发现本发明所获得的改性生物活性滤池填料在20天后对COD和NH4 +-N的去除率分别可达60％和85％以上，而未改性陶粒在30天后对COD和NH4 +-N的去除率分别在45％和75％以上，表明本发明所获得的改性生物活性滤池填料能缩短曝气生物滤池填料的挂膜周期，能促进提升曝气生物滤池处理污水的效率及其稳定性，特别是对于贫营养环境下(如微污染水)的生物处理领域具有广阔的应用前景。
6、本发明所获得的改性生物活性滤池填料可用于促进某种特定的目标微生物成为优势菌，提高水处理设备对某种污染物的处理效果。
7、本发明工艺简单、易于实施。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明改性生物活性滤池填料的结构示意图，其中1为填料表面、2为金属氧化物、3为含营养元素和微量元素的高分子水凝胶。
图2为本发明改性生物活性滤池填料的扫描电镜图片。
具体实施方式
实施例1改性生物活性滤池填料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粒径为3～8毫米的无机载体陶粒洗净，先用摩尔浓度为0.5mol/l的盐酸浸泡24h，水洗至中性；然后用摩尔浓度为0.5mol/l的氢氧化钠浸泡24h，水洗至中性；再在100℃温度下烘干5h后，得到干燥的填料。
(2)将干燥的填料投入摩尔浓度为1.0mol/l的FeCl3金属盐溶液中，浸渍并超声1～2h，经100℃温度的烘干6h后在马弗炉中于550℃温度下烧结5h，得到烧结料。
(3)将烧结料经自然冷却后洗净，并在100℃温度下烘干3h，得到干燥的烧结料。
(4)将干燥的烧结料投入质量浓度为2％的含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶——聚乙烯醇溶液中，浸渍并超声0.5～3h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸溶液中反应0.5～1h，得到交联后的填料。
其中：微量元素是指每升高分子水凝胶溶液中含350μg的MgCl2·6H2O、35μg的MnSO4·H2O、5μgZn(NO3)2·6H2O、15μg Co(NO3)2·6H2O、1μg(NH4)6Mo7O24·6H2O、0.5μg CuSO4·5H2O、10μg NiCl2·6H2O、1μg H3BO4、0.5μg Na2WO4·2H2O、0.5μg AlK(SO4)2·12H2O和15μg无水CaCl2的微量元素。
营养盐类是指每升高分子水凝胶溶液中含2000mg KH2PO4、2000mgK2HPO4、1500mg NH4Cl和2000mg NaHCO3的盐类。
(5)将交联后的填料在100℃温度烘干2h后，在室温下自然冷却，即得改性生物活性滤池填料。
实施例2改性生物活性滤池填料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粒径为3～8毫米的无机载体多孔陶瓷颗粒洗净，先用摩尔浓度为2.0mol/l的盐酸浸泡12h，水洗至中性；然后用摩尔浓度为2.0mol/l的氢氧化钠浸泡12h，水洗至中性；再在110℃温度下烘干3h后，得到干燥的填料。
(2)将干燥的填料投入摩尔浓度为3.0mol/l的AlCl3金属盐溶液中，浸渍并超声1～2h，经110℃温度的烘干4后在马弗炉中于750℃温度下烧结3h，得到烧结料。
(3)将烧结料经自然冷却后洗净，并在110℃温度下烘干2h，得到干燥的烧结料。
(4)将干燥的烧结料投入质量浓度为10％的含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶——海藻酸钠溶液中，浸渍并超声0.5～3h；然后，将浸渍后的烧结料放入质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5～1h，得到交联后的填料。
其中：微量元素是指每升高分子水凝胶溶液中含450μg的MgCl2·6H2O、65μg的MnSO4·H2O、15μgZn(NO3)2·6H2O、25μg Co(NO3)2·6H2O、5μg(NH4)6Mo7O24·6H2O、2μg CuSO4·5H2O、15μg NiCl2·6H2O、3μg H3BO4、2μg Na2WO4·2H2O、2μg AlK(SO4)2·12H2O和25μg无水CaCl2的微量元素。
营养盐类是指每升高分子水凝胶溶液中含5000mg KH2PO4、5000mgK2HPO4、2500mg NH4Cl和3000mg NaHCO3的盐类。
(5)将交联后的填料在110℃温度烘干1h后，在室温下自然冷却，即得改性生物活性滤池填料。
实施例3改性生物活性滤池填料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粒径为3～8毫米的无机载体陶粒洗净，先用摩尔浓度为1.0mol/l的盐酸浸泡18h，水洗至中性；然后用摩尔浓度为1.0mol/l的氢氧化钠浸泡18h，水洗至中性；再在105℃温度下烘干4h后，得到干燥的填料。
(2)将干燥的填料投入摩尔浓度为2.0mol/l的Fe(NO3)3金属盐溶液中，浸渍并超声1～2h，经105℃温度的烘干5h后在马弗炉中于650℃温度下烧结4h，得到烧结料。
(3)将烧结料经自然冷却后洗净，并在105℃温度下烘干2.5h，得到干燥的烧结料。
(4)将干燥的烧结料投入质量浓度为6％的含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶——角叉莱胶溶液中，浸渍并超声0.5～3h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸溶液中反应0.5～1h，得到交联后的填料。
其中：微量元素是指每升高分子水凝胶溶液中含400μg的MgCl2·6H2O、50μg的MnSO4·H2O、10μgZn(NO3)2·6H2O、20μg Co(NO3)2·6H2O、3μg(NH4)6Mo7O24·6H2O、1.5μg CuSO4·5H2O、12μg NiCl2·6H2O、2μg H3BO4、1.5μg Na2WO4·2H2O、1.5μgAlK(SO4)2·12H2O和20μg无水CaCl2的微量元素。
营养盐类是指每升高分子水凝胶溶液中含3500mg KH2PO4、3500mgK2HPO4、2000mg NH4Cl和2500mg NaHCO3的盐类。
(5)将交联后的填料在105℃温度烘干1.5h后，在室温下自然冷却，即得改性生物活性滤池填料。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进。因此，其它任何未背离本发明的精神实质与原理所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种改性生物活性滤池填料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粒径为3～8毫米的无机载体洗净，先用摩尔浓度为0.5～2.0mol/l的盐酸浸泡12～24h，水洗至中性；然后用摩尔浓度为0.5～2.0mol/l的氢氧化钠浸泡12～24h，水洗至中性；再在100～110℃温度下烘干3～5h后，得到干燥的填料；所述无机载体为陶粒；
(2)将所述干燥的填料投入摩尔浓度为1.0～3.0mol/l的金属盐溶液中，浸渍并超声1～2h，经100～110℃温度的烘干4～6h后在马弗炉中于550℃～750℃温度下烧结3～5h，得到烧结料；所述金属盐溶液为FeCl3、AlCl3、Fe(NO3)3中的任意一种；
(3)将所述烧结料经自然冷却后洗净，并在100～110℃温度下烘干2～3h，得到干燥的烧结料；
(4)将所述干燥的烧结料投入质量浓度为2～10％的含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声0.5～3h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5～1h，得到交联后的填料；所述微量元素是指每升高分子水凝胶溶液中含350～450μg的MgCl2·6H2O、35～65μg的MnSO4·H2O、5～15μgZn(NO3)2·6H2O、15～25μgCo(NO3)2·6H2O、1～5μg(NH4)6Mo7O24·6H2O、0.5～2μg CuSO4·5H2O、10～15μg NiCl2·6H2O、1～3μg H3BO4、0.5～2μg Na2WO4·2H2O、0.5～2μgAlK(SO4)2·12H2O和15～25μg无水CaCl2的微量元素；所述营养盐类是指每升高分子水凝胶溶液中含2000～5000mg KH2PO4、2000～5000mg K2HPO4、1500～2500mg NH4Cl和2000～3000mg NaHCO3的盐类；所述高分子水凝胶为聚乙烯醇、海藻酸钠、角叉莱胶中的任意一种；
(5)将所述交联后的填料在100～110℃温度烘干1～2h后，在室温下自然冷却，即得改性生物活性滤池填料。
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