CN102424482A - 一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料，由内部填料载壳和外部负载层两部分组成。内部填料载壳是以聚乙烯或聚氨酯为材质的中空球体，直径在3~5cm之间，外部负载层为掺杂二氧化钛的溶胶中包埋的生物菌泥。由于内部填料载壳为中空结构，填料在水体中呈漂浮态，在太阳光照射下实现对污水的光催化降解，同时由于外部负载层中包埋有微生物，使得生物处理与光降解密切耦合、协同作用，改善了污水的处理效果，提高了处理效率。本发明的新型光生物漂浮式填料在水中处于流化状态，传质性能好，无需固定桁架，造价低，使用寿命长，更换方便。解决了现有填料因固定桁架易被废水腐蚀，导致填料使用寿命短、处理效果不好的问题。

Description

一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及属环保与节能技术领域，具体涉及一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料及其制备方法和在污水处理，特别是印染污水方面上的应用。
背景技术
目前对于难降解的污水，特别是印染废水处理难度大,投资和运行费高,随着科技的发展，越来越多的难降解有机污染物作为添加剂应用到印染行业中，增加了印染废水处理的难度。对于这类废水,目前采用常规的生化、物化处理方式，但是均存在着处理成本高、难以达到较好处理效果的问题，而本发明正是为了解决上述的技术问题而提出的。
利用光催化作用，可将印染废水中难降解物质完全矿化，而光催化与固定生物法的结合可大大提高反应效率，改善出水水质。且该填料以太阳光为能源漂浮于水面之上，无需外加电力设备、无需桁架等固定结构，大大降低了处理成本。
发明内容
本发明的目的之一是为了解决上述的处理成本高、传质性能差、不耐腐蚀、使用寿命短、更换不方便等技术问题，而提出的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料。
本发明的目的之二是为了提供上述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料的制备方法。
本发明的目的之三是提供上述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料在污水处理，特别是印染污水处理过程中的应用方法。
本发明的技术原理
本发明的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料，应用在难降解污水处理方面，结合了光催化与固定生物法的优点，将两者耦合、密切联系，实现生物处理与光降解的共同进行。
首先，光催化法对很难被微生物降解的有机物进行预处理,使有机物转变为可生物降解的中间产物；
然后，填料内部或表面附着的微生物再把这些中间产物进行生化处理,从而使有机物矿化为无机物或转化为无污染的有机物。且微生物处理,除去可生物降解物质,余下的难生物降解有机污染物再经光催化氧化得到去除。
本发明的技术方案
一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料，由内部填料载壳和外部负载层两部分组成；
所述的内部填料载壳是以聚乙烯或聚氨酯为材质的中空球体，直径在3~5cm之间；
所述的外部负载层为掺杂二氧化钛的溶胶包埋的生物菌泥；
所述的掺杂二氧化钛的溶胶包埋的生物菌泥通过如下方法制备，即将冷却至30℃以下的掺杂二氧化钛的溶胶与生物菌泥按质量比计算，即掺杂二氧化钛的溶胶：生物菌泥为1：1的比例混合；
所用生物菌泥为长期被污水污染的污泥，可选用二沉池活性污泥，是由细菌、真菌、原生动物和后生动物等各种生物和金属氢氧化物等无机物所形成的污泥状的絮凝物，有良好的吸附、絮凝、生物氧化和生物合成性能；
所述的掺杂二氧化钛的溶胶通过如下方法制备：即将聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠、聚合单体丙烯酰胺、交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)和水按质量比计算，即水：聚乙烯醇（PVA）：交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)：聚合单体丙烯酰胺：海藻酸钠为1200～1700:210～270:90～150:100～130:1的比例进行混合均匀，经水浴加热至90℃～98℃进行溶化后得到胶体，再在胶体中加入占胶体质量10%~20%的TiO2，最终形成所述的掺杂二氧化钛的溶胶。
上述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料的制备方法，其特征在于包括如下步骤:
（1）、溶胶的制备
将聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠、聚合单体丙烯酰胺、交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)和水按质量比计算，即水：聚乙烯醇（PVA）：交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)：聚合单体丙烯酰胺：海藻酸钠为1200～1700:210～270:90～150:100～130:1的比例进行混合均匀，经水浴加热至90℃～98℃进行溶化后得到胶体，再在胶体中加入占胶体质量10%～20%的TiO2充分搅拌，混合均匀，即得掺杂二氧化钛的溶胶；
（2）、外部负载层的制备
将步骤（1）所形成的掺杂二氧化钛的溶胶冷却至30℃以下后与生物菌泥按质量比，即掺杂二氧化钛的溶胶：生物菌泥为1:1的比例混合后形成外部负载层；
（3）、将步骤（2）所形成的外部负载层均匀涂于内部填料壳体即聚乙烯或聚氨酯为材质的中空球体上，涂覆厚度为0.5～1cm，涂覆完毕后放入饱和硼酸溶液中交联，交联30h后，取出，用水洗净，即得本发明的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料。
上述所得的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料在印染污水处理方面的应用 
将上述所得的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料置于高25cm，直径50cm的圆型反应器中，按印染污水与上述所得的一种用于处理印染污水的新型光生物漂浮式填料的质量比计算，即印染污水：填料为100～200:1进行混合后，在反应器底部进行曝气，使得新型光生物漂浮式填料在水面漂浮旋转，与水中污染物质充分接触，同时处理过程中控制溶解氧在3~5mg/L，12h后即完成印染污水处理，最终出水采用国标法测定，出水的COD、氨氮等指标可达纺织染整工业水污染物排放标准（GB 4287-1992）。
本发明的有益效果
一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料，由于使用的载壳是以聚乙烯或聚氨酯为材质的中空球体，因此所得的填料在水体中呈漂浮态，且由于使用了具有光催化作用的TiO2，在太阳光照射下，可实现对难降解的污水，特别是印染废水的光催化降解，同时由于负载层中包埋有微生物，使得生物处理与光降解密切耦合、协同作用，改善了印染污水的处理效果，提高了处理效率。
且本发明的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料，由于密度小，漂浮与水面之上，无附加约束力，因此其在水中处于流化状态，传质性能好，无需固定桁架，造价低，使用寿命长，更换方便。从而解决了现有填料因固定桁架易被废水腐蚀，导致填料的使用寿命短的问题。
另外，本发明的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料在用于污水处理过程中，降解物在TiO2表面发生氧化还原反应后,价电子带又得到电子,恢复原始状态。当光再次照射时,价电子带上的电子又可发生同样的跃迁，使得TiO2可重复使用不影响其活性。
附图说明
图1是本发明专利一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步阐释，但并不限制本发明。
本发明所用的各种原料均为化学纯。
本发明的实施例中所用的生物菌泥为选用山东省某印染污水厂二沉池活性污泥，经检测该生物菌泥是由细菌、真菌、原生动物和后生动物等各种生物和金属氢氧化物等无机物所形成的污泥状的絮凝物。有良好的吸附、絮凝、生物氧化和生物合成性能。
本发明所用的印染污水水质：COD 600~900，氨氮25~45，pH8.0~8.5，色度≦55。
实施例1
一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料，其结构示意图如图1所示。所述的新型光生物漂浮式填料由内部填料载壳1和外部负载层2两部分组成。
内部填料载壳1为聚乙烯，直径在3～5cm之间。
外部负载层2是由掺杂二氧化钛的溶胶包埋生物菌泥组成，构成固定微生物体系，与具有光催化降解作用的TiO2耦合，实现生物处理与光降解的共同进行。
所述的掺杂二氧化钛的溶胶，即将聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠、聚合单体丙烯酰胺、交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)和水按质量比计算，即水：PVA：TiO2：交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)：聚合单体丙烯酰胺：海藻酸钠为1500:250:120:100:1的比例进行混合均匀，经水浴加热至90℃～98℃进行溶化后得到胶体，再在胶体中加入占胶体质量10%~20%的TiO2，搅拌均匀，最终形成所述的掺杂二氧化钛的溶胶。
上述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料的制备方法，包括如下步骤：
（1）、掺杂二氧化钛的溶胶的制备
将聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠、聚合单体丙烯酰胺、交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)和水按质量比即水：聚乙烯醇（PVA）：交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)：聚合单体丙烯酰胺：海藻酸钠为1500:250:120:100:1的比例进行混合均匀，经水浴加热至90℃～98℃进行溶化后得到胶体，再在胶体中加入占胶体质量10%～20%的TiO2，搅拌均匀后，最终形成掺杂二氧化钛的溶胶；
（2）、外部负载层的制备
将步骤（1）所形成的掺杂二氧化钛的溶胶冷却至30oC以下后与菌泥按1:1比例混合后形成外部负载层2；
（3）、将步骤（2）所形成的外部负载层均匀涂于内部填料壳体1上，涂覆厚度为0.5cm，涂覆完毕后放入饱和硼酸溶液中交联，交联30h后，取出，用水洗净，即得本发明的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料。
应用实施例1
将实施例1所得的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料置于高25cm，直径50cm的圆型反应器中，控制印染污水与实施例1所得的一种用于处理印染污水的新型光生物漂浮式填料的质量比为130：1进行混合，同时在反应器底部进行曝气，并控制溶解氧在3~5mg/l，经12小时后，即完成了印染污水的处理。采用国标法测定其出水的COD、氨氮及色度等指标，其中COD=62,氨氮=12,色度=20，最终出水达到纺织染整工业水污染物排放标准（GB 4287-1992）。与现状相同印染污水处理工艺相比，提高处理效率约为20%，并且处理效果更加稳定。
上述结果表明，本发明的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料，在用于难降解的污水，特别是印染污水处理方面，具有造价低，处理成本低、使用寿命长，更换方便、处理效果好的优点。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料，其特征在于所述新型光生物漂浮式填料由内部填料载壳和外部负载层两部分组成；
所述的内部填料载壳是以聚乙烯或聚氨酯为材质的中空球体，直径在3~5cm之间；
所述的外部负载层为掺杂二氧化钛的溶胶中包埋的生物菌泥；
所述的掺杂二氧化钛的溶胶包埋的生物菌泥，即将冷却至30oC以下的溶胶与生物菌泥按质量比计算，即掺杂二氧化钛的溶胶：生物菌泥为1：1的比例混合而成；
所用生物菌泥是由细菌、真菌、原生动物和后生动物等各种生物和金属氢氧化物等无机物所形成的絮凝物；
所述的掺杂二氧化钛的溶胶，即将聚乙烯醇、海藻酸钠、聚合单体丙烯酰胺、交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺和水按质量比计算，即水：聚乙烯醇：交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺：聚合单体丙烯酰胺：海藻酸钠为1200～1700:210～270:90～150:100～130:1的比例进行混合均匀，经水浴加热至90℃～98℃进行溶化后得到胶体，再在胶体中加入占胶体质量10%~20%的TiO2，得所述的掺杂二氧化钛的溶胶。
2.如权利要求1所述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料，其特征在于所用生物菌泥为二沉池活性污泥。
3.如权利要求1所述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料，其特征在于所述的掺杂二氧化钛的溶胶制备过程中聚乙烯醇、海藻酸钠、聚合单体丙烯酰胺、交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺和水按质量比计算，即水：聚乙烯醇：交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺：聚合单体丙烯酰胺：海藻酸钠优选为1500:250:120:100:1。
4.如权利要求1、 2或3所述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料的制备方法，其特征在于包括如下步骤:
（1）、掺杂二氧化钛的溶胶的制备
将聚乙烯醇、海藻酸钠、聚合单体丙烯酰胺、交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺和水混合均匀后，经水浴加热至90℃～98℃进行溶化后得到胶体，再在胶体中加入占胶体质量10%～20%的TiO2充分搅拌，混合均匀，即得掺杂二氧化钛的溶胶；
（2）、外部负载层的制备
将步骤（1）所形成的掺杂二氧化钛的溶胶冷却至30℃以下后与生物菌泥按质量比计算，即掺杂二氧化钛的溶胶：生物菌泥为1:1的比例混合后形成外部负载层；
（3）、将步骤（2）所形成的外部负载层均匀涂于内部填料壳体即聚乙烯或聚氨酯为材质的中空球体上，涂覆厚度为0.5～1cm，涂覆完毕后放入饱和硼酸溶液中交联，交联30h后取出，用水洗净，即得本发明的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料。
5.如权利要求1、 2或3所述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料在
   污水处理方面的应用。
6.如权利要求1、 2或3所述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料在印染污水处理方面的应用。
7.如权利要求5所述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料在印染污水
处理方面的应用方法，其特征在于：
将所述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料置于圆型反应器
中，按印染污水与所述的一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料的质量
比计算，即印染污水：一种用于处理污水的新型光生物漂浮式填料为100～
200:1进行混合后，在反应器底部进行曝气，同时控制溶解氧在3~5mg/L，
12h后即完成印染污水的处理。
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Date Code Title Description
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PB01 Publication
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Inventor after: Yi Xuenong

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GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20120425

Assignee: SHANDONG HUANENG JINHAO ENVIRONMENTAL ENGINEERING CO., LTD.

Assignor: University of Shanghai for Science and Technology

Contract record no.: 2014370000185

Denomination of invention: Novel photo-biological floating filler for sewage treatment and preparation method and application thereof

Granted publication date: 20130417

License type: Exclusive License

Record date: 20141212

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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20130417

Termination date: 20181027