CN102921359A - 一种用于废水处理的生物胶囊的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种用于废水处理的生物胶囊的制备方法，包括以下步骤：将活性炭纤维与活性污泥混合，得到活性炭纤维-活性污泥复合体；将海藻酸钠和吐温80溶解在去离子水中，加入活性炭纤维-活性污泥复合体；恒速滴加到氯化钙溶液中,边滴加边搅拌，在40℃混合均匀反应，形成凝胶球；经阳离子淀粉、海藻酸钠、柠檬酸钠改性。该生物胶囊可以更好的适应废水的环境，提高稳定性，可提高对废水环境的抗逆性和反复使用性能，处理后的终端混合废水的COD、BOD和色度显著降低。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种用于废水处理的生物胶囊的制备方法。
背景技术
造纸废水成分复杂，含有大量难以降解的水溶性木质素类化合物及聚糖降解产物，常规的生物处理和化学处理难以有效降低废水的COD值和色度，因此造纸废水的深度处理一直是学术和技术难题。尤其对于造纸终端混合废水，因其经过多级物化和生化处理，污染负荷较低（COD为350-150 mg/L），可生化性差，污染物具有难降解特性。目前研究的主要思路是对现有处理技术进行组合，以实现制浆造纸废水的深度处理和达标排放。主要的工艺路线有Fenton-微电解组合工艺、电化学-固定化微生物碳组合工艺、高级氧化-膜法组合工艺、磁化-混凝-生物碳组合工艺等。这些工艺虽经实验验证具有良好的处理效果，但却很少被应用于工程实践，究其原因是上述技术不但流程复杂、操作繁琐，而且运行成本过高，难以实现经济高效运行。
固定化微生物技术是用化学或物理的手段将游离细胞或生物酶定位于限定的空间区域，并使其保持活性反复利用。固定化微生物技术具有微生物密度高，反应速度快，耐毒害能力强，微生物流失少，产物分离容易，处理设备小型化等优点。因此，该技术应用潜力和发展前景广阔。国内外对固定化法采用不同的分类方法，目前较合理的固定法大致有包埋法、吸附法、共价结合法和交联法四大类，其中以包埋法最为常用。适用于废水处理的理想固定化细胞载体应具备以下特点：对微生物无毒性；传质性能好；性质稳定，不易被生物分解；强度高、寿命长；细胞的固定化操作容易；水不溶性；价格低廉等。
申请号为201110183304.2，名称为“应用于生物流化床的新型生物微胶囊制备方法”公开了一种应用于生物流化床的新型微胶囊制备方法，以海藻酸钠、粉末活性炭、氯化钙和壳聚糖为囊材，以优势降解菌为囊芯，利用海藻酸钠与氯化钙发生离子交换形成海藻酸钙胶珠，以壳聚糖在胶珠表面覆膜后，将胶珠在柠檬酸钠中液化，最后再以海藻酸钠覆膜制得微胶囊。最大截留分子量约为PEG4000，相对分子量小于PEG1500的小分子物质能自由通过囊膜，在酸性和大部分二价阳离子条件下稳定，而一价阳离子和大部分阴离子不利于微胶囊的稳定。
发明内容
为了解决以上造纸终端混合废水污染负荷低、可生化性差及污染物难以降解、运行成本过高、难以实现经济高效运行的问题，本发明提供了一种用于废水处理的生物胶囊的制备方法，用于造纸终端混合废水的处理，处理效果好、运行成本低。生物胶囊的性能显著影响微生物的存活和废水处理能力，应具备较好的生物相容性和机械性能，遇电解质不分解。根据造纸终端混合废水特性，提供了一种用于废水处理的生物胶囊，用于造纸终端混合废水的深度处理。
本发明是通过以下措施实现的：
一种用于废水处理的生物胶囊的制备方法，包括以下步骤：
（1）将活性炭纤维与活性污泥以1:4-5质量比混合均匀，得到活性炭纤维-活性污泥复合体；
（2）将海藻酸钠和吐温80按照浓度2.0-3.0%和浓度0.2-0.3%溶解在去离子水中，搅匀，加入步骤（1）得到的活性炭纤维-活性污泥复合体，加入后活性炭纤维-活性污泥复合体的浓度为1.0-2.0%，搅匀得到混合液；
（3）将混合液在40-50min内恒速滴加到氯化钙溶液中,边滴加边搅拌，在40℃混合均匀反应，形成凝胶球；
（4）凝胶球依次经过阳离子淀粉、海藻酸钠和柠檬酸钠改性，即得。
所述的制备方法，步骤（3）中的氯化钙溶液为混合液体积的0.5倍，氯化钙溶液的浓度为4-5%。
所述的制备方法，步骤（4）中阳离子淀粉溶液的浓度为2-3g/L，其质量为凝胶球质量的4-5倍，在40℃下反应10-30 min。
所述的制备方法，步骤（5）中海藻酸钠的加入量为0.21-0.28%（质量），在40℃下反应10min。
所述的制备方法，步骤（6）中柠檬酸钠溶液浓度为0.10-0.15%，加入量为微球质量的2-3倍，反应2-3 min。
所述的制备方法，制备得到的生物胶囊用于造纸终端混合废水的深度处理。
所述的制备方法，用于其深度处理工艺参数为：生物胶囊与造纸终端混合废水的质量比为1:11-14，水循环周期为26-34h。
造纸废水成分复杂，含有大量难以降解的水溶性木质素类化合物及聚糖的降解产物，常规的生物处理和化学处理难以有效降低废水的COD值和色度。尤其对于造纸终端混合废水，因其经过多级物化和生化处理，污染负荷较低（COD为350-150mg/L），可生化性差，污染物具有难降解特性。背景技术中的专利公开的技术处理废水在酸性和大部分二价阳离子条件下稳定，而一价阳离子和大部分阴离子不利于微胶囊的稳定。造纸终端混合废水呈弱碱性，主要组分为Na+、各种糖醛酸根阴离子和有机羧酸阴离子，这些组分不利于背景技术中专利胶囊的稳定。本发明设计的胶囊体系为海藻酸钠-阳离子淀粉-活性炭纤维组分系统，强度高，性能稳定，能够适应造纸终端混合废水环境，实现造纸终端废水深度处理。
本发明的有益效果：
本发明制备方法设计海藻酸钠-阳离子淀粉-活性炭纤维三组分系统，在增加系统的机械性能的同时，在固定微生物形成“生物反应器”中也表现较大的优势，使微生物的生长量相对提高。该发明体系可以更好的适应废水的环境，提高稳定性，三组分相互关联，可提高对废水环境的抗逆性和反复使用性能，处理后的终端混合废水的COD、BOD和色度显著降低。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例来进一步说明。
实施例1
将活性炭纤维与活性污泥以1:4.6质量比在40℃下混合60 min，制备得到活性炭纤维-活性污泥复合体。以去离子水为反应溶剂，海藻酸钠浓度3.0%，吐温80浓度0.2%，在温度40℃搅拌5min混合均匀，然后加入上述活性炭纤维-活性污泥复合体，加入量1.5%，继续混合3 min。然后将形成的混合液40min恒速滴加到其0.5倍体积浓度4.4%的氯化钙溶液，在40℃以混合均匀反应，形成凝胶球。
过滤所制取的凝胶球，依次经过阳离子淀粉、海藻酸钠和柠檬酸钠改性。本领域技术人员能够实施的改性操作步骤均可以用于本方法中，以下就阳离子淀粉、海藻酸钠和柠檬酸钠改性分别提供一个具体的实施例方式，但并不仅仅限于此种实施方式。凝胶球经过充分洗涤后加入到其5倍质量的2.5 g/L阳离子淀粉溶液中，在40℃下混合20 min，洗涤后加入其质量0.21%的海藻酸钠，在40℃下反应10 min。洗涤，加入其质量2.5倍浓度0.12%柠檬酸钠溶液液化反应2 min，反应结束后洗涤，获取的胶囊用于造纸终端混合废水深度处理。
处理前造纸终端混合废水COD为228 mg/L，BOD为26.9 mg/L，色度为28倍，废水流速35 m3/h，胶囊与废水质量比为1:12，水循环周期26h。处理后废水COD为97 mg/L，BOD为11.4 mg/L，色度为12倍。
实施例2
将活性炭纤维与活性污泥以1:4质量比在40℃下混合60 min，制备得到活性炭纤维-活性污泥复合体。以去离子水为反应溶剂，海藻酸钠浓度2.5%，吐温80浓度0.3%，在温度40℃搅拌5min混合均匀，然后加入上述活性炭纤维-活性污泥复合体，加入量2.0%，继续混合3 min。然后将形成的混合液50min恒速滴加到其0.5倍体积浓度5%的氯化钙溶液，在40℃以混合均匀反应，形成凝胶球。
过滤所制取的凝胶球，依次经过阳离子淀粉、海藻酸钠和柠檬酸钠改性。本领域技术人员能够实施的改性操作步骤均可以用于本方法中，以下就阳离子淀粉、海藻酸钠和柠檬酸钠改性分别提供一个具体的实施例方式，但并不仅仅限于此种实施方式。凝胶球经过过滤所制取的凝胶球，充分洗涤后加入到其5倍质量的2 g/L阳离子淀粉溶液中，在40℃下混合10 min，洗涤后加入其质量0.25%的海藻酸钠，在40℃下反应10 min。洗涤，加入其质量2倍浓度0.10%柠檬酸钠溶液液化反应2.5 min，反应结束后洗涤，获取的胶囊用于造纸终端混合废水深度处理。
处理前造纸终端混合废水COD为192 mg/L，BOD为24.5 mg/L，色度为16倍，废水流速40 m3/h，胶囊与废水质量比为1:14，水循环周期34 h。处理后废水COD为84 mg/L，BOD为14.6 mg/L，色度为6倍。
实施例3
将活性炭纤维与活性污泥以1:5质量比在40℃下混合60 min，制备得到活性炭纤维-活性污泥复合体。以去离子水为反应溶剂，海藻酸钠浓度2.0%，吐温80浓度0.26%，在温度40℃搅拌5 min混合均匀，然后加入上述活性炭纤维-活性污泥复合体，加入量1.0%，继续混合3 min。然后将形成的混合液45min恒速滴加到其0.5倍体积浓度4%的氯化钙溶液，在40℃以混合均匀反应，形成凝胶球。
过滤所制取的凝胶球，依次经过阳离子淀粉、海藻酸钠和柠檬酸钠改性。本领域技术人员能够实施的改性操作步骤均可以用于本方法中，以下就阳离子淀粉、海藻酸钠和柠檬酸钠改性分别提供一个具体的实施例方式，但并不仅仅限于此种实施方式。凝胶球经过过滤所制取的凝胶球，充分洗涤后加入到其5倍质量的3 g/L阳离子淀粉溶液中，在40℃下混合30 min，洗涤后加入其质量0.28%的海藻酸钠，在40℃下反应10 min。洗涤，加入其质量3倍浓度0.15%柠檬酸钠溶液液化反应3 min，反应结束后洗涤，获取的胶囊用于造纸终端混合废水深度处理。
处理前造纸终端混合废水COD为324 mg/L，BOD为36.7 mg/L，色度为25倍，废水流速20 m3/h，胶囊与废水质量比为1:11，水循环周期30 h。处理后废水COD为127 mg/L，BOD为16.8 mg/L，色度为14倍。
对比实施例：
按照申请号为201110183304.2公开的方法制得新型生物微胶囊,制备步骤为：在海藻酸钠溶液中添加乳化剂吐温80和粉末活性炭并搅拌均匀得到溶液A，其中海藻酸钠质量分数为2.0％，吐温80 浓度为0.70％，粉末活性炭0.75％ (W/V) ；在溶液A 中添加80％ (V/V) 优势降解菌菌液混合均匀得到溶液B ；将溶液B 通过蠕动泵以注射方式滴加到4％的氯化钙溶液中反应20min，制得海藻酸钙胶珠；将制得的海藻酸钙胶珠过滤，并用无菌水清洗；然后置于pH6.0、1.8％的壳聚糖溶液中反应15min 制得海藻酸钙/ 壳聚糖微胶囊；将制得的海藻酸钙/ 壳聚糖微囊过滤后用无菌水清洗；然后置于55mmol/L 的柠檬酸钠溶液中液化8min 制得内核为液态的微胶囊；制得的微胶囊过滤后用无菌水清洗，然后置于0.15％的海藻酸钠溶液中再次覆膜15min，制得生物微胶囊；将微胶囊过滤并用纯水清洗，然后将微胶囊置于钙离子溶度为0.08％的生理盐水贮藏液中保存，并将其用于造纸终端废水处理。
处理前造纸终端混合废水COD为324 mg/L，BOD为36.7 mg/L，色度为25倍，废水流速20 m3/h，胶囊与废水质量比为1:11，水循环周期30 h。处理后废水COD为320 mg/L，BOD为36.9 mg/L，色度为24倍，废水处理效果不明显，且经过30h后部分微胶囊有破壁现象。
Claims (7)
1.一种用于废水处理的生物胶囊的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将活性炭纤维与活性污泥以1:4-5质量比混合均匀，得到活性炭纤维-活性污泥复合体；
（2）将海藻酸钠和吐温80按照浓度2.0-3.0%和浓度0.2-0.3%溶解在去离子水中，搅匀，加入步骤（1）得到的活性炭纤维-活性污泥复合体，加入后活性炭纤维-活性污泥复合体的浓度为1.0-2.0%，搅匀得到混合液；
（3）将混合液在40-50min内恒速滴加到氯化钙溶液中,边滴加边搅拌，在40℃混合均匀反应，形成凝胶球；
（4）凝胶球依次经过阳离子淀粉、海藻酸钠和柠檬酸钠改性，即得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（3）中的氯化钙溶液为混合液体积的0.5倍，氯化钙溶液的浓度为4-5%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（4）中阳离子淀粉溶液的浓度为2-3g/L，其质量为凝胶球质量的4-5倍，在40℃下反应10-30 min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（5）中海藻酸钠的加入量为0.21-0.28%（质量），在40℃下反应10min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（6）中柠檬酸钠溶液浓度为0.10-0.15%，加入量为微球质量的2-3倍，反应2-3 min。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于制备得到的生物胶囊用于造纸终端混合废水的深度处理。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于用于其深度处理工艺参数为：生物胶囊与造纸终端混合废水的质量比为1:11-14，水循环周期为26-34h。
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