CN103408129A - 可降解生物亲和性水处理填料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可降解的生物亲和性水处理填料，由可降解生物亲和性母粒和发泡剂制成，所述可降解生物亲和性母粒由以下重量份的成分组成：可降解高分子材料40～70份、填充料10～40份、天然生物质粉末10～25份、吸附剂1～3份、营养盐0.5～1份、偶联剂0.5～1份、润湿剂0.5～1份、其它添加剂3～7份。本发明中制备得到的颗粒母料可以加工成多种形状的水处理弹性填料。加工方便，使用简单，材料选择广泛，可根据不同的应用工艺要求做不同的调整，因而具有极其广泛的适应性。

Description

可降解生物亲和性水处理填料及其制备方法

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种可降解生物亲和性水处理填料及其制备方法，主要用于生化法养殖废水中氨氮的去除、磷的去除以及其它有机物的去除处理，也可以用于其它污水处理领域。

背景技术

氨氮是水产养殖废水中的主要污染物，也是最难以去除的物质。其主要来源是残余的饵料和养殖对象的排泄物。氨氮对人类最突出的危害就是使水体富营养化，破坏水体生态平衡。大量含氨氮废水进入水体，水体中植物营养过剩导致水生生物的大量繁殖，主要是各种藻类的大量繁殖，使鱼类生活空间越来越小，影响和破坏水体生态平衡；而且，非离子态的氨氮对养殖对象可以直接产生毒性，影响其生长发育，给水产养殖带来极为严重的后果和巨大的经济损失。

在现有氨氮废水的处理技术中，生物膜法以其处理效率高，耐冲击负荷，运行稳定，污泥产量小及经济节能等优点被广泛应用。生物处理除氨氮时通过微生物的硝化-反硝化作用将氨氮最终转化为氮气，或者通过生物体的转化、吸收等作用将污染物氨氮作为自身的营养物质吸收或加以利用，最终达到从水体中移出的目的。而生物填料则是废水生物处理技术的核心之一，它的材质和表面性能将直接影响微生物的附着、生长，进而影响废水的处理效果。目前常见的生物填料主要以聚丙烯、聚乙稀、醛化维纶等高分子材料制成，但是在实际应用中，人们发现这些塑料填料的亲水性和生物亲和性能较差，导致在挂膜速度、挂膜量以及膜与填料的紧密度方面存在不足。目前已有厂家生产改性生物填料,通过进行亲水性和生物亲和性改性,使得微生物更易吸附在填料上,提高微生物对水中污染物的分解能力。但是，由于养殖废水生物耗氧量（Biological Oxygen Demand，BOD）普遍较低，而在过程中需要大量的碳源，若处理低碳高氨氮废水，就必须增加额外的碳源，使处理成本增加。天然高分子材料由于原料比较容易获得，成本较低，同时对微生物无毒害作用，传质性能好，若利用该种材料作为固体碳源和生物膜载体并加以改性，不仅能够增强生物填料的亲水性和生物亲和性，同时可以大大降低投加额外碳源的成本，促进硝化细菌和反硝化细菌的增长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能增强载体表面的亲水性、生物亲和性及微生物附着量，并且能提高生物载体对氨氮硝化-反硝化能力及去除率的可降解的生物亲和性水处理填料，作为高分子改性生物膜载体，同时还提供了上述材料的加工工艺。

本发明的技术方案如下：

一种可降解的生物亲和性水处理填料，由可降解生物亲和性母粒和发泡剂制成，所述可降解生物亲和性母粒由以下重量份的成分组成：

可降解高分子材料40～70份、填充料10～40份、天然生物质粉末10～25份、吸附剂1～3份、营养盐0.5～1份、偶联剂0.5～1份、润湿剂0.5～1份、其它添加剂3～7份；

所述可降解高分子材料包括聚3-羟基烷酸酯、聚乳酸、聚ε-己内酯和聚丁二酸丁二醇酯；

所述填充料为轻质碳酸钙或羟基磷灰石；

所述天然生物质粉末为糖蜜、纤维素或淀粉中的一种或两种以上的混合物；

所述吸附剂为沸石粉、硅藻土或粉末活性炭；

所述营养盐包为亚铁盐和镁盐按摩尔比为10:（0.5～5）的混合物，其中亚铁盐为氯化亚铁或硫酸亚铁，镁盐为氯化镁或硫酸镁；

所述偶联剂包括硅烷偶联剂、铬络合物偶联和钛酸酯偶联剂；

润湿剂为白油；

其它添加剂为聚乙烯醇、硬酯酸和氯化钙按1:1:（0～2.5）的质量比组成的混合物。

所述母粒的各原料的细度不低于200目。

上述可降解的生物亲和性水处理填料密度在0.96～0.98kg/L。

上述可降解的生物亲和性水处理填料的制备方法包括以下步骤：

（1）将上述母粒的配料置于混合器中混匀，送入造粒机加工成颗粒物，得可降解生物亲和性母粒；

（2）将步骤（1）所得母粒与发泡剂混合，混合后的密度在0.96～0.98kg/L，送入挤出机筒内，从机头模具口挤出，经定径、冷却定塑、切割定型得到特定形状的填料产品。

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明的生物膜载体密度接近于水，挂膜前0.96～0.98g/cm³，挂膜后约等于1kg/L，使其在反应器内易于与水流混合流动。

本发明得到的生物膜载体具有较强的亲水性以及微生物的亲和性。由于生物填料中天然物质的存在，加快了微生物在填料上的附着生长，挂膜时间缩短，只需要10～15天就可以得到生长良好的微生物膜，而普通的水处理填料要30～50天。

本发明得到的生物填料本身能够定向提供碳源和营养，使得在挂膜过程中，填料内表面形成厌氧层，有利于反硝化细菌的生长；填料外表面则形成好氧层，有利于硝化细菌的繁殖，由此形成同步硝化-反硝化作用，大大增强水中氨氮的去除效率。以养殖废水处理为例，氨氮去除率为80～85%，比普通的生物填料处理效率提高了30～40%。

填料中的营养物质和碳源被生物利用后，表面形成大量孔隙，粗糙度大大增加，比表面及可达到普通塑料填料的数十倍。这些表面微孔为微生物吸附提供了活性点位，使微生物的附着更加牢固，不易因曝气冲刷或水流剪切而脱落，减少了生物量的流失，从而提高了水处理效果。

生物填料中的可降解高分子材料部分只有在堆肥等接触特定微生物条件下才发生降解，因此在正常储存和使用过程中性能非常稳定。

改善了填料的刚性和韧性，使填料在使用过程中不易损坏。而对于一般塑料填料来说，又具有可降解性能，不会造成环境污染。

本发明中制备得到的颗粒母料可以加工成多种形状的水处理弹性填料。加工方便，使用简单，材料选择广泛，可根据不同的应用工艺要求做不同的调整，因而具有极其广泛的适应性。

附图说明

图1为本发明实施例1的弹性填料的立体示意图。

图2为本发明实施例2的弹性填料的立体示意图。

图3为本发明实施例3的毛刷填料的立体示意图。

具体实施方式

实施例1：

取细度在200目以上的聚丁二酸丁二醇酯70kg,轻质碳酸钙14.5kg,淀粉22.5kg,活性炭2.5kg,营养盐0.88kg（氯化亚铁0.81kg，氯化镁0.06kg）,硅烷偶联剂0.55kg,聚乙烯醇1.75kg,硬酯酸1.75kg,白油1kg置于混合器中混匀，送入造粒机高温加工成颗粒物。再取制备成的母粒90kg和30kg发泡剂混匀送入挤出机筒内，从机头模具口挤出的是灰黑色的内部有十字支承架横截面为齿形的圆筒，经定径、冷却定塑、切割定型便可得到移动床A型滤料的产品1，如图1所示，它的密度为0.98kg/L。

实施例2：

取细度在200目以上的聚ε-己内酯55kg,轻质碳酸钙16.8kg,纤维素0.75kg,淀粉16.8kg,沸石粉2.25kg,营养盐0.75kg（硫酸亚铁0.65kg，硫酸镁0.11kg）,硅烷偶联剂0.75kg,聚乙烯醇1.5kg,硬酯酸1.5kg,氯化钙3.75kg,白油0.8kg置于混合器中混匀，送入造粒机高温加工成颗粒物。再取制备成的母粒70kg和10kg发泡剂混匀送入挤出机筒内，从机头模具口挤出的是灰黑色的花环形圆筒，经定径、冷却定塑、切割定型便可得到移动床滤料B型的产品2，如图2所示，它的密度为0.97kg/L。

实施例3：

取细度在200目以上的聚丁二酸丁二醇酯60kg,羟基磷灰石12.5kg,糖蜜0.5kg,淀粉20.5kg,活性炭5.5kg,营养盐0.65kg（氯化亚铁0.611kg，硫酸镁0.039kg）,硅烷偶联剂0.65kg,聚乙烯醇1.2kg,硬酯酸1.2kg,氯化钙1.5kg,白油1.0kg置于混合器中混匀，送入造粒机高温加工成颗粒物。再取制备成的母粒100kg，经拉丝、冷确定塑、切割定形，再加工拉丝成毛刷，便可得到如图3所示的毛刷状弹性填料。

实施例4：

将实施例1和实施例2所得填料投入移动床生物反应器中，通入养殖废水进行流水挂膜。反应器底部均匀曝气，分别经过12天和15天后，填料表面吸附生长微生物，生长成熟为可以将填料整体包覆的生物膜。挂膜成功后便可对养殖废水进行处理，对氨氮的处理效果分别为66.5%和62.6%。将生物填料取出显微观察，发现填料中的天然生物质成分已被分解，填料中的孔隙被微生物取代填充。

实施例5：

将实施例3所得的毛刷在水处理反应器中规则排列，通入养殖废水进行流水挂膜。对填料层曝气充氧后，填料表面吸附生长微生物，培养两周后，微生物生长成熟，挂膜成功。对养殖废水的处理效果表明，在24小时内，氨氮的浓度从0.27mg/L下降到0.12mg/L。取出反应器中的生物填料进行显微镜观察，毛刷表面的天然生物质成分被微生物部分分解，并有大量的丝状菌附着生长。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的原理下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种可降解生物亲和性水处理填料，其特征在于，由可降解生物亲和性母粒和发泡剂制成，所述可降解生物亲和性母粒由以下重量份的成分组成：

可降解高分子材料40～70份、填充料10～40份、天然生物质粉末10～25份、吸附剂1～3份、营养盐0.5～1份、偶联剂0.5～1份、润湿剂0.5～1份、其它添加剂3～7份；

所述可降解高分子材料包括聚3-羟基烷酸酯、聚乳酸、聚ε-己内酯和聚丁二酸丁二醇酯；

所述填充料为轻质碳酸钙或羟基磷灰石；

所述天然生物质粉末为糖蜜、纤维素或淀粉中的一种或两种以上的混合物；

所述吸附剂为沸石粉、硅藻土或粉末活性炭；

所述营养盐为亚铁盐和镁盐按摩尔比10:（0.5～5）的混合物，其中亚铁盐为氯化亚铁或硫酸亚铁，镁盐为氯化镁或硫酸镁；

所述偶联剂包括硅烷偶联剂、铬络合物偶联和钛酸酯偶联剂；

润湿剂为白油；

其它添加剂为聚乙烯醇、硬酯酸和氯化钙按1:1:（0～2.5）的质量比组成的混合物。

2.权利要求1所述可降解生物亲和性水处理填料，其特征在于，所述母粒的各原料的细度不低于200目。

3.权利要求1所述的可降解生物亲和性水处理填料，其特征在于，密度在0.96～0.98kg/L。

4.权利要求1所述可降解生物亲和性水处理填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将权利要求1所述母粒的配料置于混合器中混匀，送入造粒机加工成颗粒物，得可降解生物亲和性母粒；

（2）将步骤（1）所得母粒与发泡剂混合，混合后的密度在0.96～0.98kg/L，送入挤出机筒内，从机头模具口挤出，经定径、冷却定塑、切割定型得到特定形状的填料产品。

Images