CN103693757A

CN103693757A - 一种用于废水处理的营养基载体及其制备方法

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Publication number: CN103693757A
Application number: CN201310730628.2A
Authority: CN
Inventors: 万先凯; 刘良军; 乐翠华; 毛哲林
Original assignee: Haiyuan Environmental Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Hai Yuan environment Science and Technology Ltd.
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: CN103693757B

Abstract

本发明公开了一种用于废水处理的营养基载体及其制备方法，属于水处理领域，解决了营养基载体易造成二次污染的问题。一种用于废水处理的营养基载体，包括作为营养基的脂肪族物质、羟基磷灰石、作为载体骨架的聚丁二酸丁二醇酯，还可以包括对聚丁二酸丁二醇酯改性的淀粉和甘油。一种制备方法，熔融聚丁二酸丁二醇酯成骨架原液；熔融脂肪族物质，然后搅拌脂肪族物质并加入羟基磷灰石形成营养基原液；熔融状态下混合搅拌骨架原液和营养基原液形成共混液；将共混液注入模具中成型并冷却固化。这种营养基载体改善了载体亲水性和生物亲和性，营养基成分增强生物膜活性，保持低营养物浓度下生物活性，防止二次污染，机械强度与韧性较好，可缓释营养物。

Description

一种用于废水处理的营养基载体及其制备方法

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别是一种用于废水处理的营养基载体及其制备方法。

背景技术

自然环境容量的局限性与日益严峻的污染排放已造成了现代废水处理的巨大压力。目前，国内各地区各行业已进入废水处理提标改造的关键时期。技术成熟、运行稳定及费用合理的水处理技术将越来越受到环保研究者的重视。

采用生化降解工艺对废水中污染物进行控制，是目前国内外普遍采用的处理方法。但不论是活性污泥法，或者生物膜法，对废水有机污染物、氮、磷等的处理都受到微生物活性的影响。主要原因在于较低污染物浓度下（通常废水COD值低于100mg/L）微生物将受到营养限制，难以对其进行深度处理。因此，引入营养基以实现微生物对低浓废水的深度处理将有望解决这一难题。通过投加营养物质来提高污泥活性的方法已广泛应用于废水处理现场，但该法势必造成新污染物的引入，也很难在实际中提高废水的处理程度，出水水质仍将难以满足现实的提标要求，急需寻求结构更稳定、利用率更高的新型营养基以替之。

移动床生物膜反应器(MBBR)作为最具应用前景的生物膜技术，其吸取了传统活性污泥法和生物膜法两者的优点，在提高废水处理效率及深度脱氮中表现优异，为废水处理提标改造提供了新途径。填料载体作为MBBR技术的核心部分，其制备方法与载体特性将直接决定该技术处理效率，影响其推广应用。相关MBBR填料专利，如CN102838204A、CN102153206A、US6126829、CN102491496A、WO2003068694A，已实现了研究制备的较大进步，但没有微生物营养学方面的改进。公开号为CN100999361A的专利公开了一种水处理用营养缓释型生物填料，通过在聚丙烯、聚乙烯和聚酯塑料填料中掺入营养物质及营养缓释控制剂来改善载体亲水性，提高生物膜活性，从微生物营养角度来改善有机填料，但存在营养组分传质受限及高分子基材二次污染等问题。

发明内容

本发明所要达到的目的是提供一种用于废水处理的营养基载体及其制备方法，符合微生物所需的生长环境、活性污泥对营养物质需求及生物膜载体特性，将为微生物生长提供必要营养物质及场所，提高生物膜降解活性，且不存在二次污染问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于废水处理的营养基载体，包括重量百分比为36.2%-59.2%的脂肪族物质、22.8%-56.3%的聚丁二酸丁二醇酯、1.5%-5%的羟基磷灰石、0%-10%的淀粉、0%-3%的甘油。

进一步的，由重量百分比为36.2%-59.2%的脂肪族物质、22.8%-56.3%的聚丁二酸丁二醇酯、1.5%-5%的羟基磷灰石、0%-10%的淀粉、0%-3%的甘油组成。淀粉和甘油用于改性聚丁二酸丁二醇酯，淀粉可改善可生化性，甘油可提高韧性，防止聚丁二酸丁二醇酯形成的营养基载体的骨架过脆。

进一步的，所述脂肪族物质是由至少一种脂肪酸或脂肪醇构成的化合物或混合物，构成脂肪族物质的脂肪酸或脂肪醇是温度小于等于45℃时为固态且分子式含有至少14个碳原子的脂肪酸或脂肪醇。脂肪族物质作为主要的营养基成分，可以由一种或多种脂肪酸或脂肪醇构成，保持在脂肪族物质与作为骨架的聚丁二酸丁二醇酯组成营养基载体后密度为950kg/m³-1140kg/m³。

进一步的，所述脂肪酸为硬脂酸。

进一步的，所述脂肪醇为鲸蜡醇或硬脂醇。

本发明同时公开了上述营养基载体的一种制备方法，所述营养基载体由重量百分比为36.2%-59.2%的脂肪族物质、22.8%-56.3%的聚丁二酸丁二醇酯、1.5%-5%的羟基磷灰石以及重量百分比为0%-10%的淀粉、0%-3%的甘油组成，包含下述步骤：将聚丁二酸丁二醇酯熔融，形成骨架原液；将脂肪族物质熔融，在搅拌脂肪族物质的同时加入羟基磷灰石，形成营养基原液；将骨架原液和营养基原液在熔融状态下混合搅拌，形成共混液；将共混液注入模具中成型，然后冷却固化。

进一步的，聚丁二酸丁二醇酯熔融后，在搅拌聚丁二酸丁二醇酯的同时加入淀粉和/或甘油，形成骨架原液。

进一步的，熔融聚丁二酸丁二醇酯的温度为135℃-150℃，添加淀粉和甘油时以500r/min-800r/min的搅拌速度搅拌2小时-5小时；熔融脂肪族物质的温度为50℃-75℃，添加羟基磷灰石时以200r/min-300r/min的搅拌速度搅拌1.5小时-2.5小时；熔融混合骨架原液和营养基原液的温度为135℃-150℃，以500r/min-800r/min的搅拌速度搅拌0.75小时-1.75小时。上述温度保持化合物在熔融状态下混合，主要改变物理状态，尽量减少了制成营养基载体之前发生过多的化学反应；上述搅拌速度和搅拌时间可使物质受热均匀。

进一步的，所述共混液在真空状态下注入模具成型。真空状态下可防止处于高温的共混液表面氧化，并同时防止水蒸气影响表面基团。

聚丁二酸丁二醇酯作为营养基载体的骨架是指由塑性的聚丁二酸丁二醇酯构成蜂巢式的载体架构，对营养基起到支撑作用，并笼络营养基载体中的其他成分如脂肪族物质等。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

改善了载体亲水性和生物亲和性，提高生物膜的驯化培养速度，提高载体填料的挂膜启动速度；营养基成分增强生物膜活性，提高处理废水的抗冲击能力；营养基为反硝化过程提供充足碳源以防止低脱氮，保持低营养物浓度下生物活性，提高废水处理效率；防止载体填料对受处理水的二次污染；聚丁二酸丁二醇酯骨架可增强营养基载体的机械强度与韧性，同时起到缓释营养物的作用。

具体实施方式

实施例一

一种用于废水处理的营养基载体，由重量百分比为57.7%的硬脂酸、32.3%的聚丁二酸丁二醇酯、3%的羟基磷灰石、2.5%的甘油、4.5%的淀粉组成。

淀粉和甘油用于改性聚丁二酸丁二醇酯，淀粉可改善可生化性，甘油可提高韧性，防止聚丁二酸丁二醇酯形成的营养基载体的骨架过脆。硬脂酸作为主要的营养基成分，羟基磷灰石和聚丁二酸丁二醇酯也可以作为营养物质，上述比例和物质组成营养基载体后密度为975kg/m³。

营养基载体制成空心圆柱体，实用中对进水COD_Cr浓度约为380mg/L、B/C约0.35、NH₃-N浓度约30mg/L的污水进行MBBR好氧较普通活性污泥处理8小时后，COD_Cr在40-55mg/L，氨氮去除率在92%以上，COD_Cr较普通活性污泥去除率提高15-25mg/L，氨氮去除率提高15%。

实施例二

一种用于废水处理的营养基载体，由重量百分比为45.2%的鲸蜡醇、39.8%的聚丁二酸丁二醇酯、5%的羟基磷灰石、10%的淀粉组成。

淀粉用于改性聚丁二酸丁二醇酯，淀粉可改善可生化性。鲸蜡醇作为主要的营养基成分，羟基磷灰石和聚丁二酸丁二醇酯也可以作为营养物质，上述比例和物质组成营养基载体后密度为1120kg/m³。

营养基载体制成空心圆柱体，实用中对印染废水缺氧/好氧脱氮处理，好氧池投加体积百分比20%的营养基载体，厌氧池投加体积百分比45%的营养基载体，处理10小时后，出水COD去除率较未投加本实施例营养基载体的情况下提高15%，氮去除率提高至32%，水处理系统抗冲击负荷能力提高。

实施例三

与实施例一或实施例二不同的是，脂肪族物质由硬脂醇代替，也可以用鲸蜡醇、硬脂醇、硬脂酸或其他分子式含有至少14个碳原子的脂肪酸或脂肪醇中的多种化合物共同混合形成，各成分加入后保持营养基载体的密度处于950kg/m³-1140kg/m³范围内。

表1：各组分重量百分比配比表

营养基载体的各组分比例可以是表1中例举的几种情况，也可以由重量百分比为36.2%-59.2%的脂肪族物质、22.8%-56.3%的聚丁二酸丁二醇酯、1.5%-5%的羟基磷灰石以及重量百分比为0%-10%的淀粉、0%-3%的甘油中的其他组分比例配比构成。

实施例四

实施例一所述的营养基载体的制备方法，包含下述步骤：将聚丁二酸丁二醇酯在145℃下熔融，在600r/min的速度下搅拌聚丁二酸丁二醇酯并同时加入淀粉和甘油，搅拌4小时形成骨架原液；将硬脂酸在60℃下熔融，在300r/min的速度下搅拌硬脂酸并同时加入羟基磷灰石，搅拌2小时形成营养基原液；将骨架原液和营养基原液在熔融状态下混合以600r/min的速度搅拌1.5小时后形成共混液；将共混液注入相应形状模具中在真空环境下形成空心圆柱体状的营养基载体，然后冷却固化。真空状态下可防止处于高温的共混液表面氧化，并同时防止水蒸气影响表面基团。

实施例五

实施例二所述的营养基载体的制备方法，包含下述步骤：将聚丁二酸丁二醇酯在145℃下熔融，在500r/min的速度下搅拌聚丁二酸丁二醇酯并同时加入淀粉和甘油，搅拌2.5小时形成骨架原液；将鲸蜡醇在52℃下熔融，在300r/min的速度下搅拌硬脂酸并同时加入羟基磷灰石，搅拌2小时形成营养基原液；将骨架原液和营养基原液在熔融状态下混合以500r/min的速度搅拌1小时后形成共混液；将共混液注入相应形状模具中在真空环境下形成空心圆柱体状的营养基载体，然后冷却固化。真空状态下可防止处于高温的共混液表面氧化，并同时防止水蒸气影响表面基团。

实施例六

与实施例四或实施例五不同的是，形成营养基原液的脂肪族物质由硬脂醇代替，也可以用鲸蜡醇、硬脂醇、硬脂酸或其他分子式含有至少14个碳原子的脂肪酸或脂肪醇中的多种化合物共同混合形成，各成分加入后保持营养基载体的密度处于950kg/m³-1140kg/m³范围内。

搅拌形成骨架原液的速度可以是700r/min、800r/min或500r/min-800r/min中的其他转速，搅拌形成骨架原液的时间可以是2小时、5小时或2小时-5小时中的其他时间，熔融聚丁二酸丁二醇酯的温度可以是135℃、150℃或135℃-150℃中的其他温度；搅拌形成营养基原液的速度可以是200r/min、250r/min或200r/min-300r/min中的其他转速，搅拌形成营养基原液的时间可以是1.5小时、2.5小时或1.5小时-2.5小时中的其他时间，熔融脂肪族物质的温度可以是50℃、75℃或50℃-75℃中的其他温度；搅拌形成共混液的速度可以是700r/min、800r/min或500r/min-800r/min中的其他转速，搅拌形成共混液的时间可以是0.75小时、1.75小时或0.75小时-1.75小时中的其他时间，熔融聚丁二酸丁二醇酯及脂肪族物质的温度可以是135℃、150℃或135℃-150℃中的其他温度。搅拌时间、速度和熔融温度具不同比例的各组分确定，以达到保持化合物在熔融状态下混合，主要改变物理状态，尽量减少制成营养基载体之前发生过多的化学反应的目的，并使物质受热均匀。

根据所处理污水的不同，B/C小于0.3的污水需加大脂肪族物质的比例。

本发明提供的营养基载体及其制备方法改善了载体亲水性和生物亲和性，提高生物膜的驯化培养速度，提高载体填料的挂膜启动速度；营养基成分增强生物膜活性，提高处理废水的抗冲击能力；营养基为反硝化过程提供充足碳源以防止低脱氮，保持低营养物浓度下生物活性，提高废水处理效率；防止载体填料对受处理水的二次污染；聚丁二酸丁二醇酯骨架可增强营养基载体的机械强度与韧性，同时起到缓释营养物的作用。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims

1.一种用于废水处理的营养基载体，其特征在于：包括重量百分比为36.2%-59.2%的脂肪族物质、22.8%-56.3%的聚丁二酸丁二醇酯、1.5%-5%的羟基磷灰石、0%-10%的淀粉、0%-3%的甘油。

2.根据权利要求1所述的一种用于废水处理的营养基载体，其特征在于：由重量百分比为36.2%-59.2%的脂肪族物质、22.8%-56.3%的聚丁二酸丁二醇酯、1.5%-5%的羟基磷灰石、0%-10%的淀粉、0%-3%的甘油组成。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于废水处理的营养基载体，其特征在于：所述脂肪族物质是由至少一种脂肪酸或脂肪醇构成的化合物或混合物，构成脂肪族物质的脂肪酸或脂肪醇是温度小于等于45℃时为固态且分子式含有至少14个碳原子的脂肪酸或脂肪醇。

4.根据权利要求3所述的一种用于废水处理的营养基载体，其特征在于：所述脂肪酸为硬脂酸。

5.根据权利要求3所述的一种用于废水处理的营养基载体，其特征在于：所述脂肪醇为鲸蜡醇或硬脂醇。

6.一种营养基载体的制备方法，所述营养基载体由重量百分比为36.2%-59.2%的脂肪族物质、22.8%-56.3%的聚丁二酸丁二醇酯、1.5%-5%的羟基磷灰石以及重量百分比为0%-10%的淀粉、0%-3%的甘油组成，其特征在于：包含下述步骤，将聚丁二酸丁二醇酯熔融，形成骨架原液；将脂肪族物质熔融，在搅拌脂肪族物质的同时加入羟基磷灰石，形成营养基原液；将骨架原液和营养基原液在熔融状态下混合搅拌，形成共混液；将共混液注入模具中成型，然后冷却固化。

7.根据权利要求6所述的一种营养基载体的制备方法，其特征在于：聚丁二酸丁二醇酯熔融后，在搅拌聚丁二酸丁二醇酯的同时加入淀粉和/或甘油，形成骨架原液。

8.根据权利要求7所述的一种营养基载体的制备方法，其特征在于：熔融聚丁二酸丁二醇酯的温度为135℃-150℃，添加淀粉和甘油时以500r/min-800r/min的搅拌速度搅拌2小时-5小时；熔融脂肪族物质的温度为50℃-75℃，添加羟基磷灰石时以200r/min-300r/min的搅拌速度搅拌1.5小时-2.5小时；熔融混合骨架原液和营养基原液的温度为135℃-150℃，以500r/min-800r/min的搅拌速度搅拌0.75小时-1.75小时。

9.根据权利要求6-8任一所述的一种营养基载体的制备方法，其特征在于：所述共混液在真空状态下注入模具成型。