CN103708619A - 一种流化床生物膜填料、制备方法及填料结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流化床生物膜填料，其特征在于：所述的流化床生物膜填料按重量百分比由以下组分组成：高密度聚乙烯或聚丙烯80%-90%，偶联剂1%-3%，无机碳材料3%-10%，抗氧化剂1%-3%，营养剂2%-6%，亲水剂3%-8%。本发明还包括所述的流化床生物膜填料制备方法和采用上述流化床生物膜填料方法制备的流化床生物膜填料结构。本发明所述的流化床生物膜填料、制备方法及填料结构所公开的流化床生物膜填料及其结构，具有比表面积大、亲水性好、抗毒性强、易挂膜、易流化等特征。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别涉及一种流化床生物膜填料、制备方法及填料结构。
背景技术
生物流化床因其具有BOD容积负荷高、占地面积小、固-液接触面积大、处理效果好等特点，日益得到国内外研究者的高度重视。生物膜填料在生物流化床中作为微生物的载体，影响着微生物的生长、繁殖和脱落，因此生物填料的选择及其结构参数的优化，是关系到流化床反应器快速启动和处理效果的关键因素之一。
目前，污水处理生物膜填料市场存在这样的问题：如比表面积较大的固定式填料因需要捆绑而产生安装复杂及易腐蚀、检修困难等方面的问题；而可以直接投加、取出的悬浮式填料存在比表面积却相对较小、亲水性不够、抗毒性较差等方面的问题。这两方面的问题极大地降低了生物填料的使用效率，增大了运行成本。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种比表面积大、亲水性好、抗毒性强、易挂膜、易流化的一种流化床生物膜填料、制备方法及填料结构。
为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：一种流化床生物膜填料，其特征在于：所述的流化床生物膜填料按重量百分比由以下组分组成：高密度聚乙烯或聚丙烯80%-90%，偶联剂1%-3%，无机碳材料3%-10%，抗氧化剂1%-3%，营养剂2%-6%，亲水剂3%-8%。
优选的，所述的偶联剂为钛酸脂、铝酸脂中的一种或两种混合体，用于改善原料的流动性，同时使原料的各组分紧密连接形成一个整体。
优选的，所述的无机碳材料为活性炭、石墨、炭黑、碳纳米纤维中的一种或多种混合体，用于增加填料表面特性，增大比表面积。
优选的，所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂TPP中的一种或多种混合体，用于提高填料的耐腐蚀能力，延长填料使用寿命。
优选的，所述营养剂为蔗渣、淀粉、壳聚糖、木质素、甲壳素中的一种或多种混合体，用于提供微生物前期生长的营养。
优选的，所述亲水剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸盐中的一种或两种混合体，用于改善填料的亲水性。
本发明所述的流化床生物膜填料制备方法为：将流化床生物膜填料组分按重量百分比放入混料机中进行搅拌混合，将混匀后的混合物移入双螺杆注塑机中通过模具挤出成型，并于马弗炉中进行程序升温焙烧，最终制得流化床生物膜填料。
本发明还包括采用上述流化床生物膜填料方法制备的流化床生物膜填料结构，其特征在于：所述的流化床生物膜填料结构整体形状为一空心圆筒，所述的空心圆筒外壁为曲面结构，且外壁上开有多个圆孔；所述的空心圆筒内设有至少两根交叉连接的加强筋，所述的空心圆筒内壁上设有多个翅片。
优选的，所述的曲面结构为半圆形突起或三角突起。
优选的，所述的空心圆筒外壁上的圆孔呈螺旋状排列。
采用上述技术方案，本发明所述的流化床生物膜填料、制备方法及填料结构所公开的流化床生物膜填料及其结构，具有比表面积大、亲水性好、抗毒性强、易挂膜、易流化等特征，填料在工程应用中的主要优势有：
1)应用方式灵活，可灵活选用不同的填料填充率，达到起升处理能力和处理效果的目的，从而达到兼顾高效和远期扩大处理规模而无需增大池容的要求；
2)处理效果好，载体巨大的比表面积为微生物大量繁殖提供了舒适的生长环境，微生物种类多，活性高，同时优越的表面特性大大提高了有机污染物的传质效率，从而整理处理效果大大提升；
3)高效脱氮除磷能力：一方面，由于填料比表面积大、表面特性好，不仅为异养微生物生长提供了空间，同时为自养型微生物（如硝化细菌）的生长创造了条件，有利于优势菌种的富集，解决了脱氮除磷的泥龄矛盾；另一方面，载体的特殊结构使得载体附着的生物膜形成溶解氧梯度分布，每颗小小的填料均构成了一个集厌氧、兼氧和好氧于一体的微型生物反应器，能实现同步硝化反硝化以及反硝化除磷。这两个方面都极大的提高了脱氮除磷效果；
4)剩余污泥量少：填料上的微生物形成了较长的生物链，泥龄长，故系统剩余污泥量少；
5)缩短启动周期：由于填料在水中呈悬浮态，无需支架，在工程应用中实施方便，在加上填料优越的结构和表面特性，填料挂膜速度快，启动周期短，为处理系统尽快发挥净化效果创造了条件；
6)降低能耗：填料易流化，在流化过程中，可在液相自由的通畅旋转，不断的对水中的气泡进行碰撞和剪切，使得形成的气泡更小，增加了气泡与污水的接触面积，延长了气泡在水中的停留时间，提高了氧的传质效率和利用率，有效的降低了供氧设施的能耗；
7)节省投资：由于填料巨大的比表面积使得单位容积内的生物量更高，从而可以缩短水力停留时间，减少反应器容积，节省投资；
8)使用寿命长：填料结构和表面特性优越，性能稳定，更换、维护次数很少，使用寿命长达20年。
附图说明
图1为本发明所述的流化床生物膜填料示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。
实施例1
取84kg高密度聚乙烯，1.5kg钛酸脂，5kg活性炭，2kg抗氧化剂1010，3kg甲壳素，4.5kg聚乙烯醇；将上述材料放入混料机中进行搅拌混合，将混匀后的混合物移入双螺杆注塑机中通过模具挤出成型，并于马弗炉中进行程序升温焙烧，焙烧后冷却，制成所需填料，其密度为0.98g/cm3。
实施例2
取90kg高密度聚丙烯，1kg铝酸脂，3kg石墨，1kg抗氧化剂TPP，2kg淀粉，3kg聚丙烯酸盐；将上述材料放入混料机中进行搅拌混合，将混匀后的混合物移入双螺杆注塑机中通过模具挤出成型，并于马弗炉中进行程序升温焙烧，焙烧后冷却，制成所需填料，其密度为0.96g/cm3。
实施例3
取80kg高密度聚丙烯，1kg铝酸脂，1kg钛酸脂，5kg炭黑、5kg活性炭5kg，3kg抗氧化剂1076，2kg壳聚糖，3kg聚乙烯醇；将上述材料放入混料机中进行搅拌混合，将混匀后的混合物移入双螺杆注塑机中通过模具挤出成型，并于马弗炉中进行程序升温焙烧，焙烧后冷却，制成所需填料，其密度为0.98g/cm3。
实施例4
取80kg高密度聚乙烯，1kg钛酸脂，4kg纳米纤维，1kg抗氧化剂1010，2kg木质素、2kg淀粉、2kg甲壳素，4kg聚乙烯醇、4kg聚丙烯酸盐；将上述材料放入混料机中进行搅拌混合，将混匀后的混合物移入双螺杆注塑机中通过模具挤出成型，并于马弗炉中进行程序升温焙烧，焙烧后冷却，制成所需填料，其密度为0.98g/cm3。
实施例5
取82kg高密度聚乙烯，3kg钛酸脂，6kg炭黑，2kg抗氧化剂1010，2kg蔗渣，2kg聚乙烯醇、3kg聚丙烯酸盐；将上述材料放入混料机中进行搅拌混合，将混匀后的混合物移入双螺杆注塑机中通过模具挤出成型，并于马弗炉中进行程序升温焙烧，焙烧后冷却，制成所需填料，其密度为0.98g/cm3。
采用本发明方法制造的生物膜填料结构如如图1所示，流化床生物膜填料结构，填料结构整体形状为一空心圆筒1，所述的空心圆筒1外壁为曲面结构，曲面结构可以如图1所示的半圆形突起，也可以为三角突起；且空心圆筒内内设有两根交叉连接的加强筋2，加强筋根据需要也可以设置多根，所述的空心圆筒内壁设有多个翅片3，所述的空心圆筒外壁上开有多个圆孔4，圆孔优选呈螺旋状排列，便于生物膜填料流化。
采用本发明流化床生物膜填料、制备方法制备的填料具有比表面积大、亲水性好、生物活性高、易挂膜、处理效果好等优点。通过在内壁上设有翅片，可以使填料的空隙率高达97%，同时填料骨架带有氨基、羟基、羧基等大量亲水性基团，通过与微生物肽链氨基酸相应基团作用形成离子键或共价键结合，从而将微生物、生物酶等固定附着在载体上。填料结构曲面、翅片设计使填料具有巨大的有效比表面积，填料比表面积高于600m2/m3，而普通的仅为200-300m2/m3；先进的表面处理技术更有利于微生物的附着生长，为菌胶团、原生动物、后生动物等生长创造了适宜的环境，因而生物膜内的生物种类繁多，活性高，生物链长。填料的结构使得填料上附着的生物膜形成溶解氧梯度分布，填料内部逐渐形成以厌氧和兼氧菌为主体的优势菌落，外部形成了以好氧菌为主体的优势菌种，因此，每颗小小的填料均形成了一个集厌氧、兼氧和好氧于一体的微型生物反应器，大大提高了整体处理效率。
本发明所述的生物膜填料的密度为0.89-0.98g/cm3，接近于水，易流化，同时生物膜填料结构表面上的螺旋藻圆孔，使生物膜填料在曝气状态下，填料可完全呈流化状态，大大增加了填料中的生物膜与废水、空气的接触机会，废水中的有机质被填料中的生物相吸附的几率成倍的增加，系统处理效果大大提升。
各实施例在应用中，处理污水的效果见下表：
| CODCr（mg/L） | NH3-N（mg/L） | TP（mg/L） | |
| 实施例1进水样 | 342 | 25 | 2.4 |
| 实施例1出水样 | 45 | 3.8 | 0.7 |
| 实施例2进水样 | 335 | 23 | 2.2 |
| 实施例2出水样 | 43 | 4.5 | 0.6 |
| 实施例3进水样 | 351 | 27 | 2.6 |
| 实施例3出水样 | 39 | 3.5 | 0.4 |
| 实施例4进水样 | 321 | 22 | 2.9 |
| 实施例4出水样 | 45 | 3.7 | 0.6 |
| 实施例5进水样 | 333 | 23 | 2.6 |
| 实施例5出水样 | 41 | 3.3 | 0.3 |
由上表可以看出，本发明中的填料在应用中，处理污水的出水水质良好，充分达到国家相关排放标准。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种流化床生物膜填料，其特征在于：所述的流化床生物膜填料按重量百分比由以下组分组成：高密度聚乙烯或聚丙烯80%-90%，偶联剂1%-3%，无机碳材料3%-10%，抗氧化剂1%-3%，营养剂2%-6%，亲水剂3%-8%。
2.根据权利要求1所述的一种流化床生物膜填料，其特征在于：所述的偶联剂为钛酸脂、铝酸脂中的一种或两种混合体。
3.根据权利要求1所述的一种流化床生物膜填料，其特征在于：所述的无机碳材料为活性炭、石墨、炭黑、碳纳米纤维中的一种或多种混合体。
4.根据权利要求1所述的一种流化床生物膜填料，其特征在于：所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂TPP中的一种或多种混合体。
5.根据权利要求1所述的一种流化床生物膜填料，其特征在于：所述营养剂为蔗渣、淀粉、壳聚糖、木质素、甲壳素中的一种或多种混合体。
6.根据权利要求1所述的一种流化床生物膜填料，其特征在于：所述亲水剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸盐中的一种或两种混合体。
7.一种流化床生物膜填料制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将权利要求1-6任一权利要求所述的流化床生物膜填料组分按重量百分比放入混料机中进行搅拌混合，将混匀后的混合物移入双螺杆注塑机中通过模具挤出成型，并于马弗炉中进行程序升温焙烧，最终制得流化床生物膜填料。
8.一种流化床生物膜填料结构，其特征在于：采用权利要求7所述的流化床生物膜填料制备方法制备而成，所述的流化床生物膜填料结构整体形状为一空心圆筒，所述的空心圆筒外壁为曲面结构，且外壁上开有多个圆孔；所述的空心圆筒内设有至少两根交叉连接的加强筋，所述的空心圆筒内壁上设有多个翅片。
9.根据权利要求8所述的一种流化床生物膜填料结构，其特征在于：所述的曲面结构为半圆形突起或三角突起。
10.根据权利要求8所述的一种流化床生物膜填料结构，其特征在于：所述的空心圆筒外壁上的圆孔呈螺旋状排列。
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