CN103880152A

CN103880152A - 一种基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料及其制备方法

Info

Publication number: CN103880152A
Application number: CN201410107796.0A
Authority: CN
Inventors: 赵如金; 卞瑛磊; 王瑞静; 龚丽影; 王韦胜; 张云; 时杰华
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-03-21
Also published as: CN103880152B

Abstract

本发明涉及一种基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料及其制备方法，该填料由基体、磁性铁氧体层和生物膜载体层组成。其中基体为中空圆柱体，圆柱体内表面和外表面均覆盖磁性铁氧体层，磁性铁氧体层表面覆盖生物膜载体层。其制备方法是：采用一圆柱形模具，在其表面涂覆形成基体的粉煤灰、黄沙及水泥浆；待基体成形后，将基体与圆柱形模具分离，并将基体进行室温下养护；然后在基体内、外表面涂抹胶水，并覆盖一层磁性铁氧体粉末，形成磁性铁氧体层；待胶水干化、磁性铁氧体粉末稳固后，在磁性铁氧体层表面涂覆形成生物膜载体层的浆体。

Description

一种基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料及其制备方法

技术领域

本发明涉及属于水处理技术领域，具体涉及到基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料及其制备方法。

背景技术

在污水处理中，生物膜法具有适应性强，操作稳定性好；不易发生污泥膨胀，运转管理较方便；污水处理效果好等优点。因此在污水处理中有较广泛的应用。在生物膜处理系统中，生物填料是生物膜水处理技术的核心之一，是微生物赖以生长和进行新陈代谢的场所，直接关系到水处理的效果和费用。传统的填料往往存在亲水性、生物亲和性较差或成本较高等缺点。

与此同时，随着城市化进程的加快，大批污水处理厂不断兴建。城市污水处理厂的剩余污泥产量也急剧增加。剩余污泥主要来源于活性污泥系统中从二次沉淀池排出系统外的活性污泥，含有大量的微生物、悬浮物质及胶体物质。剩余污泥的长期堆放或者任意排放，将对生态环境和人类自身造成极大危害。面对如此庞大的剩余污泥产生量，开发合理的污泥处理方法，降低处理成本，提高处理效果，在实现减量化和稳定化的同时，尽量实现资源化，是今后污水厂污泥处理处置的必然发展趋势。

发明内容

本发明是基于以上背景并为了克服上述现有技术中的不足，并解决剩余污泥的易造成环境污染问题，提供一种基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料，由基体、磁性铁氧体层和生物膜载体层组成。其中基体为中空圆柱体，中空圆柱体外直径与长度之比为0.5-1.5，外直径与内直径之差为4-8mm；中空圆柱体内表面和外表面均覆盖磁性铁氧体层，磁性铁氧体层厚度为0.5-1mm；磁性铁氧体层表面覆盖生物膜载体层，生物膜载体层厚度为1.5-3mm。

上述磁性中空圆柱填料的制备方法，按照下述步骤进行：

（1）采用一圆柱形模具，在其表面涂覆形成基体的粉煤灰、黄沙及水泥浆，圆柱形模具的两端不涂覆。粉煤灰、黄沙及水泥浆中各成分重量百分比为水泥35%-50%，粉煤灰20%-30%，黄沙5%-10%，水23%-33%。

（2）待基体成形后，将基体与圆柱形模具分离，并将基体进行室温下养护。

（3）在基体内、外表面涂抹胶水，然后覆盖一层磁性铁氧体粉末，形成磁性铁氧体层。

（4）待胶水干化、磁性铁氧体粉末稳固后，在磁性铁氧体层表面涂覆形成生物膜载体层的浆体。浆体中各成分重量百分比为水泥35%-45%，粉煤灰15%-23%，淀粉5%-8%，剩余活性污泥10%-15%，水23%-33%。

（5）涂覆完成后，室温下养护，即形成所述基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料。

其中步骤（2）和（5）室温下养护时，相对湿度应大于80%，养护时间为20天左右。步骤（3）所用胶水可以是聚乙烯醇胶粘剂或聚乙烯醇缩甲醛胶等。步骤（4）所述剩余活性污泥，取自污水处理厂，先在40-80℃的环境中干燥，然后研磨，并过100目筛。

步骤（3）所述的磁性铁氧体粉末制备方法如下：

（1）采用常温铁氧体法处理重金属离子废水，向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比大于2，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比大于7.5，三价金属离子与二价金属离子的摩尔比范围在1.3-1.8之间；然后在搅拌的同时向重金属离子废水中加入强碱，将溶液的pH值调节至10以上，常温下反应6-8分钟，停止搅拌，混合液中形成沉渣，然后进行陈化，其中所述的重金属离子废水中可以含铜离子、锰离子或其他重金属离子，其中所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾等。

（2）陈化30-60分钟以后，混合液中的沉渣转化为黑色的磁性铁氧体，倒出上清液，并进行固液分离。

（3）将分离后的磁性铁氧体在40-60℃的环境中干燥，然后进行研磨，使磁性铁氧体的颗粒粒度在0.1mm以下，并在强度大于300kA/m的磁场中预磁化10分钟以上，形成所述的磁性铁氧体粉末。

该方法制备的基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料具有比表面积大、生物挂膜效果好等优点。当填料用于生物反应器时，由于其磁性铁氧体层的磁催化作用增强了反应器内污泥的活性，使污泥降解污染物的能力得以提高，从而提高生物反应器的降解效率。

本发明的有益效果是：

1.基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料的原料为粉煤灰、剩余活性污泥、重金属离子废水处理产物磁性铁氧体、黄沙及水泥等，上述采用的原料多为固体废弃物，成本低，实现了废物的再次循环利用，实现了固体废物的资源化。

2、生物膜载体层含有剩余活性污泥，增强了填料表面的生物亲和性。

3.填料比表面积大，尤其是生物膜载体层的淀粉被微生物降解后，填料表面孔隙率会进一步增加，这都有助于提高生物反应器的降解效率。

附图说明

图1是磁性中空圆柱填料主视图；

图2是图1中磁性中空圆柱填料1的俯视图；

图3是图2中A-A剖面图；

图中：1.磁性中空圆柱填料；2.基体；3.磁性铁氧体层；4.生物膜载体层。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步的阐述。

实施例1

如图1至图3所述采用下述方法制备基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料1，由基体2、磁性铁氧体层3和生物膜载体层4组成。其中基体2为中空圆柱体，圆柱体外直径为20mm，内直径为16mm，长度为25mm；中空圆柱体内表面和外表面均覆盖磁性铁氧体层3，磁性铁氧体层3厚度为0.5mm；磁性铁氧体层3表面覆盖生物膜载体层4，生物膜载体层4厚度为1.5mm。

制备方法为：

（1）采用一圆柱形模具，在其表面涂覆形成基体2的粉煤灰、黄沙及水泥浆，圆柱形模具的两端不涂覆。粉煤灰、黄沙及水泥浆中各成分重量百分比为水泥37%，粉煤灰20%，黄沙10%，水33%。

（2）待基体2成形后，将基体2与圆柱形模具分离，并将基体2进行室温下养护。

（3）在基体2内、外表面涂抹胶水，然后覆盖一层磁性铁氧体粉末，形成磁性铁氧体层3。

（4）待胶水干化、磁性铁氧体粉末稳固后，在磁性铁氧体层3表面涂覆形成生物膜载体层4的浆体。浆体中各成分重量百分比为水泥45%，粉煤灰15%，淀粉5%，剩余活性污泥10%，水25%。

其中步骤（2）和（5）室温下养护时，相对湿度应大于80%，养护时间为20天左右。步骤（3）所用胶水为聚乙烯醇胶粘剂。步骤（4）所述剩余活性污泥，取自污水处理厂，先在45℃的环境中干燥，然后研磨，并过100目筛。步骤（3）所述的磁性铁氧体粉末制备方法如下：

（1）采用常温铁氧体法处理重金属离子废水，向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比为2.5，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比为8，三价金属离子与二价金属离子的摩尔比为1.3；然后在搅拌的同时向重金属离子废水中加入强碱，将溶液的pH值调节至10，常温下反应6分钟，停止搅拌，混合液中形成沉渣，然后进行陈化，其中所述的重金属离子废水中含铜离子、锌离子，其中所述的强碱为氢氧化钠。

（2）陈化35分钟后，混合液中的沉渣转化为黑色的磁性铁氧体，倒出上清液，并进行固液分离。

（3）将分离后的磁性铁氧体在40℃的环境中干燥，然后进行研磨，使磁性铁氧体的颗粒粒度在0.1mm以下，并在强度为350kA/m的磁场中预磁化15分钟，形成所述的磁性铁氧体粉末。

实施例2

采用下述方法制备基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料1，由基体2、磁性铁氧体层3和生物膜载体层4组成。其中基体为中空圆柱体，圆柱体外直径为30mm，内直径为22mm，长度为22mm；中空圆柱体内表面和外表面均覆盖磁性铁氧体层3，磁性铁氧体层3厚度为1mm；磁性铁氧体层表面覆盖生物膜载体层4，生物膜载体层4厚度为2mm。

制备方法为：

（1）采用一圆柱形模具，在其表面涂覆形成基体2的粉煤灰、黄沙及水泥浆，圆柱形模具的两端不涂覆。粉煤灰、黄沙及水泥浆中各成分重量百分比为水泥44%，粉煤灰26%，黄沙5%，水25%。

（4）待胶水干化、磁性铁氧体粉末稳固后，在磁性铁氧体层3表面涂覆形成生物膜载体层4的浆体。浆体中各成分重量百分比为水泥35%，粉煤灰20%，淀粉7%，剩余活性污泥12%，水26%。

（5）涂覆完成后，室温下养护，即形成所述基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料1。

其中步骤（2）和（5）室温下养护时，相对湿度应大于80%，养护时间为20天左右。步骤（3）所用胶水为聚乙烯醇缩甲醛胶。步骤（4）所述剩余活性污泥，取自污水处理厂，先在80℃的环境中干燥，然后研磨，并过100目筛。步骤（3）所述的磁性铁氧体粉末制备方法如下：

（1）采用常温铁氧体法处理重金属离子废水，向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比为5，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比为10，三价金属离子与二价金属离子的摩尔比为1.6；然后在搅拌的同时向重金属离子废水中加入强碱，将溶液的pH值调节至12，常温下反应8分钟，停止搅拌，混合液中形成沉渣，然后进行陈化，其中所述的重金属离子废水中含锰离子、锌离子，其中所述的强碱为氢氧化钾。

（2）陈化60分钟后，混合液中的沉渣转化为黑色的磁性铁氧体，倒出上清液，并进行固液分离。

（3）将分离后的磁性铁氧体在60℃的环境中干燥，然后进行研磨，使磁性铁氧体的颗粒粒度在0.1mm以下，并在强度为400kA/m的磁场中预磁化20分钟，形成所述的磁性铁氧体粉末。

将实施例1和实施例2所制磁性中空圆柱填料同时用于两套并联运行处理城市生活污水的生物膜反应器试验装置中，两套装置的结构、尺寸及试验条件等均相同，其中试验条件为：曝气量0.1m3/h，进水pH7.7，温度25℃，水力停留时间6h，填料投加量30%。两套装置出水中主要污染物的去除率如表1所示。

表1两套装置对污水中主要污染物的去除率

由表1可以看出，采用本发明磁性中空圆柱填料的生物膜反应器对城市生活污水中主要污染物的去除率较高，效果良好。

Claims

1.一种基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料，其特征在于，该填料由基体、磁性铁氧体层和生物膜载体层组成；所述基体为中空圆柱体，中空圆柱体内表面和外表面均覆盖磁性铁氧体层；所述磁性铁氧体层表面覆盖生物膜载体层。

2.根据权利要求1所述的一种基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料，其特征在于，所述的中空圆柱体外直径与长度之比为0.5-1.5，外直径与内直径之差为4-8mm；所述的中空圆柱体覆盖磁性铁氧体层的厚度为0.5-1mm；所述磁性铁氧体层表面覆盖生物膜载体层的厚度为1.5-3mm。

3.基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：

（1）采用一圆柱形模具，在其表面涂覆形成基体的粉煤灰、黄沙及水泥浆，圆柱形模具的两端不涂覆；（2）待基体成形后，将基体与圆柱形模具分离，并将基体进行室温下养护；

（3）在基体内、外表面涂抹胶水，然后覆盖一层磁性铁氧体粉末，形成磁性铁氧体层；

（4）待胶水干化、磁性铁氧体粉末稳固后，在磁性铁氧体层表面涂覆形成生物膜载体层的浆体；（5）涂覆完成后，室温下养护，形成所述基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料。

4.根据权利要求3所述的基于剩余活性污泥的磁性中空圆柱填料的制备方法，其特征在于，磁性铁氧体粉末的制备方法，,按照下述步骤进行：

（1）采用常温铁氧体法处理重金属离子废水，向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比大于2，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比大于7.5，三价金属离子与二价金属离子的摩尔比范围在1.3-1.8之间；然后在搅拌的同时向重金属离子废水中加入强碱，将溶液的pH值调节至10以上，常温下反应6-8分钟，停止搅拌，混合液中形成沉渣，然后进行陈化；

（2）陈化30-60分钟后，混合液中的沉渣转化为黑色的磁性铁氧体，倒出上清液，并进行固液分离；

5.根据权利要求3所述的磁性中空圆柱填料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中制备基体的粉煤灰、黄沙及水泥浆中各成分重量百分比为水泥35%-50%，粉煤灰20%-30%，黄沙5%-10%，水23%-33%。

6.根据权利要求3所述的磁性中空圆柱填料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，制备生物膜载体层的浆体中各成分重量百分比为水泥35%-45%，粉煤灰15%-23%，淀粉5%-8%，剩余活性污泥10%-15%，水23%-33%。

7.根据权利要求3所述的磁性中空圆柱填料的制备方法，其特征在于，其中所述步骤（2）和（5）中室温下养护时，相对湿度应大于80%，养护时间为20天。

8.根据权利要求6所述的磁性中空圆柱填料的制备方法，其特征在于，所述剩余活性污泥，先在40-80℃的环境中干燥，然后研磨，并过100目筛。