CN104496015B - 一种微囊缓释增氧生物滤池和增氧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微囊缓释增氧生物滤池，包括进水口、双层过滤膜、隔板一、隔板二、生物反应器、过滤袋、出水口，所述进水口和出水口分别设置在生物滤池对立侧面的下部和上部；所述双层过滤膜内设有过氧化氢微胶囊和二氧化锰，双层过滤膜设置在生物滤池内底部和进水口连接；生物反应器设置在出水口同一侧面的中部；隔板一和隔板二均设置在进水口同一侧面，分别位于生物反应器的下部和上部；过滤袋设置在生物滤池内顶部和出水口连接。本发明还公开了利用生物滤池进行增氧的方法。本发明增氧生物滤池无需曝气，可使生物反应器内的生物系统正常运行，且无二次污染，低碳环保。

Description

一种微囊缓释增氧生物滤池和增氧方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种微囊缓释增氧生物滤池和增氧方法。

背景技术

现行污水处理的方法有很多，生物法凭借其投资少、效率高、运行费用低、操作稳定、出水水质良好、污泥的沉降性能好等优点，发展迅速，成为污水处理的主要方法之一。

水中的溶解氧是影响污水好氧生物处理系统的诸多重要因素之一。水中含氧量是否足够直接关系到精心驯化的好氧微生物的发育、生存状态和水中有机污染物的去除效果。因此，曝气成为了必不可少的环节。曝气的功能主要是产生并维持有效的气-水接触，并且在生物氧化作用不断消耗氧的情况下保持水中一定的溶解氧浓度；在曝气区内产生足够的混合作用和水的循环流动；维持液体的足够速度，以使水中的生物固体处于悬浮状态。

但是，曝气也带来了诸多的问题：曝气装置能耗高，利用率低，大部分的气体浪费；曝气对进水的SS要求较高，浓度如果过高，会导致滤料的接团堵塞；滤料的结团会导致工艺的失效，所以要求反复冲洗，增加了额外的消耗。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种微囊缓释增氧生物滤池和增氧方法，将一改传统的曝气思路；可很大程度上提高氧气的利用率；可很大程度上减少能源和人力的浪费；绿色环保，无二次污染。

本发明采用以下技术方案：

一种微囊缓释增氧生物滤池，包括进水口、双层过滤膜、隔板一、隔板二、生物反应器、过滤袋、出水口，所述进水口和出水口分别设置在生物滤池对立侧面的下部和上部；所述双层过滤膜内设有过氧化氢微胶囊和二氧化锰，双层过滤膜设置在生物滤池内底部和进水口连接；生物反应器设置在出水口同一侧面的中部；隔板一和隔板二均设置在进水口同一侧面，分别位于生物反应器的下部和上部；过滤袋设置在生物滤池内顶部和出水口连接。

进一步地，所述过氧化氢微胶囊由以下方法制备得到：将乙基纤维素、聚乙烯、环己烷混合，加热搅拌回流，使乙基纤维素和聚乙烯完全溶解在环己烷中；之后向混合均匀的体系中加入过氧化氢，继续搅拌回流，使过氧化氢均匀地分散于该体系溶液中；之后缓慢降温，使乙基纤维的溶解度下降，逐渐在过氧化氢表面凝聚析出，从而形成了过氧化氢—乙基纤维微胶囊；冷却至室温使胶囊固化，减压抽滤并用环己烷清洗多次，干燥之后得到所述过氧化氢微胶囊。

利用上述微囊缓释增氧生物滤池进行增氧的方法，包括如下步骤：

步骤一、计算出过氧化氢微胶囊的投放量：根据不同的生物滤池选择相应的污水生化处理耗氧量计算公式，计算出生物反应系统的需氧量；根据微囊释放动力学方程计算过氧化氢的释放速度，再依据化学方程式2H₂O₂＝2H₂O+O₂↑获得氧的释放速度；由需氧量和氧的释放速度计算出过氧化氢微胶囊的投放量；其中，微囊释放动力学方程为d(M_t/M₀)/dt＝3C_sD/(C₀r₀r₀)*(1-(M_t/M₀)^1/3)/(1-(1-(M_t/M₀)^1/3))，式中M_t为抑制剂变化量，M₀为聚合物基体变化量，t为抑制剂分散时间，C_s为抑制剂在膜中的饱和溶解度，D为聚合物中抑制剂的扩散系数，C₀为聚合物基体饱和浓度，r₀为球形胶囊半径；

步骤二、按步骤一计算出的投放量将过氧化氢微胶囊和二氧化锰放置在双层过滤膜内；

步骤三、废水从进水口流过双层过滤膜，使废水富含氧；富含氧的废水绕过隔板一进到生物反应器反应，再绕过隔板二进入过滤袋，最后从出水口流出。

本发明的有益效果：

1、本增氧生物滤池无需大型的曝气设备，即投即用，操作简单。

2、本增氧生物滤池可以稳定的提供氧气并能满足生物需求，可使系统稳定运行。

3、本增氧生物滤池氧的利用率高。

4、本增氧生物滤池能耗少，无二次污染，低碳环保。

综上，本发明形增氧生物滤池无需曝气，可使生物反应器内的生物系统正常运行，且无二次污染，低碳环保。

附图说明

图1为本发明增氧生物滤池示意图。

图2为本发明方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体实验室的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

微囊缓释技术是指在一个特定的体系内，采取某些措施来减小某种活性制剂的释放速度，从而在某段时间内，体系中的活性制剂可以维持有效浓度。缓释技术是一种新兴的技术，其显著的优越性引起了人们浓厚的兴趣。近年来，缓释技术已广泛应用于医药、农业、石油化工、日用化工等各领域。本发明将微囊缓释技术应用到废水处理领域，通过一定的微囊制备技术将液体过氧化氢包裹在微囊中，微囊投放后，待水渗透进微囊内部，便触发过氧化氢由内到外的扩散，从而实现过氧化氢的缓释，利用二氧化锰的催化作用，实现氧的恒速释放。过氧化氢微囊释放完毕后，可经替换。

一种微囊缓释增氧生物滤池，包括进水口1、双层过滤膜2、隔板一3、隔板二9、生物反应器4、过滤袋5、出水口6。所述进水口1和出水口6分别设置在生物滤池对立侧面的上部和上部。所述双层过滤膜2内设有过氧化氢微胶囊8和二氧化锰7，双层过滤膜2设置在生物滤池内底部和进水口1连接。生物反应器4设置在出水口6同一侧面的中部。隔板一3和隔板二9均设置在进水口6同一侧面，分别位于生物反应器4的下部和上部；隔板一3既可以避免水流短路，又增加了氧气的上升路径，提高氧的利用效率，隔板二9促进水流均匀进入过滤袋5。过滤袋5设置在生物滤池内顶部和出水口6连接，用于过滤菌体。

所述双层过滤膜2可以将过氧化氢微胶囊8和二氧化锰7隔离在膜内部，避免对水造成二次污染；可较方便的完成替换。双层过滤膜2的材质为聚丙烯。

所述过氧化氢微胶囊8的制备原理：根据缓释微囊制备技术中油相分离法原理，在高温时乙基纤维素溶解在环己烷中，温度降低，溶解度下降，产生凝聚相，发生相分离，使乙基纤维素与过氧化氢沉积在一起，聚乙烯为引发相分离的聚合物，溶解在环己烷中，对乙基纤维素起非溶剂作用，依据高聚物提纯原理，来促进壁材聚合物的相分离，将过氧化氢包裹成可恒速释放的微胶囊。具体制备方法如下：将乙基纤维素、聚乙烯以及50mL的环己烷混合于三口烧瓶中，固定好反应装置。开启电动搅拌机，将EC—PE一环己烷组成的混合体系在恒温水浴中加热至80℃回流，使EC和PE完全溶解。向混合均匀的体系中加入过氧化氢6g，控制搅拌速率，继续搅拌回流30min，使芯材的微细颗粒均匀的分散于该体系溶液中，然后于水浴中缓慢降温，使乙基纤维素的溶解度下降，逐渐在过氧化氢表面凝聚析出，从而形成了过氧化氢—乙基纤维素微胶囊。冷却至室温使胶囊固化，减压抽滤并用环己烷清洗3次，在40℃干燥箱中干燥，样品备用。

利用上述微囊缓释增氧生物滤池进行增氧的方法，包括如下步骤：

步骤一、计算出过氧化氢微胶囊8的投放量：根据不同的生物滤池选择相应的污水生化处理耗氧量计算公式，计算出生物反应系统的需氧量；根据微囊释放动力学方程计算过氧化氢的释放速度，再依据化学方程式2H₂O₂＝2H₂O+O₂↑获得氧的释放速度；由需氧量和氧的释放速度计算出过氧化氢微胶囊8的投放量；其中，微囊释放动力学方程为d(M_t/M₀)/dt＝3C_sD/(C₀r₀r₀)*(1-(M_t/M₀)^1/3)/(1-(1-(M_t/M₀)^1/3))，式中M_t为抑制剂变化量，M₀为聚合物基体变化量，t为抑制剂分散时间，C_s为抑制剂在膜中的饱和溶解度，D为聚合物中抑制剂的扩散系数，C₀为聚合物基体饱和浓度，r₀为球形胶囊半径；

步骤二、按步骤一计算出的投放量将过氧化氢微胶囊8和二氧化锰7放置在双层过滤膜2内；

步骤三、废水从进水口1流过双层过滤膜2，可使废水富含氧，并避免了有可能带来的二次污染；富含氧的废水绕过隔板一3进到生物反应器4反应，再绕过隔板二9进入过滤袋5，最后从出水口6流出。

实施例1

生物滤池为一普通生物滤池，则可根据公式计算污水每天需氧量，式中V—滤料体积，m³；a—降解1kgBOD5需氧量，kg/kg，1.46；b—单位质量活性生物膜需氧量，0.18kg/kg；P—单位容积滤料上生成生物膜质量，相当于活性污泥法曝气池内MLSS浓度，3.5-7.0kg/m³；Q为设计进水流量；S₀为生物反应器进水5日生化需氧量；S_e为生物反应器出水5日生化需氧量。过氧化氢微囊的单个释放速度(d(M_t/M₀)/dt)可以根据微囊释放动力学方程d(M_t/M₀)/dt＝3C_sD/(C₀r₀r₀)*(1-(M_t/M₀)^1/3)/(1-(1-(M_t/M₀)^1/3))进行计算，式中M_t为抑制剂变化量，M₀为聚合物基体变化量，t为抑制剂分散时间，C_s为抑制剂在膜中的饱和溶解度，D为聚合物中抑制剂的扩散系数，C₀为聚合物基体饱和浓度，r₀为球形胶囊半径。依据过氧化氢微囊的单个释放速度和化学方程式2H₂O₂＝2H₂O+O₂↑便可获得氧的释放速度。依据氧的释放速度，时间(天)，AOR可计算出需要多少个过氧化氢微囊。按既定微囊个数和适量二氧化锰放入双层过滤膜中。废水由进水口经双层过滤膜，使废水富含氧；富含氧的废水绕过隔板一进到生物反应器反应，之后在隔板二作用下均匀的溢向过滤袋过滤菌体，最后从出水口流出。

Claims (2)

1.一种微囊缓释增氧生物滤池，其特征在于，包括进水口、双层过滤膜、隔板一、隔板二、生物反应器、过滤袋、出水口，所述进水口和出水口分别设置在生物滤池对立侧面的下部和上部；所述双层过滤膜内设有过氧化氢微胶囊和二氧化锰，双层过滤膜设置在生物滤池内底部和进水口连接；生物反应器设置在出水口同一侧面的中部；隔板一和隔板二均设置在进水口同一侧面，分别位于生物反应器的下部和上部；过滤袋设置在生物滤池内顶部和出水口连接；其中，所述过氧化氢微胶囊由以下方法制备得到：将乙基纤维素、聚乙烯、环己烷混合，加热搅拌回流，使乙基纤维素和聚乙烯完全溶解在环己烷中；之后向混合均匀的体系中加入过氧化氢，继续搅拌回流，使过氧化氢均匀地分散于该体系溶液中；之后缓慢降温，使乙基纤维的溶解度下降，逐渐在过氧化氢表面凝聚析出，从而形成了过氧化氢—乙基纤维微胶囊；冷却至室温使胶囊固化，减压抽滤并用环己烷清洗多次，干燥之后得到所述过氧化氢微胶囊。

2.利用权利要求1所述的微囊缓释增氧生物滤池进行增氧的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、计算出过氧化氢微胶囊的投放量：根据不同的生物滤池选择相应的污水生化处理耗氧量计算公式，计算出生物反应系统的需氧量；根据微囊释放动力学方程计算过氧化氢的释放速度，再依据化学方程式2H₂O₂＝2H₂O+O₂↑获得氧的释放速度；由需氧量和氧的释放速度计算出过氧化氢微胶囊的投放量；其中，微囊释放动力学方程为d（M_t/M₀）/dt=3C_sD/(C₀r₀r₀)*(1-(M_t/M₀)^1/3)/(1-(1-(M_t/M₀)^1/3))，式中M_t为抑制剂变化量，M₀为聚合物基体变化量，t为抑制剂分散时间，C_s为抑制剂在膜中的饱和溶解度，D为聚合物中抑制剂的扩散系数，C₀为聚合物基体饱和浓度，r₀为球形胶囊半径；

步骤二、按步骤一计算出的投放量将过氧化氢微胶囊和二氧化锰放置在双层过滤膜内；

步骤三、废水从进水口流过双层过滤膜，使废水富含氧；富含氧的废水绕过隔板一进到生物反应器反应，再绕过隔板二进入过滤袋，最后从出水口流出。