CN105523641B - 微生物亲和性水处理轻质载体的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种微生物亲和性水处理轻质载体的制备方法，制备步骤如下：1、按质量份数取料，电气石40~55、干污水污泥12~34、粉煤灰8~16、助熔剂7~12、造孔剂8~15、粘合剂6~10，混合均匀；2、向混合料中加入水，水料比为6~7：10，搅拌2~3h至混合均匀，进行人工造粒；3、将载体颗粒生料自然干燥、温养、烘干处理，至含水率10~30%；4、将颗粒生料放在马弗炉中烧制。特点是，比表面积大，孔隙率高，可以改善微生物的生长环境，提高载体的微生物亲和性，能够增强微生物体内细胞的酶代谢活性，从而提高污水处理效能。可应用于工业、农业及城市污水处理等方面。

Description

微生物亲和性水处理轻质载体的制备方法

技术领域

本发明为一种微生物亲和性水处理轻质载体的制备方法。

背景技术

随着工业技术的飞速发展及人口城镇化进程的加快，水污染问题已日益加剧，不仅影响人们的身心健康，更阻碍了社会的进一步发展，因此技术需要改进才能适应现在社会的需要。因此，废水处理技术已成为世界关注的重点问题，在目前的技术中，而生物膜法是生物法废水处理技术的重点。

生物膜法利用附着生长与某些固体表面的微生物（即生物膜），通过固、液相物质交换，污染物被载体表面的微生物降解的方法。生物膜附着的固体介质被称为载体或填料，其是生物膜工艺的核心部分，不仅为微生物提供生长场所，而且还影响着微生物的生长环境、生长状态。到现在为止，生物膜技术已发展将近90年，从简单实心的卵石、炉渣等载体发展到现在比表面积大、孔隙度高的人工合成载体。目前生物膜载体填料的研究已得到了广泛研究及应用，可大体分为无机和有机两大类，无机类生物膜载体有硅酸盐类、碳酸盐类、碳纤维、矿渣和活性炭等，具有机械强度大、耐酸碱、使用寿命长等特点，大部分孔隙度高、吸附能力强。有机类生物膜载体又分为人工合成高分子载体及天然可降解高分子载体两种，人工合成高分子载体有聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯泡沫等，比表面积大、孔隙度高，但是生物亲和性不好，且会造成二次污染，可降解高分子有壳聚糖、纤维素等，对微生物无毒害、生物亲和性好，传质性能好，但是已被分解。当前在生物膜工艺中广泛应用的微生物载体在生物亲和性、稳定性、力学性能、挂膜效果及再生处理等方面暴露出很多不足，制约了生物膜法水处理技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于解决上述所存在的问题，提供一种能够激发微生物酶代谢活性的微生物亲和型水处理轻质载体的制备方法。

本发明制备方法如下步骤：

（1）配料：按质量份数取料，电气石40~55、含水量低于5~8%的干污水污泥12~34、粉煤灰8~16，造孔剂8~15；将上述原料研磨、筛分至200~400目后混合，加入助熔剂7~12、粘合剂6~10，混合均匀。

上述含水量低于5%的干污水污泥取自城市生活污水厂三级处理工艺脱水污泥，其中无机物主要有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO和MgO，质量约占32%～48%，有机物约占35%～54%；氮磷钾等约占2～6%；助熔剂选取钠盐；造孔剂采用200~400目玉米秸秆粉，粘合剂采用水玻璃；

（2）再加入水，其水的加入质量为上述混合物料质量的60~70%，搅拌2~3h至混合均匀，机械造粒制成直径8~10mm球形或边长10~15mm的椭球形颗粒；

（3）颗粒经自然干燥8~12h后在恒温培养箱100℃保温3~6h，移至烘干箱在105℃条件下烘干2~8h，直至含水率降为10~30%；

（4）再转入马弗炉，以8～12℃/min的升温方式逐渐提高，由室温升至200℃，保温30 min后升温至400℃保温30 min；再升温至600℃保温30 min；最后升温至温度650~750℃，保温40~60min，自然冷却至室温得到新型微生物亲和型水处理轻质载体。

本发明的优点是，采用的电气石具体可采用褐色天然电气石粉，干污水污泥采用城市生活污水处理厂离心脱水后的污泥，粉煤灰具体可选用电厂的一级粉煤灰，造孔剂具体可选用农业生产中的秸秆，助熔剂及粘合剂分别选用钠盐及水玻璃，均为分析纯。

所使用的电气石是制备载体的主要原料；电气石是一种以硼为特征的环状硅酸盐矿物，属于三方晶系，其化学通式是XY₃Z₆Si₆O₁₈（BO₃）₃W₄,式中X=Na、Ca、K、空位，Y=Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Mn³⁺、Li，Z=Al、Fe³⁺、Cr³⁺、Mg，W=OH、F、O.由于其发射远红外线（4~14um波长）、永久电极性、含有有效的微量矿物质等特性，电气石可自发性调节水溶液的PH为弱碱性，也可以产生活性分子H₃O⁺和H₃O₂ ^-,活化水分子，从而增强微生物体内的酶活性，促进微生物新陈代谢，促进微生物生长与繁殖。

所使用的干污水污泥也是制备载体的主要原料；干污水污泥是取自城市生活污水处理工艺的脱水后污泥，其中有机物含量高，干燥后含水率下降到5~8%，其中无机物主要有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO和MgO等，质量约占32%~48%，有机物约占35%~54%；氮磷钾等占2~6%。污泥中的无机成分可以为载体提供基本骨架，有机成分可以增加比表面积、孔隙度及减轻载体重量。

所使用的粉煤灰是制备载体的主要原料；粉煤灰是电厂中从煤燃烧后烟气中手机下来的细灰，主要的氧化物组成为SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂、SO₂，粉煤灰具有较强的吸附活性及很强的吸水性。粉煤灰的活性主要来自于活性（玻璃体）和活性（玻璃体）在一定碱性条件下水化作用，粉煤灰中少量的MgO、Na₂O、K₂O等生成较多玻璃体，在水化反应中会促进碱硅反应，粉煤灰中SO₃在烧制的过程中部分会以SO₂的形式挥发出去，增加孔隙度。

所使用的造孔剂，采用200~400玉米秸秆粉，含有30%~35%的碳水化合物、2%～4%的蛋白质和0.5%—1%的脂肪，是一种天然的高分子有机物质，不但可以减轻载体重量，增加载体的比表面积及孔隙度，而且会增强载体的生物亲和性。

助所使用的助熔剂选用钠盐，降低烧制温度，促进玻璃化作用。

所使用的粘合剂采用水玻璃，为分析纯；其耐酸碱、耐高温、粘结力强，可增强载体的物理性能。

本发明中，其成型过程包括干燥、恒温及烘干三个阶段，其中干燥是自然干燥，其目的是使颗粒干料的部分水蒸发，使各组分继续水化反应，生成更多的胶凝质水化物，提高载体的早期强度。恒温是在恒温培养箱养护，其目的是使颗粒生料发生水化反应及水热合成反应的主要阶段，可以增强载体的机械强度。烘干是在干燥箱105℃的条件下烘干2~3h，这一阶段的目的是使载体生料的自由水逐渐脱去，减少颗粒生料因为水的脱去而开裂的可能。

因此，本发明具有比表面积大，孔隙率高，可以改善微生物的生长环境，提高载体的微生物亲和性，能够增强微生物体内细胞的酶代谢活性，从而提高污水处理效能。可应用于工业、农业及城市污水处理等方面；对于提高载体的挂膜效果和生物膜工艺的污水处理效率有着重要的意义。

附图说明

图1是物理性能较优的实施例3中制备的载体N2吸附-脱附等温图，测得02号载体的比表面积为3.863m²/g；

图2是实施例3制备的载体作为填料用于的SBBR系统，模拟城市生活污水，图2是SBBR的一个周期中COD、氨氮的去除率变化情况，COD去除率达到了87.3%、氨氮去除率达到87.9%。

具体实施方式

本发明结合以下示例做进一步说明：

实施例1

一种微生物亲和性水处理轻质载体，按照如下步骤制备：

（1）按照配方称取各组分：按质量分数，电气石40、含水量低于5~8%的干污水污泥12、粉煤灰8、200~400目的玉米秸秆粉8，将上述原料研磨至200~400目的细粉后混合，再加入钠盐7、水玻璃6混合均匀制成混合物料；

（2）加入水的质量为混合物料质量的60~70%，搅拌2h，机械造粒制成直径8~10mm的球形或边长8~15mm的椭球形生料颗粒；

（3）颗粒生料先自然干燥8h，然后移至恒温培养箱100℃条件下养护3h，载移至烘干箱105℃的条件下烘干2h，此时颗粒生料含水率为10~30%；

（4）将颗粒生料放在马弗炉中，以8℃/min的升温速度，从室温升至200℃，保温30min；

然后升温至400℃，保温30 min；再升温至600℃保温30 min；最后升温至温度650℃，保温40min，然后炉子自然冷却至室温。

制得的载体的各项性能为：颗粒的平均粒径为8.12cm，表观密度0.83g/cm³、比表面积3.124m²/g、堆积密度0.78g/cm³、酸溶率7.1%、破损率1.62%。

实施例2

一种新型微生物亲和性水处理轻质载体，其按照如下步骤制备：

（1）按照配方称取各组分：按质量份数，电气石55、含水量低于5~8%的干污水污泥34、粉煤灰16、200~400目的玉米秸秆粉15，将上述原料研磨至200~400目的细粉后混合，加入钠盐12、水玻璃10混合均匀制成混合物料；

（2）加入60~70%混合物料质量的水，搅拌3h，人工造粒制成直径5~10mm的球形或边长8~15mm的方形生料颗粒；

（3）颗粒生料自然干燥12h，然后移至恒温培养箱100℃条件下养护6h，载移至烘干箱105℃的条件下烘干8h，此时颗粒生料含水率为10~30%；

（4）将颗粒生料放在马弗炉中，以12℃/min的升温速度，从室温升至200℃，保温30min；

然后升温至400℃，保温30 min；再升温至600℃保温30 min；最后升温至温度750℃，保温60min，炉子自然冷却至室温。

制得的载体的各项性能为：颗粒的平均粒径为7.93cm，表观密度0.89g/cm³、比表面积3.457m²/g、堆积密度0.69g/cm³、酸溶率6.5%、破损率1.83%。

实施例3

一种新型微生物亲和性水处理轻质载体，其按照如下步骤制备：

（1）按照配方称取各组分：按质量份数，电气石50、含水量低于5~8%的干污水污泥15、粉煤灰12、200~400目的玉米秸秆粉8，将上述原料研磨至200~400目的细粉后混合，加入钠盐9、水玻璃6混合均匀制成混合物料；

（2）加入水的质量为混合物料质量的60~70%，搅拌2h，人工造粒制成直径5~10mm的球形或边长8~15mm的方形生料颗粒；

（3）颗粒生料先自然干燥8h，然后移至恒温培养箱100℃条件下养护5h，载移至烘干箱105℃的条件下烘干5h，此时颗粒生料的含水率为10~30%；

（4）将颗粒生料放在马弗炉中，以12℃/min的升温速度，从室温升至200℃，保温30min；然后升温至400℃，保温30 min；再升温至600℃保温30 min；最后升温至温度700℃，保温40min，之后随着炉子自然冷却至室温。

制得的载体的各项性能为：颗粒的平均粒径为6.97cm，表观密度0.92g/cm³、比表面积3.863m²/g、堆积密度0.97g/cm³、酸溶率6.6%、破损率1.77%。

Claims (4)

1.一种微生物亲和性水处理轻质载体的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备：

（1）配料：按质量份数取料，电气石40～55、含水量低于5%的干污水污泥12～34、粉煤灰8～16，造孔剂8～15；将上述原料研磨、筛分至200～400目后混合，加入助熔剂7～12、粘合剂6～10，混合均匀；

上述含水量低于5%的干污水污泥取自城市生活污水厂三级处理工艺脱水污泥，其中无机物主要有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO和MgO，质量占32%～48%，有机物占35%～54%，氮磷钾占2～6%；助熔剂选取钠盐；造孔剂采用200～400目玉米秸秆粉，粘合剂采用水玻璃；

（2）再加入水，其水的加入质量为上述混合物料质量的60～70%，搅拌2～3h至混合均匀，机械造粒制成直径8～10mm球形或边长10～15mm的椭球形颗粒；

（3）颗粒经自然干燥8～12h后在恒温培养箱100℃保温3～6h，移至烘干箱在105℃条件下烘干2～8h，直至含水率降为10～30%；

（4）再转入马弗炉，以8～12℃/min的升温方式逐渐提高，由室温升至200℃，保温30min后升温至400℃保温30 min；再升温至600℃保温30 min；最后升温至温度650～750℃，保温40～60min，自然冷却至室温得到微生物亲和性水处理轻质载体。

2.根据权利要求1所述的一种微生物亲和性水处理轻质载体的制备方法，其特征在于，按照如下步骤制备：

（1）按照配方称取各组分：按质量分数，电气石40、含水量低于5%的干污水污泥12、粉煤灰8、200～400目的玉米秸秆粉8，将上述原料研磨至200～400目的细粉后混合，再加入钠盐7、水玻璃6混合均匀制成混合物料；

（2）加入水的质量为混合物料质量的60～70%，搅拌2h，机械造粒制成直径8～10mm的球形或边长8～15mm的椭球形生料颗粒；

（3）颗粒生料先自然干燥8h，然后移至恒温培养箱100℃条件下养护3h，载移至烘干箱105℃的条件下烘干2h，此时颗粒生料含水率为10～30%；

（4）将颗粒生料放在马弗炉中，以8℃/min的升温速度，从室温升至200℃，保温30min；

然后升温至400℃，保温30 min；再升温至600℃保温30 min；最后升温至温度650℃，保温40min，然后炉子自然冷却至室温。

3.根据权利要求1所述的一种微生物亲和性水处理轻质载体的制备方法，其特征在于，按照如下步骤制备：

（1）按照配方称取各组分：按质量份数，电气石55、含水量低于5%的干污水污泥34、粉煤灰16、200～400目的玉米秸秆粉15，将上述原料研磨至200～400目的细粉后混合，加入钠盐12、水玻璃10混合均匀制成混合物料；

（2）加入60～70%混合物料质量的水，搅拌3h，人工造粒制成直径5～10mm的球形或边长8～15mm的方形生料颗粒；

（3）颗粒生料自然干燥12h，然后移至恒温培养箱100℃条件下养护6h，载移至烘干箱105℃的条件下烘干8h，此时颗粒生料含水率为10～30%；

（4）将颗粒生料放在马弗炉中，以12℃/min的升温速度，从室温升至200℃，保温30min；然后升温至400℃，保温30 min；再升温至600℃保温30 min；最后升温至温度750℃，保温60min，炉子自然冷却至室温。

4.根据权利要求1所述的一种微生物亲和性水处理轻质载体的制备方法，其特征在于，按照如下步骤制备：

（1）按照配方称取各组分：按质量份数，电气石50、含水量低于5%的干污水污泥15、粉煤灰12、200～400目的玉米秸秆粉8，将上述原料研磨至200～400目的细粉后混合，加入钠盐9、水玻璃6混合均匀制成混合物料；

（2）加入水的质量为混合物料质量的60～70%，搅拌2h，人工造粒制成直径5～10mm的球形或边长8～15mm的方形生料颗粒；

（3）颗粒生料先自然干燥8h，然后移至恒温培养箱100℃条件下养护5h，载移至烘干箱105℃的条件下烘干5h，此时颗粒生料的含水率为10～30%；

（4）将颗粒生料放在马弗炉中，以12℃/min的升温速度，从室温升至200℃，保温30min；然后升温至400℃，保温30 min；再升温至600℃保温30 min；最后升温至温度700℃，保温40min，之后随着炉子自然冷却至室温。