CN105819565A - 一种用于污水处理的复合生物膜载体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于污水处理的复合生物膜载体及其制备方法，所述载体由固体填料及包覆在固体填料表面的涂层构成，所述填料形状为蜂窝直斜管型、波纹型、立方体型、圆柱体型或纤维状型。所述载体表面有利于生物膜的生长，有助于提高污水处理的效率；有利于生物膜载体密度的调控，适应不同类型污水处理的要求。另外，由于生物膜载体的表面材料使用了可降解材料，随着可降解材料的逐渐分解，老化的生物膜自动脱落，待生物膜脱落后，将聚合物载体取出，重新涂覆可降解材料即可重复使用，从而克服了生物膜过厚、结球、堵塞填料床的缺点，节约了生物膜载体的制造和使用成本。本发明还公开了所述复合生物膜载体的制备方法，该方法简单易行。

Description

一种用于污水处理的复合生物膜载体及其制备方法

技术领域

本发明属于污水处理和高分子复合材料技术领域，具体涉及一种用于污水处理的复合生物膜载体及其制备方法。

背景技术

生物膜法污水处理技术在治理点源污染和面源污染的实际应用中获得了普遍认可，是污水处理技术之一。生物膜载体的发展对生物膜法污水处理技术的发展起着关键作用，载体对生物膜的生长、结构和活性均具有显著影响，对提高生物膜反应器的处理效率、降低运行成本具有至关重要的作用。传统的制备方法，是通过表面改性或者增加比表面积的方法，在生物膜载体的表面接枝生物相容性较好的材料，提高生物膜的成长速率，提高系统的处理效能。然而这些制备方法没有解决生物膜污水处理法中生物膜过厚、结球、堵塞填料床、需定期反洗的缺点。

专利CN200710118941.5公开了一种新型生物膜载体的制备及其在工业废水处理中的应用，该方法通过对聚丙腈碳纤维电化学表面改性，得到的生物膜载体可快速固着细菌，利于微生物的繁殖。然而，该专利只是针对含有聚丙腈基团的碳纤维的改性，造成了生物选择性单一的问题。另外，电化学生产过程复杂性，也大大增加了生产成本。

专利CN200910076445.7公开了一种利用聚乳酸作为碳源和生物膜载体的脱氮方法，该方法利用生物可降解的聚乳酸同时作为反硝化微生物的碳源和生物膜载体，降低了生物脱氮的成本。然而，该生物膜载体内部没有支撑结构，容易在使用过程中产生生物膜载体的强度和变形问题。

专利CN201310202469.9公开了一种焦粒生物膜载体及其制备方法，该方法将聚乙烯醇碳化后，得到具有大比表面积的生物膜载体，适用于高浓度有机废水的处理。然而，该生物膜载体的生物相容性较差，生物膜的生长缓慢、周期长、效率低。

专利CN201510436427.0公开了一种掺杂改性蜂巢石的高活性聚乳酸-聚丙烯生物膜复合纤维载体材料，该方法将传统单纯的无机、有机载体介质混合使用。然而，其制备工艺比较繁琐，不利于降低成本和大规模生产。

上述这些技术方案虽然针对生物膜载体的比表面积小、生物相容性差和密度不可控的问题，提出了解决方案。然而，综合来看，这些生物膜载体还是具有制备工艺复杂、生物膜生成周期过长、密度不可控、难以自行脱落以及载体重复利用性差的缺陷。

针对上述缺陷，研发出一种优良的用于废水处理用的生物膜载体，可以大幅度的降低生物膜载体的制造成本，大大提高污水处理的效率是非常有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对现有生物膜载体材料的缺点提供一种用于污水处理的复合生物膜载体及其制备方法，本发明公开的生物膜载体可适应不同类型污水处理的要求，并且其制备方法简单易行。

为达到上述目的，本发明具体提供了如下的技术方案：

1、一种用于污水处理的复合生物膜载体，所述载体由固体填料及包覆在固体填料表面的涂层构成，所述填料形状为蜂窝直斜管型、波纹型、立方体型、圆柱体型或纤维状型。

优选的，所述涂层由可降解材料及无机材料构成，所述可降解材料为聚乳酸、热塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、淀粉或聚乙烯醇中的一种或几种，所述无机材料为盐酸盐类，磷酸盐类，碳酸盐类，硅酸盐类，硫酸盐类，二氧化硅，氧化锆，氧化镁，硼酸盐或硅藻土中的一种或几种。

优选的，所述固体填料由无机类填料、天然高分子填料或合成高分子填料中的一种或者几种构成。

优选的，所述无机类填料为石灰石、玻璃粒料、陶瓷颗粒或矿渣中的一种或几种，所述天然高分子填料为海藻酸钙、棉花或琼脂类中的一种或几种，所述合成高分子填料为ABS树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯或聚氨酯中的一种或几种。

2、所述用于污水处理的复合生物膜载体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将原材料使用模具压制成蜂窝直斜管型、波纹型、立方体型、圆柱体型或纤维状型的固体填料；

2)将可降解材料、无机材料溶解于有机溶剂中配成溶液；

3)将步骤1)制备的固体填料浸入步骤2)配制的溶液中，使填料表面包覆可降解材料和无机材料涂层；

4)将经步骤3)包覆涂层后的固体填料进行通风干燥，得到复合生物膜载体。

优选的，重复步骤3)和步骤4)以制备涂层厚度可控的复合生物膜载体。

优选的，步骤2)所述有机溶剂为二氯甲烷。

本发明的有益效果在于：本发明公开的一种用于污水处理的复合生物膜载体将可降解材料-无机材料复合物涂覆在生物膜载体表面。其表面有利于生物膜的生长，有助于提高污水处理的效率；有利于生物膜载体密度的调控，以适应不同类型污水处理的要求。另外，由于生物膜载体的表面材料使用了可降解材料，随着可降解材料的逐渐分解，老化的生物膜自动脱落，待生物膜脱落后，将载体取出，重新涂覆可降解材料即可重复使用，从而克服了生物膜过厚、结球、堵塞填料床的缺点，节约了生物膜载体的制造和使用成本。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：

图1表示蜂窝直斜管状的载体结构；

图2表示经过涂覆工艺处理的PP填料前后显微图片，其中(a)表示涂覆前，(b)表示涂覆后；

图3表示载体包覆有聚乳酸-硅酸盐的PP载体；

图4表示固着生物膜后的PP载体。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

参照图1所示，图1表示蜂窝直斜管状的载体结构，其中1表示形状为蜂窝直斜管状的填料，2表示涂覆在载体表面的涂层。

所述载体的制备方法如下：

1)将PP填料使用模具压制成蜂窝直斜管型的固体填料；

2)将聚乳酸溶于二氯甲烷，溶解，同时加入硅酸盐，配制聚乳酸-硅酸盐溶液；

3)将步骤1)制备的固体填料浸入步骤2)配制的溶液中使填料表面包覆聚乳酸和硅酸盐；

4)将经步骤3)包覆涂层后的固体填料进行通风干燥，使溶液中的二氯甲烷完全挥发得到聚乳酸-硅酸盐涂层包覆PP填料的复合生物膜载体

图2表示实施例1经过涂覆工艺处理的PP填料前后显微图片，其中(a)表示涂覆前，(b)表示涂覆后；

图3表示载体包覆有聚乳酸-硅酸盐的PP载体；

将图3所示的载体进行生物膜生长实验发现，在20-30天内实现生物膜固着及挂膜成熟，得到如图4所示的固着生物膜后的PP载体，其生物膜膜厚度可达1-3mm，其对污水中COD去除率超过85％，氨氮去除率超过95％，对总氮的平均去除率达到90％。

实施例2

所述载体结构的填料呈波纹型：

所述载体的制备方法如下：

1)将陶瓷颗粒、海藻酸钙混合使用模具压制成蜂窝直斜管型的固体填料；

2)将淀粉、硫酸钙溶解于二氯甲烷中配成溶液；

3)将步骤1)制备的固体填料浸入步骤2)配制的溶液中使填料表面包覆涂层；

4)将经步骤3)包覆涂层后的固体填料进行通风干燥，得复合生物膜载体。

将实施例2所制备出的载体进行生物膜生长实验，其同样可以实现生物膜固着及挂膜成熟，并且去污能力好。

实施例3

所述载体结构的填料呈纤维状型：

所述载体的制备方法如下：

1)将玻璃粒料、聚对苯二甲酸乙二醇酯混合使用模具压制成蜂窝直斜管型的固体填料；

2)将脂肪族聚酯、硅藻土溶解于二氯甲烷中配成溶液；

3)将步骤1)制备的固体填料浸入步骤2)配制的溶液中使填料表面包覆涂层；

4)将经步骤3)包覆涂层后的固体填料进行通风干燥，得复合生物膜载体。

将实施例3所制备出的载体进行生物膜生长实验，其同样可以实现生物膜固着及挂膜成熟，并且去污能力好。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种用于污水处理的复合生物膜载体，其特征在于，所述载体由固体填料及包覆在固体填料表面的涂层构成，所述填料形状为蜂窝直斜管型、波纹型、立方体型、圆柱体型或纤维状型。

2.根据权利要求1所述用于污水处理的复合生物膜载体，其特征在于，所述涂层由可降解材料及无机材料构成，所述可降解材料为聚乳酸、热塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、淀粉或聚乙烯醇中的一种或几种，所述无机材料为盐酸盐类，磷酸盐类，碳酸盐类，硅酸盐类，硫酸盐类，二氧化硅，氧化锆，氧化镁，硼酸盐或硅藻土中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述一种用于污水处理的复合生物膜载体，其特征在于，所述固体填料由无机类填料、天然高分子填料或合成高分子填料中的一种或者几种构成。

4.根据权利3所述一种用于污水处理的复合生物膜载体，其特征在于，所述无机类填料为石灰石、玻璃粒料、陶瓷颗粒或矿渣中的一种或几种，所述天然高分子填料为海藻酸钙、棉花或琼脂类中的一种或几种，所述合成高分子填料为ABS树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯或聚氨酯中的一种或几种。

5.权利要求1～4任一项所述用于污水处理的复合生物膜载体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将原材料使用模具压制成蜂窝直斜管型、波纹型、立方体型、圆柱体型或纤维状型的固体填料；

2)将可降解材料、无机材料溶解于有机溶剂中配成溶液；

3)将步骤1)制备的固体填料浸入步骤2)配制的溶液中，使填料表面包覆可降解材料和无机材料涂层；

4)将经步骤3)包覆涂层后的固体填料进行通风干燥，得到复合生物膜载体。

6.根据权利要求5所述用于污水处理的复合生物膜载体的制备方法，其特征在于：重复步骤3)和步骤4)以制备涂层厚度可控的复合生物膜载体。

7.根据权利要求5所述用于污水处理的复合生物膜载体的制备方法，其特征在于：步骤2)所述有机溶剂为二氯甲烷。