CN106396089A - 一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器及其制备方法 - Google Patents

一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器及其制备方法，是首先将活性碳粉末经硝酸改性后，与硝酸铁溶液混合，经高温煅烧得到磁性活性碳粉末，然后将磁性活性炭粉末加入絮状活性污泥粉末中，混合均匀后，将偏氯乙烯中空纤维膜浸没其中，经在0.6L/min的曝气量下，一天运行两个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器。本发明制备的磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器对污水的处理效果好，脱氮除磷效果好，且回收再生方便。

Description

一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器及其制备方法
技术领域
本发明属于污水处理材料技术领域，具体涉及一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器及其制备方法。
背景技术
污泥颗粒化是指废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下，相互聚集形成一种密度较大、体积较大、体质较好的微生物聚集体。颗粒污泥具有良好的沉降性能、密实的结构、较高浓度的生物量和较强的冲击负荷和抵抗有毒有害物质的能力。颗粒污泥按照微生物代谢过程中电子受体的不同，分为好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥，其中，好氧颗粒污泥比厌氧颗粒污泥相比，启动期短，可在常温下培养运行，对城市污水、高浓度有机废水和脱氮除磷都具有很高的去除率。
膜生物反应器是将膜分离技术与生物反应器相结合的处理系统，该处理系统具有膜的分离特性，有利于提高水质，又可以维持较高的污泥浓度，因此膜生物反应器的处理效率高，稳定性好，水质高，对各类有机物均具有较好的处理效果和能力，是一种新型高效的水处理系统。但是，在膜生物反应器的运行过程中，膜面会因为各种原因受到污染使膜通量逐渐降低，直接影响膜生物反应器的性能，而且回收利用的难度很很大。中国专利CN100528770C公开的一体式好氧颗粒污泥膜生物反应器处理污水的方法，该一体式好氧颗粒污泥膜生物反应器包括反应器、隔板、曝气器、膜组件，隔板将反应池分隔为反应区和沉淀区，曝气器在反应区中下部，曝气器的上方设置有膜组件，将好氧颗粒污泥投入一体式好氧颗粒污泥膜生物反应器，反应运行，得到不同出水质的出水。该处理污水方法是将分离膜组件一体式好氧颗粒污泥中，但是并未对好氧颗粒污泥的结构和性能进行具体限定，好氧颗粒污泥膜生物反应器的长期使用性能有待改善。
本发明的申请人，将好氧颗粒污泥进行磁性改性，并选择偏氯乙烯中空纤维膜作为膜组件，利用微磁场的作用，降低好氧颗粒污泥沉积的问题，并能提高膜组件的分离效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器及其制备方法，首先将活性碳粉末经硝酸改性后，与硝酸铁溶液混合，经高温煅烧得到磁性活性碳粉末，然后将磁性活性炭粉末加入絮状活性污泥粉末中，混合均匀后，将偏氯乙烯中空纤维膜浸没其中，运行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器。本发明制备的磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器对污水的处理效果好，脱氮除磷效果好，且回收再生方便。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器，所述磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器包括中空纤维膜和磁性活性炭好氧颗粒污泥，所述中空纤维膜为聚偏氯乙烯中空纤维膜，所述磁性活性炭好氧颗粒污泥包括磁性活性碳和活性污泥，所述磁性活性炭好氧颗粒污泥是将磁性活性碳粉末加入活性污泥中进行培养得到的。
作为上述技术方案的优选，所述活性污泥为絮状活性污泥粉末。
本发明还提供一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器的制备方法，包括以下步骤：
以絮状活性污泥粉末为种泥，置于曝气量为330mg/L的300L的长方体序批式反应器的接种反应器中，加入磁性活性炭粉末，混合均匀后，将偏氯乙烯中空纤维膜浸没于接种反应器的下部，置于恒温水浴锅中运行，在0.6L/min的曝气量下，一天运行两个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器。
作为上述技术方案的优选，所述絮状活性污泥是来自城市污水处理厂的悬浮状态活性污泥。
作为上述技术方案的优选，所述偏氯乙烯中空纤维膜为U型，膜孔径为0.22μm，膜丝有效长度为18cm，膜面积0.3m2。
作为上述技术方案的优选，所述接种反应器的反应温度为15-30℃，溶解氧DO≥3.0mg/L。
作为上述技术方案的优选，所述磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器中磁性活性炭好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，磁性活性炭好氧颗粒污泥的粒径为0.5mm-2.5mm，形状为球形或者椭圆形。
作为上述技术方案的优选，所述磁性活性炭粉末的制备方法为：
将活性碳粉末加入浓硝酸中，恒温搅拌1.5h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣干燥过夜，得到改性粉末活性炭，将改性粉末活性炭加入硝酸铁水溶液中，超声振荡，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣烘干后，高温煅烧，得到磁性活性碳粉末。
作为上述技术方案的优选，硝酸铁与改性粉末活性炭的质量比为1：1-6。
作为上述技术方案的优选，磁性活性碳粉末的粒径为80-300目。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器中含有磁性活性碳好氧颗粒污泥，磁性活性碳好氧颗粒污泥是基于絮状活性污泥制备的小颗粒好氧颗粒污泥，粒径小于直接接种的大颗粒龄好氧颗粒污泥，而且对污水的处理效果更好，而且磁性活性碳好氧颗粒污泥中含有磁性活性炭粉末，可以引入微磁场，促进物理效应和生物效应，提高脱氢酶的活性，增强生物降解过程，还可以加快好氧活性污泥的硝化速度以及促进污泥的胞外聚合物的分泌，有利于提高脱氮除磷效果，防止好氧活性污泥的沉积于中空纤维膜的表面降低通量。
(2)本发明制备的磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器中含有偏氯乙烯中空纤维膜，将中空纤维膜与好氧颗粒污泥相集合，提高磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器的连续同步取出有机物、氮和磷的效果，提高反应器的稳定性和使用时间。
(3)本发明制备的磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器中磁性活性碳粉末中含有四氧化三铁，四氧化三铁具有优良的磁特性，有利于之后磁性活性碳粉末的回收吸附和再生，减低了活性炭分离的难度，减低了材料成本，提高了经济效益，绿色环保。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
将80目的活性碳粉末，以料液比为1g:5ml，加入浓硝酸中，在30℃下恒温搅拌1.5h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在105℃下干燥过夜，得到改性粉末活性炭，将改性粉末活性炭，以质量比为1：1，加入硝酸铁的水溶液中，超声振荡20min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣在105℃下烘干后，高温煅烧，得到80目的磁性活性碳粉末。
以来自城市污水处理厂的悬浮状态絮状活性污泥粉末为种泥，置于曝气量为330mg/L的300L的长方体序批式反应器的接种反应器中，加入磁性活性炭粉末，混合均匀后，将U型偏氯乙烯中空纤维膜浸没于接种反应器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纤维膜的膜孔径为0.22μm，膜丝有效长度为18cm，膜面积0.3m2，置于15℃的恒温水浴锅中运行，接种反应器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝气量下，一天运行两个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器，其中磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器中磁性活性炭好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，磁性活性炭好氧颗粒污泥的粒径为0.5mmmm，形状为球形。
实施例2：
将150目的活性碳粉末，以料液比为1g:10ml，加入浓硝酸中，在50℃下恒温搅拌1.5h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在110℃下干燥过夜，得到改性粉末活性炭，将改性粉末活性炭，以质量比为1：6，加入硝酸铁的水溶液中，超声振荡30min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣在110℃下烘干后，高温煅烧，得到300目的磁性活性碳粉末。
以来自城市污水处理厂的悬浮状态絮状活性污泥粉末为种泥，置于曝气量为330mg/L的300L的长方体序批式反应器的接种反应器中，加入磁性活性炭粉末，混合均匀后，将U型偏氯乙烯中空纤维膜浸没于接种反应器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纤维膜的膜孔径为0.22μm，膜丝有效长度为18cm，膜面积0.3m2，置于30℃的恒温水浴锅中运行，接种反应器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝气量下，一天运行两个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器，其中磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器中磁性活性炭好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，磁性活性炭好氧颗粒污泥的粒径为0.5mm-2.5mm，形状为椭圆形。
实施例3：
将100目的活性碳粉末，以料液比为1g:8ml，加入浓硝酸中，在45℃下恒温搅拌1.5h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在105℃下干燥过夜，得到改性粉末活性炭，将改性粉末活性炭，以质量比为1：5，加入硝酸铁的水溶液中，超声振荡25min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣在110℃下烘干后，高温煅烧，得到150目的磁性活性碳粉末。
以来自城市污水处理厂的悬浮状态絮状活性污泥粉末为种泥，置于曝气量为330mg/L的300L的长方体序批式反应器的接种反应器中，加入磁性活性炭粉末，混合均匀后，将U型偏氯乙烯中空纤维膜浸没于接种反应器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纤维膜的膜孔径为0.22μm，膜丝有效长度为18cm，膜面积0.3m2，置于25℃的恒温水浴锅中运行，接种反应器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝气量下，一天运行两个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器，其中磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器中磁性活性炭好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，磁性活性炭好氧颗粒污泥的粒径为1.5mm，形状为椭圆形。
实施例4：
将120目的活性碳粉末，以料液比为1g:6ml，加入浓硝酸中，在45℃下恒温搅拌1.5h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在110℃下干燥过夜，得到改性粉末活性炭，将改性粉末活性炭，以质量比为1：3，加入硝酸铁的水溶液中，超声振荡30min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣在105℃下烘干后，高温煅烧，得到200目的磁性活性碳粉末。
以来自城市污水处理厂的悬浮状态絮状活性污泥粉末为种泥，置于曝气量为330mg/L的300L的长方体序批式反应器的接种反应器中，加入磁性活性炭粉末，混合均匀后，将U型偏氯乙烯中空纤维膜浸没于接种反应器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纤维膜的膜孔径为0.22μm，膜丝有效长度为18cm，膜面积0.3m2，置于25℃的恒温水浴锅中运行，接种反应器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝气量下，一天运行两个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器，其中磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器中磁性活性炭好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，磁性活性炭好氧颗粒污泥的粒径为2mm，形状为球形。
实施例5：
将80目的活性碳粉末，以料液比为1g:8ml，加入浓硝酸中，在50℃下恒温搅拌1.5h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在110℃下干燥过夜，得到改性粉末活性炭，将改性粉末活性炭，以质量比为1：5，加入硝酸铁的水溶液中，超声振荡30min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣在105℃下烘干后，高温煅烧，得到250目的磁性活性碳粉末。
以来自城市污水处理厂的悬浮状态絮状活性污泥粉末为种泥，置于曝气量为330mg/L的300L的长方体序批式反应器的接种反应器中，加入磁性活性炭粉末，混合均匀后，将U型偏氯乙烯中空纤维膜浸没于接种反应器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纤维膜的膜孔径为0.22μm，膜丝有效长度为18cm，膜面积0.3m2，置于20℃的恒温水浴锅中运行，接种反应器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝气量下，一天运行两个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器，其中磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器中磁性活性炭好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，磁性活性炭好氧颗粒污泥的粒径为1.5mm，形状为球形。
实施例6：
将150目的活性碳粉末，以料液比为1g:8ml，加入浓硝酸中，在45℃下恒温搅拌1.5h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣在110℃下干燥过夜，得到改性粉末活性炭，将改性粉末活性炭，以质量比为1：5，加入硝酸铁的水溶液中，超声振荡30min，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣在105℃下烘干后，高温煅烧，得到150目的磁性活性碳粉末。
以来自城市污水处理厂的悬浮状态絮状活性污泥粉末为种泥，置于曝气量为330mg/L的300L的长方体序批式反应器的接种反应器中，加入磁性活性炭粉末，混合均匀后，将U型偏氯乙烯中空纤维膜浸没于接种反应器的下部，其中U型偏氯乙烯中空纤维膜的膜孔径为0.22μm，膜丝有效长度为18cm，膜面积0.3m2，置于30℃的恒温水浴锅中运行，接种反应器的溶解氧DO≥3.0mg/L，在0.6L/min的曝气量下，一天运行两个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器，其中磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器中磁性活性炭好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，磁性活性炭好氧颗粒污泥的粒径为2mm，形状为球形。
经检测，实施例1-6制备的磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器的对污水处理效果和脱氮除磷的处理效果的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器对有机物、氮和磷的去除效果有所提高，而且长时间使用后去除率下降不明显，且磁性活性碳的回收率高。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于：所述磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器包括中空纤维膜和磁性活性炭好氧颗粒污泥，所述中空纤维膜为聚偏氯乙烯中空纤维膜，所述磁性活性炭好氧颗粒污泥包括磁性活性碳和活性污泥，所述磁性活性炭好氧颗粒污泥是将磁性活性碳粉末加入活性污泥中进行培养得到的。
2.根据权利要求1所述的一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于：所述活性污泥为絮状活性污泥粉末。
3.一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以絮状活性污泥粉末为种泥，置于曝气量为330mg/L的300L的长方体序批式反应器的接种反应器中，加入磁性活性炭粉末，混合均匀后，将偏氯乙烯中空纤维膜浸没于接种反应器的下部，置于恒温水浴锅中运行，在0.6L/min的曝气量下，一天运行两个周期，一个周期曝气时间8h，进水5min，排水5min，沉淀5min，其余时间闲置，运行18天，排泥，得到磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器。
4.根据权利要求3所述的一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器的制备方法，其特征在于：所述絮状活性污泥是来自城市污水处理厂的悬浮状态活性污泥。
5.根据权利要求3所述的一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器的制备方法，其特征在于：所述偏氯乙烯中空纤维膜为U型，膜孔径为0.22μm，膜丝有效长度为18cm，膜面积0.3m2。
6.根据权利要求3所述的一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器的制备方法，其特征在于：所述接种反应器的反应温度为15-30℃，溶解氧DO≥3.0mg/L。
7.根据权利要求3所述的一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器的制备方法，其特征在于：所述磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器中磁性活性炭好氧颗粒污泥的颜色为黄褐色，磁性活性炭好氧颗粒污泥的粒径为0.5mm-2.5mm，形状为球形或者椭圆形。
8.根据权利要求3所述的一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器的制备方法，其特征在于：所述磁性活性炭粉末的制备方法为：
将活性碳粉末加入浓硝酸中，恒温搅拌1.5h，过滤水洗，得到第一滤渣，将第一滤渣干燥过夜，得到改性粉末活性炭，将改性粉末活性炭加入硝酸铁水溶液中，超声振荡，过滤得到第二滤渣，将第二滤渣烘干后，高温煅烧，得到磁性活性碳粉末。
9.根据权利要求8所述的一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器的制备方法，其特征在于：硝酸铁与改性粉末活性炭的质量比为1：1-6。
10.根据权利要求8所述的一种磁性活性炭好氧颗粒污泥膜生物反应器的制备方法，其特征在于：磁性活性碳粉末的粒径为80-300目。
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