CN107308727B - 一种聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料及其制备方法和应用，聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料，由以下质量百分数的组分构成：聚丁二酸丁二醇酯30～55％；竹粉和/或桂圆核粉40～69％；发泡剂0.05～5％。本发明中，将竹粉和/或桂圆核粉掺杂到PBS滤料中，不仅降低了滤料的价格，且竹粉的掺入改变了滤料表面的性能，使微生物更容易附着和生长，所以实现了反硝化滤池的快速启动。特别是竹粉和桂圆核粉共同的加入，能够产生协同作用，使微生物更容易附着和生长，具有更好的反硝化效果，大大降低了出水DOC。
Description
技术领域
本发明涉及反硝化水处理技术领域，具体涉及一种聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料及其制备方法和应用。
背景技术
目前，水环境污染已经引起了社会各界的高度重视，成为我国经济进一步发展的重要制约因素之一。生物滤池是近几年污水生物处理领域的研究热点，该技术工艺简单、处理效率高、处理水量大、出水水质稳定、设备结构紧凑、占地面积小、操作管理方便、易于实现自动控制、适用范围广，并集生物降解和截留悬浮固体于一体，节省了二次沉淀，具有投资少、能耗低等优点。目前已被广泛用于我国的养殖废水，城市污水，工业废水以及地下水的硝酸盐处理，成为我国污水处理领域的一项重要技术。
滤料的选择是生物滤池工艺的关键，不同的滤料具有不同的物理特性，如，密度，结构，孔隙率，比表面积等等。滤料表面的物化性能对微生物的生长、繁殖、脱落和形态有着重要的影响。如今大多数研究人员选用聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚羟基丁酸酯戊酸酯(PHBV)、聚己内酯(PCL)等作为生物滤池的滤料，这类滤料比表面积大，有利于微生物的附着生长，因此在污水处理中可以获得较高的硝酸盐去除。但是，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚羟基丁酸酯戊酸酯(PHBV)、聚己内酯(PCL)等生物滤料的价格较高，且需要外部接种物接种，驯化时间较长，易造成水体再次污染，出水DOC较高等问题。
影响滤料性能的因素主要有以下几个方面：
(1)机械强度：高的机械强度可以防止滤料在反冲洗过程中被磨损、滤料颗粒变小。此外，机械强度越大，承受的压力越高，可以减少支撑结构的负荷；
(2)比表面积：比表面积越大，孔隙率越高，越有利于挂膜，并能保护已附着的微生物，使其避免水的冲刷作用。滤料的比表面积与粒径有关，一般滤料粒径为3-6mm，粒径过小易受水的剪切冲刷作用，过大不利于脱氮和SS的去除；
(3)滤料表面电性：滤料表面一般带正电荷，从而有利于带负电荷的微生物在滤料表面附着和固定；
(4)稳定性：滤料必须具有生物和化学的稳定性，以免在运行过程中影响水质。
申请公布号为CN105200651A(申请号为201510719140.9)的中国发明专利申请公开了一种可生物降解经编滤料基布及其制备方法，该可生物降解降解经编滤料基布以聚乳酸纤维(PLA)和\或聚丁二酸丁二醇酯纤维短纤(PBS)为原料纺纱，制成经轴，以经编织造方式制成。制成的滤料基布可用于过滤气体中的细微粉尘、水中的颗粒等。
发明内容
本发明提供了一种聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料及其制备方法和应用，聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料在水处理中，具有较好的反硝化效果。
一种聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料，由以下质量百分数的组分构成：
聚丁二酸丁二醇酯 30％～55％；
竹粉和/或桂圆核粉 40％～69％；
发泡剂 0.05％～5％。
本发明中，将竹粉和/或桂圆核粉掺杂到PBS滤料中，不仅降低了滤料的价格，且竹粉的掺入改变了滤料表面的性能，使微生物更容易附着和生长，所以实现了反硝化滤池的快速启动。特别是竹粉和桂圆核粉共同的加入，能够产生协同作用，使微生物更容易附着和生长，具有更好的反硝化效果，大大降低了出水DOC。
进一步优选，所述的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料，由以下质量百分数的组分构成：
所述的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料为圆柱形，该圆柱上设有若干通孔，空隙率为30％～70％，进一步优选，空隙率为40％～50％。
所述的圆柱的直径为5mm～15mm，所述的圆柱的高度为5mm～15mm，进一步优选，所述的圆柱的直径为10mm，所述的圆柱的高度为10mm。
一种聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚丁二酸丁二醇酯、竹粉和/或桂圆核粉、发泡剂加入至混炼机熔融共混，得到共混物；
2)将共混物放在热压机模板上，通过热压机压缩成型、水冷、取出，得到聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料。
步骤1)中，所述的混炼机入料时电机速度设定为5～10r/s，入料后调至10-15r/s，10-20min后将混合填料取出；
所述的熔融共混的温度为130℃-150℃。
步骤2)中，所述的热压机压缩成型的条件为：上下热压板的温度设定为130℃-150℃，压缩成型持续10min～15min。
所述的水冷的时间为1min-5min。
所述的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料在水处理中的应用，采用反硝化生物滤池，包括：
塔体；
置放在所述塔体内的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料；
设置在所述塔体底部的进水口；
与所述进水口连接的蠕动泵；
设置在所述塔体顶部的出水口。
进一步优选，所述的塔体的顶面设置有出气口。
所述的塔体设有多个取样口。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明中，聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料有较高的机械强度、比较面积以及生物和化学稳定性。竹粉的添加不仅取得较高的反硝化效果，同时避免了外部接种物接种可能带来的病原体危害，并且大大降低了出水DOC。竹粉的添加大大降低了滤料的价格，每千克PBS/BP滤料只需12.8元，远低于每千克PBS的价格24.8元。特别是竹粉和桂圆核粉共同的加入，能够产生协同作用，使微生物更容易附着和生长，具有更好的反硝化效果，大大降低了出水DOC。因此，这种新型的生物滤池碳源具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明中反硝化生物滤池的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例中出现的百分数，如无特别说明，均为质量百分数。
实施例1
第一方面，进行新型PBS/BP滤料的制备。
PBS/BP滤料按重量百分比包括以下组分：PBS(49.9％，安庆和兴化工有限责任公司，型号为Z101)，竹粉(49.9％)以及添加剂(0.2％，发泡剂，巩义市泰力化工贸易有限公司，型号AC，发气量为220ml/g，分解温度200℃)。制备步骤为：
步骤一：按组分配方取称取PBS，竹粉和添加剂至混炼机熔融共混，得到共混物；
步骤一所述的竹粉是100目毛竹粉，所用的添加剂是发泡剂。混炼机熔融共混温度为135-145℃，入料时电机速度设定为8r/s，待所有组分全部加入后将电机转速调至12r/s，15min后将混合填料取出；
步骤二：将步骤一所得的共混物放在热压机模板上，通过热压机压缩成型、水冷、最后取出滤料；
步骤二所述的上下热压板的温度设定为140℃，压缩成型持续12min，水冷2.5min后，取下模板后滤料成型，成型的PBS/BP为圆柱形滤料，尺寸为10mm×10mm(直径×高度)。
第二方面，进行一种新型反硝化生物滤池的设计。
如图1所示，反硝化生物滤池，包括：塔体1；置放在塔体1内的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料2；设置在塔体1底部(具体为底面)的进水口4；与进水口4连接的蠕动泵3；设置在塔体1顶部(具体为顶部侧面)的出水口5。塔体1的顶面设置有出气口6。塔体1沿高度方向依次设有多个取样口7。塔体1内填充有滤料形成滤池，滤池下方通过蠕动泵3设置进水口4，在反硝化滤池上方设置出水口5以及出气口6，滤料采用PBS/BP圆柱形滤料，尺寸为10mm×10mm(直径×高度)，孔隙率为45.1％。
第三方面，通过实际运行进一步说明本发明所采用的滤料的使用效果。
该新型反硝化生物滤池装置在淡水鱼实际养殖废水中运行了8个月(初始硝酸盐浓度为100mg/L)，相比于PBS作为反硝化滤料，新型PBS/BP滤料在没有外部接种物的条件下，7天后硝酸盐去除率达到60％以上，实现了反硝化滤池的快速启动，且避免了外部接种物接种带来的病原体危害；水力停留时为2h工况下，最高反硝化速率达0.63kgNO3-N/m3·d；出水DOC相比于PBS作为滤料时下降了50％。
本技术方案中将竹粉掺杂到PBS滤料中，竹粉的添加不仅降低了滤料的价格，且改变了滤料表面的性能，使微生物更容易附着和生长，所以实现了反硝化滤池的快速启动。
实施例2
第一方面，进行新型PBS/LP滤料的制备。
新型PBS/LP滤料按重量百分比包括以下组分：PBS(49.9％，安庆和兴化工有限责任公司，型号为Z101)，桂圆核粉(49.9％)以及添加剂(0.2％，发泡剂，巩义市泰力化工贸易有限公司，型号AC，发气量为220ml/g，分解温度200℃)。制备步骤为：
步骤一：按组分配方取称取PBS，桂圆核粉和添加剂至混炼机熔融共混，得到共混物。
步骤一所述的桂圆核粉是100目，所用的添加剂是发泡剂。混炼机熔融共混温度为135-145℃，入料时电机速度设定为8r/s，待所有组分全部加入后将电机转速调至12r/s，15min后将混合填料取出。
步骤二：将步骤一所得的共混物放在热压机模板上，通过热压机压缩成型、水冷、最后取出滤料。
步骤二所述的上下热压板的温度设定为140℃，压缩成型持续12min，水冷2.5min后，取下模板后滤料成型，成型的PBS/LP为圆柱形滤料，尺寸为10mm×10mm(直径×高度)。
第二方面，进行一种新型反硝化生物滤池的设计。
如图1所示，反硝化生物滤池，包括：塔体1；置放在塔体1内的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料2；设置在塔体1底部(具体为底面)的进水口4；与进水口4连接的蠕动泵3；设置在塔体1顶部(具体为顶部侧面)的出水口5。塔体1的顶面设置有出气口6。塔体1沿高度方向依次设有多个取样口7。塔体1内填充有滤料形成滤池，滤池内填充有滤料，滤池下方通过蠕动泵3设置进水口4，在反硝化滤池上方设置出水口5以及出气口6，滤料采用PBS/LP圆柱形滤料，尺寸为10mm×10mm(直径×高度)，孔隙率为44.5％。
第三方面，通过实际运行进一步说明本发明所采用的滤料的使用效果。
该新型反硝化生物滤池装置在淡水鱼实际养殖废水中运行了8个月(初始硝酸盐浓度为100mg/L)，相比于PBS作为反硝化滤料，新型PBS/LP滤料在没有外部接种物的条件下，7天后硝酸盐去除率达到60％以上，实现了反硝化滤池的快速启动，且避免了外部接种物接种带来的病原体危害；水力停留时为2h工况下，最高反硝化速率达0.61kgNO3-N/m3·d；出水DOC相比于PBS作为滤料时下降了50％。
本技术方案中将桂圆核粉掺杂到PBS滤料中，桂圆核粉的添加不仅降低了滤料的价格，且改变了滤料表面的性能，使微生物更容易附着和生长，所以实现了反硝化滤池的快速启动。
实施例3
第一方面，进行新型PBS/BP/starch滤料的制备。
新型PBS/BP/starch滤料按重量百分比包括以下组分：PBS(33.3％，安庆和兴化工有限责任公司，型号为Z101)，竹粉(33.3％)，桂圆核粉(33.2％)以及添加剂(0.2％，发泡剂，巩义市泰力化工贸易有限公司，型号AC，发气量为220ml/g，分解温度200℃)。制备步骤为：
步骤一：按组分配方取称取PBS、竹粉、桂圆核粉和添加剂至混炼机熔融共混。
步骤一所述的竹粉是100目毛竹粉，桂圆核粉也为100目，所用的添加剂是发泡剂。混炼机熔融共混温度为135-145℃，入料时电机速度设定为8r/s，待所有组分全部加入后将电机转速调至12r/s，15min后将混合填料取出。
步骤二：将步骤一所得的共混物放在热压机模板上，通过热压机压缩成型、水冷、最后取出滤料。
步骤二所述的上下热压板的温度设定为140℃，压缩成型持续12min，水冷2.5min后，取下模板后滤料成型，成型的PBS/BP/starch为圆柱形滤料，尺寸为10mm×1mm(直径×高度)。
第二方面，进行一种新型反硝化生物滤池的设计。
如图1所示，反硝化生物滤池，包括：塔体1；置放在塔体1内的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料2；设置在塔体1底部(具体为底面)的进水口4；与进水口4连接的蠕动泵3；设置在塔体1顶部(具体为顶部侧面)的出水口5。塔体1的顶面设置有出气口6。塔体1沿高度方向依次设有多个取样口7。塔体1内填充有滤料形成滤池，滤池内填充有滤料，滤池下方通过蠕动泵3设置进水口4，在反硝化滤池上方设置出水口5以及出气口6，滤料采用PBS/BP/starch圆柱形滤料，尺寸为10mm×10mm(直径×高度)，孔隙率约为45.6％。
第三方面，通过实际运行进一步说明本发明所采用的滤料的使用效果。
该新型反硝化生物滤池装置在淡水鱼实际养殖废水中运行了8个月(初始硝酸盐浓度为100mg/L)，相比于PBS作为反硝化滤料，新型PBS/BP/starch滤料在没有外部接种物的条件下，7天后硝酸盐去除率达到70％以上，实现了反硝化滤池的快速启动，且避免了外部接种物接种带来的病原体危害；水力停留时为2h工况下，最高反硝化速率达0.69kgNO3-N/m3·d；出水DOC相比于PBS作为滤料时下降了60％。
本技术方案中将竹粉和淀粉掺杂到PBS滤料中，竹粉和桂圆核粉的添加不仅降低了滤料的价格，且改变了滤料表面的性能，使微生物更容易附着和生长，所以实现了反硝化滤池的快速启动。
对比例1
采用淀粉替代竹粉，其他同实施例1。
该新型反硝化生物滤池装置在淡水鱼实际养殖废水中运行了8个月(初始硝酸盐浓度为100mg/L)，相比于PBS作为反硝化滤料，新型PBS/BP/starch滤料在没有外部接种物的条件下，7天后硝酸盐去除率达到20％；水力停留时为2h工况下，最高反硝化速率达0.23kgNO3-N/m3·d；出水DOC相比于PBS作为滤料时下降了20％。
Claims (10)
1.一种聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料，其特征在于，由以下质量百分数的组分构成：
2.根据权利要求1所述的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料，其特征在于，所述的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料为圆柱形，该圆柱上设有若干通孔，空隙率为30％～70％。
3.根据权利要求2所述的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料，其特征在于，所述的圆柱的直径为5mm～15mm，所述的圆柱的高度为5mm～15mm。
4.根据权利要求3所述的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料，其特征在于，所述的圆柱的直径为10mm，所述的圆柱的高度为10mm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将聚丁二酸丁二醇酯、竹粉和桂圆核粉、发泡剂加入至混炼机熔融共混，得到共混物；
2)将共混物放在热压机模板上，通过热压机压缩成型、水冷、取出，得到聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料。
6.根据权利要求5所述的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的混炼机入料时电机速度设定为5～10r/s，入料后调至10-15r/s，10-20min后将混合填料取出；
所述的熔融共混的温度为130℃-150℃。
7.根据权利要求5所述的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的热压机压缩成型的条件为：上下热压板的温度设定为130℃-150℃，压缩成型持续10min～15min；
所述的水冷的时间为1min-5min。
8.根据权利要求1～4任一项所述的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤在水处理中的应用，其特征在于，采用反硝化生物滤池，包括：
塔体；
置放在所述塔体内的聚丁二酸丁二醇酯复合碳源滤料；
设置在所述塔体底部的进水口；
与所述进水口连接的蠕动泵；
设置在所述塔体顶部的出水口。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的塔体的顶面设置有出气口。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的塔体设有多个取样口。
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