CN107459149B - 一种用于水处理的人工生物填料及其制备方法 - Google Patents

一种用于水处理的人工生物填料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于水处理的人工生物填料及其制备方法，人生物填料包括骨架；骨架由褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰制成；褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰的质量比为7.5‑8.5:10‑15:1‑5:1‑2.5:2‑7。本发明具有营养物质丰富、结构稳定性高、营养物质缓释时间久等优点。

Description

一种用于水处理的人工生物填料及其制备方法
技术领域
本发明属于人工填料领域，尤其涉及一种用于水处理的人工生物填料及其制备方法。
背景技术
在污水的生物处理中，生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物(即生物膜)进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为填料。生物膜自填料向外可分为厌氧层、好氧层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好氧层的好氧菌将其分解，再进入厌氧层进行厌氧分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。
早期。采用的生物膜法构筑物(生物填料)是以碎石为填料的滴滤池。碎石的比表面积小，能够为微生物附着生长的表面积小，因而滴滤池的负荷不可能很大，使其占地面积较大，卫生状况也不好，所以没有得到广泛的应用。目前，国内主要采用的填料为塑料或玻璃钢蜂窝填料、立体波状填料、软性纤维填料、半软性填料。塑料或玻璃钢蜂窝填料表面光滑，生物膜附着率差，易老化，且在实际使用中往往容易产生填料堵塞。软性填料中的水流流态不理想，易被微生物膜粘结在一起，产生结球现象，使其有效表面积大为减小，进而在结球的内部产生厌氧现象，影响处理效果。
发明内容
本发明提供一种用于水处理的人工生物填料及其制备方法，以克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种用于水处理的人工生物填料，包括骨架；骨架由褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰制成；褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰的质量比为7.5-8.5:10-15:1-5:1-2.5:2-7。
优选的，褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰的质量比为8:12:3:1.8:5。
其中，水玻璃是质量分数为40-50％的水溶性硅酸盐，优选的，水玻璃是质量分数为45％的水溶性硅酸盐。
进一步，本发明提供一种用于水处理的人工生物填料，还可以具有这样的特征：其中，骨架上涂覆有胶黏剂和含有养分的低溶性有机矿粉；骨架、胶黏剂和含有养分的低溶性有机矿粉的质量比为5-20:1-2:1-2。
优选的，骨架、胶黏剂和含有养分的低溶性有机矿粉的质量比为15:1.7:1.7。
进一步，本发明提供一种用于水处理的人工生物填料，还可以具有这样的特征：其中，胶黏剂由水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶混合而成；水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶的质量比为1.5-2.5:0.5-1.5:0.5-1；优选的，水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶的质量比为2:1:0.7。
进一步，本发明提供一种用于水处理的人工生物填料，还可以具有这样的特征：其中，骨架上还涂覆有磷酸二氢钾和尿素；胶黏剂、磷酸二氢钾和尿素的质量比为1-2:0.5-1.5:0.2-1。
优选的，胶黏剂、磷酸二氢钾和尿素的质量比为1.7:0.85:0.51。
进一步，本发明提供一种用于水处理的人工生物填料，还可以具有这样的特征：其中，褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰的质量比为8:12:3:1.8:5；骨架、胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素的质量比为15:1.7:1.7:0.85:0.51。
进一步，本发明提供一种用于水处理的人工生物填料，还可以具有这样的特征：其中，骨架为镂空的多面空心球。
进一步，本发明提供一种用于水处理的人工生物填料，还可以具有这样的特征：其中，骨架的表面具有褶皱和孔洞。
本发明还提供上述用于水处理的人工生物填料的制备方法：将褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰混合塑形成骨架，再将胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素涂抹在骨架上。
进一步，本发明提供一种用于水处理的人工生物填料的制备方法，还可以具有这样的特征：步骤一、将褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰混合，注入骨架模具中，干燥后获得骨架；步骤二、将骨架置于70-150℃蒸汽中，蒸养7-12h；步骤三、冷却后，将混合的胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素均匀地涂抹在骨架上。
其中，步骤二的蒸养过程中，优选的，蒸养温度为110℃，蒸养时间为9h。
步骤三中，胶黏剂的制备方法为：先将水性PU胶和水性PA胶混合均匀，然后再加入淀粉胶混合均匀。
进一步，本发明提供一种用于水处理的人工生物填料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤二的蒸养过程结束后，将0℃的水迅速喷向骨架的表面。0℃的水使骨架的表面冷缩不均匀，从而产生褶皱和小孔洞。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种用于水处理的人工生物填料及其制备方法，人工生物填料包括由褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰制成的骨架、以及涂覆在骨架上的胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素，其中，褐煤粉含有微生物可以利用的有机质和丰富的微量元素，形成骨架的同时，还可以提供营养物质。此外，骨架塑形后，通过蒸养方法制备，并涂覆混合的胶黏剂和有机矿粉等，最终获得可长时间保持其机构完整性、并可持续缓释营养元素的缓释填料。
此外，填料的骨架为镂空的多面空心球，该结构具有高空隙率和高强度，并且使填料外部膜更新快、活性强，内部膜受到充分保护，微生物生长状态良好，从而使微生物降解效率更高。另外，空心球结构使水中空气气泡和污染物自由穿过填料内部，增加生物膜与氧气和污染物的接触机率，提高氧的转移速率和利用率，使得水、气和生物膜得到充分交换，大大提高了系统的传质效率，从而提高了生物膜的降解活性，使水中的有机物得到高效处理。
此外，通过冷水喷淋蒸养后的骨架，使其表面具有褶皱和孔洞，形成粗糙结构，有利于微生物附着。
本发明具有比表面积大、孔隙率高、化学和生物稳定性好、经久耐用、不溶出有害物、不引起二次污染、防紫外线、抗老化、亲水性能强等优点，而且在使用过程中，微生物易生成、易更换、耐酸碱、抗老化、不受水流影响、使用寿命长、剩余污泥少、安装方便。
附图说明
图1是人工生物填料的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例提供一种用于水处理的人工生物填料，包括由褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰制成的骨架，骨架上涂覆有胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素。
其中，褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰的质量比为8:12:3:1.8:5。水玻璃是质量分数为45％的水溶性硅酸盐。
骨架、胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素的质量比为15:1.7:1.7:0.85:0.51。胶黏剂由水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶混合而成，水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶的质量比为2:1:0.7。
骨架的结构为镂空的多面空心球，即该人工生物填料的最终形状为镂空的多面空心球，如图1所示。骨架的表面具有褶皱和孔洞。
该人工生物填料的制备方法为：
步骤一、将褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰混合，注入骨架模具中，干燥后获得骨架。
步骤二、将骨架置于110℃蒸汽中，蒸养9h。
步骤三、将0℃的水迅速喷向所述骨架的表面，冷却后，再将混合的胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素均匀地涂抹在骨架上。其中，胶黏剂的制备方法为：先将水性PU胶和水性PA胶混合均匀，然后再加入淀粉胶混合均匀。
经检测，该人工生物填料的空隙率为74％、堆密度为226Kg·m-3,pH为7.3，比表面积为9.9×104m2·m-3。此外，通过浸提实验测定电导率及氮磷钾钙元素的释放，结果表明填料的营养元素可以较长时间持续释放，从填料侵入水体到其营养元素全部释放需要35天。
实施例二
本实施例提供一种用于水处理的人工生物填料，包括由褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰制成的骨架，骨架上涂覆有胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素。
其中，褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰的质量比为7.5:10:1:1:2。水玻璃是质量分数为40％的水溶性硅酸盐。
骨架、胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素的质量比为5:1:1:0.5:0.2。胶黏剂由水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶混合而成，水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶的质量比为1.5:0.5:0.5。
骨架的结构与实施例一相同。
该人工生物填料的制备方法为：
步骤一、将褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰混合，注入骨架模具中，干燥后获得骨架。
步骤二、将骨架置于70℃蒸汽中，蒸养12h。
步骤三、将0℃的水迅速喷向所述骨架的表面，冷却后，再将混合的胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素均匀地涂抹在骨架上。其中，胶黏剂的制备方法为：先将水性PU胶和水性PA胶混合均匀，然后再加入淀粉胶混合均匀。
实施例三
本实施例提供一种用于水处理的人工生物填料，包括由褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰制成的骨架，骨架上涂覆有胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素。
其中，褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰的质量比为8.5:15:5:2.5:7。水玻璃是质量分数为50％的水溶性硅酸盐。
骨架、胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素的质量比为15:2:2:1.5:1。胶黏剂由水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶混合而成，水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶的质量比为2.5:1.5:1。
骨架的结构与实施例一相同。
该人工生物填料的制备方法为：
步骤一、将褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰混合，注入骨架模具中，干燥后获得骨架。
步骤二、将骨架置于150℃蒸汽中，蒸养7h。
步骤三、将0℃的水迅速喷向所述骨架的表面，冷却后，再将混合的胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素均匀地涂抹在骨架上。其中，胶黏剂的制备方法为：先将水性PU胶和水性PA胶混合均匀，然后再加入淀粉胶混合均匀。
实施例四
本实施例提供一种用于水处理的人工生物填料，包括由褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰制成的骨架，骨架上涂覆有胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素。
其中，褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰的质量比为7.7:14:2:1.5:3。水玻璃是质量分数为42％的水溶性硅酸盐。
骨架、胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素的质量比为20:1.5:1.5:0.7:0.6。胶黏剂由水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶混合而成，水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶的质量比为2.2:0.7:0.9。
骨架的结构与实施例一相同。
该人工生物填料的制备方法为：
步骤一、将褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰混合，注入骨架模具中，干燥后获得骨架。
步骤二、将骨架置于90℃蒸汽中，蒸养10h。
步骤三、将0℃的水迅速喷向所述骨架的表面，冷却后，再将混合的胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素均匀地涂抹在骨架上。其中，胶黏剂的制备方法为：先将水性PU胶和水性PA胶混合均匀，然后再加入淀粉胶混合均匀。
实施例五
本实施例提供一种用于水处理的人工生物填料，包括由褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰制成的骨架，骨架上涂覆有胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素。
其中，褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰的质量比为8.3:11:4:2:4。水玻璃是质量分数为47％的水溶性硅酸盐。
骨架、胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素的质量比为10:1.2:1.8:1.2:0.4。胶黏剂由水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶混合而成，水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶的质量比为1.7:1.3:0.6。
骨架的结构与实施例一相同。
该人工生物填料的制备方法为：
步骤一、将褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰混合，注入骨架模具中，干燥后获得骨架。
步骤二、将骨架置于130℃蒸汽中，蒸养8h。
步骤三、将0℃的水迅速喷向所述骨架的表面，冷却后，再将混合的胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素均匀地涂抹在骨架上。其中，胶黏剂的制备方法为：先将水性PU胶和水性PA胶混合均匀，然后再加入淀粉胶混合均匀。
实施例六
本实施例提供一种用于水处理的人工生物填料，包括由褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰制成的骨架，骨架上涂覆有胶黏剂和含有养分的低溶性有机矿粉。
其中，褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰的质量比为7.9:13:3:1.6:6。水玻璃是质量分数为45％的水溶性硅酸盐。
骨架、胶黏剂和含有养分的低溶性有机矿粉的质量比为13:1.8:1.2。胶黏剂由水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶混合而成，水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶的质量比为2:1:1。
骨架的结构与实施例一相同。
该人工生物填料的制备方法为：
步骤一、将褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰混合，注入骨架模具中，干燥后获得骨架。
步骤二、将骨架置于100℃蒸汽中，蒸养10h。
步骤三、将0℃的水迅速喷向所述骨架的表面，冷却后，再将混合的胶黏剂和含有养分的低溶性有机矿粉均匀地涂抹在骨架上。其中，胶黏剂的制备方法为：先将水性PU胶和水性PA胶混合均匀，然后再加入淀粉胶混合均匀。

Claims (1)

1.一种用于水处理的人工生物填料的制备方法，其特征在于：
步骤一、将褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰混合，注入骨架模具中，干燥后获得镂空的多面空心球状的骨架；
所述骨架由褐煤粉、水泥、硫酸钠、水玻璃和生物质灰按照质量比7.5-8.5:10-15:1-5:1-2.5:2-7配制成；
步骤二、将所述骨架置于70-150℃蒸汽中，蒸养7-12h，蒸养过程结束后，将0℃的水迅速喷向所述骨架的表面，获得的所述骨架的表面具有褶皱和孔洞；
步骤三、冷却后，将混合的胶黏剂、含有养分的低溶性有机矿粉、磷酸二氢钾和尿素均匀地涂抹在所述骨架上；
所述骨架、所述胶黏剂和所述含有养分的低溶性有机矿粉的质量比为5-20:1-2:1-2；
所述胶黏剂由水性PU胶、水性PA胶、淀粉胶按照质量比为1.5-2.5:0.5-1.5:0.5-1混合而成；
所述胶黏剂、所述磷酸二氢钾和所述尿素的质量比为1-2:0.5-1.5:0.2-1。
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