CN108178338A - 一种电子供体型生物载体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子供体型生物载体及其制备方法，生物载体主要用于低氧悬浮载体生物膜工艺。本发明以标准电极电位小于100mV的电子供体作为特征改性功能料，并通过共混改性方式对传统载体进行改性，从而制备出电子供体型生物载体。本发明的生物载体能够有助于膜生物功能菌群的富集和低氧悬浮载体生物膜反应器处理性能的提升。

Description

一种电子供体型生物载体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于生化处理生活、农业、工业废水的生物载体(也称“生物填料”)的制备方法。本发明方法制备的电子供体型生物载体不仅具有亲水亲电性的优点，尤其在低氧(包括厌氧，缺氧和同步硝化反硝化)悬浮载体生物膜法降解废水中有很好的效能表现。
背景技术
目前，作为悬浮载体生物膜技术典型代表的好氧移动床生物膜反应器(MBBR)和集成固定膜活性污泥工艺(IFAS)由于高效脱氮受到广泛关注。但是，低氧悬浮载体生物膜技术存在某些限制因素而使其应用相对较少。如厌氧情况下，厌氧微生物增殖缓慢、传质效率低、载体挂膜困难且附着生物膜活性较差以及厌氧系统不够稳定等，其处理效果往往不够令人满意；缺氧情况下，反应器内的C/N的不协调易限制其反硝化速率；同步硝化反硝化(SND)情况下，操作条件控制困难等。此外，该类工艺的应用成功与否，载体的选择是关键因素之一。生物载体是微生物附着生长及进行新陈代谢的场所。生物载体的性能直接影响挂膜的难易程度、反应器中生物量的高低以及水处理效果的好坏。至今，生物载体种类繁多，分散式载体主要包括悬浮式载体。此类载体制备原料通常为有机高分子聚合物，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、维纶等，这类载体有许多缺陷，如表面呈负电性，亲水性差等，致使其与水相中的微生物(一般情况下，微生物表面呈负电，呈亲水性)之间相容性差，从而导致其挂膜时挂膜时间长，膜生物量少，易脱落等。因而，本发明针对应用于低氧悬浮载体生物膜法的生物载体进行了改善设计。
生物反应器内污染物的降解实质是生物参与的氧化还原过程，亦是电子转移的过程。因而，在不破坏系统正常运行的情况下，为相应系统提供微生物可利用的电子供体，电子受体或氧化还原介体是有助于系统性能的提升。在低氧环境下，系统内的专性厌氧微生物和进行无氧呼吸的兼性厌氧微生物所处环境ORP一般小于100mV，故所选电子供体，其标准电极电位需小于100mV为宜。电子供体分为有机电子供体和无机电子供体，易于被微生物利用的有机电子供体包括丙酮酸盐、丙酸盐、乙酸盐、葡萄糖、淀粉等，而无机电子供体包括零价铝、零价锡、零价锌、硫化物等。这类电子供体的加入，能够调节系统pH以利于微生物生长，并能增强及维持系统低氧环境，同时又促进了电子传递过程，另对细菌繁殖和酶的合成分泌也有促进作用，从而诱导生物膜中功能菌群富集。
基于以上，通过将电子供体作为载体改性功能料，以共混改性方法制备出电子供体型生物载体，其在低氧悬浮载体生物膜法降解废水效果中极可能表现出优越的性能，从而获得更好的废水处理效果。
发明内容
本发明的目的在于克服传统生物载体制备方法的缺点基础上，提供一种电子供体型生物载体，制备的生物载体能够提供电子以促进低氧悬浮载体生物膜法降解废水的性能提升，同时有助于快速完成挂膜阶段。本发明适用于固定式、悬挂式和分散式填料中任何一种载体的制造。
本发明的技术方案如下：
一种电子供体型生物载体，包括有机高分子基料和改性功能料；其中，有机高分子基料是聚乙烯或聚丙烯，改性功能料是电子供体，其标准电极电位需小于100mV(在低氧环境下，系统内的专性厌氧微生物和进行无氧呼吸的兼性厌氧微生物所处环境ORP一般小于100mV)，如葡萄糖、乙酸盐(有机化合物类)、硫化物(无机化合物类)、零价锌、零价铝(无机金属类)等，其能够调节系统pH以利于微生物生长，并增强及维持微生物反应器处于低氧环境，其能够促进系统内的各种氧化还原反应即促进电子传递过程，其能够活化并诱导富集膜生物功能菌群，其细度为200目以上；改性功能料与高分子基料的质量份数为0.5-15:100。
所述的电子供体型生物载体包括辅料，辅料为聚季铵盐-10和滑石粉；其中，聚季铵盐-10能够增强载体的亲电亲水性，细度为100目以上，滑石粉能够增强高分子基料的拉伸韧性，方便成型，细度为200目以上；辅料聚季铵盐-10，滑石粉与高分子基料的质量份数为0.5-6:0.5-4:100。
一种电子供体型生物载体的制备方法，步骤如下：
步骤1：有机高分子基料、改性功能料、辅料以设计份数范围进行配比；
步骤2：将步骤1中的混合料在搅拌混匀机内充分混匀；
步骤3：将步骤2中的混匀料置于造粒机中加工成条状物料，再通过切割机切割成颗粒状物料；
步骤4：将步骤3中的颗粒物料置于螺杆挤出机中，螺杆挤出机各段的加工温度为120-250℃；并根据螺杆挤出机所选模具头的不同，制成不同形状的圆柱形管材，将加工成型的管材，根据所需尺寸切割定型。
本发明的有益效果：
1.本发明所述的电子供体型生物载体在制备过程中由于电子供体的加入，使得生物载体能够调节系统pH以利于微生物生长，并能够有效地增强及维持系统低氧环境，又可以促进微生物细胞内的氧化还原反应，提升微生物的活性，且有利于膜生物功能菌群的富集。
2.所述的电子供体型生物载体在制备过程中由于混入的辅料聚季铵盐-10带有正电性，使得生物载体表面带有一定的正电荷。由于静电吸附作用，带负电的微生物将朝生物载体表面做有规律的趋向移动，从而加速了生物膜在生物载体表面的附着速率。同时，聚季铵盐-10具有一定的亲水性，使得生物载体表面亲水性增强，易与亲水性的微生物膜表面形成同源性亲和力，降低了微生物附着生长难度。所述的电子供体型生物载体在制备过程中由于混入滑石粉，滑石粉能够增强高分子基料的拉伸韧性，故制备时方便成型。
具体实施方式
以下结合技术方案进行叙述本发明的具体实施方式。
实施例1
以200g HDPE粉料为基料，依次添加辅料4g聚季铵盐-10、2g零价锌、2g滑石粉，在密封容器中充分混匀成原料1。将原料1通过造粒机生产粒状样品，其中造粒机机筒一区160℃、机筒二区170℃、机筒三区180℃、机头区160℃，从模具头挤出的条状产品再经风冷冷却、切粒变成粒状样品(称为原料2)。将原料2通过注塑机生产载体，其中注塑机机筒一区135℃、机筒二区160℃、机筒三区180℃、机头区155℃，从模具头挤出的条状成品再经真空度为0.03MPa的真空定型套定型定径、冷却水冷却、切割变成圆柱体的成品即电子供体型生物载体。
实施例2
以200g HDPE粉料为基料，依次添加辅料4g聚季铵盐-10、4g零价锌、2g滑石粉，在密封容器中充分混匀成原料1。将原料1通过造粒机生产粒状样品，其中造粒机机筒一区160℃、机筒二区170℃、机筒三区180℃、机头区160℃，从模具头挤出的条状产品再经风冷冷却、切粒变成粒状样品(称为原料2)。将原料2通过注塑机生产载体，其中注塑机机筒一区135℃、机筒二区160℃、机筒三区180℃、机头区155℃，从模具头挤出的条状成品再经真空度为0.03MPa的真空定型套定型定径、冷却水冷却、切割变成圆柱体的成品即电子供体型生物载体。
实施例3
以200g HDPE粉料为基料，依次添加辅料4g聚季铵盐-10、4g硫化钠、2g滑石粉，在密封容器中充分混匀成原料1。将原料1通过造粒机生产粒状样品，其中造粒机机筒一区160℃、机筒二区170℃、机筒三区180℃、机头区160℃，从模具头挤出的条状产品再经风冷冷却、切粒变成粒状样品(称为原料2)。将原料2通过注塑机生产载体，其中注塑机机筒一区135℃、机筒二区160℃、机筒三区180℃、机头区155℃，从模具头挤出的条状成品再经真空度为0.03MPa的真空定型套定型定径、冷却水冷却、切割变成圆柱体的成品即电子供体型生物载体。
实施例4
以200g HDPE粉料为基料，依次添加辅料4g聚季铵盐-10、4g丙酮酸盐、2g滑石粉，在密封容器中充分混匀成原料1。将原料1通过造粒机生产粒状样品，其中造粒机机筒一区160℃、机筒二区170℃、机筒三区180℃、机头区160℃，从模具头挤出的条状产品再经风冷冷却、切粒变成粒状样品(称为原料2)。将原料2通过注塑机生产载体，其中注塑机机筒一区135℃、机筒二区160℃、机筒三区180℃、机头区155℃，从模具头挤出的条状成品再经真空度为0.03MPa的真空定型套定型定径、冷却水冷却、切割变成圆柱体的成品即电子供体型生物载体。

Claims (4)

1.一种电子供体型生物载体，其特征在于，所述的电子供体型生物载体包括有机高分子基料和改性功能料；其中，有机高分子基料是聚乙烯或聚丙烯，改性功能料是电子供体，其标准电极电位需小于100mV，其细度为200目以上；改性功能料与高分子基料的质量份数为0.5-15:100。
2.根据权利要求1所述的一种电子供体型生物载体，其特征在于，所述的电子供体型生物载体还包括辅料，辅料为聚季铵盐-10和滑石粉；其中，聚季铵盐-10用于增强载体的亲电亲水性，细度为100目以上，滑石粉用于增强高分子基料的拉伸韧性，方便成型，细度为200目以上；辅料聚季铵盐-10、滑石粉与高分子基料的质量份数为0.5-6:0.5-4:100。
3.权利要求1所述的一种电子供体型生物载体的制备方法，其特征步骤如下：
步骤1：有机高分子基料和改性功能料以设计份数范围进行配比；
步骤2：将步骤1中的混合料在搅拌混匀机内充分混匀；
步骤3：将步骤2中的混匀料置于造粒机中加工成条状物料，再通过切割机切割成颗粒状物料；
步骤4：将步骤3中的颗粒物料置于螺杆挤出机中，螺杆挤出机各段的加工温度为120-250℃；并根据螺杆挤出机所选模具头的不同，制成不同形状的圆柱形管材，将加工成型的管材，根据所需尺寸切割定型。
4.权利要求2所述的一种电子供体型生物载体的制备方法，其特征步骤如下：
步骤1：有机高分子基料、改性功能料、辅料以设计份数范围进行配比；
步骤2：将步骤1中的混合料在搅拌混匀机内充分混匀；
步骤3：将步骤2中的混匀料置于造粒机中加工成条状物料，再通过切割机切割成颗粒状物料；
步骤4：将步骤3中的颗粒物料置于螺杆挤出机中，螺杆挤出机各段的加工温度为120-250℃；并根据螺杆挤出机所选模具头的不同，制成不同形状的圆柱形管材，将加工成型的管材，根据所需尺寸切割定型。
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