CN1105084C - 能漂浮、可湍流的、适合于生物工艺过程的载体材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可使用于进一步的水净化、废水处理和淤浆处理的方法和设备中以及发酵技术中的一种能漂浮的、可湍流的、适合于微生物生长的载体材料。本发明的任务在于开发一种适合于微生物工艺过程的载体材料，这种材料使得到可能同时进行需氧以及无氧-缺氧水处理，甚至在有氧的流化床中载体的一部分表面也应有无氧-缺氧生活的微生物繁殖。此外，该材料可在狭窄的、规定的比重和大小范围内被生产，而且应具有大的、起吸附作用的繁殖面积，基础材料由聚合物组成，它含有机和/或无机添加剂，具有封闭蜂窝状的泡沫型芯和微孔的蜂窝结构，表面是纹理状的和有条纹的，它具有圆柱空心体形状，长度为3～25毫米，外直径3～25毫米，内直径2～24毫米，密度为0.4～0.98克/厘米3。

Description

能漂浮的、可湍流的、适合于生物工艺过程的载体材料
本发明涉及可使用于进一步的水净化、废水处理和淤浆处理的方法和设备中以及发酵技术中的一种能漂浮的、可湍流的、适合于微生物生长的载体材料。
已知的是，在水处理设备和废水处理设备中为了提高生物物质浓度和从而提高净化效率，可能使用各种各样的载体材料。
在DD261 921A3中描述了一种适合于生物工艺过程的粒状载体材料的制造方法，这种载体材料的比重在0.5克/厘米3以下，它是通过泡沫聚苯乙烯薄片的热皱缩制成的。在DD264887A1中还另外用吸附剂(Adsorbenzien)和/或用惰性填料对这种材料的表面进行涂层。
例如在DE2945609A1、DE3006171B1和DE3105887C2中也描述了一些经过涂层的载体材料。
所有这些载体材料存在的缺点是，在制备它们时形成造型不同的粒子，这些粒子具有不同的大小和比重，产生不同的浮力特性，因此给在规定条件下可靠地和控制地进行处理造成困难。此外，微生物只在载体材料的表面繁殖，因此只有具有需氧的或无氧的环境要求的微生物才能繁殖起来。在通风的流化床中几乎只有需氧生活的微生物繁殖在这些载体上。不存在这样一些空腔；在这些空腔内基于缺氧也可进行无氧—缺氧过程(anaerob-anoxischc Prozesse)，例如进行脱氮过程。
使用泡沫材料类的载体材料也是已知的。在DE3137062中使用以聚氨酯为基础的敞开蜂窝式块状泡沫塑料体。在DD269610A1中描述了可压缩的开孔的载体材料在活化污泥池(Belebungsbecken)中的应用。在DE3719418C1中给这些泡沫塑料体涂上一层粘合层，并且把吸附颗粒加在这些敞开的微孔上或加到这些微孔中。
这些材料的优点是，具有不同环境要求的微生物不仅在外层而且在内层繁殖，因此通过硝化过程和脱氮过程的同时进行从而达到有利的净化效率。
但在实际使用时由于被微生物覆盖的泡沫塑料小方块具有比重为0.9-1.1克/厘米3而产生一些问题，因此借助于浸入隔板(Tauchwanden)在反应器中可靠地截留这些泡沫塑料小方块是不可能的。截留只能通过筛板、筛网或带孔的板来进行。这造成只可能在预净化功能好的设备中使用这些载体，而且这些载体的直径必须至少为2厘米。而载体增大意味着限制比繁殖面积，同时意味着在未取得等效生物活性的情况下提高反应器容量的负荷。这些泡沫塑料载体的另一个缺点是，敞开的微孔由于不断增强的繁殖而封闭，因此待净化的介质不能充分到达内层。
本发明的任务是开发一种适合于微生物工程的载体材料，这种材料使得可能同时进行需氧以及无氧—缺氧水处理，甚至在有氧的流化床中载体的一部分表面也应有无氧—缺氧生活的微生物繁殖。此外，该材料可在狭窄的、规定的比重和大小范围内被生产，而且应具有大的、起吸附作用的繁殖面积。
本发明的任务是通过按权利要求1所述的一种材料来解决的。在权利要求2至6中说明了这种材料的特征。
把由聚烯烃或由其共聚物或三元共聚物组成的聚合物基础材料进行熔化，并且在添加有机物和/或无机物作为发泡剂的情况下在挤压机中用一个特制的喷嘴模制成规定尺寸的圆柱形空心体。借此制成一个封闭蜂窝状的泡沫型芯和微孔蜂窝结构。加入0.1-2.0体积％碳酸氢钠与柠檬酸和/或淀粉和/或糖和/或活性炭一起用作发泡剂。按所使用的发泡剂而定，通过膨胀可产生多微孔的内表面和/或外表面。这种表面是纹理状的和有条纹的。这种材料的密度应在0.4-0.98克/厘米3。可用吸着剂(Sorbenzien)和/或酶和/或抗原和/或用其它生物化学制剂在从喷嘴中流出不久的、尚未硬化的聚合物表面上涂层。为提高比繁殖面积，给所使用的喷嘴设置了纵向凹槽，因而在这种载体材料上形成槽纹表面。将这种制成的管线在时效硬化之后切割成规定的长度。
已制成的这种载体材料是能漂浮、能很好湍流以及在机械和生物学方面都很稳定的。它具有大的、起吸附作用的繁殖面积。这种载体材料可十分有利地用于生物工艺过程，尤其用于消除氮的进一步的废水处理的方法。按需要而定可将这些载体在流化床反应器中或固定床反应器中用于需氧处理、无氧或缺氧处理。通过专门设置的浸入隔板不难实现在反应器中载留载体。由此产生一个特别的优点是，可按载体粒子的长度而定，在其内部形成一些繁殖面，这些繁殖面在被覆盖的情况下甚至在需氧的流化床中也得不到足够的氧气供应，因此在这些繁殖面上造成无氧—缺氧的环境条件。于是在载体颗粒上的最狭窄的空间同时进行需氧的过程和无氧—缺氧的过程。需氧的繁殖面相对于无氧—缺氧的繁殖面的相对份额可通过单个载体颗粒的长度来调节的。如果主要是希望需氧过程，例如希望一种硝化作用或一种需氧的BSB—分解，那么在这些处理阶段中所使用的载体具有长度为3～6毫米。如果把载体延长到15～25毫米，那么，能胜任脱氮的微生物就在内部繁殖。
下面用废水处理设备的一个例子来说明这种载体材料以及它的制造和用途，这个设备具有通过硝化和脱氮来进一步地消除氮的作用。
将聚醋酸乙烯酯熔化，并使其与0.6％粒状产物混合(这种粒状产物含有40％碳酸氢钠和柠檬酸一起作为发泡剂)。将这种混合物在带有特殊造型喷嘴的一台挤压机中模制成纵向带凹槽表面的空心圆柱体的管线。这种管线的外直径为5毫米，内直径为4毫米，凹槽深约0.6毫米。紧接着将这种管线在水浴中冷却之后切割成5毫米长的小段。因此每颗载体颗粒产生2.7厘米2以上的繁殖面，每米3散堆体积产生950米2以上的繁殖面。
按同样的方法制造长度为15毫米的第二批载体颗粒。
将第二批载体颗粒和第一批载体颗粒各以45体积％分别添加到具有除氮作用的废水处理设备的硝化阶段和脱氮阶段。通过通入压缩空气使硝化阶段的载体材料颗粒强烈地湍流，而通过一个慢速运转的搅拌器却使脱氮阶段的载体材料颗粒不断与要处理的废水保持接触。在各处理阶段中的这种悬浮的载体材料颗粒是通过特制的浸入隔板来截留的。
在通风的硝化阶段的载体材料上，氧气供应充足的外表面主要繁殖需氧生活的微生物，尤其硝化细菌。生长比较慢的硝化菌(Ni-trifikanten)和载体一起持续停留在此硝化阶段，因此可保证在比较短时间内将废水中含有的铵进行生化反应成为硝酸盐。空心圆柱体颗粒内部的中间部份由于湍流小，很快长满了不同的微生物。在此区域内的氧气供应是有限的。在无氧和缺氧的环境里能生长的这样一些细菌优先在这里繁殖。这些微生物的大多数能够在利用溶解的碳化物的情况把在通风的繁殖面上通过细菌形成的硝酸盐进行脱氮成为分子氮。因此在硝化阶段已经消除了一部份氮。
硝酸盐的完全分解在随后的不通风的脱氮阶段进行。在此脱氮阶段中，由于无氧—缺氧的环境条件，主要是能够将结合在硝酸根离子上的氧利用于新陈代谢过程的一些微生物繁殖在这些载体颗粒上。分子氮以气态形式离开设备。
通过在具有除氮作用的废水处理设备中使用本发明的载体材料，与已知的测定值相比，可将BSB空间负荷倍增到0.8～1.0公斤BSB/米3。而不出现对消除度的不利影响。在水池中通过特别高的生物物质浓度可达到这种效果。因此对固着于载体上的生物物质测定的结果是每米3散堆体积多达5公斤干物质。还证明这些载体之间的自由空间中还有约2.5公斤干物质。因此得出生物物质总量约为7～8公斤干物质。这样的浓度在常规的废水处理设备中是不能达到的。由于固着于载体上的生物物质份额高，可把为了从经过净化的废水中分离出这些生物物质所需要的后澄清设备缩小35％还可把要再循环的生物物质量降低到约流入废水量的40％。假如流入负荷低，就完全不需要生物物质再循环。

Claims (4)

1.能漂浮的、可湍流的、适合于生物工艺过程的载体材料，这种载体材料具有以下特征：
—基础材料由聚烯烃或其共聚物或三元共聚物组成。
—该载体材料是在挤压机中添加碳酸氢钠与柠檬酸和/或淀粉和/或糖和/或活性炭作为发泡剂的条件下被成形的，
—它具有封闭蜂窝状的泡沫型芯和微孔的蜂窝结构，
—表面是纹理状的和有条纹的，
—它具有圆柱状空心体的形状，
—长度为3～25毫米，
—外直径为3～25毫米，
—内直径为2～24毫米且
—密度为0.4～0.98克/厘米3。
2.按权利要求1所述的载体材料，其中使用聚醋酸乙烯酯作为基础材料。
3.按权利要求1所述的载体材料，其中使用0.1～2.0体积％的发泡剂。
4.按权利要求1所述的载体材料，其中内表面和/或外表面是多微孔的和/或具有许多纵向凹槽。
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