CN111003804A - 厌氧膜生物反应器用生物填料及其制备方法和基于厌氧生物菌的厌氧膜生物反应器 - Google Patents
厌氧膜生物反应器用生物填料及其制备方法和基于厌氧生物菌的厌氧膜生物反应器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种厌氧膜生物反应器用生物填料，包括如下重量份组分：玻璃70‑80份，硅藻土8‑15份，发泡剂8‑15份，磁粉2‑4份，助溶剂1‑2份，稳泡剂1‑3份，其具有成本低、生物附着性好的优点，并能提高厌氧膜生物反应器的除污效果。本发明还公开了该厌氧膜生物反应器用生物填料的制备方法以及采用该膜生物反应器用生物填料的基于厌氧生物菌的厌氧膜生物反应器。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种厌氧膜生物反应器用生物填料及其制备方法和基于厌氧生物菌的厌氧膜生物反应器。
背景技术
曾经经济的粗放式发展对我国环境，特别是水环境造成了十分严重的破坏。膜生物反应器是将生物作用过程与膜分离过程系统整合。主要是利用沉浸于生物池内超滤膜或微滤膜分离装备截留反应器内生物处理后的活性污泥与固体悬浮物等，在各类工业废水及生活污水处理中对去除有机污染物或者无机污染物相当有效。
厌氧膜生物反应器(AnMBR)将厌氧生物处理技术与膜分离技术有效结合，成为了21世纪最具发展前景的水处理技术之一。膜生物反应器具有其特有的优点，膜分离技术有效的将活性污泥截留在反应器内，可将世代周期长的微生物留存，保证了稳定高质的出水水质的同时，将膜生物反应器的水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)两项参数单独控制，而且较小的占地面积减少了污水处理厂的土建费用，所以越来越被普遍应用于处理各类污水的污水处理厂。现有厌氧膜生物反应器通常未添加悬浮填料在内，而有研究表明，添加悬浮填料能对厌氧膜生物反应器的除污性能进行提升。因此，需要提供一种适用于的厌氧膜生物反应器使用的生物填料。
因此，本领域亟需一种厌氧膜生物反应器用生物填料。
有鉴于此，提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种厌氧膜生物反应器用生物填料，其具有成本低、生物附着性好的优点，并能提高厌氧膜生物反应器的除污效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种厌氧膜生物反应器用生物填料，包括如下重量份组分：
进一步设置：所述生物填料的比表面积不小于4.5m2/g，体积密度为0.55-0.65g/cm3，孔隙率不低于50％。
进一步设置：所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁和硅酸钠中的一种或多种。
进一步设置：所述稳泡剂为磷酸二氢钠和六偏磷酸钠中一种或两种的混合物。
进一步设置：所述磁粉为四氧化三铁。
进一步设置：所述助溶剂为四硼酸钠。
生物填料是生物膜的载体，本发明中生物填料比表面积大，孔隙率高，为微生物生长提供了足够的空间，生物填料悬浮在厌氧膜生物反应器内，在水流作用下会与厌氧膜生物反应器内膜组件产生机械碰撞，对膜组件有物理清洗作用，提高膜组件的使用寿命。
玻璃可采用废弃的玻璃作为原材料，成本低，容易取得，并且发泡玻璃化学稳定性高、强度高、耐腐蚀，在反应器内使用寿命较长。
磁性物质会在填料周围产生微弱的磁场，使得废水中的微生物处在磁场的包围之中，由于被处理的废水中含有大量带电性的微生物，这些微生物的运动会受到磁场的影响，磁性物质的磁效应就可以对微生物的附着和运动起到促进作用。磁性物质可以产生磁场，通过磁场的影响使得废水中的污染物与磁性颗粒的絮凝物会沿着磁力线的方向去移动，这样可以更好地把污染物去除分离。
添加磁性物质和硅藻土后可使生物填料具有更粗糙的表面，更强的吸附作用，同时还有一定的微弱磁效应。弱磁场还有诱导微生物的活性和酶活性的作用。磁作用可以使填料循环运动，可改善填料生物均匀度，避免前端生物生长茂盛造成堵塞而后端生物缺乏营养而生长不好的缺点，提高填料及生物利用，改善水流条件。四氧化三铁在水处理过程中能够去除水中砷、氯、铬等离子，提高污水处理效果。
硅藻土是一种无定形的SiO2和少量的有机杂质所组成的硅质岩石，硅藻土内部多孔，质轻，有助于降低填料质量，更易悬浮，并且硅藻土内含有微生物生长所需微量元素，有助于促进微生物的生长。
碳酸二氢钠作为一种稳泡剂能够在高温条件下提高气泡的稳定性，延长泡沫破灭的半衰期，使填料在内部形成比较稳定的多孔结构。
碳酸钙分解的速度快，并且发泡效果容易控制，碳酸钙分解产生二氧化碳，无毒无害，价格低。
本发明的第二目的是提供上述厌氧膜生物反应器用生物填料的制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种厌氧膜生物反应器用生物填料的制备方法,包括如下步骤：
Sp1：将玻璃、沸石、发泡剂、磁粉、助溶剂和稳泡剂，材料混合后在研磨机内研磨至200目以上，得到粉体配合料；
Sp2：将粉体配合料放入箱式电阻炉烧结，烧结完成后自然冷却至室温；
Sp 3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声0.5～3h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5～1h，得到交联后的填料；
Sp4：将所述交联后的填料在100～110℃温度烘干1～2h后，在室温下自然冷却；
Sp5：将填料在充磁机中充磁，得到成品生物填料。
进一步设置：Sp2中烧结温度为1000-1100℃
进一步设置：Sp2中烧结时首先以13℃/min的升温速率升温至450-550℃，保温40min，再以10℃/min的升温速率升温至1000-1100℃，再降温至800℃，取出冷却。
本发明的第三目的是提供一种基于厌氧生物菌的厌氧膜生物反应器，具有良好污水处理效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于厌氧生物菌的厌氧膜生物反应器，包括膜组件和上述厌氧膜生物反应器用生物填料。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：
一种厌氧膜生物反应器用生物填料，包括如下组分(g)：
其制备方法包括如下步骤：
Sp1：将玻璃、沸石、发泡剂、磁粉、助溶剂和稳泡剂，材料混合后在研磨机内研磨至200目以上，得到粉体配合料；
Sp2：将粉体配合料放入箱式电阻炉烧结，Sp2中烧结时首先以13℃/min的升温速率升温至450℃，保温40min，再以10℃/min的升温速率升温至1000℃，再降温至800℃，取出冷却至室温；
Sp 3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声0.5h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5h，得到交联后的填料；
Sp4：将所述交联后的填料在100℃温度烘干1.5h后，在室温下自然冷却；
Sp5：将填料在充磁机中充磁，得到成品生物填料。
上述高分子水凝胶溶液每升至少包括500μg的MgCl2·6H2O、50μg的MnSO4·H2O、10μgZn(NO3)2·6H2O、20μgCo(NO3)2·6H2O、5μg(NH4)6Mo7O24·6H2O、2μg CuSO4·5H2O、15μgNiCl2·6H2O、3μg H3BO4、2μg Na2WO4·2H2O。
所得生物填料的比表面积4.5m2/g，体积密度为0.55g/cm3，孔隙率52.3％。
实施例2：
一种厌氧膜生物反应器用生物填料，包括如下组分(g)：
其制备方法包括如下步骤：
Sp1：将玻璃、沸石、发泡剂、磁粉、助溶剂和稳泡剂，材料混合后在研磨机内研磨至200目以上，得到粉体配合料；
Sp2：将粉体配合料放入箱式电阻炉烧结，Sp2中烧结时首先以13℃/min的升温速率升温至450℃，保温40min，再以10℃/min的升温速率升温至1100℃，再降温至800℃，取出冷却至室温；
Sp 3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声3h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应1h，得到交联后的填料；
Sp4：将所述交联后的填料在100℃温度烘干1h后，在室温下自然冷却；
Sp5：将填料在充磁机中充磁，得到成品生物填料。
上述高分子水凝胶溶液每升至少包括500μg的MgCl2·6H2O、50μg的MnSO4·H2O、10μgZn(NO3)2·6H2O、20μgCo(NO3)2·6H2O、5μg(NH4)6Mo7O24·6H2O、2μg CuSO4·5H2O、15μgNiCl2·6H2O、3μg H3BO4、2μg Na2WO4·2H2O。
所得生物填料的比表面积4.7m2/g，体积密度为0.58g/cm3，孔隙率51.3％。
实施例3：
一种厌氧膜生物反应器用生物填料，包括如下组分(g)：
其制备方法包括如下步骤：
Sp1：将玻璃、沸石、发泡剂、磁粉、助溶剂和稳泡剂，材料混合后在研磨机内研磨至200目以上，得到粉体配合料；
Sp2：将粉体配合料放入箱式电阻炉烧结，Sp2中烧结时首先以13℃/min的升温速率升温至500℃，保温40min，再以10℃/min的升温速率升温至1000℃，再降温至800℃，取出冷却至室温；
Sp 3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声2h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5h，得到交联后的填料；
Sp4：将所述交联后的填料在100℃温度烘干2h后，在室温下自然冷却；
Sp5：将填料在充磁机中充磁，得到成品生物填料。
上述高分子水凝胶溶液每升至少包括500μg的MgCl2·6H2O、50μg的MnSO4·H2O、10μgZn(NO3)2·6H2O、20μgCo(NO3)2·6H2O、5μg(NH4)6Mo7O24·6H2O、2μg CuSO4·5H2O、15μgNiCl2·6H2O、3μg H3BO4、2μg Na2WO4·2H2O。
所得生物填料的比表面积4.8m2/g，体积密度为0.59g/cm3，孔隙率51.0％。
实施例4：
一种厌氧膜生物反应器用生物填料，包括如下组分(g)：
其制备方法包括如下步骤：
Sp1：将玻璃、沸石、发泡剂、磁粉、助溶剂和稳泡剂，材料混合后在研磨机内研磨至200目以上，得到粉体配合料；
Sp2：将粉体配合料放入箱式电阻炉烧结，Sp2中烧结时首先以13℃/min的升温速率升温至550℃，保温40min，再以10℃/min的升温速率升温至1100℃，再降温至800℃，取出冷却至室温；
Sp3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声1h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应1h，得到交联后的填料；
Sp4：将所述交联后的填料在100℃温度烘干1h后，在室温下自然冷却；
Sp5：将填料在充磁机中充磁，得到成品生物填料。
上述高分子水凝胶溶液每升至少包括500μg的MgCl2·6H2O、50μg的MnSO4·H2O、10μgZn(NO3)2·6H2O、20μgCo(NO3)2·6H2O、5μg(NH4)6Mo7O24·6H2O、2μg CuSO4·5H2O、15μgNiCl2·6H2O、3μg H3BO4、2μg Na2WO4·2H2O。
所得生物填料的比表面积4.6m2/g，体积密度为0.65g/cm3，孔隙率50.3％。
实施例5：
一种厌氧膜生物反应器用生物填料，包括如下组分(g)：
其制备方法包括如下步骤：
Sp1：将玻璃、沸石、发泡剂、磁粉、助溶剂和稳泡剂，材料混合后在研磨机内研磨至200目以上，得到粉体配合料；
Sp2：将粉体配合料放入箱式电阻炉烧结，Sp2中烧结时首先以13℃/min的升温速率升温至450℃，保温40min，再以10℃/min的升温速率升温至1000℃，再降温至800℃，取出冷却至室温；
Sp3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声2h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5h，得到交联后的填料；
Sp4：将所述交联后的填料在100℃温度烘干1h后，在室温下自然冷却；
Sp5：将填料在充磁机中充磁，得到成品生物填料。
上述高分子水凝胶溶液每升至少包括500μg的MgCl2·6H2O、50μg的MnSO4·H2O、10μgZn(NO3)2·6H2O、20μgCo(NO3)2·6H2O、5μg(NH4)6Mo7O24·6H2O、2μg CuSO4·5H2O、15μgNiCl2·6H2O、3μg H3BO4、2μg Na2WO4·2H2O。
所得生物填料的比表面积4.9m2/g，体积密度为0.55g/cm3，孔隙率53.2％。
对比例1：
一种厌氧膜生物反应器用生物填料，包括如下组分(g)：
其制备方法包括如下步骤：
Sp1：将玻璃、沸石、发泡剂、助溶剂和稳泡剂，材料混合后在研磨机内研磨至200目以上，得到粉体配合料；
Sp2：将粉体配合料放入箱式电阻炉烧结，Sp2中烧结时首先以13℃/min的升温速率升温至450℃，保温40min，再以10℃/min的升温速率升温至1000℃，再降温至800℃，取出冷却至室温；
Sp 3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声2h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5h，得到交联后的填料；
Sp4：将所述交联后的填料在100℃温度烘干1h后，在室温下自然冷却。得到成品生物填料。
上述高分子水凝胶溶液每升至少包括500μg的MgCl2·6H2O、50μg的MnSO4·H2O、10μgZn(NO3)2·6H2O、20μgCo(NO3)2·6H2O、5μg(NH4)6Mo7O24·6H2O、2μg CuSO4·5H2O、15μgNiCl2·6H2O、3μg H3BO4、2μg Na2WO4·2H2O。
所得生物填料的比表面积4.9m2/g，体积密度为0.54g/cm3，孔隙率53.4％。
对比例2:江西凯莱化工填料有限公司生产的陶瓷滤料。
污水处理检测
将实施例和对比例中的生物填料各1取1kg破碎至10-20目粒径，添加至同型号的厌氧膜生物反应器内，并且在厌氧膜生物反应器内设置相同的污泥情况，先进行填料挂膜，挂膜完成后通人工废水(成分为：葡萄糖9500mg/L·gCOD，碳酸氢铵9500mg/L·gCOD，碳酸氢二钾9500mg/L·gCOD)，控制反应器内的温度为25摄氏度，COD进水浓度为200mg/L，通水3h后进行检测出水浓度，计算的COD、TN和NH3-N的去除率。
污水处理检测实验结果记录表
| COD去除率(％) | TN去除率(％) | NH<sub>3</sub>-N去除率(％) | |
| 实施例1 | 74.87 | 5.70 | 37.94 |
| 实施例2 | 75.46 | 5.62 | 37.56 |
| 实施例3 | 74.33 | 5.68 | 36.21 |
| 实施例4 | 74.92 | 5.76 | 36.84 |
| 实施例5 | 76.57 | 5.84 | 38.74 |
| 对比例1 | 73.45 | 5.57 | 35.13 |
| 对比例2 | 72.61 | 5.32 | 33.22 |
| 未添加填料 | 70.82 | 5.13 | 31.41 |
填料的添加对厌氧膜生物反应器的污水处理效果产生提升，并且实施例的厌氧膜生物反应器用生物填料添加后，厌氧膜生物反应器对COD、TN和NH3-N的去除效果提升较大，具有良好的污水处理效果。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种厌氧膜生物反应器用生物填料，其特征在于，包括如下重量份组分：
2.根据权利要求1所述的厌氧膜生物反应器用生物填料，其特征在于，所述生物填料的比表面积不小于4.5m2/g，体积密度为0.55-0.65g/cm3，孔隙率不低于50％。
3.根据权利要求1所述的厌氧膜生物反应器用生物填料，其特征在于，所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁和硅酸钠中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的厌氧膜生物反应器用生物填料，其特征在于，所述稳泡剂为磷酸二氢钠和六偏磷酸钠中一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的厌氧膜生物反应器用生物填料，其特征在于，所述磁粉为四氧化三铁。
6.根据权利要求1所述的厌氧膜生物反应器用生物填料，其特征在于，所述助溶剂为四硼酸钠。
7.一种厌氧膜生物反应器用生物填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
Sp1：将玻璃、沸石、发泡剂、磁粉、助溶剂和稳泡剂，材料混合后在研磨机内研磨至200目以上，得到粉体配合料；
Sp2：将粉体配合料放入箱式电阻炉烧结，烧结完成后自然冷却至室温；
Sp3：将所述干燥的烧结料投入含有微量元素和营养盐类的高分子水凝胶溶液中，浸渍并超声0.5～3h；然后，将浸渍后的烧结料放入饱和的硼酸或质量浓度为3％的氯化钙溶液中反应0.5～1h，得到交联后的填料；
Sp4：将所述交联后的填料在100～110℃温度烘干1～2h后，在室温下自然冷却；
Sp5：将填料在充磁机中充磁，得到成品生物填料。
8.根据权利要求7所述的厌氧膜生物反应器用生物填料的制备方法，其特征在于，Sp2中烧结温度为1000-1100℃。
9.根据权利要求7所述的厌氧膜生物反应器用生物填料的制备方法，其特征在于，Sp2中烧结时首先以13℃/min的升温速率升温至450-550℃，保温40min，再以10℃/min的升温速率升温至1000-1100℃，再降温至800℃，取出冷却。
10.一种基于厌氧生物菌的厌氧膜生物反应器，其特征在于：包括膜组件和权利要求1～6任意一项所述的厌氧膜生物反应器用生物填料。
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