CN111439830A - 一种mbbr悬浮生物填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MBBR悬浮生物填料及其制备方法，所述MBBR悬浮生物填料由以下物料制备而成：50～100质量份的骨架材料，1～10质量份的缓释碳源材料，1～5质量份碳源富集材料，0.1～5质量份的生物酶增活材料，0.1～5质量份的结构改性材料，0.1～5质量份的无机填充材料。本发明所述MBBR悬浮生物填料含有缓释碳源和生物酶增活材料，易于微生物生长；表面粗糙有效表面积大、亲水性好，易于微生物生长附着。所述MBBR悬浮生物填料在城镇生活污水生化处理中表现出很好的COD降解能力和反硝化脱氮功能。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种强化反硝化脱氮MBBR悬浮生物填料及其制备方法。
背景技术
移动床生物膜工艺（MBBR）是一种高效的污水生化处理技术。自1989年第一套生物移动床工艺装置建成以来，已在50多个国家建成了数千套市政和工业废污水处理设施，取得了良好的效果。该工艺以悬浮生物填料为微生物提供生长载体，通过悬浮生物填料的充分流化，实现污水的高效处理。MBBR工艺不仅克服了固定床反应器需要定期反冲洗，流化床反应器需要使载体流化，淹没式生物滤池污堵需清洗滤料和更换曝气器的复杂操作的不足，而且保留了传统生物膜法抗冲击负荷、污泥产量少、泥龄长的特点。与活性污泥法相比，由于泥龄较长，可保持较多的硝化细菌，具有更好的脱氮效果。
在MBBR工艺中，微生物在悬浮生物填料上的生长速度、附着量是影响污水处理效率的重要因素。微生物在悬浮生物填料上的生长速度、附着量以及与生物膜之间的结合紧密程度等不仅与微生物特点有关，也和悬浮生物填料的特性有关。悬浮生物填料的表面特性、孔隙结构、比表面积、材料类型等都对微生物的吸附、传质和水处理性能有非常重要的影响。MBBR工艺技术的关键之一在于其比重接近水，轻微搅拌下易于运动流化的悬浮生物填料，且要求悬浮生物填料具有较大的有效表面积以适合微生物附着生长，并且要求悬浮生物填料具有一定的强度以提高运行过程中的抗水流冲击能力。
发明内容
本发明旨在通过优化原材料组成和成型工艺制备出亲水性好，适合微生物生长且有较强反硝化脱氮功能的MBBR悬浮生物填料。
为实现以上目的，本发明提供一种MBBR悬浮生物填料及其制备方法，所述悬浮生物填料由以下物料制备而成：50～100质量份的骨架材料，1～10质量份的缓释碳源材料，1～5质量份碳源富集材料，0.1～5质量份的生物酶增活材料，0.1～5质量份的结构改性材料，0.1～5质量份的无机骨架材料。
所述骨架材料为高密度聚乙烯、聚丙烯的一种或两种，所述骨架材料可以由高密度聚乙烯和聚丙烯的一种或两种以任意比组成。以高密度聚乙烯和聚丙烯作为骨架材料可以保证MBBR悬浮生物填料具有较高的强度，显著提高其抗水流冲击能力。
所述缓释碳源材料为聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚丁酸二醇酯、聚乙酸内脂和淀粉的一种或多种以任意比组成。采用缓释碳源为微生物的生长连续不断地提供营养物质，缩短启动挂膜时间。
所述碳源富集材料为碳粉、活性炭粉、竹炭粉和木质纤维素粉的一种或多种以任意比组成。这些碳源富集材料一方面可以为微生物的生长提供营养物质，另一方面可提高悬浮生物填料的亲水性，为微生物提供附着点，提高微生物与悬浮生物填料结合的紧密程度。
所述生物酶增活材料为三氧化二铁、氢氧化镁、二氧化锰的一种或多种以任意比组成。这些生物酶增活材料可以加速微生物的生长繁殖，缩短启动挂膜时间。
所述结构改性材料为马来酸酐、二甲酰胺、聚乙烯醇和硅烷偶联剂的一种或多种以任意比组成。这些结构改性材料改变制备悬浮填料过程中物料的结合状态，提高MBBR悬浮生物填料的结构强度，同时增加悬浮生物填料的亲水性。
所述无机骨架材料为轻质碳酸钙粉、滑石粉和钛白粉的一种或多种以任意比组成。无机填充材料一方面起骨架作用，提高悬浮生物填料的结构强度，同时可调节悬浮生物填料的骨架密度；另一方面，可以使悬浮生物填料的表面粗糙，提高有效表面积和亲水性，可以进一步缩短启动挂膜时间并提高挂膜量。
所述MBBR悬浮生物填料及其制备方法，制备方法包含以下步骤：
步骤一：将骨架材料、缓释碳源材料、碳源富集材料、生物酶增活材料、结构改性材料和无机骨架材料置于混合机中充分混合均匀；
步骤二：将所述步骤一所得到的混合料置于双螺杆挤出机中熔融造粒；
步骤三：将所述步骤二所得到的造粒混合料置于单螺杆挤塑机中通过结构模具挤压成型得到具有一定结构的MBBR悬浮生物填料。
所述MBBR悬浮生物填料的制备方法，制备出的一种MBBR悬浮生物填料，中心为一个正六边形，外层二至五层为空心正六边形，正六边形的边长为2-5mm，包含凸起的齿状结构，齿状结构的凸出长度为1-2mm，呈对称分布，最外层为凹凸不平的圆弧花边形状，MBBR悬浮生物填料的高度为8-20mm，该结构可有效增加微生物在悬浮填料上的挂膜面积，且具有很好的流化性能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚丁酸二醇酯、聚乙酸内脂和淀粉等缓释碳源材料的添加，可以为微生物的生长连续不断地提供营养物质，缩短启动挂膜时间；
（2）碳粉、活性炭粉、竹碳粉和木质纤维素粉等碳源富集材料的添加一方面可以为微生物的生长提供营养物质，另一方面可提高悬浮生物填料的亲水性，为微生物提供附着点，提高微生物与悬浮生物填料结合的紧密程度；
（3）三氧化二铁、氢氧化镁、二氧化锰等生物酶增活材料的添加可以加速微生物的生长繁殖，缩短启动挂膜时间；
（4）碳酸钙粉、滑石粉和钛白粉无机骨架材料的添加一方面可以起到骨架作用，提高悬浮生物填料的结构强度，同时还可调节悬浮生物填料的骨架密度；另一方面，可以使悬浮生物填料的表面粗糙，提高有效表面积和亲水性，进一步缩短启动挂膜时间，并提高挂膜量。
附图说明
附图1为本发明MBBR悬浮生物填料的制备方法。
附图2为本发明MBBR悬浮生物填料的结构示意图。
具体实施方式
结合实施实例对本发明作进一步描述。
所述MBBR悬浮生物填料实施例1～4的制备原料配比按照表1进行。
表1 MBBR悬浮生物填料制备物料组成。
所述MBBR悬浮生物填料的制备步骤如下：
步骤一：将表1中所示的骨架材料、缓释碳源材料、碳源富集材料、生物酶增活材料、结构改性材料和无机骨架材料依次置于混合机中后充分加热混合1小时；
步骤二：将所述步骤一得到的混合料冷却后置于双螺杆挤出机中加热熔融造粒；
步骤三：将所述步骤二所得到的造粒混合料置于单螺杆挤塑机中通过结构模具热塑挤压成型得到具有一定结构的MBBR悬浮生物填料。
所述MBBR悬浮生物填料制备方法制成的一种MBBR悬浮生物填料如附图2所示，附图2中，1为整体结构，中心为一个正六边形，外层二至五层为空心正六边形，正六边形的边长为2-5mm，包含凸起的齿状结构2，齿状结构2的凸出长度为1-2mm，呈对称分布，最外层为凹凸不平的圆弧花边形状，MBBR悬浮生物填料整体结构1的高度为8-20mm。
所述MBBR悬浮生物填料的物性测试，表2为所述MBBR悬浮生物填料的骨架密度和接触角数据。所述MBBR悬浮生物填料的骨架密度在0.95 g/ml到0.98 g/ml之间，挂膜后适合流化。接触角在60～70°之间，表明所述MBBR悬浮生物填料具有较好的亲水性。
表2 MBBR悬浮生物填料的骨架密度和接触角数据。
所述MBBR悬浮生物填料的生化处理性能测试：取相同量的实施例1、2、3、4和对比例（市售MBBR悬浮生物填料），置于5个平行的生物反应器进行试验，MBBR悬浮生物填料填充率为40%。生物膜的培养采用以下方法：取某城镇污水处理厂活性污泥，在膜生物反应器中加满营养液（C:N:P=100:5:1）进行培养，培养期间采用间歇曝气的方式控制厌氧和好氧时间，培养7天后引入污水处理厂生化处理入口污水进行驯化。水温为25～30℃左右，每天取样检测出水的COD、氨氮、总氮、总磷含量，出水指标基本稳定后视为MBBR悬浮填料挂膜完成，生化处理进入稳定期。实验结果表明对比例和实施例1、2、3、4样品的挂膜时间分别为16、12、11、11、13天，说明本发明所述的MBBR悬浮生物填料的挂膜时间更短。
所述MBBR悬浮生物填料，挂膜稳定后连续30天检测各生物反应器的出水指标，取平均值比较MBBR悬浮生物填料的污水生化处理性能。表3的实验结果表明，本发明所述的MBBR悬浮生物填料在污水处理中有着更好的COD和氨氮去除效果。主要原因有以下几方面：聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚丁酸二醇酯、聚乙酸内脂和淀粉等缓释碳源材料的添加，可以为微生物的生长连续不断地提供营养物质，可以缩短启动挂膜时间；碳粉、活性炭粉、竹碳粉和木质纤维素粉等碳源富集材料的添加提高了悬浮生物填料的亲水性，为微生物提供附着点，提高微生物与悬浮生物填料结合的紧密程度；三氧化二铁、氢氧化镁、二氧化锰等生物酶增活材料的添加可以加速微生物的生长繁殖；碳酸钙粉、滑石粉和钛白粉无机骨架材料的添加使悬浮生物填料的表面粗糙，提高了有效表面积和亲水性，进一步缩短了启动挂膜时间并提高挂膜量。
表3 MBBR悬浮生物填料的污水生化处理性能。
上述实施例是为了说明本发明的构思及其特征，但本发明的设计构思并不仅限于此，本实施例不限制本发明的保护范围，凡是相关专业人员利用此构思对本发明进行非实质性改动或等同替换，均应属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种MBBR悬浮生物填料及其制备方法，其特征在于，所述悬浮生物填料由以下物料制备而成：50～100质量份的骨架材料，1～10质量份的缓释碳源材料，1～5质量份碳源富集材料，0.1～5质量份的生物酶增活材料，0.1～5质量份的结构改性材料，0.1～5质量份的无机填充材料。
2.根据权利要求1所述的一种MBBR悬浮生物填料及其制备方法，其特征是，所述骨架材料为高密度聚乙烯、聚丙烯的一种或两种，所述骨架材料由高密度聚乙烯与聚丙烯以任意比组成。
3.根据权利要求1所述的一种MBBR悬浮生物填料及其制备方法，其特征是，所述缓释碳源材料为聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚丁酸二醇酯、聚乙酸内脂、淀粉的一种或多种以任意比组成。
4.根据权利要求1所述的一种MBBR悬浮生物填料及其制备方法，其特征是，所述碳源富集材料为碳粉、活性炭粉、竹炭粉、木质纤维素粉的一种或多种以任意比组成。
5.根据权利要求1所述的一种MBBR悬浮生物填料及其制备方法，其特征是，所述生物酶增活材料为三氧化二铁、氢氧化镁、二氧化锰的一种或多种以任意比组成。
6.根据权利要求1所述的一种MBBR悬浮生物填料及其制备方法，其特征是，所述结构改性材料为马来酸酐、二甲酰胺、聚乙烯醇和硅烷偶联剂的一种或多种以任意比组成。
7.根据权利要求1所述的一种MBBR悬浮生物填料及其制备方法，其特征是，所述无机填充材料为轻质碳酸钙粉、滑石粉、钛白粉的一种或多种以任意比组成。
8.根据权利要求1所述的一种MBBR悬浮生物填料及其制备方法，其特征是，所述MBBR悬浮生物填料的制备包含以下步骤：
步骤一：将骨架材料、缓释碳源材料、碳源富集材料、生物酶增活材料、结构改性材料和无机填充材料置于混合机中充分混合均匀；
步骤二：将所述步骤一所得到的混合料置于双螺杆挤出机中熔融造粒；
步骤三：将所述步骤二所得到的造粒混合料置于单螺杆挤塑机中通过结构模具挤压成型得到具有相应结构的MBBR悬浮生物填料。
9.根据权利要求1所述的一种MBBR悬浮生物填料及其制备方法，其特征是，采用权利要求1-8的制备方法制备出的一种MBBR悬浮生物填料（1），中心为一个正六边形，外层二至五层为空心正六边形，正六边形的边长为2-5mm，包含凸起的齿状结构（2），齿状结构凸出长度为1-2mm，呈对称分布，最外层为凹凸不平的圆弧花边形状（3），高度为8-20mm。
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