CN111847643B - 一种多功能填料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多功能填料及其制备方法，包括内胆填料层、弹性球和微生物层，所述内胆填料层的内部设有内腔体，所述弹性球设于所述内腔体内，所述内胆填料层的外表面设有若干凹槽，若干所述凹槽的底部设有细粒填料巢，所述细粒填料巢内填设有细料填料，所述微生物层覆盖于所述内胆填料层的外表面，将材料经特定的工艺参数制备，使得到的多功能填料所具有的多种功能得以充分发挥，稳定运行，达到高效去除污染物的目的。

Description

一种多功能填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，特别涉及一种多功能填料及其制备方法。
背景技术
在污水处理中，常用填料作为微生物附着的载体，以提高污水处理系统的微生物数量及微生物与水体的接触面积，从而提高处理效率，而现有的填料功能单一，挂膜时间长，生物膜更新效率低，微生物种类单一，克服这些缺陷的技术难点在于填料结构设计和材料的选择。
发明内容
鉴以此，本发明提出一种多功能填料及其制备方法来解决上述问题，
本发明的技术方案是这样实现的：
一种多功能填料，包括内胆填料层、弹性球和微生物层，所述内胆填料层的内部设有内腔体，所述弹性球设于所述内腔体内，所述内胆填料层的外表面设有若干凹槽，若干所述凹槽的底部设有细粒填料巢，所述细粒填料巢内填设有细料填料，所述微生物层覆盖于所述内胆填料层的外表面。
所述内胆填料层为塑料材质，密度小于1t/m3。
所述微生物层组分包含了微生物菌粉、包埋微生物用载体、细粒填料和粘附剂；
进一步的，所述内胆填料层的塑料材质为聚乙烯或聚丙烯。
进一步的，所述细粒填料为贝壳、火山岩、沸石、活性炭制作的细小颗粒物，或它们的组合。
进一步的，所述微生物层的微生物菌粉为体积比特定的复合芽孢杆菌菌粉、EM菌粉、硝化细菌、反硝化细菌其中的一种或几种组合。
进一步的，所述包埋微生物用载体为海藻酸钠、多糖、纤维素、琼脂、卡拉胶、硅藻土其中的一种或几种组合。
进一步的，所述粘附剂为脂肪酸、甘油其中的一种或几种组合。
进一步的，所述的一种多功能填料的制备方法，包括以下步骤：
S1、内胆填料层的制备：注塑成型，生产内胆半球；将塑料小球内置于内胆半球内；利用超声波将两个内胆半球粘结成一体。
S2、微生物层的制备：将微生物菌粉、包埋微生物用载体、粘附剂均匀混合成粘性粒状物料，将步骤S1制备的内胆填料起置于造粒机内，启动造粒机，内胆填料在造粒机内翻滚，并设定离心力，然后将上述粘性粒状物料均匀加入造粒机，并间歇性加入菌粉，所述粘性粒状物料和菌粉被所述内胆填料捕捉，形成颗粒粒料，内胆填料表面即形成致密的固化生物层。
S3、将经步骤S2产生的颗粒粒料置于冻干干燥，形成多功能填料。
进一步的，所述步骤S1中的超声波频率为20～50kHz，超声时间0.3～30s。
进一步的，所述步骤S2中，造粒机转速为10～100r/min。
进一步的，所述步骤S3中，冷冻干燥温度为-10～-50℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用含内腔体的多凹面球体内胆填料、内置弹性球、外附细粒填料及微生物层的复合结构。这是一种自适应动态组合结构，填料在不同的水处理阶段，起主要作用的结构单元不同并发挥不同的作用，以使污水处理系统起效快、持续高效运行。
其中，填料整体具有优良的结构性能，其表面的微生物层能在污水中自发恢复活性，迅速生长繁殖，形成生物膜，极大的缩短填料挂膜时间；随着生物膜的更新，填料表面的缓释固化微生物层逐渐变薄，经过长时间运行最终完全释放；在固化微生物完全释放过程中，内胆填料逐渐外露，最先外露并发挥作用的是内胆填料的外凸面或细粒填料，内胆填料独特的凸面、凹面结构为不同功能的微生物提供了其最适宜的生长繁殖环境，其中凸面与污水中溶解氧接触机会多，氧在凸面生物膜中的传质速率高，因此凸面生物膜以好氧微生物为主；其中凹面与污水中溶解氧接触机会少，凹面生物膜接受摩擦的频率小，凹面形成较厚的生物膜，氧在凹面生物膜中的传质速率低，因此凹面生物膜以兼氧微生物为主，粒填料巢在凹面的最深处，与污水中溶解氧接触机最少，其中生物膜接受摩擦的频率最小，凹面形成最厚的生物膜，污水中的溶解氧几乎不能传递至细粒填料巢，因此细粒填料巢内生物膜以厌氧微生物为主。
细粒填料与内胆填料分离后，在水力作用下细粒填料与内胆填料摩擦优化内胆填料表面面生物膜的更新效率，同时内部弹性球运动过程中对内胆填料的作用力也有助于生物膜更新。填料表面附着的微生物种类丰富，兼具性能稳定的厌氧、兼氧、好氧微生物，同时微生物种类较多，生化功能强，具有较强的抗水质冲击能力。
另外，使用本发明的制备方法，将材料经特定的工艺参数制备，使得到的多功能填料所具有的多种功能得以充分发挥，稳定运行，达到高效去除污染物的目的。
附图说明
图1是填料横切面示意图
图2内胆填料表面结构示意
图中，1、9内胆填料层，2、内腔体，3、弹性球，4、细粒填料，5、10细粒填料巢，6、微生物层，7、凹面，8、凸面。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种多功能填料，包括内胆填料层、弹性球和微生物层，所述内胆填料层的内部设有内腔体，所述弹性球设于所述内腔体内，所述内胆填料层的外表面设有若干凹槽，若干所述凹槽的底部设有细粒填料巢，所述细粒填料巢内填设有细料填料，所述微生物层覆盖于所述内胆填料层的外表面；
所述内胆填料层为聚乙烯，密度小于1t/m3。
所述细粒填料为贝壳、火山岩、沸石、活性炭制作的细小颗粒物，粒径0.002～0.2mm。
所述微生物层组分包含了微生物菌粉、包埋微生物用载体、细粒填料和粘附剂；
微生物菌粉为体积比1:0.2:0.8:1的复合芽孢杆菌菌粉、EM菌粉、硝化细菌、反硝化细菌；
包埋微生物用载体为体积比1：2的海藻酸钠和多糖。
粘结剂粘附剂为矿物脂肪酸。
多功能填料的制备方法，包括以下步骤：
S1、内胆填料层的制备：注塑成型，生产内胆半球；将塑料小球内置于内胆半球内；利用超声波将两个内胆半球粘结成一体，超声波频率为20kHz，超声时间1s。
S2、微生物层的制备：将微生物菌粉、包埋微生物用载体、细粒填料和粘附剂均匀混合成粘性粒状物料，将步骤S1制备的内胆填料起置于造粒机内，启动造粒机，内胆填料在造粒机内翻滚，并设定造粒机转速为15r/min，然后将上述粘性粒状物料均匀加入造粒机，并间歇性加入菌粉，所述粘性粒状物料和菌粉被所述内胆填料捕捉，形成颗粒粒料，内胆填料表面即形成致密的固化生物层。
S3、将经步骤S2产生的颗粒粒料置于-10℃冻干干燥，形成多功能填料。
实施例2
一种多功能填料，包括内胆填料层、弹性球和微生物层，所述内胆填料层的内部设有内腔体，所述弹性球设于所述内腔体内，所述内胆填料层的外表面设有若干凹槽，若干所述凹槽的底部设有细粒填料巢，所述细粒填料巢内填设有细料填料，所述微生物层覆盖于所述内胆填料层的外表面；
所述内胆填料层为聚乙烯，密度小于1t/m3。
所述细粒填料为粉砂，粒径0.002～0.2mm。
所述微生物层组分包含了微生物菌粉、包埋微生物用载体、细粒填料和粘附剂；
微生物菌粉为体积比2:0.5:1.6:2的复合芽孢杆菌菌粉、EM菌粉、硝化细菌、反硝化细菌；
包埋微生物用载体为体积1:5海藻酸钠和琼脂。
粘结剂粘附剂为甘油。
多功能填料的制备方法，包括以下步骤：
S1、内胆填料层的制备：注塑成型，生产内胆半球；将塑料小球内置于内胆半球内；利用超声波将两个内胆半球粘结成一体，超声波频率为25kHz，超声时间0.8s。
S2、微生物层的制备：将微生物菌粉、包埋微生物用载体、粘附剂均匀混合成粘性粒状物料，将步骤S1制备的内胆填料起置于造粒机内，启动造粒机，内胆填料在造粒机内翻滚，并设定造粒机转速为20r/min，然后将上述粘性粒状物料均匀加入造粒机，并间歇性加入菌粉，所述粘性粒状物料和菌粉被所述内胆填料捕捉，形成颗粒粒料，内胆填料表面即形成致密的固化生物层。
S3、将经步骤S2产生的颗粒粒料置于-15℃冻干干燥，形成多功能填料。
实施例3
一种多功能填料，包括内胆填料层、弹性球和微生物层，所述内胆填料层的内部设有内腔体，所述弹性球设于所述内腔体内，所述内胆填料层的外表面设有若干凹槽，若干所述凹槽的底部设有细粒填料巢，所述细粒填料巢内填设有细料填料，所述微生物层覆盖于所述内胆填料层的外表面；
所述内胆填料层为聚乙烯，密度小于1t/m3。
所述细粒填料为沸石粉，粒径40目。
所述微生物层组分包含了微生物菌粉、包埋微生物用载体、细粒填料和粘附剂；
微生物菌粉为体积比1:0.3:1.2:1.6复合芽孢杆菌菌粉、EM菌粉、硝化细菌、反硝化细菌；
包埋微生物用载体为体积1:2海藻酸钠和硅藻土。
粘附剂为脂肪酸和甘油的1:1混合物。
多功能填料的制备方法，包括以下步骤：
S1、内胆填料层的制备：注塑成型，生产内胆半球；将塑料小球内置于内胆半球内；利用超声波将两个内胆半球粘结成一体，超声波频率为30kHz，超声时间0.6s。
S2、微生物层的制备：将微生物菌粉、包埋微生物用载体、粘附剂均匀混合成粘性粒状物料，将步骤S1制备的内胆填料起置于造粒机内，启动造粒机，内胆填料在造粒机内翻滚，并设定造粒机转速为25r/min，然后将上述粘性粒状物料均匀加入造粒机，并间歇性加入菌粉，所述粘性粒状物料和菌粉被所述内胆填料捕捉，形成颗粒粒料，内胆填料表面即形成致密的固化生物层。
S3、将经步骤S2产生的颗粒粒料置于-20℃冻干干燥，形成多功能填料。
实施例4
本实施例与实施例3的区别在于：所述微生物层的微生物菌粉为体积比1:0.6:2:3复合芽孢杆菌菌粉、EM菌粉、硝化细菌、反硝化细菌。
实施例5
本实施例与实施例3的区别在于：多功能填料的制备方法中，所述步骤S2的微生物层，粘性粒状物料均匀加入造粒机后未加入菌粉。
一、除污效果
将实施例1～5所制得的多功能填料投入五个污水池中，经10天后对水质进行检测，检测结果如下：
COD：环境类行业标准HJ/T399-2007，用重铬酸钾分光光度法测定；
总磷：按中华人民共和国国家标准GB/11893-89，用钼酸铵分光光度法测定；
氨氮：按中华人民共和国国家标准GB/11894-89，用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定。
Figure BDA0002609779550000071
由上表可知，按照本发明的填料结构和材料制备的多功能填料用于生活污水处理，能实现对COD、氨氮和总磷的高效去除，在不同工艺参数条件下制备的填料所达到的除污效果不同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能填料，其特征在于：包括内胆填料层、弹性球和微生物层，所述内胆填料层的内部设有内腔体，所述弹性球设于所述内腔体内，所述内胆填料层的外表面设有若干凹槽，若干所述凹槽的底部设有细粒填料巢，所述细粒填料巢内填设有细料填料，所述微生物层覆盖于所述内胆填料层的外表面；
所述内胆填料层为塑料材质，密度小于1t/m³；
所述微生物层组分包含了微生物菌粉、包埋微生物用载体、细粒填料和粘附剂。
2.如权利要求1所述的一种多功能填料，其特征在于：所述内胆填料层的塑料材质为聚乙烯或聚丙烯。
3.如权利要求1所述的一种多功能填料，其特征在于：细粒填料为贝壳、火山岩、沸石、活性炭制作的细小颗粒物其中的一种或几种组合。
4.如权利要求1所述的一种多功能填料，其特征在于：所述微生物层的微生物菌粉为复合芽孢杆菌菌粉、EM菌粉、硝化细菌、反硝化细菌其中的一种或几种组合。
5.如权利要求1所述的一种多功能填料，其特征在于：所述包埋微生物用载体为海藻酸钠、多糖、纤维素、琼脂、卡拉胶、硅藻土其中的一种或几种组合。
6.如权利要求1所述的一种多功能填料，其特征在于：所述粘附剂为脂肪酸、甘油其中的一种或几种组合。
7.权利要求1所述的一种多功能填料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、内胆填料层的制备：注塑成型，生产内胆半球；将塑料小球内置于内胆半球内；利用超声波或激光将两个内胆半球粘结成一体；
S2、微生物层的制备：将微生物菌粉、包埋微生物用载体、粘附剂均匀混合成粘性粒状物料，将步骤S1制备的内胆填料起置于造粒机内，启动造粒机，内胆填料在造粒机内翻滚，并设定离心力，然后将上述粘性粒状物料均匀加入造粒机，并间歇性加入菌粉，所述粘性粒状物料和菌粉被所述内胆填料捕捉，形成颗粒球形粒料，内胆填料表面即形成致密的固化生物层；
S3、将经步骤S2产生的颗粒粒料置于干燥机，干燥脱水，形成多功能填料。
8.如权利要求7所述的一种多功能填料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的超声波频率为20~50kHz，超声时间0.2~30s。
9.如权利要求7所述的一种多功能填料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，造粒机转速10~100r/min。
10.如权利要求7所述的一种多功能填料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，采用冷冻干燥，冷冻干燥温度为-10~-50℃。
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