CN112723529A - 一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料 - Google Patents

一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物滤池填料技术领域，特别涉及一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，包括以下重量份的原料制备而成：火山岩颗粒85‑100重量份、淀粉20‑40重量份、硅酸钠2‑5重量份、过硫酸盐1‑5重量份、十六烷基三甲基溴化铵0.25‑0.75重量份；本发明提供的生物滤池填料对细菌微生物具有极好的亲和性，可诱导细菌微生物停留并吸附在其表面，并且淀粉可为污水中的细菌微生物等提供营养物质，进而达到促进细菌微生物的挂膜效率，即加快火山岩颗粒上生物膜的形成速率。

Description

一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料
技术领域
本发明属于生物滤池填料技术领域，特别涉及一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料。
背景技术
火山岩又称为喷出岩，属于岩浆岩的一类，是岩浆经火山口喷出到地表后冷凝而成的喷出岩。现有技术中，通过选矿、破碎、筛分、研磨等一系列工艺将火山岩加工形成粒状的滤料，并作为生物法处理污水时的载体，由于火山岩的表面粗糙多微孔、质地轻、化学性能好、强度适宜、表面粗糙空隙发达且分布合理、耐冲洗、不堵塞、具有良好的物理、化学和水力特性，因此可适用于不同污水净化的要求，上述的特点也特别适用于微生物在其表面生长、繁殖，形成生物膜。
生物膜的形成过程是微生物吸附、生长、脱落等综合作用的动态过程。首先，悬浮于液相中的有机污染物及微生物移动并附着在载体表面上，然后附着于载体上的微生物对有机污染物进行降解，并发生代谢、生长、繁殖等过程，并逐渐在载体的局部区域形成薄的生物膜，这层生物膜具有生化活性，又可进一步吸附、分解废水中的有机污染物，直至最后形成一层将载体完全包裹的成熟的生物膜。根据现有的研究成果，生物膜的形成通常经历载体表面改良、可逆附着、不可逆附着和生物膜形成四个阶段。具体的，微生物在载体上的挂膜可分为微生物吸附和固着生长两个阶段。载体加入水中以后，首先进入吸附期，部分微生物和丝状物质附着在载体表面，且附着了较多物质的位置往往是载体的凹处，不容易被水流剪切的地方，此时悬浮液中的微生物大量增长，出现较明显的一个污泥层。经过不可逆附着以后，微生物在载体表面获得一个比较稳定的生长环境，在供氧和底物充足的情况下，吸附在载体上的污泥中的微生物很快就开始生长。随着培养驯化时间的增长，在载体表面生长的生物膜也迅速增长，逐渐覆盖整个载体表面，并开始增厚。但生物膜的生长并不均匀，在载体比较突出的地方，生物膜比较薄，而凹处则会长出相当繁盛的菌落。基于上述生物膜的形成过程可以看出，载体对于生物膜的能否形成以及形成的速率具有至关重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，其能够显著的提高生物膜的形成速度。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，包括以下重量份的原料制备而成：火山岩颗粒85-100重量份、淀粉20-40重量份、硅酸钠2-5重量份、过硫酸盐1-5重量份、十六烷基三甲基溴化铵0.25-0.75重量份。
在进一步的技术方案中，所述火山岩颗粒的粒径为1-5mm。
在进一步的技术方案中，所述的淀粉选自玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉中的至少一种。
在进一步的技术方案中，所述过硫酸盐选自过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的至少一种。
在进一步的技术方案中，所述生物滤池填料的制备方法包括以下步骤：
(1)将硅酸钠加水溶解形成硅酸钠溶液，加入CTAB，超声分散，再加入火山岩颗粒，继续超声分散10-30min，然后缓慢滴加酸性溶液至pH值为4.5-8.0，匀速搅拌，并升温至50-80℃，反应10-60min，得到富含有前驱体沉淀的火山岩颗粒；
(2)对步骤(1)的产物进行真空过滤，干燥，然后焙烧处理；
(3)用水将淀粉配制成淀粉浆，加热搅拌条件下，缓慢滴加过硫酸盐和步骤(2)中的焙烧产物，滴加完成后继续搅拌，并保持温度为80-90℃，持续反应1-3h，得到所述的生物滤池填料。
在进一步的技术方案中，所述硅酸钠溶液的浓度为1-10g/L，优选为3-8g/L。
在进一步的技术方案中，所述的酸性溶液选自工业盐酸、工业硫酸或工业硝酸中的一种；
优选地，所述酸性溶液的浓度为0.5-1.5mol/L。
在进一步的技术方案中，所述焙烧处理的条件包括，焙烧温度为650-900℃，焙烧时间为0.5-3h。
在进一步的技术方案中，焙烧处理时为空气气氛或氧气气氛，且焙烧的升温速率为1～15℃/min。
在进一步的技术方案中，步骤(3)中，所述淀粉浆的质量浓度为30％。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的生物滤池填料对细菌微生物具有极好的亲和性，可诱导细菌微生物停留并吸附在其表面，并且淀粉可为污水中的细菌微生物等提供营养物质，进而达到促进细菌微生物的挂膜效率，即加快火山岩颗粒上生物膜的形成速率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明中所有的原料，对其来源没有特别限定，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本发明中所有的原料，对其纯度没有特别限定，本发明优选采用分析纯或复合材料领域使用的常规纯度。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，包括以下重量份的原料制备而成：火山岩颗粒85-100重量份、淀粉20-40重量份、硅酸钠2-5重量份、过硫酸盐1-5重量份、十六烷基三甲基溴化铵0.25-0.75重量份。
所述生物滤池填料的制备方法包括以下步骤：
(1)将硅酸钠加水溶解形成硅酸钠溶液，加入CTAB，超声分散，再加入火山岩颗粒，继续超声分散10-30min，然后缓慢滴加酸性溶液至pH值为4.5-8.0，匀速搅拌，并升温至50-80℃，反应10-60min，得到富含有前驱体沉淀的火山岩颗粒；
(2)对步骤(1)的产物进行真空过滤，干燥，然后焙烧处理；
(3)用水将淀粉配制成淀粉浆，加热搅拌条件下，缓慢滴加过硫酸盐和步骤(2)中的焙烧产物，滴加完成后继续搅拌，并保持温度为80-90℃，持续反应1-3h，得到所述的生物滤池填料。
本发明提供的技术方案中，通过将硅酸钠溶解形成硅酸钠溶液，加入CTAB，即十六烷基三甲基溴化铵，其具有优异的分散效果，能够有效的抑制沉淀反应中凝胶的形成和粒子的团聚，确保沉淀反应过程中的易于控制；进一步将火山岩颗粒分散在硅酸钠溶液中，在超声分散的作用下，硅酸钠附着并侵入到火山岩颗粒的孔隙结构中，经酸化，加热反应后，形成富含有前驱体沉淀的火山岩颗粒；进一步对该产物进行真空过滤，经干燥处理后进行焙烧，在火山岩颗粒的孔隙结构中原位生成纳米级的SiO2粒子；通过将淀粉溶液得到淀粉浆，在过硫酸盐的氧化作用下其粘度降低，更容易渗透到火山岩颗粒的孔隙结构中，且过氧键断裂所产生的自由基可诱导纳米级SiO2粒子与氧化淀粉的键合，进而使稳定性好的氧化淀粉渗透或吸附在火山岩颗粒的表面。通过本发明制备得到的生物滤池填料对细菌微生物具有极好的亲和性，可诱导细菌微生物停留并吸附在其表面，并且淀粉可为污水中的细菌微生物等提供营养物质，进而达到促进细菌微生物的挂膜效率，即加快火山岩颗粒上生物膜的形成速率。
根据本发明，本发明中，所述火山岩颗粒的粒径可以在较宽的范围内选择，作为优选的，所述火山岩颗粒的粒径为1-5mm。
本发明中，所述的淀粉选自玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉中的至少一种。
本发明中，所述过硫酸盐选自过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的至少一种。
本发明中，所述硅酸钠溶液的浓度范围可以在较宽的范围内选择，作为优选的，所述硅酸钠溶液的浓度为1-10g/L，进一步优选为3-8g/L。
根据本发明，所述酸性溶液的作用在于提供酸性条件，为了降低成本，本发明中，所述的酸性溶液选自工业盐酸、工业硫酸或工业硝酸中的一种；进一步优选地，所述酸性溶液的浓度为0.5-1.5mol/L。
本发明中，所述焙烧处理的条件包括，焙烧温度为650-900℃，焙烧时间为0.5-3h。特别的，焙烧处理时为空气气氛或氧气气氛，且焙烧的升温速率为1～15℃/min。
本发明中，步骤(3)中，所述淀粉浆的质量浓度为30％。
以下通过具体的实施例对本发明提供的生物滤池填料做出进一步的说明。
实施例1
一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，包括以下重量份的原料制备而成：火山岩颗粒90重量份、玉米淀粉30重量份、硅酸钠3重量份、过硫酸铵3重量份、十六烷基三甲基溴化铵0.5重量份。
所述生物滤池填料的制备方法包括以下步骤：
(1)将硅酸钠加水溶解形成硅酸钠溶液(浓度为5g/L)，加入CTAB，超声分散，再加入火山岩颗粒(粒径为3mm)，继续超声分散20min，然后缓慢滴加工业盐酸(1mol/L)至pH值为7.5，匀速搅拌，并升温至75℃，反应30min，得到富含有前驱体沉淀的火山岩颗粒；
(2)对步骤(1)的产物进行真空过滤，干燥，然后在800℃的温度下焙烧处理2h，焙烧处理时为空气气氛，且焙烧的升温速率为10℃/min；
(3)用水将玉米淀粉配制成玉米淀粉浆(质量浓度为30％)，加热至60℃，搅拌条件下，缓慢滴加过硫酸铵和步骤(2)中的焙烧产物，滴加完成后继续搅拌，并保持温度为80℃，持续反应2h，得到所述的生物滤池填料。
微生物固定、驯化：
在容积为20L的培养桶内分别加入本实施例制备得到的生物滤池填料，加入经过培养的活性污泥上清液，其中含有反硝化菌、硝化菌微生物菌种，通入事先调好的pH值在7-8之间的工业废水，在闷曝条件下进行培养24小时，接着每天更换培养桶中1/3的废水进入驯化养生阶段；
驯化养生3天后开始实际的污水处理，具体的，加入COD为100mg/L，NH+-N为20mg/L，pH为8的工业污水，启动曝气装置进行接触氧化反应，污水经过12小时的生化处理，出水指标COD为55mg/L，NH+-N为3.2mg/L，达到国家排放标准。
实施例2
一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，包括以下重量份的原料制备而成：火山岩颗粒85重量份、玉米淀粉20重量份、硅酸钠2重量份、过硫酸铵1重量份、十六烷基三甲基溴化铵0.25重量份。
所述生物滤池填料的制备方法包括以下步骤：
(1)将硅酸钠加水溶解形成硅酸钠溶液(浓度为5g/L)，加入CTAB，超声分散，再加入火山岩颗粒(粒径为3mm)，继续超声分散20min，然后缓慢滴加工业盐酸(1mol/L)至pH值为7.5，匀速搅拌，并升温至75℃，反应30min，得到富含有前驱体沉淀的火山岩颗粒；
(2)对步骤(1)的产物进行真空过滤，干燥，然后在800℃的温度下焙烧处理2h，焙烧处理时为空气气氛，且焙烧的升温速率为10℃/min；
(3)用水将玉米淀粉配制成玉米淀粉浆(质量浓度为30％)，加热至60℃，搅拌条件下，缓慢滴加过硫酸铵和步骤(2)中的焙烧产物，滴加完成后继续搅拌，并保持温度为80℃，持续反应2h，得到所述的生物滤池填料。
按照实施例1中提供的方法对微生物进行固定、驯化，在驯化养生4天后开始实际的污水处理，具体的，加入COD为100mg/L，NH+-N为20mg/L，pH为8的工业污水，启动曝气装置进行接触氧化反应，污水经过12小时的生化处理，出水指标COD为57mg/L，NH+-N为3.5mg/L，达到国家排放标准。
实施例3
一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，包括以下重量份的原料制备而成：火山岩颗粒100重量份、玉米淀粉40重量份、硅酸钠5重量份、过硫酸铵5重量份、十六烷基三甲基溴化铵0.75重量份。
所述生物滤池填料的制备方法包括以下步骤：
(1)将硅酸钠加水溶解形成硅酸钠溶液(浓度为5g/L)，加入CTAB，超声分散，再加入火山岩颗粒(粒径为3mm)，继续超声分散20min，然后缓慢滴加工业盐酸(1mol/L)至pH值为7.5，匀速搅拌，并升温至75℃，反应30min，得到富含有前驱体沉淀的火山岩颗粒；
(2)对步骤(1)的产物进行真空过滤，干燥，然后在800℃的温度下焙烧处理2h，焙烧处理时为空气气氛，且焙烧的升温速率为10℃/min；
(3)用水将玉米淀粉配制成玉米淀粉浆(质量浓度为30％)，加热至60℃，搅拌条件下，缓慢滴加过硫酸铵和步骤(2)中的焙烧产物，滴加完成后继续搅拌，并保持温度为80℃，持续反应2h，得到所述的生物滤池填料。
按照实施例1中提供的方法对微生物进行固定、驯化，在驯化养生4天后开始实际的污水处理，具体的，加入COD为100mg/L，NH+-N为20mg/L，pH为8的工业污水，启动曝气装置进行接触氧化反应，污水经过12小时的生化处理，出水指标COD为59mg/L，NH+-N为3.6mg/L，达到国家排放标准。
结合上述实施例1-3的实际应用可以看出，本发明提供的生物滤池填料可以快速的形成生物膜，在驯化养生3-5天即可得到较好处理效果的生物滤池。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，其特征在于，包括以下重量份的原料制备而成：火山岩颗粒85-100重量份、淀粉20-40重量份、硅酸钠2-5重量份、过硫酸盐1-5重量份、十六烷基三甲基溴化铵0.25-0.75重量份。
2.根据权利要求1所述的利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，其特征在于，所述火山岩颗粒的粒径为1-5mm。
3.根据权利要求1所述的利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，其特征在于，所述的淀粉选自玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，其特征在于，所述过硫酸盐选自过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
(1)将硅酸钠加水溶解形成硅酸钠溶液，加入CTAB，超声分散，再加入火山岩颗粒，继续超声分散10-30min，然后缓慢滴加酸性溶液至pH值为4.5-8.0，匀速搅拌，并升温至50-80℃，反应10-60min，得到富含有前驱体沉淀的火山岩颗粒；
(2)对步骤(1)的产物进行真空过滤，干燥，然后焙烧处理；
(3)用水将淀粉配制成淀粉浆，加热搅拌条件下，缓慢滴加过硫酸盐和步骤(2)中的焙烧产物，滴加完成后继续搅拌，并保持温度为80-90℃，持续反应1-3h，得到所述的生物滤池填料。
6.根据权利要求5所述的利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，其特征在于，所述硅酸钠溶液的浓度为1-10g/L，优选为3-8g/L。
7.根据权利要求5所述的利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，其特征在于，所述的酸性溶液选自工业盐酸、工业硫酸或工业硝酸中的一种；
优选地，所述酸性溶液的浓度为0.5-1.5mol/L。
8.根据权利要求5所述的利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，其特征在于，所述焙烧处理的条件包括，焙烧温度为650-900℃，焙烧时间为0.5-3h。
9.根据权利要求5所述的利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，其特征在于，焙烧处理时为空气气氛或氧气气氛，且焙烧的升温速率为1～15℃/min。
10.根据权利要求5所述的利用火山岩挂膜制作的生物滤池填料，其特征在于，步骤(3)中，所述淀粉浆的质量浓度为30％。
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