CN112759066B - 一种污水处理用秸秆类填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水处理用秸秆类填料制备方法，包括以下步骤：步骤a、将农作物秸秆水洗、干燥、粉碎成秸秆颗粒；步骤b、将聚乙烯醇加入到水中搅拌，并升温，形成稳定溶液；步骤c、在稳定溶液中加入秸秆颗粒、无机矿物颗粒、催化剂和交联剂，搅拌混合均匀；步骤d、采用滤网抄纸成型，滤网下负压抽离多余浆料后输送至加热环境中固化，切割成立方体块。本发明还公开一种秸秆填料，由上述制备方法制备得到。本发明提供的一种污水处理用秸秆类填料及其制备方法，高价值利用农作物废弃物的同时，兼具缓释碳源功能，能够在污水处理过程中减少额外补加碳源，且本发明的填料亲水性能好，孔隙率高，有利于微生物的附着与生存，保证污水处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水处理用秸秆类填料及其制备方法，具体涉及一种兼具微生物依附载体及碳源缓释功能的水处理用秸秆填料及其制备方法，属于污水处理辅助材料技术领域。
背景技术
随着污水排放中氮排放标准的逐步提高，污水处理中反硝化脱氮存在碳源不足等问题，面临着巨大的挑战。通常，反硝化外加碳源可分为两大类，一类是传统碳源，以甲醇、乙醇、乙酸、葡萄糖等液态有机物为主；另一类是新型碳源，主要是可生物降解的聚合物，包括天然纤维素类物质，如秸秆、稻壳、树皮、报纸等，以及合成的聚合物，如PHB、PHBV、PCL等。传统碳源存在投加过量的隐患，会影响到出水水质，需要精确控制投加过程，而且费用较高，合成的聚合物价格也存在费用较高问题，天然纤维素类物质的碳源存在释放不能得到有效控制问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够高价值利用农作物废弃物的同时，有利于微生物的生存，而且兼具缓释碳源功能，污水处理过程中减少额外补加碳源，保证污水处理效果的秸秆填料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种污水处理用秸秆类填料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤a、将农作物秸秆水洗、干燥、粉碎成秸秆颗粒；
步骤b、将聚乙烯醇加入到水中搅拌，并升温，形成稳定溶液；
步骤c、在稳定溶液中加入秸秆颗粒、无机矿物颗粒、催化剂和交联剂，搅拌混合均匀；
步骤d、采用滤网抄纸成型，滤网下负压抽离多余浆料后输送至加热环境中固化，切割成立方体块。
步骤a中，所述农作物秸秆包括小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆或者玉米芯。
步骤a中，秸秆颗粒的尺寸为5～100mm。
步骤b中，以重量计，聚乙烯醇为20～50份，水为80～1000份，升温温度至95℃。
步骤b中，所述的聚乙烯醇平均聚合度在300～2600之间，醇解度在60％～99.9％。
步骤c中，以重量计，秸秆颗粒为100份，无机矿物颗粒为10～30份，催化剂为30～60份，交联剂为15～40份。
步骤c中，所述无机矿物颗粒包括沸石、石英砂、矿渣、活性炭或者陶粒，所述无机矿物颗粒粒径为5～10mm。
步骤c中，所述交联剂为甲醛或者戊二醛。
所述催化剂为盐酸、硫酸、硝酸或者硼酸的一种或多种。
步骤d中，滤网尺寸为5目，加热环境温度为50～85℃，固化时间为2～10小时。
一种污水处理用秸秆类填料，由上述所述污水处理用秸秆类填料制备方法制备得到。
本发明的有益效果：本发明提供的一种污水处理用秸秆类填料及其制备方法，采用固定化技术，选取植物秸秆为骨架载体，以PVA(聚乙烯醇)对植物秸秆的包裹实现对秸秆碳源释放的控制，达到碳源稳定供给的目的，同时骨架载体也能为微生物提供生长的场所，提高污染物的去除效果，从而制备出兼具缓释碳源和微生物负载的秸秆填料。具体地：1、PVA对植物秸秆的包裹实现对秸秆碳源释放的控制，达到碳源稳定供给，使得秸秆能够被作为缓释碳源而应用于污水处理行业，实现了对农作物废弃物的高价值开发；2、PVA具有极其优异的亲水性和生物相容性，改善了秸秆填料的生物亲和性，更有利于挂膜，挂膜时间短，微生物附着量大；3、PVA的交联粘合作用，显著提高了秸秆填料的力学强度、孔隙结构及填料的耐磨性，增加秸秆填料的使用寿命；4、无机矿物颗粒的加入，为微生物提供依附载体的同时，保障了秸秆填料吸水后密度维持在1.0～1.1g/ml，在污水处理中实现悬浮效果，有利于填料在污水中的分散；5、制备方法条件温和、工艺简单、生产效率高、生产周期短，且实现农林废弃物高价值利用的同时降低了产品的生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
具体实施例1
本实施制备污水处理用秸秆类填料，以油菜秸秆为骨架，加入5-10mm粒径大小的沸石颗粒，浸渍PVA预交联液，混合抄纸固化而成，具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、将油菜秸秆水洗、干燥、粉碎成粒径为20mm的油菜秸秆颗粒。
步骤二、取20重量份的聚乙烯醇1788加入到80重量份的水中搅拌，并升温至95℃，形成稳定溶液。
步骤三、在稳定的PVA溶液中加入100重量份的油菜秸秆颗粒、10重量份沸石颗粒、30重量份盐酸和40重量份甲醛，机械搅拌混合均匀。
步骤四、采用5目的滤网抄纸成型，滤网下负压抽离多余浆料后输送至65℃加热环境中固化6小时，根据应用需要切割成边长2cm的立方体块，所制得的油菜秸秆填料的拉伸强度0.46MPa，孔隙率为68.34％，吸水后密度为1.0547g/ml。
具体实施例2
本实施制备污水处理用秸秆类填料，以小麦秸秆为骨架，加入5-10mm粒径大小的石英砂颗粒，浸渍PVA预交联液，混合抄纸固化而成，具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、将小麦秸秆水洗、干燥、粉碎成粒径为5mm的小麦秸秆颗粒。
步骤二、取30重量份的聚乙烯醇1799加入到120重量份的水中搅拌，并升温至95℃，形成稳定溶液。
步骤三、在稳定的PVA溶液中加入100重量份的小麦秸秆颗粒、20重量份石英砂颗粒、30重量份硫酸和15重量份戊二醛，机械搅拌混合均匀。
步骤四、采用5目的滤网抄纸成型，滤网下负压抽离多余浆料后输送至80℃加热环境中固化5小时，根据应用需要切割成边长2cm的立方体块，所制得的小麦秸秆填料的拉伸强度0.22MPa，孔隙率为40.58％，吸水后密度为1.0953g/ml。
具体实施例3
本实施制备污水处理用秸秆类填料，以水稻秸秆为骨架，加入5-10mm粒径大小的矿渣颗粒，浸渍PVA预交联液，混合抄纸固化而成，具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、将水稻秸秆水洗、干燥、粉碎成粒径为40mm的水稻秸秆颗粒。
步骤二、取20重量份的聚乙烯醇2088加入到180重量份的水中搅拌，并升温至95℃，形成稳定溶液。
步骤三、在稳定的PVA溶液中加入100重量份的水稻秸秆颗粒、15重量份矿渣颗粒、40重量份硝酸和20重量份甲醛，机械搅拌混合均匀。
步骤四、采用5目的滤网抄纸成型，滤网下负压抽离多余浆料后输送至85℃加热环境中固化8小时，根据应用需要切割成边长2cm的立方体块，所制得的水稻秸秆填料的拉伸强度0.31MPa，孔隙率为58.63％，吸水后密度为1.0242g/ml。
具体实施例4
本实施制备污水处理用秸秆类填料，以玉米秸秆为骨架，加入5-10mm粒径大小的活性炭颗粒，浸渍PVA预交联液，混合抄纸固化而成，具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、将玉米秸秆水洗、干燥、粉碎成粒径为60mm的玉米秸秆颗粒。
步骤二、取50重量份的聚乙烯醇2099加入到450重量份的水中搅拌，并升温至95℃，形成稳定溶液。
步骤三、在稳定的PVA溶液中加入100重量份的玉米秸秆颗粒、30重量份活性炭颗粒、60重量份硼酸和20重量份的戊二醛，机械搅拌混合均匀。
步骤四、采用5目的滤网抄纸成型，滤网下负压抽离多余浆料后输送至70℃加热环境中固化10小时，根据应用需要切割成边长1cm的立方体块，所制得的玉米秸秆填料的拉伸强度0.38MPa，孔隙率为60.38％，吸水后密度为1.0366g/ml。
具体实施例5
本实施制备污水处理用秸秆类填料，以油菜秸秆为骨架，加入5-10mm粒径大小的陶粒颗粒，浸渍PVA预交联液，混合抄纸固化而成，具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、将油菜秸秆水洗、干燥、粉碎成粒径为100mm的油菜秸秆颗粒。
步骤二、取50重量份的聚乙烯醇2488加入到1000重量份的水中搅拌，并升温至95℃，形成稳定溶液。
步骤三、在稳定的PVA溶液中加入100重量份的油菜秸秆颗粒、10重量份陶粒颗粒、40重量份盐酸和40重量份戊二醛，机械搅拌混合均匀。
步骤四、采用5目的滤网抄纸成型，滤网下负压抽离多余浆料后输送至50℃加热环境中固化3小时，根据应用需要切割成边长1cm的立方体块，所制得的油菜秸秆填料的拉伸强度0.25MPa，孔隙率为79.78％，吸水后密度为1.0075g/ml。
具体实施例6
本实施制备污水处理用秸秆类填料，以棉花秸秆为骨架，加入5-10mm粒径大小的活性炭颗粒，浸渍PVA预交联液，混合抄纸固化而成，具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、将棉花秸秆水洗、干燥、粉碎成粒径为80mm的棉花秸秆颗粒。
步骤二、取30重量份的聚乙烯醇117加入到470重量份的水中搅拌，并升温至95℃，形成稳定溶液。
步骤三、在稳定的PVA溶液中加入100重量份的棉花秸秆颗粒、30重量份活性炭颗粒、40重量份硫酸和30重量份甲醛，机械搅拌混合均匀。
步骤四、采用5目的滤网抄纸成型，滤网下负压抽离多余浆料后输送至50℃加热环境中固化10小时，根据应用需要切割成边长1cm的立方体块，所制得的棉花秸秆填料的拉伸强度0.36MPa，孔隙率为67.44％，吸水后密度为1.0421g/ml。
具体实施例7
本实施制备污水处理用秸秆类填料，以玉米芯秸秆为骨架，加入5-10mm粒径大小的矿渣颗粒，浸渍PVA预交联液，混合抄纸固化而成，具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、将玉米芯秸秆水洗、干燥、粉碎成粒径为40mm的玉米芯秸秆颗粒。
步骤二、取50重量份的聚乙烯醇124加入到800重量份的水中搅拌，并升温至95℃，形成稳定溶液。
步骤三、在稳定的PVA溶液中加入100重量份的玉米芯秸秆颗粒、10重量份矿渣颗粒、50重量份盐酸和40重量份甲醛，机械搅拌混合均匀。
步骤四、采用5目的滤网抄纸成型，滤网下负压抽离多余浆料后输送至60℃加热环境中固化6小时，根据应用需要切割成边长2cm的立方体块，所制得的玉米芯秸秆填料的拉伸强度0.43MPa，孔隙率为52.54％，吸水后密度为1.0307g/ml。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种污水处理用秸秆类填料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a、将农作物秸秆水洗、干燥、粉碎成秸秆颗粒，秸秆颗粒的尺寸为5~100mm；
步骤b、将聚乙烯醇加入到水中搅拌，并升温，形成稳定溶液，以重量计，聚乙烯醇为20~50份，水为80~1000份，升温温度至95℃，所述的聚乙烯醇平均聚合度在300~2600之间，醇解度在60%~99.9%；
步骤c、在稳定溶液中加入秸秆颗粒、无机矿物颗粒、催化剂和交联剂，搅拌混合均匀，以重量计，秸秆颗粒为100份，无机矿物颗粒为10~30份，催化剂为30~60份，交联剂为15~40份，所述无机矿物颗粒包括沸石、石英砂、矿渣、活性炭或者陶粒，所述无机矿物颗粒粒径为5~10mm；
步骤d、采用滤网抄纸成型，滤网下负压抽离多余浆料后输送至加热环境中固化，切割成立方体块，滤网尺寸为5目，加热环境温度为50~85℃，固化时间为2~10小时，制备到的秸秆填料吸水后密度维持在1.0~1.1g/ml。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理用秸秆类填料制备方法，其特征在于：步骤a中，所述农作物秸秆包括小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆或者玉米芯。
3.根据权利要求1所述的一种污水处理用秸秆类填料制备方法，其特征在于：步骤c中，所述交联剂为甲醛或者戊二醛。
4.根据权利要求1所述的一种污水处理用秸秆类填料制备方法，其特征在于：所述催化剂为盐酸、硫酸、硝酸或者硼酸的一种或多种。
5.一种污水处理用秸秆类填料，其特征在于：由上述权利要求1到4任一项所述污水处理用秸秆类填料制备方法制备得到。
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