CN114536584B - 一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体及其制备方法，涉及污水处理技术领域。其是以五种不同牌号的高密度聚乙烯作为原料，分别为高密度聚乙烯1号、高密度聚乙烯2号、高密度聚乙烯3号、高密度聚乙烯4号和高密度聚乙烯5号，通过混合、造粒、挤出成型步骤后，得到外形为圆柱体，内部为多孔设计，内外表面粗糙度等级为IT6～IT10的悬浮载体；经过相关检测发现，本发明悬浮载体的浸润速度可提高20～50％，流化的需气量可降低5％～15％，挂膜速度可提高30％～60％，微生物的附着量可提高30～70％。本发明制备得到的悬浮载体具有压缩回弹性高、使用寿命长、表面粗糙度高、易于挂膜流化和处理效率高等优势。

Description

一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体及其制备方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理用悬浮载体及其制备方法。
背景技术
MBBR污水处理工艺中，悬浮载体作为微生物的附着载体，能丰富反应系统内的微生物种群和活性，从而提高反应系统内的去除污染物能力。悬浮载体是MBBR工艺的核心产品，作为微生物的载体，影响生物膜的附着速度、繁殖和脱落，对处理系统的运行效果及能耗都有十分重要的影响，它的性能也影响着系统的处理效率。
目前污水处理中应用最多的为柱型悬浮填料，虽然应用多年，但在实际工程运行过程中，仍存在很多问题，因原材料的自身性能导致悬浮载体浸润和挂膜速度很慢，进而导致流化和能耗问题。为了解决材料本身的性能问题，并提高悬浮载体表面的粗糙度，现有技术中衍生出一系列的改性悬浮载体，改性的方法主要分为化学改性和物理改性，化学改性是通过在材料表面发生化学反应从而达到表面改性，一般是在高分子链上引入亲水性等功能基团，而物理改性是通过物理过程使材料表面得以改性，一般是在高分子原料中添加少量亲水性的有机物、无机物、微量元素或生物酶等物质，通过改性实现加快悬浮载体的浸润和挂膜速度，但改性会影响悬浮载体的密度、弹性、韧性、应用环境下变形和开裂，导致改性填料出现不易流化、能耗高、不易挂膜、破碎、变形和对池壁及配套设备造成冲击损伤的问题，这就导致维持悬浮载体原材料优势的前提下提高亲水性、挂膜性等特性成为悬浮载体最大的一个瓶颈。
由此可见，现有技术还有待于进一步改进。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体的制备方法，通过该方法制备得到的悬浮载体，其表面粗糙度高，可以加快微生物在其内部的附着生长，可提高挂膜速度，缩短系统的挂膜启动时间。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体的制备方法，其是以五种不同牌号的高密度聚乙烯作为原料，分别为高密度聚乙烯1号、高密度聚乙烯2号、高密度聚乙烯3号、高密度聚乙烯4号和高密度聚乙烯5号，其原料质量百分比依次为20％～40％：15～25％：20％～35％：5％～20％：5％～25％；
所述的制备方法是首先将五种不同牌号的原料混合在一起，然后对其进行造粒，之后经挤出成型即得；在造粒步骤中控制螺杆挤出机的长径比为30～40:1，在挤出成型中所需模具的流道压缩比为3.5～4:1；
所述的移动床生物膜悬浮载体的整体形状为圆柱体多孔结构，在其内外表面具有一定的粗糙度。
上述技术方案带来的直接有益技术效果为：
该移动床生物膜悬浮载体在原料的选择上，选用五种不同牌号高密度聚乙烯合理配比挤出成型，表面粗糙度均匀且高，而悬浮载体表面粗糙度是决定生物膜能否快速形成的主要条件，粗糙度越大，挂膜越快，一是因为粗糙度高的悬浮载体与光滑表面相比，粗糙的载体表面增加了微生物与载体的接触面积；二是载体表面的粗糙部分可对已附着的微生物起到屏蔽保护，在挂膜初期免受或减轻水力学剪切的冲刷作用，从而利于悬浮载体在水中浸润和流化，节省能耗，另一方面提高悬浮载体的比表面积，为微生物附着生长提供更大的有效比表面积，也有助于曝气气泡和污染物质的传输、扩散的作用，能有效提高水处理的效果。
作为本发明的一个优选方案，上述的移动床生物膜悬浮载体的高度为4～120mm，外径范围为15～360mm，有效比表面积≥450㎡/m3。
作为本发明的另一个优选方案，上述的移动床生物膜悬浮载体的内外表面的粗糙度等级为IT6～IT10。
优选的，上述的高密度聚乙烯1号选自牌号为5502HD的高密度聚乙烯。
优选的，上述的高密度聚乙烯2号选自牌号为23050的高密度聚乙烯。
优选的，上述的高密度聚乙烯3号选自牌号为21926的高密度聚乙烯。
优选的，上述的高密度聚乙烯4号选自牌号为21801的高密度聚乙烯。
优选的，上述的高密度聚乙烯5号为牌号为21A43和牌号为168的高密度聚乙烯复配得到的。
本发明的另一目的在于提供上述的一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体的制备方法制备得到的移动床生物膜悬浮载体，其密度为0.93～0.98g/cm3。
与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：
(1)本发明提出了一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体的制备方法，在原料的选择上，本发明选用表面粗糙度高的优质高密度聚乙烯作为原料，悬浮载体无任何添加剂，耐环境应力开裂性破坏时间≥3000h，使用寿命长，使用寿命长达15年以上；
(2)本发明通过选用五种牌号的高密度聚乙烯的混合物作为原料，通过控制这五种牌号的高密度聚乙烯的比例，可以控制悬浮载体表面的粗糙度，不同粗糙度的载体表面可提高挂膜速度30～60％，缩短系统的挂膜启动时间约50％。
(3)本发明制备得到的移动床生物膜悬浮载体的表面粗糙度高且均匀，易于水中浸润和流化，浸润速度可提高20～50％，流化的需气量可降低5～15％，节约能耗5％以上。
(4)本发明制备得到的移动床生物膜悬浮载体的表面凹凸不平，利于提高挂膜速度30～60％，调试启动时间缩短近50％，还可进一步提高悬浮载体的有效表面积，增加挂膜量30～70％，提高污水的处理效率。
综上所述，本发明移动床生物膜悬浮载体在制备中，无需对其进行改性，也无需添加额外的添加剂，通过调整五种原料的配比即可得到不同粗糙度的悬浮载体，且挂膜速度快，可实现系统的快速启动。
具体实施方式
本发明提出了一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体及其制备方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
首先对本发明的原料做主要说明。
高密度聚乙烯1号购自牌号5502HD的高密度聚乙烯，高密度聚乙烯2号购自牌号23050的高密度聚乙烯，高密度聚乙烯3号购自牌号21926的高密度聚乙烯，高密度聚乙烯4号购自牌号21801的高密度聚乙烯，高密度聚乙烯5号购自牌号21A43和168的高密度聚乙烯。
本发明提出的一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体的制备方法，其主要在原料以及制备方法上进行改进，具体原料上选用五种不同牌号的高密度聚乙烯按照一定配比混合在一起，通过调整其比例关系可以控制悬浮载体的粗糙度等级，另外，与该原料相配合的制备方法，通过挤出或注塑成型的方法制作成圆柱体的悬浮载体，在制备方法中，在造粒步骤中控制螺杆挤出机的长径比为30～40:1，在挤出成型中所需模具的流道压缩比为3.5～4:1；通过本发明制备得到的悬浮载体，密度为0.93～0.98g/cm3，挂膜后与水接近，密度合理、易于流化，实现低能耗的良好流化，悬浮载体不添加任何助剂，外观颜色为高密度聚乙烯本色，易于流化，实现节能降耗。
实施例1：
本实施例制备表面粗糙度等级为IT9的悬浮载体。
具体步骤如下：
选取五种原料并计算好其质量百分比，原料分别为：高密度聚乙烯1号、高密度聚乙烯2号、高密度聚乙烯3号、高密度聚乙烯4号和高密度聚乙烯5号，质量百分比依次为22％：18％：23％：17％：20％；将这五种原料经混合、造粒、挤出成型步骤，在造粒步骤中控制螺杆挤出机的长径比为30:1，在挤出成型中所需模具的流道压缩比为3.5:1，得到外形为圆柱形的悬浮载体，高度为10mm，外径为25mm，密度为0.93～0.98g/cm3，表面粗糙度等级为IT9，有效比表面积大，该填料具有良好的浸润性，易于挂膜，增加微生物量，使用寿命长。
由于本实施例的比表粗糙度高，有效比表面积大，加大了微生物负载量，从而提高了生化处理负荷，经适用效果良好。
实施例2：
本实施例制备表面粗糙度等级为IT8的悬浮载体。
具体步骤如下：
选取五种原料并计算好其质量百分比，原料分别为：高密度聚乙烯1号、高密度聚乙烯2号、高密度聚乙烯3号、高密度聚乙烯4号和高密度聚乙烯5号，质量百分比依次为31％：20％：30％：8％：11％，将这五种原料经混合、造粒、挤出成型步骤，在造粒步骤中控制螺杆挤出机的长径比为40:1，在挤出成型中所需模具的流道压缩比为4:1，得到外形为圆柱形的悬浮载体，高度为10mm，外径为25mm，密度为0.93～0.98g/cm3，表面粗糙度等级为IT8，有效比表面积大，该填料具有良好的浸润性，易于挂膜，增加微生物量，使用寿命长。
由于本实施例的比表粗糙度高，有效比表面积大，加大了微生物负载量，从而提高了生化处理负荷，经适用效果良好。
实施例3：
本实施例制备表面粗糙度等级为IT6的悬浮载体。
具体步骤如下：
选取五种原料并计算好其质量百分比，原料分别为：高密度聚乙烯1号、高密度聚乙烯2号、高密度聚乙烯3号、高密度聚乙烯4号和高密度聚乙烯5号，质量百分比依次为35％：21％：28％：7％：9％，将这五种原料经混合、造粒、挤出成型步骤，在造粒步骤中控制螺杆挤出机的长径比为35:1，在挤出成型中所需模具的流道压缩比为3.8:1，得到外形为圆柱形的悬浮载体，高度为10mm，外径为25mm，密度为0.93～0.98g/cm3，表面粗糙度等级为IT6，有效比表面积大，该填料具有良好的浸润性，易于挂膜，增加微生物量，使用寿命长。
由于本实施例的比表粗糙度高，有效比表面积大，加大了微生物负载量，从而提高了生化处理负荷，经适用效果良好。
在上述实施例1～3的指引下，其它未列举的实施例均可显而易见的实现。此外，上述实施例的悬浮载体的高度及外径也可根据实际情况进行调整，比如在挤出成型中模具的选择进行更换，即可得到不同高度和外径的悬浮载体，可调整高度和外径的悬浮载体可满足不同工程项目的需求。
通过对上述实施例制备得到的悬浮载体进行行业内的相关检测和分析，得出以下结论：
(1)本发明制备得到的悬浮载体的耐环境应力开裂性破坏时间≥3000h，使用寿命长，使用寿命长达15年以上。
(2)本发明制备得到的表面粗糙度高的悬浮载体为流化性能较好的圆柱形，其高度为4～120mm，外径范围为15～360mm，有效比表面积≥450㎡/m3；本发明在不改变高密度聚乙烯本身性能的情况下，制备出多孔且内外表面粗糙度等级IT6～IT10的移动床生物膜悬浮载体，该悬浮载体表面粗糙度高，浸润速度提高20～50％，可实现快速启动。
(3)本发明制备得到的悬浮载体表面凹凸不平，粗糙度高且均匀，粗糙的载体表面增加了微生物与载体的接触面积，并且能够降低初期附着微生物的水力冲刷，为悬浮载体提供更多的微生物受保护的生长增殖空间，加快微生物在内部的附着生长，提高挂膜速度30％～60％，缩短系统的挂膜启动时间约50％。
(4)本发明制备得到的悬浮载体的粗糙度高，进一步提高了悬浮载体的有效比表面积，能够为悬浮载体提供更多的微生物受保护的生长增殖空间，利于微生物在网内附着生长，增加挂膜量30～70％，提高系统的去除效率。
(5)本发明悬浮载体的粗糙度高且均匀，通透性和附着性好，与水、气形成三相流化床，可实现污染物质和气的良好的传输至悬浮载体的各个空隙和微生物中间。
(6)本发明制备得到的表面粗糙度高的悬浮载体易于浸润、流化和挂膜，流化的需气量可降低5％～15％，节约能耗5％以上。
本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体的制备方法，其特征在于：其是以五种不同牌号的高密度聚乙烯作为原料，分别为高密度聚乙烯1号、高密度聚乙烯2号、高密度聚乙烯3号、高密度聚乙烯4号和高密度聚乙烯5号，其原料质量百分比依次为20％～40％：15～25％：20％～35％：5％～20％：5％～25％；
所述的制备方法是首先将五种不同牌号的原料混合在一起，然后对其进行造粒，之后经挤出成型即得；在造粒步骤中控制螺杆挤出机的长径比为30～40:1，在挤出成型中所需模具的流道压缩比为3.5～4:1；
所述的移动床生物膜悬浮载体的整体形状为圆柱体多孔结构，在其内外表面具有一定的粗糙度；
所述的高密度聚乙烯1号选自牌号为5502HD的高密度聚乙烯；所述的高密度聚乙烯2号选自牌号为23050的高密度聚乙烯；所述的高密度聚乙烯3号选自牌号为21926的高密度聚乙烯；所述的高密度聚乙烯4号选自牌号为21801的高密度聚乙烯；所述的高密度聚乙烯5号为牌号为21A43和牌号为168的高密度聚乙烯复配得到的。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体的制备方法，其特征在于：所述的移动床生物膜悬浮载体的高度为4～120mm，外径范围为15～360mm，有效比表面积≥450㎡/m3。
3.根据权利要求1所述的一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体的制备方法，其特征在于：所述的移动床生物膜悬浮载体的内外表面的粗糙度等级为IT6～IT10。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种污水处理用的移动床生物膜悬浮载体的制备方法制备得到的移动床生物膜悬浮载体，其特征在于：其密度为0.93～0.98g/cm3。
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