CN114671515A - 一种好氧池漂浮填料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水处理技术领域，具体公开一种好氧池漂浮填料及其制备方法和应用。所述好氧池漂浮填料为球形多孔结构，包括如下质量百分含量的组分：漂珠0.1％～0.5％，聚丙烯2％～3％，三氧化二铝1％～2％，成孔剂1％～2％，余量为苯乙烯系树脂单体。本发明制备的球形多孔漂浮填料可漂浮于好氧反应池中废水的表面，形成漂浮层，该漂浮层可富集废水中逸出的氧气，有效减少氧气从好氧池逸出，并且当废水中氧气浓度降低时，富集在漂浮填料中的氧气会重新溶解到水中，保证废水中始终维持较高的溶解氧浓度，降低气水比，有效提高生物好氧处理效率和处理效果，从而提高了废水处理后的出水品质，同时降低了运行能耗，具有较高的推广应用价值。

Description

一种好氧池漂浮填料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种好氧池漂浮填料及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国经济的发展和城市化进程的加快，水资源问题日益突出，由水体污染引起的水质型水资源短缺是当前中国社会发展所面临的巨大挑战。为了加强水资源的保护与治理，对污水排放中各向指标提出了更高的要求。利用好氧微生物在有氧条件下进行微生物代谢，以降解污水中有机物，是一种无害化的污水处理方式。该方法具有高效节能、占地面积小、耐冲击负荷、运行管理方便等优点，目前被广泛应用于生活污水、纺织印染、石油化工废水等领域的污水处理中，并获得了明显的经济效益、环境效益和社会效益。
好氧反应是污水处理的主要技术，也是比较成熟的技术之一，但是，常规好氧反应器一般是通过鼓风机将气体输送至反应器底部，然后通过微孔曝气器释放，从而提高废水中的溶解氧水平，但是这种方法产生的气泡过大，混合不均匀，氧气传质效果较低，从而导致氧气利用率较低，且由于氧气在废水中一般停留时间较短，因此，一般好氧反应器均存在气水比较高，能耗高、处理效率低的问题。如何提高好氧反应器的氧气利用率，从而有效提高处理效率和效果仍然是目前急需解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种好氧池漂浮填料及其制备方法和应用。本发明通过选择特定的复合材料制成一种球形多孔漂浮填料，其可使废水中始终维持较高的溶解氧浓度，从而有效提高生物好氧处理效率，降低气水比。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种好氧池漂浮填料，为球形多孔结构，包括如下质量百分含量的组分：漂珠0.1％～0.5％，聚丙烯2％～3％，三氧化二铝1％～2％，成孔剂1％～2％，余量为苯乙烯系树脂单体。
相对于现有技术，本发明通过选择特定比例的漂珠、聚丙烯、三氧化二铝和苯乙烯系树脂等原料，制备成一种球形多孔漂浮填料，该填料可漂浮于好氧反应池中废水的表面，形成漂浮层，该漂浮层可富集废水中逸出的氧气，有效减少氧气从好氧反应池逸出，并且当废水中氧气浓度降低时，富集在漂浮填料中的氧气会重新溶解到水中，保证废水中始终维持较高的溶解氧浓度，降低气水比，有效提高生物好氧处理效率和处理效果，从而提高了废水处理后的出水品质，同时降低了运行能耗，具有较高的推广应用价值。
优选的，所述好氧池漂浮填料的直径为17mm～23mm，密度为0.92t/m3～0.95t/m3，比表面积为1000m2/g～1200m2/g。
一般大孔树脂的直径小于1.5mm，而本发明制备的漂浮填料的直径在20mm左右，为大直径球。大直径球的力学均一性较难控制，且在使用过程中容易破碎。
本发明中加入漂珠调节填料的密度，并提高填料的耐热性，使得制备的漂浮填料的温度工作温度不小于60℃；通过加入聚丙烯降低大直径球的内应力，提高整体机械强度，保证使用过程中不会出现破碎问题；加入三氧化二铝调节多孔球的孔道均一性，平均孔径为80nm～120nm，并丰富微孔的存在，使30nm以下的微孔更丰富，从而提高制备的多孔球的比表面积和孔隙率，从而显著提高吸附效果。
优选的，所述漂珠的粒径小于500目。
优选的，所述三氧化二铝的粒径小于500目。
优选的，所述成孔剂为二甲苯。
优选的，所述苯乙烯系树脂单体为质量比为67～73:33～27的苯乙烯和二乙烯苯。
本发明还提供了一种好氧池漂浮填料的制备方法，包括如下步骤：
步骤a，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于65℃～70℃反应2h～2.5h，得乳浊液；
步骤b，将所述乳浊液出料至明胶水溶液中成型，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，干燥，得所述好氧池漂浮填料。
本发明提供的好氧池漂浮填料的制备方法，工艺简单，操作方便，成本低廉，适合工业化规模生产应用。
示例性的，步骤a中，漂珠和三氧化二铝研磨后，过500目筛分后备用。
优选的，步骤b中，所述明胶水溶液的质量浓度为0.4％～0.6％。
优选的，步骤b中，出料量为8g/次～9g/次。
示例性的，将乳浊液从反应釜出料时，选择直径为15mm～16mm的出料管，即可保证出料量达到8g/次～9g/次。漂浮填料的直径通过出料管的直径控制，通过选择合适直径的出料管，就可控制制备的漂浮填料的直径。
示例性的，步骤b中，采用真空干燥法对漂浮填料进行干燥，干燥温度为60℃。
本发明还提供了上述任一项所述的好氧池漂浮填料在废水处理中的应用。
示例性的，本发明提供的好氧池漂浮填料可直接投加到好氧反应池中，投加量以在池面形成厚度为40mm～50mm的漂浮层为准。并且可在好氧反应池出水侧设置阻隔网，以防止漂浮填料随出水流失，在漂浮层厚度达不到40mm～50mm时，及时补加漂浮填料，就可以保证废水处理高效率地进行。
本发明提供的好氧池漂浮填料投加到好氧反应池后，会在好氧池的废水表面形成一层漂浮层，且由于漂浮填料的特殊组成，其对逸出空气中的氧气有很好的捕获能力，可有效富集从废水中逸出的氧气，在废水表面形成氧富集层，有效减少氧气从好氧池逸出，当废水中氧气浓度降低时，富集到漂浮填料的氧气可以重新溶解到水中，保证废水中的溶解氧含量始终在8.7mg/L～8.8mg/L(20℃，1个大气压)，从而提高了好氧反应池的氧气利用率，提高了污水处理效率和处理效果，同时，由于可以保持反应器内较高的氧气浓度，因此可以减少氧气的输入，降低能耗，具有较高的经济效益和环境效果，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的漂浮填料的照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有好氧反应池一般都存在溶氧不充分，氧气在水中停留时间短，从而导致废水处理效率低，以及气水比较高，运行能耗高的缺陷。
为了提高好氧反应池中氧气的利用率，降低氧气通入量，本发明实施例通过由漂珠、聚丙烯、三氧化二铝、成孔剂和苯乙烯系树脂制备成一种多孔球形漂浮珠，使其在好氧池表面漂浮形成漂浮层，该漂浮层能够富集水中逸出的氧气，使该漂浮层中氧气浓度达到30％～70％，当废水中氧气浓度减少时，在道尔顿分压定律的作用下，浮漂层中富集的氧气可以重新溶解到废水中，提高废水中的溶解氧浓度，改善溶解氧浓度的均一性，并可使废水始终维持较高的溶解氧浓度，废水中的溶解氧含量始终在8.7mg/L～8.8mg/L(20℃，1个大气压)。
本申请实施例中，漂珠和三氧化二铝的粒径均小于500目，以提高反应过程中各原料之间的混合均匀性，缩短溶解各原料的时间，提高生产效率。
本申请实施例中，苯乙烯系树脂是由质量比为67～73:33～27的苯乙烯和二乙烯苯反应制备得到。
为了获得粒径均一、球形度较好的漂浮填料，本申请实施例还提供了漂浮填料的制备方法，包括如下步骤：
步骤a，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于65℃～70℃反应2h～2.5h，得乳浊液；在反应釜中65℃～70℃条件下各物料形成共融体，且苯乙烯和二乙烯苯反应形成苯乙烯系树脂；
步骤b，将所述乳浊液出料至明胶水溶液中成型，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，干燥，得所述好氧池漂浮填料；将反应所得的乳浊液出料至明胶水溶液后即形成球形漂浮珠，通过控制出料量可控制漂浮填料的直径，示例性的，可将出料量控制为8g/次～9g/次，然后将成孔剂和明胶水溶液在真空环境下去除后，即得到直径为17mm～20mm，密度为0.92t/m3～0.95t/m3，比表面积为1000m2/g～1200m2/g的漂浮填料。
为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
本发明实施例提供一种好氧池漂浮填料，包括如下质量百分含量的组分：
一种好氧池漂浮填料，为球形多孔结构，包括如下质量百分含量的组分：漂珠0.1％％，聚丙烯3％，三氧化二铝1.5％，二甲苯2％，余量为苯乙烯系树脂单体；
其中，所述苯乙烯系树脂单体为质量比为67:33的苯乙烯和二乙烯苯；所述漂珠和三氧化二铝的粒径小于500目。
上述好氧池漂浮填料的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤a，将漂珠和三氧化二铝分别研磨，过500目筛分备用。
步骤b，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于65℃反应2.5h，得乳浊液；
步骤c，将所述乳浊液出料至浓度为0.4wt％的明胶水溶液中成型，出料量为8g/次，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，60℃真空干燥，得所述好氧池漂浮填料。
实施例2
本发明实施例提供一种好氧池漂浮填料，包括如下质量百分含量的组分：
一种好氧池漂浮填料，为球形多孔结构，包括如下质量百分含量的组分：漂珠0.3％，聚丙烯2％％，三氧化二铝1％，二甲苯1.5％，余量为苯乙烯系树脂单体；
其中，所述苯乙烯系树脂单体为质量比为69:31的苯乙烯和二乙烯苯；所述漂珠和三氧化二铝的粒径小于500目。
上述好氧池漂浮填料的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤a，将漂珠和三氧化二铝分别研磨，过500目筛分备用。
步骤b，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于70℃反应2h，得乳浊液；
步骤c，将所述乳浊液出料至浓度为0.52wt％的明胶水溶液中成型，出料量为9g/次，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，60℃真空干燥，得所述好氧池漂浮填料。
实施例3
本发明实施例提供一种低共熔溶剂和负载碳量子点多孔吸附剂，
本发明实施例提供一种好氧池漂浮填料，包括如下质量百分含量的组分：
一种好氧池漂浮填料，为球形多孔结构，包括如下质量百分含量的组分：漂珠0.5％，聚丙烯2.5％，三氧化二铝2％，二甲苯1％，余量为苯乙烯系树脂单体；
其中，所述苯乙烯系树脂单体为质量比为70:30的苯乙烯和二乙烯苯；所述漂珠和三氧化二铝的粒径小于500目。
上述好氧池漂浮填料的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤a，将漂珠和三氧化二铝分别研磨，过500目筛分备用。
步骤b，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于66℃反应2.5h，得乳浊液；
步骤c，将所述乳浊液出料至浓度为0.48wt％的明胶水溶液中成型，出料量为8g/次，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，60℃真空干燥，得所述好氧池漂浮填料。
实施例4
本发明实施例提供一种好氧池漂浮填料，包括如下质量百分含量的组分：
一种好氧池漂浮填料，为球形多孔结构，包括如下质量百分含量的组分：漂珠0.4％，聚丙烯2.2％，三氧化二铝1.6％，二甲苯1.8％，余量为苯乙烯系树脂单体；
其中，所述苯乙烯系树脂单体为质量比为68:32的苯乙烯和二乙烯苯；所述漂珠和三氧化二铝的粒径小于500目。
上述好氧池漂浮填料的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤a，将漂珠和三氧化二铝分别研磨，过500目筛分备用。
步骤b，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于67℃反应2h，得乳浊液；
步骤c，将所述乳浊液出料至浓度为0.55wt％的明胶水溶液中成型，出料量为8.5g/次，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，60℃真空干燥，得所述好氧池漂浮填料。
实施例5
本发明实施例提供一种好氧池漂浮填料，包括如下质量百分含量的组分：
一种好氧池漂浮填料，为球形多孔结构，包括如下质量百分含量的组分：漂珠0.35％，聚丙烯2.8％，三氧化二铝1.7％，二甲苯1.6％，余量为苯乙烯系树脂单体；
其中，所述苯乙烯系树脂单体为质量比为73:27的苯乙烯和二乙烯苯；所述漂珠和三氧化二铝的粒径小于500目。
上述好氧池漂浮填料的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤a，将漂珠和三氧化二铝分别研磨，过500目筛分备用。
步骤b，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于68℃反应2.5h，得乳浊液；
步骤c，将所述乳浊液出料至浓度为0.6wt％的明胶水溶液中成型，出料量为8g/次，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，60℃真空干燥，得所述好氧池漂浮填料。
实施例6
本发明实施例提供一种好氧池漂浮填料，包括如下质量百分含量的组分：
一种好氧池漂浮填料，为球形多孔结构，包括如下质量百分含量的组分：漂珠0.2％，聚丙烯2.7％，三氧化二铝1.8％，二甲苯1.9％，余量为苯乙烯系树脂单体；
其中，所述苯乙烯系树脂单体为质量比为72:28的苯乙烯和二乙烯苯；所述漂珠和三氧化二铝的粒径小于500目。
上述好氧池漂浮填料的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤a，将漂珠和三氧化二铝分别研磨，过500目筛分备用。
步骤b，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于69℃反应2h，得乳浊液；
步骤c，将所述乳浊液出料至浓度为0.45wt％的明胶水溶液中成型，出料量为9g/次，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，60℃真空干燥，得所述好氧池漂浮填料。
实施例7
本发明实施例提供一种好氧池漂浮填料，包括如下质量百分含量的组分：
一种好氧池漂浮填料，为球形多孔结构，包括如下质量百分含量的组分：漂珠0.3％，聚丙烯2.5％，三氧化二铝1.5％，二甲苯1.5％，余量为苯乙烯系树脂单体；
其中，所述苯乙烯系树脂单体为质量比为71:29的苯乙烯和二乙烯苯；所述漂珠和三氧化二铝的粒径小于500目。
上述好氧池漂浮填料的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤a，将漂珠和三氧化二铝分别研磨，过500目筛分备用。
步骤b，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于68℃反应2h，得乳浊液；
步骤c，将所述乳浊液出料至浓度为0.5wt％的明胶水溶液中成型，出料量为8g/次，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，60℃真空干燥，得所述好氧池漂浮填料。
对比例1
本对比例提供一种好氧池漂浮填料，为球形多孔结构，其组分与对比例7完全相同，不同的仅是将对比例7中聚丙烯替换为等量的聚偏氟乙烯(PVDF)，具体组成如下：
漂珠0.3％，PVDF 2.5％，三氧化二铝1.5％，二甲苯1.5％，余量为苯乙烯系树脂单体；
其中，所述苯乙烯系树脂单体为质量比为71:29的苯乙烯和二乙烯苯；所述漂珠和三氧化二铝的粒径小于500目。
上述好氧池漂浮填料的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤a，将漂珠和三氧化二铝分别研磨，过500目筛分备用。
步骤b，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于68℃反应2h，得乳浊液；
步骤c，将所述乳浊液出料至浓度为0.5wt％的明胶水溶液中成型，出料量为8g/次，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，60℃真空干燥，得所述好氧池漂浮填料。
对比例2
本对比例提供一种好氧池漂浮填料，为球形多孔结构，本对比例提供一种好氧池漂浮填料，为球形多孔结构，其组分与对比例7完全相同，不同的仅是将对比例7中三氧化二铝替换为等量的二氧化硅，具体组成如下：
包括如下质量百分含量的组分：漂珠0.3％，聚丙烯2.5％，二氧化硅1.5％，二甲苯1.5％，余量为苯乙烯系树脂单体；
其中，所述苯乙烯系树脂单体为质量比为71:29的苯乙烯和二乙烯苯；所述漂珠和三氧化二铝的粒径小于500目。
上述好氧池漂浮填料的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤a，将漂珠和三氧化二铝分别研磨，过500目筛分备用。
步骤b，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于68℃反应2h，得乳浊液；
步骤c，将所述乳浊液出料至浓度为0.5wt％的明胶水溶液中成型，出料量为8g/次，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，60℃真空干燥，得所述好氧池漂浮填料。
将实施例7和对比例1-2制备的漂浮填料进行吸附氧测试，具体测试方法如下：
将实施例7以及对比例1-2制备的漂浮填料装入测试管中，装填高度为150mm，以2m/s的流速向测试管中通入空气，通气10min后，插入氧传感器，20℃，1个大气压条件下，测试测试管内氧气含量。
装填实施例7制备的漂浮填料的测试管中的氧气浓度可达80％，装填对比例1-2制备的漂浮填料的测试管中氧气浓度为55％～60％。
将实施例1-6制备的漂浮填料按照上述方法进行测试，测试管中氧气浓度为75％～80％。
将上述实施例7制备的漂浮填料加入好氧反应池中进行测试，漂浮层厚度为45mm，当好氧反应池稳定时，漂浮层中氧气浓度为30％-70％，废水中溶解氧含量为8.7mg/L～8.8mg/L(20℃，1个大气压)。只要保证漂浮层中氧气浓度达到30％以上，就可保证废水中溶解氧含量达到8.7mg/L～8.8mg/L。
将实施例1-6制备的漂浮填料加入好氧反应池进行测试，均可达到与实施例7基本相当的技术效果。
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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种好氧池漂浮填料，其特征在于，其为球形多孔结构，包括如下质量百分含量的组分：漂珠0.1％～0.5％，聚丙烯2％～3％，三氧化二铝1％～2％，成孔剂1％～2％，余量为苯乙烯系树脂单体。
2.如权利要求1所述的好氧池漂浮填料，其特征在于，所述漂浮填料的直径为17mm～23mm，密度为0.92t/m3～0.95t/m3，比表面积为1000m2/g～1200m2/g。
3.如权利要求1所述的好氧池漂浮填料，其特征在于，所述漂珠的粒径小于500目。
4.如权利要求1所述的好氧池漂浮填料，其特征在于，所述三氧化二铝的粒径小于500目。
5.如权利要求1所述的好氧池漂浮填料，其特征在于，所述成孔剂为二甲苯。
6.如权利要求1所述的好氧池漂浮填料，其特征在于，所述苯乙烯系树脂单体为质量比为67～73:33～27的苯乙烯和二乙烯苯。
7.一种权利要求1～6任一项所述的好氧池漂浮填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a，按照设计配比称取各组分，将称取的各组分加入反应釜中混合均匀，于65℃～70℃反应2h～2.5h，得乳浊液；
步骤b，将所述乳浊液出料至明胶水溶液中成型，真空抽提成孔剂和明胶水溶液，干燥，得所述好氧池漂浮填料。
8.如权利要求7所述的好氧池漂浮填料的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述明胶水溶液的质量浓度为0.4％～0.6％。
9.如权利要求7所述的好氧池漂浮填料的制备方法，其特征在于，步骤b中，出料量为8g/次～9g/次。
10.权利要求1～6任一项所述的好氧池漂浮填料在废水处理中的应用。
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