CN1569684A - 用于生物流化床的生物催化组合填料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理工艺生物流化床的新型生物催化组合填料的制备方法，属废水处理生物流化床工艺技术领域。本发明的一种用于生物流化床的生物催化组合填料的制备方法，其特征在于该流化床生物组合填料的组分及其质量百分含量为：活性炭30－35％；超高分子聚乙烯56－64％；铁4－6％；锰2－3％；将上述配合料通过特制的模具模压成型，并在程序升温炉中焙烧，焙烧温度为500－560℃，最终制成直径为70mm的多孔球，其密度为0.934g/cm³。该功能性催化填料在生物流化床内处理污水时具有较高的处理效率和较好的处理效果。

Description

用于生物流化床的生物催化组合填料的制备方法

技术领域

本发明涉及污水处理工艺生物流化床的新型生物催化组合填料的制备方法，属废水处理生物流化床工艺技术领域。

背景技术

废水的流化床生物处理是继流化床技术在化工领域广泛应用之后发展起来的。生物流化床技术是使废水中的基质在床内同流态化均匀分散的生物膜相接触而降解去除，生物膜相生长固着在一定组成和形状的载体上。生物流化床处理污水的研究和应用始于20世纪70年代末的美国，20世纪80年代中后期，生物流化床处理城市污水和工业废水在工程上开始得到推广。生物流化床兼具有活性污泥法和生物滤床的特征，具有容积负荷高、传质速度快、抗冲击能力强、占地面积小、运行稳定等优点，已越来越受到水处理界的重视。

目前对于生物流化床反应器应用于废水处理方面的研究相当活跃，国内对生物膜的研究较多集中在载体选择、反应器传质特性、优化控制等方面。已有的研究和产业化实践表明，生物流化床反应器对废水中有机污染物的降解效率还远没有达到理想的水平。综合性研究结果表明，可以通过如下几条途径对生物膜特性进行强化：(1)通过对生物流化床反应器挂膜期工艺条件进行优化，强化营养供给来刺激反应器内微生物菌群的生长，使生物膜对待处理废水的降解性能进一步提高。(2)在挂膜过程中向反应器内投加经自然选育的高效菌种。(3)采用基因工程手段，将针对特殊降解底物而构建的基因工程菌株投加到反应器中驯化，使之成为优势菌株以强化生物膜对底物的降解。(4)采用具有生物亲和性、孔隙结构发达、对生物膜降解过程具有催化作用的功能型新型载体，强化生物膜对有机物降解的活性。

载体表面的生物膜的形成、生长和其对废水降解的特性是生物流化床技术应用的关键。载体的组成成分和表面特性对反应器启动时微生物附着生长的影响较大，载体表面和菌体表面的静电引力有助于微生物的附着，同时，具有催化作用的载体也将提高生物膜对底物的代谢能力，增强脱氢酶活性。因而，载体的选择对生物流化床的处理效果的发挥具有重要作用。流化床目前使用的载体有天然和人造两种。常用的天然载体有石英砂、无烟煤等，人工载体如软性、半软性的聚乙烯制成的各种形状填料等。他们多具有多孔、轻质、高强度等特点，是生物膜形成和生长的良好载体，但对生物膜降解污染物的机理过程不具有促进和推动作用，其对污水的处理效率和处理效果不最理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生物流化床的生物催化组合填料的制备方法；本发明的另一个目的在于提供一种可强化生物流化床处理能力，提高对污水处理效率和效果的新型填料。

本发明的目的是通过以下技术措施和技术方案来实现的。

本发明的一种用于生物流化床的生物催化组合填料的制备方法，其特征在于该流化床生物组合填料由活性炭、超高分子聚乙烯、铁和锰组成，其各组分的重量百分含量为：

活性炭        30-35％        超高分子聚乙烯        56-64％

铁            4-6％          锰                    2-3％；

将上述配合料通过特制的模具模压成型，并在程序升温炉中焙烧，焙烧温度为500-560℃，最终制成直径为70mm的多孔球，其密度为0.934g/cm³。

在常规生物流化床填料中加入铁、锰成分，使填料不仅具有生物膜生长物理平台的作用，同时更增加了电子传递功能，从而成为功能性的生物催化载体，微生物以铁、锰作为电子受体进行新陈代谢，比使用常规填料时以水中的溶解氧为电子受体的新陈代谢速度大大提高，从而在宏观上明显提高了生物流化床的废水处理效率。同时铁、锰成分的加入，还可以促使生化过程在无氧条件下高效完成，降低了常规生物流化床对环境条件的苛刻依赖，大大提高了生物流化床技术的工程可实施性。通过试验验证和实际废水处理的工程应用证明，使用铁锰生物催化组合填料，可比使用常规填料处理废水的效率提高50％左右，因而，在具体废水处理工程设计和实施中，使用本发明铁锰生物催化组合填料的流化床的体积可比常规生物流化床降低一半，大大降低了基建投资和工程造价。

本发明中添加铁、锰元素的生物催化组合填料在使用中的反应机理如下所述：

铁和锰都有较好的生物相容性，同时也是生物体中很重要的痕量元素，在生物体的酶系中，是辅因子的一部分，能促使蛋白质和辅助因子牢固地结合在一起，并以化学价的改变来催化氧化还原反应。如细胞色素的辅基就是铁啉的衍生物，依靠整合在四个仆啉环中间的Fe的价电子的变化传递电子催化氧化还原反应。在使用本发明的铁锰功能性载体的生物流化床工艺中，载体表面生物膜中的细菌以铁锰为电子受体进行新陈代谢，同时，也促进了铁锰氧化和还原循环，即推动铁在二价和三价之间，锰在二价和三价或四价之间的变化，也推动了铁、锰在可溶和不可溶两种状态之间变化。以锰为例，高价锰的氧化物被以有机物作电子供体的细菌所还原，四价锰还原过程中以有机碳作为电子供体，MnO₂为电子受体，细菌把氧化有机碳产生的还原力传递给MnO₂，将其还原为Mn²⁺。有机物分解的沉积物中，细菌是促进二氧化锰还原溶解的重要因素。相反，锰离子处于氧化环境时，易被微生物催化氧化，此时锰又以氧化物形式从溶液中析出，再形成高价的氧化物。

具体实施方式

现将本发明的实施例叙述于后：

实施例一：本实施例的生物催化组合填料的制备方法如下：按一定重量百分比进行配料，其中超高分子聚乙烯为60％，活性炭为32％，铁粉为5％，锰粉为3％；将上述配合料均匀混合后，在特制的模具中模压成型，并在程序升温炉中焙烧、焙烧温度为520℃，最终制成直径为70mm的多孔球，其密度为0.934g/cm³。

采用本发明方法所制得的流化床生物催化组合填料在抚顺石化腈纶化工厂污水处理项目中投入使用，对典型的难降解腈纶废水的处理达到了良好效果，其进水的COD为260mg/L，出水COD＜50mg/L，达到国家标准。

Claims (1)

1.一种用于生物流化床的生物催化组合填料的制备方法，其特征在于该流化床生物组合填料由活性炭、超高分子聚乙烯、铁和锰组成，其各组分的质量百分含量为：

活性炭    30-35％    超高分子聚乙烯    56-64％

铁        4-6％      锰                2-3％；

将上述配合料通过特制的模具模压成型，并在程序升温炉中焙烧，焙烧温度为500-560℃，最终制成直径为70mm的多孔球，其密度为0.934g/cm³。