CN1657441A - 聚丙烯滤料、制备方法及一种生物膜过滤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污水处理生物膜方法中采用的滤料及该滤料的制备方法。本发明的滤料制备方法包括，把聚丙烯树脂和粉末活性炭按一定比例混合，之后，形成含活性炭的母料，再将该母料经过挤压、膨胀制造出膨胀聚丙烯滤料。由于滤料中含有粉末活性炭，因此其具有较强的对污水中有机物质的吸附能力，以及，还具有适合微生物生长的多孔性，并使滤料具有增大的表面积等技术效果。把这种滤料应用于生物膜过滤装置，能够制成具有提高污废水处理性能的生物膜过滤装置。

Description

聚丙烯滤料、制备方法及一种生物膜过滤装置
发明领域
本发明涉及一种上浮式生物膜滤料及其制备方法，以及利用该滤料的生物膜过滤装置，具体而言，本发明涉及利用膨胀聚丙烯制造的滤料(载体)适用于生物膜工艺，从而加强了该种滤料的性能；本发明还涉及提高污废水净化处理能力的生物膜过滤装置，以及使用于该装置的膨胀聚丙烯滤料。
背景技术
由于使用滤料(载体)的生物膜工艺不仅能提高反应池内的微生物集聚度，从而提高处理效果，而且能够发挥有机物抗负荷冲击的良好性能，因此应用于多种污水处理工艺。去除有机物及营养盐类的工艺构成是容易实现的，因此现有技术已经研究出多种生物膜方法。
现有技术的生物膜工艺，其中之一称为BAF(Biological Aerated Filter)，为了使微生物附着在载体上形成生物膜，把上浮式滤料填充在反应池后，同时进行生物处理和物理过滤过程，可去除亚硝酸盐氮及有机物(生化需氧量：BOD，BiochemicalOxygen Demand；化学需氧量：COD，Chemical Oxygen Demand；悬浮固形物：SS，Suspended Solid)等污染物。BAF的优点是构造简单，占地面积少，水质稳定，负荷变动范围大。操作方式是把滤料填充层按不同目的进行适当分割，或者给滤料层提供空气，形成好氧条件或形成缺氧条件，其构成可省去有机物和含氮化合物的深度处理工艺。大量的微生物附着在滤料，不仅在较短的停留时间内能得到最大的处理效果，而且在冬季及负荷变动大时也能确保获得稳定的处理水质。
应用于上述生物膜工艺的滤料按形状分有多种选择，包括海绵型、纤毛状、管型、球型等，；也可以选用不同的材料，有机材料包括聚乙醇、聚乙烯醇、聚砜等高分子树脂材料，以及，无机材料包括粒状活性炭、火山灰、陶瓷等。随着滤料使用方式的不同，其工艺构成和运转方式有所区别，但其基本性能主要取决于滤料表面所形成生物膜。同时，由于应在滤料表面先形成生物膜的这个前提条件远比耐久性、经济性更为重要。因此，使用上有多少局限性。
适用于浮游式生物膜工艺滤料的材料，目前有以下几种：只使用膨胀聚丙烯树脂(expanded polypropylene)；为提高载体性能，在PE(polyethylene聚乙烯)、PU(polyurethane聚氨基甲酸酯)上涂敷沸石，或在火山灰上涂敷阳离子高分子；通过对膨胀树脂表面进行粗糙化的处理，使容易形成生物膜。上述产品存在缺陷，在持续使用时，其耐久性和性能逐渐削弱。
如上文所述的浮游式生物膜工艺，通常是采用膨胀树脂方法，可以使用聚丙烯，也可以使用聚苯乙烯、聚乙醇等。如膨胀聚丙烯的制造工艺，专利申请对此技术进行了披露(该专利已注册并公开，专利号为------)。现有技术的膨胀聚丙烯产品，是通过如图1所示工艺制备的。首先，将聚丙烯树脂作为原料投入给原料工艺流程(S110)，与添加剂按一定比例混合后(S120)，在挤压工艺流程(130)中，制成细线形状挤压物，再按适当大小进行截断。然后，将按适当大小截断而成的圆球，经过二氧化碳加压处理后，按所需要倍数在膨胀机里膨胀处理(S140)，从而生产出膨胀体产品(S150)。
但是，如上所述，采用现有技术的膨胀聚丙烯制造方法时，随着膨胀树脂产品以复合材料(聚丙乙烯树脂及添加剂)的构成，在原料的混合过程中，会造成材质不均匀，且在膨胀过程中会产生变形，从而提供变形的产品。上述问题需要解决，同时，有关对高分子树脂及无机材料混合后的膨胀产品的制造方法，也是有待解决的技术问题。
发明内容
[通过发明所要达到的技术目的]
本发明的目的是为了解决上述问题，特别地，本发明的目的在于，通过把高分子树脂及无机材料混合工艺和膨胀工艺良好的相结合后制成滤料；使有机物吸附在生物膜滤料上；经过持续的使用而不失效，以及，本发明还有一个目的，提供上述滤料的制备方法，并且利用本发明的滤料以更经济、有效地应用于上浮式生物膜过滤装置进行污水处理。
[本发明的技术方案]
为达到本发明的目的，根据本发明的生物膜工艺用滤料的制备方法，是将聚丙烯树脂和粉末活性炭按一定比例混合形成含活性炭母料(Master Batch)的阶段，以及，该活性炭母料经挤压、膨胀制成膨胀聚丙烯滤料。
上述滤料的优选重量比例是：聚丙烯的重量为100份时，粉末活性炭为1至20份，粉末活性炭的理想颗粒度大小为10至300μm。
利用这种制造方法，滤料中含有粉末活性炭，使得对污水中的有机污染物的吸附能力加强，适合用作微生物附着生长的多孔性和表面积增大的高效能的生物膜工艺用滤料。
进一步，本发明提供了一种利用上述滤料制造净化污水用的生物膜过滤装置。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
图1是表示以前所使用于生物膜过滤装置的滤料-膨胀聚丙烯的制造方法流程图。
图2是表示依照本发明，作为生物膜过滤装置用滤料的膨胀聚丙烯制造方法流程图。
图3是根据图2制备的膨胀聚丙烯滤料的改良的生物膜过滤装置简略示意图。
具体实施方式
下文将参照附图详细说明本发明的实施例。
首先，根据本发明对上浮式生物膜工艺中做滤料使用的膨胀产品的制造方法进行说明。
图2表示的是根据本发明的聚丙烯制造方法。首先进行聚丙烯树脂和粉末活性炭为原料投入原料工艺，进行第一次混合，然后进入活性炭母料复合材料制造工艺(S220)。决定滤料性能最核心的预处理工艺是复合材料制造工艺(活性炭母料工艺)(S220)。这时所混合的活性炭粒度为10～300μm大小的粉末活性炭，重量比为相对聚丙烯100份的重量，添加剂为1～20份重量的活性炭。聚丙烯和粉末活性炭按一定比例经混合器混合后的树脂(S230)，经挤压工艺(240)生产相对聚丙烯中混合1～20％的粉末活性炭圆球形态的母料。对这样所得的活性炭母料，经过膨胀工艺(S250)处理，从而得到含有活性炭的膨胀聚丙烯滤料(260)。
根据通过上述制造工艺而得到的滤料，粉末活性炭包含在滤料里，使得对污水中的有机物污染的吸附能力得到提高，具有适合于微生物生长的多孔性及表面积大的特点。利用本发明的方法，可以生产出为适用污废水处理中做载体的物理性和及其他性能与现有技术产品区别的产品。本发明方法所制造的滤料具有的基本物理性能见表1。
表1
    项目     单位 物性值   备注
    外观密度     g/cm2 0,062
    张力强度     Kg/cm2 9,230
    膨胀率     ％ 19,528
压缩强度 25％     Kg/cm2 3,836
50％     kg/cm2 4,650
耐酸性 5％ H2SO4     - 无溶化
耐碱性 5％ NaOH     - 无溶化 试验方法(KS M ISO 175-01)
对所制造的滤料无机元素的分析结果见表2。
[表2]
  试验种类     单位     结果值     实验方法
    Al     mg/kg     18     ICP分析
    Ba     mg/kg     未测出     ICP分析
    Ca     mg/kg     32     ICP分析
    Cr     mg/kg     未测出     ICP分析
    Fe     mg/kg     16     ICP分析
    Na     mg/kg     19     ICP分析
    Si     mg/kg     10     ICP分析
    Ti     mg/kg     未测出     ICP分析
    Za     mg/kg     12     ICP分析
反应池20是净化废水池，在反应池20填充根据上文所述工艺而制造的含粉末活性炭的膨胀聚丙烯滤料，反应池里的废水通过生物膜工艺而得到净化。如图3所示，反应池可分为4个区域，第1区域21～第4区域24。第1区域21和第2区域22之间，且第2区域22～第4区域24实际上无划分，以鼓风机50和所连接的好氧工艺用空气流入管(80，91，93)而划分。
第1区域21没有填充滤料，而其他三个区域(22，23，24)填充了滤料。以及，在第1区域21设置了与鼓风机50相连的反冲洗空气流入管97。与鼓风机50相连的各空气流入管(80，91，93，97)设置有阀门(71，73)。
通过进水池10而流入到反应池20里的废水，经第1区域21流入到第2区域22，再经滤料填充区域同时截留废水中的悬浮固形物(SS，Suspended Solid)，这时，在滤料填充层堆积固型物污泥。被截留的固形物废水经第2区域22，第3区域23，第4区域24而净化，经净化而变干净的废水流入处理水储存池30。
这时经第4区域24流出的一部分污水(大概一半左右)，按照运转条件和处理目的经内部返送泵63返送到第1区域21，经第1区域21到第4区域24而再净化。通常情况下，处理污水时，污水中NH3-N(氨基氮)转换为NO3-N(硝酸性氮)的硝化工艺(好氧型工艺)，以及，NO3-N(硝酸性氮)转化为N2(氮气)的脱氮工艺(厌氧型工艺或缺氧型工艺)。鼓风机50通过三个好氧工艺用空气供给管(80，91，93)把空气提供给各区域。这时，打开好氧工艺用阀门71，关闭反冲洗空气供进给阀门73，同时给第2区域22，第3区域23，第4区域24的部分或全部区域供给空气，从而进行如前所述的硝酸化工程。而且硝酸化和脱氮反应在一个装置中进行时，在第2区域22无空气供给，同时，在第2区域22进行对通过内部返送泵返送的废水的脱氮处理。随着这样的过程反复进行而净化废水。
另一方面，当滤料填充层里固形物堆积时，就进行为去除该固形物的反冲洗工艺。在反冲洗处理中，首先关闭好氧工艺用阀门71，打开反冲洗供给用阀门73，然后用鼓风机50向滤料填充层下部鼓风，使堆积在滤料填充层的固形物污泥剥落。然后以反冲洗供给泵65把处理水储藏池30内的水，以下向流式供给到反应池20，使流入到第4区域24的水经第3区域23，第2区域22，到第1区域21方向流入，同时第一区域内21的含有污泥的反冲洗水流入反冲洗出水储存池40。
结束反冲洗后再进行如前所述的污水净化工艺。
一方面，根据废水中含有的污染物种类或数量，调整好氧性硝酸化工艺和厌氧性脱氮工艺的适当的运行时间。这时，把好氧工艺用空气供给管(80，91，93)只设置在第四区域，或在各好氧工艺用空气供给管分别设置阀门，使供给空气区域与无供给空气区域比的例可调整。
把如图2所示工艺所制备的滤料应用在如图3所示的生物膜过滤装置中，而制造了6m3/天的生物膜过滤装置并运行。把污水处理厂第二次沉淀池出水作为对象运转3个月的结果如下。作为污染物质，其去除重点放在有机物(BOD)、悬浮固形物(悬浮固形物)、氨性氮(NH3-N)，以检验污水的处理效率。流入的有机物浓度约为8.7～10.7mg/L(平均9.8mg/L)，悬浮固形物浓度为0.2～10.8mg/L(平均4.9mg/L)，NH3-N浓度为0.7～14.6mg/L(平均7.1mg/l)。处理水的有机物为2.8～6.4mg/l(平均4.1mg/l)，处理效率约为50％以上。处理水的悬浮固形物浓度为0.2～2.4mg/L(平均0.7mg/L)左右，显示出较高的，达到63～98％处理效率，使得出水水质不受原水水质的影响。处理水的NH3-N浓度为0.3～5.2mg/L(平均1.2mg/L)，处理效率约为57～90％。
[发明效果]
如上所述，本发明是通过利用含活性炭的膨胀聚丙烯做滤料而构成生物膜过滤装置，使该装置去除污染物的性能得到提高。本发明的滤料具有耐久性、经济性的优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不能用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.生物膜工艺用滤料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将聚丙烯树脂和粉末活性炭按一定比例混合而制造含活性炭母料；以及
将所述含活性炭母料经挤压制成膨胀聚丙烯滤料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述比例是对于所述聚丙烯重量100份，所述粉末活性炭重量为1～20份。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉末活性炭粒度为10～300um。
4.根据权利要求1至3中任何一项权利要求所述的方法所制备的生物膜工程用滤料。
5.根据权利要求4所述的滤料作为生物膜工艺用滤料的污废水净化用生物膜过滤装置。
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