CN1884132A - 一种生物亲和性水处理填料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生物亲和性水处理填料，所述生物亲和性水处理填料由水处理料表面涂覆生物亲和性涂料得到，所述生物亲和性涂料主要含有质量配比如下的组分：天然生物物质粉末10～40份，溶剂10～50份，涂料胶乳30～50份；本发明利用天然生物物质表面的羟基、羧基、氨基等丰富的化学活性基团，形成微生物与天然生物材料的同源性亲和力，大大降低微生物附着生长难度，缩短微生物培养、驯化的难度和时间周期，所得生物亲和性水处理填料具有生物亲和力、微生物挂膜时间短、处理效果好等优点。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种生物亲和性水处理填料，主要用于生化法水处理领域，如地表水生物预处理、废水生物接触氧化处理、废水反硝化脱磷除氮等。
(二)背景技术
生物处理是水处理中去除有机物、氮、磷等污染物的主要方法，在给水、废水处理中得到了广泛应用。在生化反应器中填装填料，微生物在水处理填料表面生长，可以增加微生物在反应器中的停留时间，增强系统稳定性，提高生物浓度，从而提高处理效率。
目前，水处理填料的材质主要是醛化维伦、聚乙烯、聚丙烯等高分子材料，加工为纤维、弹性丝和中空几何体，充填于水处理反应器中。这些填料为微生物提供了充足的附着生长面积，但高分子材料表面主要是饱和键，化学惰性，微生物的附着困难，培养时间长，即使生长成熟，也容易脱落。为克服这个缺点，使用了臭氧处理增加表面羟基数量，也有厂家设计特殊的机械成型工艺以增加高分子材料的表面粗糙度，仍均未能从根本上解决这个问题。而采用功能性涂料的方式对填料表面进行改性，直接赋予填料表面以所需要的性能，从根本上改善了微生物的附着和生长条件。
通过在水处理填料上涂装功能涂层的方式，对水处理填料的表面进行功能改性，使其从生物不亲和转变为易被生物吸附、生长，可以制作成生物附着容易、不易脱落的新型水处理填料。该生物亲和性填料制作简单、安装方便，维护、更换简易，具有良好的工业应用前景。
(三)发明内容
本发明的目的，就是在填料表面涂复含天然生物材料的涂层，利用天然生物物质表面的羟基、羧基、氨基等丰富的化学活性基团，形成微生物与天然生物材料的同源性亲和力，大大降低微生物附着生长难度，缩短微生物培养、驯化的难度和时间周期，提供一种具有生物亲和力、微生物挂膜时间短、处理效果好的新型水处理填料。
为达到发明目的本发明采用的技术方案是：
一种生物亲和性水处理填料，所述生物亲和性水处理填料由水处理料表面涂覆生物亲和性涂料得到，所述生物亲和性涂料主要含有质量配比如下的组分：天然生物物质粉末10～40份，溶剂10～50份，涂料胶乳30～50份；所述溶剂根据涂料乳胶来确定，例如水基胶乳就采用水为溶剂进行稀释，DMF(二甲基甲酰胺)为溶剂的胶乳就用DMF进行稀释。其它还有多种有机溶剂的涂料乳胶，如传统的甲苯、二甲苯等，就采用对应的有机溶剂进行稀释。
所述水处理填料为下列之一：①弹性填料、②软性填料、③半软性填料、④化工填料、⑤组合填料；
所述天然生物物质粉末为下列之一，但不限于下列物质：
①淀粉、②甲壳素、③植物纤维；
所述溶剂为水或二甲基甲酰胺；
所述涂料胶乳为聚氨酯、或聚丙烯酸酯、或聚乙烯缩甲乙醛，可直接购买已有的商业胶乳成品。
所述生物亲和性涂料还可含有质量配比如下的组分：稳定剂1～5份。
所述稳定剂为十二烷基磺酸钠，也可为聚醚、聚硅氧烷等。
优选的，所述生物亲和性涂料质量组成如下：天然生物物质粉末10～40份，溶剂10～60份，涂料胶乳30～50份。
或者，所述生物亲和性涂料质量组成如下：天然生物物质粉末10～40份，溶剂10～60份，涂料胶乳30～50份，稳定剂1～5份。
优选的，所述生物亲和性涂料质量组成如下：淀粉40份，水50份，水性聚丙烯酸酯涂料50份，十二烷基磺酸钠5份。
或者，所述生物亲和性涂料质量组成如下：甲壳素粉末10份，水30份，水性聚氨酯涂料50份，十二烷基磺酸钠5份。
或者，所述生物亲和性涂料质量组成如下：植物纤维粉末10份，二甲基甲酰胺60份，聚乙烯缩甲乙醛涂料30份。
或者，所述生物亲和性涂料重量组成如下：淀粉20份，水50份，水性丙烯酸酯胶乳50份。
初步的实验证实，涂层中的天然生物物质强化了微生物在填料上的吸附，加速了微生物在填料表面的生长，显微镜下，微生物菌膜以生物物质为生长中心，向填料表面的其他部位蔓延生长。对人工模拟有机废水的处理实验中，普通填料需要10～30天的微生物挂膜生长过程，而在生物亲和性填料上7～10天时间即可完成。
所述的生物亲和性水处理填料主要用于生化法水处理，用于除去水中的有机物或氮、磷。使用时，将填料规则悬挂排布，吸附、培养微生物，即构成生化法水处理工艺。也可将填料堆放，并培养微生物吸附生长，所处理的水从填料孔隙中流过，接触填料表面微生物而得到处理。
对于悬挂式填料，生物亲和性水处理填料分列分排悬挂于水处理反应器中。而对于化工填料，可以将其堆放在反应器中。微生物接种后，迅速吸附在填料表面的天然物质上，并蔓延生长，成熟后成为可以将填料整体包覆的生物膜。该培养过程大约需要7～10天。生物膜生长成熟以后，对水中有机物、硝基等污染物具有良好的去除能力。
本发明所述的生物亲和性水处理填料的有益效果主要体现在：
(1)涂膜中天然物质的存在，加快了微生物在填料上的附着生长，挂膜时间缩短，只要7～10天就可以得到生长良好的微生物膜，而普通水处理填料要10～30天。
(2)微生物培养驯化过程中，涂膜中的天然有机物可以被微生物分解利用，形成对吸附生长微生物的定向供给营养物质。普通填料培养驯化微生物时，营养底物的扩散途径是从溶液主体经过生物层扩散到填料表面，溶液主体的营养物浓度最高，在填料表面的浓度最低。而恰恰是填料表面的微生物膜成熟度，决定了整个微生物膜对填料的附着力。通过从涂膜定向给微生物供给营养物，使填料表面的微生物营养状态得到改善，从而加快微生物膜的生长成熟。
(3)涂膜中天然有机物的生物分解是一个缓慢过程，因此，上述的定向供应营养物是一个相对长期的过程。这一点特别对毒害性有机废水的生物降解驯化有利。在毒害性有机废水的治理中，一般都在无毒害的营养物条件下培养驯化微生物，然后通过逐渐提高废水中毒害性有机物的含量，使得微生物慢慢适应，一直过渡到微生物能够完全降解毒害性有机物为驯化成功。由于涂膜的定向供应无毒害营养物的效应，为填料表面的微生物提供了一个局部低毒害营养环境，使得溶液主体毒害性有机物对微生物的影响得到缓冲，从而获得更强的适应性，缩短了驯化时间。
(4)涂膜中的天然有机物被微生物完全利用后，涂膜中形成大量孔隙，粗糙度大大增加，比表面积可达到普通塑料填料的数十倍。这些表面微孔为微生物所置换占有，使得微生物膜对填料的包覆更为牢固可靠，不易因曝气冲刷或水流剪切而脱落，降低了微生物的流失，有利于提高填料表面的微生物量，从而取得更优的水处理效果。
(5)用涂装方法对生物填料进行表面改性，加工方便，使用简单。胶乳的基材物质及天然生物物质的配制配方广泛，可以根据不同的应用工艺要求选用，具有极其广泛的适应性。
(四)附图说明
图1为应用悬挂式填料的水处理器俯视示意图；a为方形分布，b为正六边形分布；
图2为应用悬挂式填料的水处理器剖面示意图；
图3为应用堆放式填料的水处理器剖面示意图；
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：生物亲和性水处理填料制备
原料：市售φ15cm的弹性填料(上海石化水域环保厂)，水性聚丙烯酸酯涂料(天津市群汇密封材料厂)
生物亲和性涂料配方：淀粉2kg，水5kg，水性聚丙烯酸酯涂料5kg，十二烷基磺酸钠0.5kg
将以上配方物质混合均匀，浸渍弹性填料表面，80℃下烘干2小时，即得成品。
实施例2：生物亲和性水处理填料制备
江西全兴化工填料有限公司的阶梯环塑料填料，温州环宇公司的水性聚氨酯涂料
生物亲和性涂料配方：过50目筛的甲壳素粉末1kg，水3kg，水性聚氨酯涂料5kg，十二烷基磺酸钠0.5kg
将以上配方物质混合均匀，喷涂在化工填料表面，80℃下烘干2小时，即得成品。
实施例3：生物亲和性水处理填料制备
原料：上海石化水域环保厂生产的φ15cm弹性填料，上海顺强生物科技有限公司的聚乙烯缩甲乙醛涂料；
生物亲和性涂料配方：稻草、麦秆、玉米秸秆等农业残余物1kg，干燥粉碎为50目的粉末，聚乙烯缩甲乙醛涂料3kg，二甲基甲酰胺6kg；
将以上配方物质混合均匀，刷涂在弹性填料表面，80℃下烘干1小时，再升温至110℃热固化2小时，即得成品。
实施例4：
将实施例1所得填料按梅花状在水处理反应器中规则排列(参见图1、图2)，将活性污泥接种进反应器，并添加营养物质进行培养。对填料层曝气充氧后，填料表面吸附生长微生物，生长成熟为可以将填料整体包覆的好氧生物膜。该培养过程大约需要7～10天。挂膜成功后，即形成好氧生物膜水处理工艺。对CODcr为4000mg/L的抗生素工业废水的处理效果表明：微生物培养驯化时间缩短为15天，驯化成熟后，可以在24小时内去除废水中70％的CODcr，而因为抗生素废水的毒性，使用普通水处理填料的微生物培养驯化时间可长达1～2个月。
将生物填料取出显微观察，发现涂膜中的淀粉已被完全分解，涂膜中的孔隙被微生物取代填充。
实施例5：
将实施例2所得生物亲和性填料乱堆在水处理反应器中(参见图3)，密闭反应器，接种厌氧污泥并导入有机废水，外循环使废水流动，形成搅拌作用，培养两周后，即形成厌氧生物膜水处理工艺。对模拟高浓度有机废水的处理表明：培养成熟的厌氧微生物能完成有机物的甲烷化，在24小时内，CODcr浓度从6000mg/L下降到1000mg/L，取得了良好的处理效果。取出反应器中的厌氧生物填料进行显微观察，涂膜中的甲壳素被微生物部分分解，并有大量的丝状菌附着生长。
Claims (9)
1.一种生物亲和性水处理填料，其特征在于所述生物亲和性水处理填料由水处理料表面涂覆生物亲和性涂料得到，所述生物亲和性涂料主要含有质量配比如下的组分：天然生物物质粉末10～40份，溶剂10～50份，涂料胶乳30～50份；
所述水处理填料为下列之一：①弹性填料、②软性填料、③半软性填料、④化工填料、⑤组合填料；
所述天然生物物质粉末为下列之一：
①淀粉、②甲壳素、③植物纤维；
所述溶剂为水或二甲基甲酰胺；
所述涂料胶乳为聚氨酯、或聚丙烯酸酯、或聚乙烯缩甲乙醛。
2.如权利要求1所述的生物亲和性水处理填料，其特征在于所述生物亲和性涂料还含有质量配比如下的组分：稳定剂1～5份。
3.如权利要求2所述的生物亲和性水处理填料，其特征在于所述稳定剂为十二烷基磺酸钠。
4.如权利要求1所述的生物亲和性水处理填料，其特征在于所述生物亲和性涂料质量组成如下：天然生物物质粉末10～40份，溶剂10～60份，涂料胶乳30～50份。
5.如权利要求1所述的生物亲和性水处理填料，其特征在于所述生物亲和性涂料质量组成如下：天然生物物质粉末10～40份，溶剂10～60份，涂料胶乳30～50份，稳定剂1～5份。
6.如权利要求1所述的生物亲和性水处理填料，其特征在于所述生物亲和性涂料质量组成如下：淀粉40份，水50份，水性聚丙烯酸酯涂料50份，十二烷基磺酸钠5份。
7.如权利要求1所述的生物亲和性水处理填料，其特征在于所述生物亲和性涂料质量组成如下：甲壳素粉末10份，水30份，水性聚氨酯涂料50份，十二烷基磺酸钠5份。
8.如权利要求1所述的生物亲和性水处理填料，其特征在于所述生物亲和性涂料质量组成如下：植物纤维粉末10份，二甲基甲酰胺60份，聚乙烯缩甲乙醛涂料30份。
9.如权利要求1所述的生物亲和性水处理填料，其特征在于所述生物亲和性涂料重量组成如下：淀粉20份，水50份，水性丙烯酸酯胶乳50份。
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