CN205035140U - 一种复合微量金属离子的空心柱悬浮微生物膜填料 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于处理工业废水的复合微量金属离子的空心柱悬浮微生物膜填料。该填料采用二次注塑成型技术，将高分子填料基体与生物膜生长所需的不同种类微量金属元素进行复合形成双层结构，制备出用于处理工业废水的复合微量金属离子的空心柱悬浮微生物膜填料。本实用新型可以有效改善普通悬浮微生物膜填料挂膜量少，挂膜时间长，水处理效率低的缺点，并且含有某些微量金属元素的复合填料可以针对某种特定废水进行有效的处理。本实用新型的生物膜填料工艺成本低，制备条件要求简单，制备时间短，特别适合于大批量制备高性能悬浮微生物膜填料。

Description

一种复合微量金属离子的空心柱悬浮微生物膜填料

技术领域

本实用新型涉及一种用于处理工业废水的复合微量金属离子的空心柱悬浮微生物膜填料。

背景技术

水资源短缺问题日益严重，我国是一个严重缺水的国家，人均水资源仅为世界平均值的1/4。随着经济的发展，我国工业水资源消耗越来越大，废水排放量也骤增，因此提高工业废水的回收利用率对于解决水资源紧缺问题具有重要意义。

目前，工业废水的处理通常采用生物接触氧化法，其在纺织印染、石油化工、医药等废水的处理中已得到广泛应用。生物接触氧化法的实质是在池内充填填料，废水流经填料，使得填料上布满生物膜，生物膜上的微生物以废水中的污染物为营养物质进行新陈代谢，从而使废水得到净化。水处理填料是生物膜工艺的核心，是微生物生长的场所，废水处理效果与所选的填料有着很大的关系。随着国家对水处理要求的不断提高，各类废水的排放标准不断提高，对水处理填料的要求也在越来越严格，在新型水处理填料方面仍然需要进一步的研究与开发。

污染物的生物降解主要是通过微生物群落的新陈代谢作用实现的，微生物新陈代谢所需要的宏量营养物有碳、氧、氢、氮、磷和硫，微量元素有维生素和一些金属元素。工业废水中往往富含微生物代谢所需的宏量营养元素，但微量元素却极为匮乏。因此，向填料中添加适量的微量金属营养元素，能够提高微生物群落的新陈代谢能力，进而提高处理工业废水的效率。现有技术多集中在改进生物膜填料的物理结构上，加大工业废水与生物膜填料的有效接触面积，但由于微生物生活在缺乏营养物质的环境下，必会导致其新陈代谢能力下降、甚至死亡，从而影响生物膜填料的净化效率。有的现有技术中虽也添加了微生物生长所需的部分营养元素，但由于没有根据工业废水环境下的具体情况来选择添加具有针对性的微量元素，微生物的处理废水的效率仍不理想，故现有技术依然不能很好地解决微生物由于营养物质缺乏而导致净化污水效率低下的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于处理工业废水的复合微量金属离子的空心柱悬浮微生物膜填料。

优选地，本实用新型的目的在于通过在填料基体上再注塑一层含有金属元素钼和钴的缓释复合物，从而形成双层结构。并采用紫外光照射法进行后处理，使空心柱填料表面具有大量的羧基和羟基结构，加大了空心柱填料的比表面积、提高了其粘合性、亲水性，从而提高了微生物的挂膜效率和处理污水的效率。

本实用新型提供的复合微量金属离子的空心柱悬浮微生物膜填料，其特征在于所述生物膜填料包括填料基体层和含有金属元素钼和钴的缓释复合物层。

在本实用新型的一个优选实施方案中，所述填料缓释复合物层外表面具有经紫外线照射发生光反应而产生绒毛状结构。

在本实用新型的另一个优选实施方案中，所述填料基体层内部为空心结构。

在本实用新型的另一个优选实施方案中，所述圆柱高3.5-4.5cm，直径为1.8-2.2cm，所述缓释复合层厚度为0.15-0.25cm，所述的绒毛长度为1.5-3.0μm，所述的空心结构内孔直径为0.7-0.9cm。

在本实用新型的另一个优选实施方案中，所述缓释复合物层具有较大的比表面积、较高的粘合性能和良好的亲水性。

本实用新型通过基材与营养物质的复合制备技术研发出一种复合微量金属离子的空心柱悬浮微生物膜填料，且在后处理程序中采用紫外光照射的方法又使得填料的外表面具有亲水性基团，增大了填料的粘合性、亲水性和比表面积。在活性污泥反应器中，既提供了微生物需要的营养元素，又形成处理性能更优越的生物膜系统，使得微生物挂膜效率增高，剩余污泥排放减少，微生物的代谢活动增强，去除效果比普通生物膜填料有很大提升。目前，这种复合微量金属离子的空心柱悬浮微生物膜填料还鲜有报道，其诸多优点必将使生物膜填料技术在水处理领域的发展前景更加广阔。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本实用新型所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本实用新型更多的目的、功能和优点将通过本实用新型实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1为本实用新型一种优选的悬浮微生物膜填料的截面图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本实用新型的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例，可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。

为更加明确本实用新型的内容，对下述实施例中相关的专业名词给予如下解释：

(1)pH：表示溶液酸性或碱性程度的数值。

(2)色度：是指含在水中的溶解性的物质或胶状物质所呈现的类黄色乃至黄褐色的程度。

(3)BOD：生化需氧量或生化耗氧量的简称，表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指标。说明水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。其值越高说明水中有机污染物质越多，污染也就越严重。

(4)COD：化学需氧量的简称，是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。废水、废水处理厂出水和受污染的水中，能被强氧化剂氧化的物质(一般为有机物)的氧当量。在河流污染和工业废水性质的研究以及废水处理厂的运行管理中，是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数。

(5)MLSS：混合液悬浮固体浓度的简称,它又称为混合液污泥浓度，它表示的是在曝气池单位容积混合液内所含有的活性污泥固体物的总重量(mg/L)。

(6)二次注塑：将注塑机机筒并排或呈L型放置，将树脂注入模具。当使用同一个注入点将树脂注入模具时，生产的复合部件为被外层包覆的核心树脂材料，这种方式称为共塑；当通过多个注入点将树脂注入模具时，可使一种材料在另一种材料上面成型，从而产生多层结构，这种方式称为二次注塑。

本实用新型的悬浮微生物膜填料的制备方法：

首先将原料进行前处理：金属化合物中的结晶水会影响填料的加工性能，第一步要进行高温脱水。将聚丙烯(PP)，聚乙二醇(PEG)，马来酸酐(MAH)分别在90℃条件下干燥2h；将金属化合物钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)和铝酸钴(Co(AlO₂)₂·6H₂O)分别置于150℃的干燥箱内进行脱水处理12h取出，研磨；

按下述质量比调节经前处理过原料的配比，使填料的密度在0.95-0.98g/cm³之间：68-75％的聚丙烯(PP)，3-7％的聚乙二醇(PEG)，0.9-1.3％的马来酸酐(MAH)，0.6-0.8％的石蜡油，16-22％的聚乳酸(PLA)，0.9-1.3％的氧化锌，置于高速搅拌机中搅拌混合10min，使其充分混合均匀，作为生物膜填料基体的制作原料备用；

按下述质量比调节经前处理过原料的配比，使填料的密度在0.95-0.98g/cm³之间：1.3-1.7％的金属化合物钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)，3-5％的铝酸钴(Co(AlO₂)₂·6H₂O)，68-75％的聚丙烯(PP)，3-7％的聚乙二醇(PEG)，0.9-1.3％的马来酸酐(MAH)，0.6-0.8％的石蜡油，16-22％的聚乳酸(PLA)，0.9-1.3％的氧化锌，置于高速搅拌机中搅拌混合10min，使其充分混合均匀，作为生物膜填料复合层的制作原料备用；

取经上述处理后的混合原料分别置于注塑机料斗中，采用柱形生物膜填料模具注塑。调整注塑模具尺寸，使得注塑后所述圆柱的高为3.5-4.5cm，直径为1.8-2.2cm，所述缓释复合层厚度为0.15-0.25cm，所述空心结构的内孔直径为0.7-0.9cm。将注塑温度设置为180～210℃，注塑温度均应在原料熔点以上，但温度不宜太高，以防止聚乳酸的热分解。采用二次注塑方法注塑成型后，用二次水反复清洗，并置于70℃中烘箱中进行热处理，提高生物膜填料的稳定性，一小时后取出，再用二次水充分清洗；

将经上述处理后的含有微量金属元素的生物膜填料采用紫外光照射法进行后处理，使生物膜填料的复合层生成氧化基团，至生物膜填料的外表层呈现绒毛状。该步骤可提高生物膜填料的亲水性、黏合性与比表面积。紫外光后处理的操作参数为：采用微波激发紫外灯，功率密度为120W/cm²，光照反应时间10～30s，绒毛长度可达1.5-3.0μm。反应结束后取出用二次水反复清洗干净，除去表面残余杂质，置于密封袋中保存。取上述制得的新型缓释微量金属元素的悬浮微生物膜填料进行如下效果测试。

实施例1

原料用量：

在本实施例中，所用的微生物膜填料基体的制备原料用量如下(质量百分比)：

在本实施例中，所用的微生物膜填料复合层的制备原料用量如下(质量百分比)：

制备方法：

(1)将聚丙烯(PP)，聚乙二醇(PEG)，马来酸酐(MAH)分别在90℃条件下干燥2h；将金属化合物钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)和铝酸钴(Co(AlO₂)₂)分别置于150℃的干燥箱内进行脱水处理12h取出，研磨；

(2)将经前处理过各种填料基体原料按上述质量比置于高速搅拌机中搅拌混合10min，使其充分混合均匀；

(3)测得混合原料的密度为0.963g/cm³；

(4)将经前处理过各种填料复合层原料按上述质量比置于高速搅拌机中搅拌混合10min，使其充分混合均匀；

(5)测得混合原料的密度为0.967g/cm³；

(6)取经上述处理后的混合原料置于注塑机料斗中，采用柱形生物膜填料模具采用二次注塑方法注塑成型，注塑温度设置为180～210℃。注塑成型后，用二次水反复清洗，并置于70℃中烘箱中进行热处理，一小时后取出，再用二次水充分清洗。制成的生物膜填料圆柱高为3.5cm，直径为1.8cm，缓释复合层厚度为0.15cm，空心结构内孔直径为0.7cm。

(7)将经上述处理后的含有微量金属元素的生物膜填料采用紫外光照射法进行后处理。紫外光后处理的操作参数为：采用微波激发紫外灯，功率密度为120W/cm²，光照反应时间10～30s，反应结束后取出用二次水反复清洗干净，除去表面残余杂质，置于密封袋中保存。测得绒毛长度为1.5μm。

效果测试：

目标处理废水是针织物印染废水，测试废水的pH值为9，色度为260倍，BOD值为210mg/L，COD值为820mg/L，悬浮物220mg/L。活性污泥取自某污水处理厂，进行培养驯化，使其能够很稳定的处理印染废水。将活性污泥系统分别与普通为生物膜填料和新型缓释微量金属元素的悬浮微生物膜填料投加到废水中，废水中MLSS为4000mg/L，污泥负荷为0.2kgCOD/kgMLSS·d，填料填充率为30％，采用不间断空气压缩机曝气运行，伴有搅拌，保持溶解氧2.5g/L左右。持续处理三天后，测量结果如下：含有普通悬浮填料的污水池中COD去除率为68％，BOD去除率为40％；含有缓释微量金属元素的悬浮微生物膜填料的污水池中COD去除率为80％，BOD去除率为70％。

实施例2

原料用量：

在本实施例中，所用的微生物膜填料基体的制备原料用量如下(质量百分比)：

在本实施例中，所用的微生物膜填料复合层的制备原料用量如下(质量百分比)：

制备方法与实施例1所述方法相同。

测得混合原料的密度为0.971g/cm³；制成的生物膜填料圆柱高为4.1cm，直径为2.0cm，缓释复合层厚度为0.21cm，空心结构内孔直径为0.8cm，绒毛长度为2.0μm。

效果测试：

目标处理废水是针织物印染废水，其中废水pH值为10，色度为290倍，BOD值为250mg/L，COD值为850mg/L，悬浮物250mg/L。活性污泥取自某污水处理厂，进行培养驯化，使其能够很稳定的处理印染废水。将活性污泥系统分别与普通为生物膜填料和新型缓释微量金属元素的悬浮微生物膜填料投加到废水中，废水中MLSS为4000mg/L，污泥负荷为0.2kgCOD/kgMLSS·d，填料填充率为30％，采用不间断空气压缩机曝气运行，伴有搅拌，保持溶解氧2.5g/L左右。持续处理三天后，测量结果如下：含有普通悬浮填料的污水池中COD去除率为66％，BOD去除率为35％；含有缓释微量金属元素的悬浮微生物膜填料的污水池中COD去除率为75％，BOD去除率为60％。

实施例3

原料用量：

在本实施例中，所用的微生物膜填料基体的制备原料用量如下(质量百分比)：

在本实施例中，所用的微生物膜填料复合层的制备原料用量如下(质量百分比)：

制备方法与实施例1所述方法相同。

测得混合原料的密度为0.980g/cm³；制成的生物膜填料圆柱高为4.5cm，直径为2.1cm，缓释复合层厚度为0.25cm，空心结构内孔直径为0.9cm，绒毛长度为3.0μm。

效果测试：

目标处理废水是纯棉印染废水，其中废水pH值为10，色度为300倍，BOD值为350mg/L，COD值为1500mg/L，悬浮物300mg/L。活性污泥取自某污水处理厂，进行培养驯化，使其能够很稳定的处理印染废水，将活性污泥系统分别与普通为生物膜填料和新型缓释微量金属元素的悬浮微生物膜填料投加到废水中，废水中MLSS为6000mg/L，污泥负荷为0.2kgCOD/kgMLSS·d，填料填充率为40％，采用不间断空气压缩机曝气运行，伴有搅拌，保持溶解氧2.5g/L左右。持续处理三天后，含有普通悬浮填料污水池中COD去除率为75％，BOD去除率为50％；含有缓释微量金属元素的悬浮微生物膜填料的污水池中COD去除率为85％，BOD去除率为70％。

从以上实验数据可以看出，与普通的悬浮填料相比较，本实用新型产品对工业废水中的BOD，COD去除率明显提高。本实用新型产品在活性污泥反应器中，既提供了微生物需要的营养元素，又形成处理性能更优越的生物膜系统，微生物挂膜效率增高，剩余污泥排放减少，微生物的代谢活动增强，去除效果比普通生物膜填料有很大提升。

Claims (6)

1.一种复合微量金属离子的空心柱悬浮微生物膜填料，其特征在于生物膜填料包括圆柱状结构的填料基体层和包覆在所述填料基体层外部的缓释复合物层。

2.根据权利要求1所述的悬浮微生物膜填料，其特征在于缓释复合物层外表面具有经紫外线照射发生光反应而形成的绒毛状结构。

3.根据权利要求1所述的悬浮微生物膜填料，其特征在于填料基体层的内部为空心结构。

4.根据权利要求1所述的悬浮微生物膜填料，其特征在于所述圆柱高3.5-4.5cm，直径为1.8-2.2cm，所述缓释复合层厚度为0.15-0.25cm。

5.根据权利要求2所述的悬浮微生物膜填料，其特征在于所述的绒毛长度为1.5-3.0μm。

6.根据权利要求3所述的悬浮微生物膜填料，其特征在于所述的空心结构内孔直径为0.7-0.9cm。