RU2605714C1 - Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами - Google Patents

Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами Download PDF

Info

Publication number
RU2605714C1
RU2605714C1 RU2015125344/05A RU2015125344A RU2605714C1 RU 2605714 C1 RU2605714 C1 RU 2605714C1 RU 2015125344/05 A RU2015125344/05 A RU 2015125344/05A RU 2015125344 A RU2015125344 A RU 2015125344A RU 2605714 C1 RU2605714 C1 RU 2605714C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
immobilization
loading
production
charge
waste
Prior art date
Application number
RU2015125344/05A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Иванович Корчагин
Любовь Николаевна Студеникина
Артем Викторович Протасов
Татьяна Владимировна Тарасевич
Лариса Витальевна Молоканова
Мария Владимировна Шелкунова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ").
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ"). filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ").
Priority to RU2015125344/05A priority Critical patent/RU2605714C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2605714C1 publication Critical patent/RU2605714C1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/10—Packings; Fillings; Grids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Abstract

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод, в частности к получению загрузочного материала для биофильтров. Описан способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами, включающий изготовление материала загрузки из полимерных веществ, содержащих органические добавки, в котором в полимерном материале в качестве органической добавки используют отход рафинации растительных масел - отработанную микроцеллюлозу, содержащую в своем составе пластифицирующие компоненты, такие как воски, и легколетучие органические примеси, способствующие порообразованию с получением материала плотностью 0,6÷0,8 г/см3 и пористостью от 50 до 150 ячеек/см2, а также биогенные вещества, такие как триацилглицериды, стиролы, каротиноиды, способствующие иммобилизации микрофлоры на загрузке, загрузку готовят при следующем содержании компонентов, мас.%: полиолефин - стрейч-полиэтилен - 60÷80, отработанная микроцеллюлоза - 20÷40, гранулы стрейч-полиэтилена смешивают с отработанной микроцеллюлозой, полученную смесь экструдируют при температуре 170÷180°C в двухшнековом экструдере с гранулирующим устройством с получением гранул диаметром 2÷20 мм и длиной 3÷100 мм. Технический результат - повышение эффективности биологической очистки сточных вод. 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод, в частности, к получению загрузочного материала для биофильтров.
Применяемые в настоящее время материалы загрузок биофильтров (пластиковые сетки, синтетические волокна и проч.) зачастую имеют недостаток - вымываемость микроорганизмов из материала-носителя ввиду низкой адсорбционной способности или низкой пористости материал, и вследствие этого ухудшение со временем качества очистки, а также повышенное образование избытка активного ила, влекущее за собой необходимость утилизации осадка.
Актуальной задачей повышения качества работы биофильтров с загрузкой является снижение вымываемости микрофлоры и, как следствие, повышение эффективности очистки, снижение нагрузки на вторичные отстойники и уменьшение образования осадка активного ила.
Известен зернистый материал-носитель для биотехнологических процессов [Патент ГДР DD 264887 А1] с удельным весом менее 0,5 г/см3, который получают термической усадкой пенополистироловых хлопьев, которые дополнительно покрыты по своей поверхности адсорбентами и/или инертными наполнителями.
Недостатком аналога является сложность технологии производства, необходимость дополнительной обработки материала адсорбентом для получения необходимой структуры.
Известен способ биологической очистки сточных вод от органических загрязнений [Пат. РФ №2023685, опубл. 30.11.1994], включающий обработку в аэротенке микроорганизмами активного ила, иммобилизованными на плоскостной загрузке, с целью повышения степени очистки и интенсификации процесса, используют плоскостную загрузку, выполненную из материала, содержащего термопластичный полимер и активированный уголь, при следующем соотношении компонентов, мас.%: термопластичный полимер 83-86, активированный уголь 14-17.
Недостатком способа является низкое содержание наполнителя (лимитирующее прочностные показатели материала), приводящее к снижению удельной поверхности загрузки за счет обволакивания расплавом термопласта частичек угля, который становится недоступным для микроорганизмов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является плавучий турбулизируемый материал-носитель для биотехнологических процессов [Пат. РФ №2136611, опубл. 10.09.1999], состоящий из полимерных веществ, содержащих органические и/или неорганические добавки, и снабженный стержнем из пеноматериала с замкнутыми ячейками и мелкопористую структуру ячеек, поверхность структурирована и профилирована, имеет форму цилиндрических полых тел, длина от 3 до 25 мм, наружный диаметр от 3 до 25 мм, внутренний диаметр от 2 до 24 мм и плотность 0,4÷0,98 г/см3, при этом свойства носителя регулируются добавкой 0,1÷2,0% вспенивающих веществ, таких как бикарбонат с лимонной кислотой, крахмал, сахар и/или активированный уголь.
Недостатком прототипа является то, что закрепление (иммобилизация) микрофлоры на носителе происходит за счет пористой структуры материала без дополнительных связей между материалом и микроорганизмами, что приводит к вымываемости микрофлоры из объема загрузки и снижению эффективности работы биофильтра, кроме того, недостатком является длительность технологического процесса изготовления загрузки, сложность аппаратурного оформления производственного процесса - применение сопла специальной формы с продольными канавками, что ведет к удорожанию процесса.
При очистке стоков в биофильтрах желательно, чтобы материал-носитель обеспечивал запас энергетического субстрата для микроорганизмов на случай прекращения поступления питательных веществ [Копытина С.В. Разработка технологии очистки сточных вод от нефтяных загрязнений с использованием иммобилизованных микроорганизмов-биодеструкторов. Автореф. на соиск. уч. степ. к.т.н. Москва - 2000]. Известно также [Пат. РФ №2446189, опубл. 27.03.2012, Пат. РФ №2446191, опубл. 27.03.2012], что использование в качестве питательных веществ природных полисахаридов (например, крахмала) и биогенных элементов (например, фосфолипидов) в составе термопластов ведет к лучшему обрастанию материала микроорганизмами, при этом содержание полисахаридов свыше определенного предела (около 30 мас.%) приводит к снижению прочности и преждевременному биоразложению материала, а при содержании наполнителя ниже 20 мас.% его гранулы остаются капсулированными в синтетическом полимере и поэтому труднодоступны для ферментов и микроорганизмов [Д.В. Кряжев, В.В. Романов, В.А. Широков. Последние достижения химии и технологии производных крахмала // Химия растительного сырья. - 2010. - №1. - С. 5-12].
Техническая задача изобретения заключается в разработке способа получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами, позволяющего за счет применения в ее составе природных полисахаридов и биогенных элементов повысить эффективность биологической очистки сточных вод за счет низкой вымываемости микроорганизмов из объема загрузки, упростить и интенсифицировать технологию ее изготовления за счет упразднения стадии вспенивания специальными агентами и за счет использования в производстве стандартного оборудования без специальных профилирующих элементов, сохранить длительность срока службы материала без потери прочностных свойств, а также снизить себестоимость материала загрузки за счет применения вторичных сырьевых ресурсов.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в способе получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами, включающем изготовление материала загрузки из полимерных веществ, содержащих органические добавки, новым является то, что в полимерном материале в качестве органической добавки используют отход рафинации растительных масел - отработанную микроцеллюлозу, содержащую в своем составе пластифицирующие компоненты, такие как воски, и легколетучие органические примеси, способствующие порообразованию с получением материала плотностью 0,6÷0,8 г/см3 и пористостью от 50 до 150 ячеек/см2, а также биогенные вещества, такие как триацилглицериды, стиролы, каротиноиды, способствующие иммобилизации микрофлоры на загрузке, загрузку готовят при следующем содержании компонентов, мас.%:
- полиолефины - стрейч-полиэтилен - 60÷80,
- отработанная микроцеллюлоза - 20÷40;
гранулы стрейч-полиэтилена смешивают с отработанной микроцеллюлозой, полученную смесь экструдируют при температуре 170±180°C в двухшнековом экструдере с гранулирующим устройством с получением гранул диаметром 2÷20 мм и длиной 3÷100 мм.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности биологической очистки сточных вод за счет низкой вымываемости микроорганизмов из объема загрузки, интенсификации и упрощении технологии изготовления материала загрузки за счет упразднения стадии вспенивания специальными агентами и за счет использования в производстве стандартного оборудования без специальных профилирующих элементов, сохранении длительности срока службы материала без потери прочностных свойств.
Применение в качестве наполнителя микроцеллюлозы способствует снижению биодеструкции материала за счет ее большой молекулярной массы, а переработка композиции в двухшнековом экструдере позволяет получить гомогенную смесь с равномерным распределением наполнителя в полиолефиновой матрице, в этом случае возможно повышение содержания наполнителя до 40 мас.% без преждевременной биодеструкции материала.
В качестве полиолефиновой матрицы материала загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами используют полиэтилен и полипропилен, например стрейч-полиэтилен, обладающий высоким показателем текучести расплава ПТР=2÷4, что способствует равномерному распределению наполнителя (отработанной микроцеллюлозы) в объеме материала, а также позволяет перерабатывать материал в высокоскоростном оборудовании при достаточно низких нагрузках.
Отработанная микроцеллюлоза - отход рафинации растительных масел, применяется для удаления восков из подсолнечного масла, после использования содержит в своем составе пластифицирующие компоненты (воски), а также биогенные вещества (триацилглицериды, стиролы, каротиноиды и некоторые другие). Кроме того, средний размер частиц отработанной микроцеллюлозы составляет около 50 мкм, что способствует гомогенности композиции за счет лучшего распределения наполнителя в полиолефине, и не требует предварительной подготовки наполнителя.
Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами осуществляют следующим образом.
В смеситель загружают гранулы полиолефина, например стрейч-полиэтилена, в количестве 60÷80 мас.%, добавляют отработанную микроцеллюлозу (отход рафинации растительных масел) в количестве 20÷40 мас.%, перемешивают в течение 1,0÷2,0 минут при температуре 20÷30°C, далее смесь экструдируют в двухшнековом экструдере с гранулирующим устройством при температуре 170÷180°C с получением гранул диаметром 2÷20 мм и длиной 3÷100 мм.
Готовят загрузку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- полиолефины - стрейч-полиэтилен - 60÷80,
- отработанная микроцеллюлоза - 20÷40.
Готовую загрузку подвергают иммобилизации микрофлорой, например активным илом.
Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами поясняется следующими примерами:
Пример 1 (прототип).
Поливинилацетат расплавляют и смешивают с 0,6 кг (0,6%) гранулята, содержащего 40% бикарбоната с лимонной кислотой в качестве вспенивающего агента. Эту смесь формуют в пруток в экструдере с соплом специальной формы с получением полого цилиндра с рифленой в продольном направлении поверхностью. Он имеет наружный диаметр, равный 5 мм, и внутренний диаметр, равный 4 мм. Рифления имеют глубину около 0,6 мм. Затем пруток после охлаждения в ванне с водой разрезают на отрезки длиной 5 мм. При этом получают на каждую частицу носителя поверхность роста свыше 2,7 см2 и на каждый м3 насыпного веса - поверхность свыше 950 м2. Благодаря применению материала-носителя в установке для обработки сточных вод с удалением азота, объемная нагрузка, связанная с биохимическим потреблением кислорода, удваивается по сравнению с известными параметрами до 0,8-1,0 кг биохимически потребляемого кислорода/м3 без возникновения отрицательных воздействий на степень удаления. Анализируют общее количество биомассы сухого вещества (микрофлоры) на носителе. На каждый м3 насыпного объема общее количество биомассы составляет 8 кг сухого вещества (табл. 1).
Пример 2.
Готовят загрузку биофильтра с иммобилизационными свойствами следующим образом.
В смеситель загружают 8 кг стрейч-полиэтилена (80 мас.%) и 2 кг отработанной микроцеллюлозы (20 мас.%), перемешивают в течение 2 минут и экструдируют смесь при температуре 180°C в стандартном двухшнековом экструдере с получением гранул диаметром 3 мм и длиной 20 мм. Определяют плотность и пористость материала. Данные анализа представлены в таблице 1.
Очистку сточных вод, загрязненных синтетическими поверхностно-активными веществами (СПАВ), в биофильтре с загрузкой с иммобилизационными свойствами проводили следующим образом.
В емкость с суспензией активного ила помещали загрузку биофильтра на 2 суток, при этом для удобства перемещения гранул загрузки их предварительно помещали в капроновые сетки, не препятствующие проникновению микрофлоры в объем загрузки, но и не позволяющие гранулам высыпаться. Затем в биофильтр помещали загрузку с иммобилизованным активным илом насыпью, и через слой загрузки пропускали сточную воду с pH 6,5, содержащую 10 мг/л СПАВ, при этом осуществляли аэрацию внутри биофильтра воздухом со скоростью 10 м3/м2·ч. Температура очистки составляла 25°C. Через 5 часов очищенную воду сливали в отстойник, где в течение 2 часов вода отстаивалась от избыточного ила. Загрузка извлекалась из биофильтра и исследовалась на сухой остаток биомассы. Очищенная вода исследовалась на остаточное содержание СПАВ. Данные анализа представлены в таблице 1.
Пример 3.
Загрузку биофильтра с иммобилизационными свойствами получали аналогично примеру 2, но содержание стрейч-полиэтилена составляет 6,0 кг (60 мас.%), содержание отработанной микроцеллюлозы - 4,0 кг (40 мас.%).
Figure 00000001
Как видно из таблицы 1, способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами при содержании микроцеллюлозы в композиции 20÷40 мас.% дает возможность повысить сухой остаток биомассы на носителе, что говорит о лучшей иммобилизации микрофлоры и, следовательно, повышении эффективности очистки сточных вод в биофильтре с данной загрузкой.
При содержании микроцеллюлозы в композиции менее 20 мас.% снижается пористость и иммобилизационная способность материала, а при содержании более 40 мас.% понижается прочность материала и, как следствие, снижается срок его службы.
Использование способа получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами позволяет:
- снизить вымываемость микрофлоры из объема загрузки биофильтра за счет применения в его составе природных полисахаридов и биогенных элементов, способствующих лучшей иммобилизации;
- повысить эффективность биологической очистки сточных вод за счет низкой вымываемости микроорганизмов из объема загрузки, а также снизить нагрузку на вторичные отстойники и сократить объем образующегося избыточного активного ила за счет лучшей иммобилизационной способности материала,
- интенсифицировать технологический процесс получения загрузки биофильтра,
- упростить технологию изготовления материала за счет упразднения стадии вспенивания специальными агентами, а также за счет использования в производстве стандартного оборудования без специальных профилирующих элементов, что способствует снижению себестоимости материала,
- снизить себестоимость материала загрузки за счет использования вторичных сырьевых ресурсов.

Claims (1)

  1. Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами, включающий изготовление материала загрузки из полимерных веществ, содержащих органические добавки, отличающийся тем, что в полимерном материале в качестве органической добавки используют отход рафинации растительных масел - отработанную микроцеллюлозу, содержащую в своем составе пластифицирующие компоненты, такие как воски, и легколетучие органические примеси, способствующие порообразованию с получением материала плотностью 0,6÷0,8 г/см3 и пористостью от 50 до 150 ячеек/см2, а также биогенные вещества, такие как триацилглицериды, стиролы, каротиноиды, способствующие иммобилизации микрофлоры на загрузке, загрузку готовят при следующем содержании компонентов, мас.%:
    - полиолефин - стрейч-полиэтилен - 60÷80,
    - отработанная микроцеллюлоза - 20÷40;
    гранулы стрейч-полиэтилена смешивают с отработанной микроцеллюлозой, полученную смесь экструдируют при температуре 170÷180°C в двухшнековом экструдере с гранулирующим устройством с получением гранул диаметром 2÷20 мм и длиной 3÷100 мм.
RU2015125344/05A 2015-06-26 2015-06-26 Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами RU2605714C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015125344/05A RU2605714C1 (ru) 2015-06-26 2015-06-26 Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015125344/05A RU2605714C1 (ru) 2015-06-26 2015-06-26 Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2605714C1 true RU2605714C1 (ru) 2016-12-27

Family

ID=57793717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015125344/05A RU2605714C1 (ru) 2015-06-26 2015-06-26 Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2605714C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2682532C1 (ru) * 2018-04-13 2019-03-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446189C1 (ru) * 2010-12-23 2012-03-27 Александр Сергеевич Баймурзаев Универсальная добавка, инициирующая разложение полимеров, и способ ее получения
RU2446191C1 (ru) * 2011-02-08 2012-03-27 Наталья Андреевна Балакирева Полимерная композиция для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава
RU2480425C2 (ru) * 2007-11-09 2013-04-27 Юпм-Киммене Ойй Обработка сточных вод, полученных в процессе переработки биомассы в жидкое биотопливо, который включает получение синтез-газа, и интегрированная производственная установка

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2480425C2 (ru) * 2007-11-09 2013-04-27 Юпм-Киммене Ойй Обработка сточных вод, полученных в процессе переработки биомассы в жидкое биотопливо, который включает получение синтез-газа, и интегрированная производственная установка
RU2446189C1 (ru) * 2010-12-23 2012-03-27 Александр Сергеевич Баймурзаев Универсальная добавка, инициирующая разложение полимеров, и способ ее получения
RU2446191C1 (ru) * 2011-02-08 2012-03-27 Наталья Андреевна Балакирева Полимерная композиция для получения биодеградируемых формовочных изделий из расплава

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2682532C1 (ru) * 2018-04-13 2019-03-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6007712A (en) Waste water treatment apparatus
CN204848595U (zh) 一种养殖废水处理系统
CN1868919A (zh) 一种悬浮微生物载体及其制备方法
DE3639153A1 (de) Traegermaterial zur immobilisierung von mikroorganismen
US10518244B2 (en) Biochar products and method of manufacture thereof
CN114409073B (zh) 一种协同脱氮复合填料的制备方法及系统与应用
US4820415A (en) Polymer carrier masses as carriers in biochemical conversion processes in the aqueous phase
JP3608913B2 (ja) バイオリアクタ−用担体及び製造方法
RU2605714C1 (ru) Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами
CN111867990B (zh) 移动床生物膜反应器方法中的生物膜载体介质
CN201264939Y (zh) 生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料
RU2608527C2 (ru) Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от нитрит-, нитрат-, фосфат-ионов
RU2682532C1 (ru) Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод
RU2136611C1 (ru) Плавучий турбулизируемый материал-носитель для биотехнологических процессов
KR100277017B1 (ko) 폐수처리용담체,그제조방법및이담체를이용한폐수처리방법
DE69728226T2 (de) Träger für Bioreaktor sowie Verfahren zu dessen Herstellung
JP2003000238A (ja) Ｐｖａ包括固定化微生物担体及びその製造方法並びにその担体を用いた環境浄化方法
JP7260252B2 (ja) 固形物担体
RU2528863C1 (ru) Биоразлагаемый композиционный сорбент нефти и нефтепродуктов
CN113501634A (zh) 污泥固化处理方法
KR100918587B1 (ko) 황토를 함유한 다공성 생물막 미생물 담체 제조방법 및 이로부터 제조된 담체
RU2535227C1 (ru) Биогибридный композиционный материал
JP2002143882A (ja) 水処理用接触材およびその製造方法
JP7477451B2 (ja) 移動床バイオフィルム反応器プロセスにおけるバイオフィルムキャリヤ媒体
KR20040078398A (ko) 오·폐수 고도 처리용 판접촉재와 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180627