RU2682532C1 - Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод - Google Patents

Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод Download PDF

Info

Publication number
RU2682532C1
RU2682532C1 RU2018113477A RU2018113477A RU2682532C1 RU 2682532 C1 RU2682532 C1 RU 2682532C1 RU 2018113477 A RU2018113477 A RU 2018113477A RU 2018113477 A RU2018113477 A RU 2018113477A RU 2682532 C1 RU2682532 C1 RU 2682532C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zone
polypropylene
biomass
polysaccharide
temperature
Prior art date
Application number
RU2018113477A
Other languages
English (en)
Inventor
Любовь Николаевна Студеникина
Артем Викторович Протасов
Владимир Иванович Корчагин
Мария Владимировна Шелкунова
Юлия Николаевна Дочкина
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 RU2018113477A priority Critical patent/RU2682532C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2682532C1 publication Critical patent/RU2682532C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/08Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/10Packings; Fillings; Grids
    • C02F3/105Characterized by the chemical composition
    • C02F3/108Immobilising gels, polymers or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/02Cellulose; Modified cellulose
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L3/00Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
    • C08L3/02Starch; Degradation products thereof, e.g. dextrin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L5/00Compositions of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08L1/00 or C08L3/00
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в области биологической очистки промышленных и бытовых сточных вод для создания материалов, обладающих иммобилизационной способностью при использовании в качестве носителя активной биомассы. Способ включает изготовление материала из полимерных веществ, содержащих органические добавки, путем смешения с последующим экструдированием полученной смеси. В качестве синтетического полимера применяют полипропилен (ПП), в качестве органической добавки - полисахарид (ПС), выбранный из ряда: крахмал, микроцеллюлоза, либо их смесь в любом соотношении. Соотношение компонентов ПП:ПС составляет (80-60):(20-40) мас.%. Материал получают методом экструзии с использованием двухшнекового трехзонального экструдера с гранулирующей головкой. Гранулы полипропилена подают в зону с температурой 210°C. В зоне с температурой 220°C осуществляют процесс плавления и пластикации полипропилена. Полисахарид подают в третью зону с температурой 220°C, оснащенную элементами смешения. На выходе из экструдера готовый продукт получают в виде гранул диаметром 10-20 мм, плотностью 0,3-0,7 г/сми пористостью 50-70 %. Использование способа обеспечивает повышение способности материала к закреплению и удержанию биомассы микроорганизмов, упрощение и удешевление технологии получения пористого материала-носителя биомассы за счет проведения процесса в одну стадию. 2 ил., 1 табл., 13 пр.

Description

Изобретение относится к технологиям создания материалов, обладающих иммобилизационной способностью, и используемым в качестве носителя активной биомассы для биологической очистки промышленных и бытовых сточных вод.
Иммобилизация микрофлоры на инертной загрузке позволяет добиться интенсификации биологической очистки за счет увеличения концентрации биомассы в реакционной смеси [С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, В.И. Калицун /Водоотведение и очистка сточных вод/ М.: Стройиздат, 1996 г].
Иммобилизованная на инертной загрузке микрофлора используется в известных способах и установках по очистке сточных вод: пат. RU 2453507 от 20.06.2012 г. «Способ и установка для очистки воды», пат. RU 2304083 от 10.08.2007 г. «Установка биологической очистки сточных вод», пат. RU 2433088 от 10.11.2011 г. «Способ обработки сточной воды с применением неподвижного носителя», пат. RU 2404133 от 20.11.2010 г. «Установка для очистки сточных вод».
Основными требованиями к современным материалам-носителям биомассы являются: высокоразвитая поверхность, механическая прочность, высокая иммобилизационная способность, доступность, низкая стоимость, экологичность при утилизации.
К основным технологическим приемам получения материалов, способных к иммобилизации микрофлоры при биологической очистке сточных вод, относят: изменение геометрической формы и рельефа поверхности (например, гофрирование), нанесение на поверхность материала компонентов, повышающих адгезионные свойства, введение в состав материала наполнителей, способствующих иммобилизации, создание пористой структуры материала.
Известна установка для биохимической очистки сточных вод [пат. RU 2422379 от 27.06.2011 г], включающая биофильтр с плоскостной загрузкой, которая выполнена из гофрированных листов стеклопластика и/или керамопласта с включением в их состав металлических и минеральных частиц или нанесения на поверхность загрузки слоя соединений металла с помощью электроакустического метода напыления. Недостатком является сложность изготовления загрузки.
Известен способ биологической очистки бытовых, городских и производственных сточных вод от органических веществ, соединений азота и фосфора [пат. RU 2294899 от 10.03.2007 г], включающий подачу сточной воды в аэротенк, в анаэробной и аноксидной зонах которого размещают загрузку для иммобилизации микроорганизмов в виде блоков плоскостной загрузки, каждый из которых образован из вертикально расположенных чередующихся плоских и гофрированных листов высотой 0,5-5,0 м. Недостатком является сложность изготовления загрузки, необходимость гофрирования элементов.
Известно устройство для иммобилизации микроорганизмов при биологической очистке сточных вод [пат. RU 2369564 от 10.10.2009 г], включающее насадку, выполненную из полимерного материала в виде спирали, образующий элемент которой имеет профильное поперечное сечение, при этом верхняя часть насадки прикреплена к верхнему блоку, имеющему среднюю удельную плотность меньше, чем у сточной воды, а нижняя часть насадки прикреплена непосредственно к дну водоема или к нижнему блоку, имеющему среднюю удельную плотность больше, чем у сточной воды. Недостатком является конструктивная сложность элемента загрузки.
Известен биореактор для очистки воды [пат. RU 2377190 от 27.12.2009 г.], содержащий материал-носитель, предусматривающий возможность развития на нем биопленки, элемент материала-носителя выполнен в форме диска или шайбы и содержит окаймляющую секцию, имеющую увеличенную толщину, и среднюю секцию, имеющую уменьшенную толщину, причем на поверхности указанной средней секции имеются конические или пирамидальные выступы для увеличения площади роста биопленки. Недостатком является трудность изготовления элемента сложной геометрической формы.
Известна кассета носителя биомассы для очистки сточных вод [пат. RU 2420460 от 10.06.2011 г], включающая каркас с носителем прикрепленной микрофлоры в виде ершовых полимерных элементов. Известна комплектно-блочная модульная очистная станция [пат. RU 2343122 от 10.01.2009 г], включающая резервуары биологической очистки сточных вод с сообществами микроорганизмов, прикрепленных на волокнистой ершовой насадке.
Общим недостатком ершовых загрузок является сложность изготовления, трудность промывки и регенерации.
Известен волокнистый носитель для иммобилизованной биомассы [пат. RU 2297985 от 27.04.2007 г], включающий плетеный сердечник, состоящий из двух и более некорродирующих металлических проволок и двух синтетических нитей, и волокнистые элементы из полиамидных волокон различного диаметра и длины в виде радиальных отрезков, одновременно вплетаемых и закрепляемых между проволоками. Недостатком является сложность изготовления.
Известен материал-носитель биомассы для очистки сточных вод [пат. RU 2374369 от 27.11.2009 г], выполненный в виде нетканного материала, представляющего собой трехслойную структуру, два наружных слоя которой содержат полипропиленовые или смесь полипропиленовых и бикомпонентных волокон, внутренний слой содержит хемосорбционные волокна, представляющие собой неперерабатываемые текстильные отходы первичной обработки и чесания. Известна установка для биохимической очистки сточных вод [пат. RU 2448912 от 27.04.2012 г], включающая кассеты с закрепленными на них волокнистыми полимерными элементами для прикрепленной биомассы. Известен способ глубокой доочистки биохимически окисленных сточных вод [пат. RU 2297984 от 20.07.2008 г], включающий доочистку в трехступенчатом биореакторе, все ступени которого снабжены кассетами с волокнистым носителем для прикрепленной микрофлоры.
Общим недостатком волокнистых загрузок является трудность промывки и регенерации.
Известен способ биохимической очистки сточных вод [пат. RU 2448056 от 20.04.2012 г], включающий иммобилизацию активного ила на плавающей полимерной загрузке, поверхностный слой которой модифицируют полифункциональным катализатором при массовом соотношении минерального катализатора и полимера - 60:40 соответственно, гранулам придают сферическую форму диаметром 18-22 мм с шипообразными выступами по всей поверхности сферы высотой 3-4,5 мм. Недостатком является необходимость модификации поверхностного слоя загрузки и трудность получения сложной геометрической формы.
Известен зернистый материал-носитель для биотехнологических процессов [Пат. 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 является необходимость дополнительной обработки материала адсорбентом для получения необходимой структуры.
Известен биореактор [пат. RU 2374185 от 27.11.2009 г] для обработки загрязненных коммунально-бытовых или промышленных стоков, содержащий в качестве носителя биомассы вспененный материал, предпочтительно полиуретановую пену, покрытую каталитически активным слоем, например активированным углем или подобным материалом. Недостатком является необходимость покрытия материала каталитически активным слоем.
Известна композиция для получения носителя иммобилизованных микрорганизмов, расщепляющих углеводороды [пат. RU 2298033 от 27.04.2007 г], включающая целлюлозосодержащую основу, разбавитель, олифу и эмульгатор, причем в качестве целлюлозосодержащей основы используют отходы деревообработки или сельского хозяйства, выбранные из группы опилки, стружки, щепа, солома, кукурузные кочерыжки; эмульгатор выбран из группы поливиниловый спирт, карбоксиметилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза, метилцеллюлоза, пектин, желатина, биосурфактант, изопропиловый спирт, бутиловый спирт, а разбавитель выбран из группы уайт-спирит, петролейный эфир, серный эфир, 5-20%-ный водный диметилсульфоксид, вода. Известны также другие целлюлозосодержащие носители биомассы [пат. RU 2451077 от 20.05.2012 г. «Способ ферментативного гидролиза фосфорорганических соединений в почвогрунте», пат. RU 2298033 от 27.04.2007 «Композиция для получения носителя иммобилизованных микроорганизмов, расщепляющих углеводороды, и способ получения носителя»].
Носители биомассы, состоящие из целлюлозы, обладают высокой иммобилизационной способностью, но подвержены быстрому биоразложению в окружающей среде, поэтому использование полисахаридов в процессах биологической очистки сточных вод требует создания прочной и стабильной структуры материала, например, путем их включения в полиолефиновую матрицу [пат. RU 2605714 от 27.12.2016 «Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами»].
Известно также, что наполнение полиолефинов полисахаридами может сопровождаться образованием пористой структуры композита [пат. RU 2467036 от 20.11.2012 г. «Способ получения биоразлагаемого пенопласта»], что повышает иммобилизационную способность материала - носителя биомассы.
Таким образом, получение материала-носителя биомассы на основе полиолефинов и полисахаридов позволяет совместить механическую прочность и долговечность, присущую термопластам, и высокую иммобилизационную способность, присущую полисахаридам, создать развитую пористую структуру материала, при этом процесс получения можно провести в одну стадию без использования дополнительных модификаций состава, структуры или геометрической формы материала.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами [пат. RU 2605714 от 27.12.2016], включающий изготовление материала загрузки из полимерных веществ, содержащих органические добавки, где в качестве синтетического полимера используют стрейч-полиэтилен, а в качестве органической добавки используют отход рафинации растительных масел - отработанную микроцеллюлозу, загрузку готовят при следующем содержании компонентов, мас.%: 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.
Применение в качестве полиолефиновой матрицы полипропилена позволит сформировать более жесткую структуру композита, обеспечивающую сохранение формы загрузочного материала при получении и эксплуатации, а также позволит повысить прочностные показатели материала.
Известно, что наполнение термопластов природными полисахаридами ограничено высокой вязкостью смеси и термической нестабильностью наполнителя [Технологические аспекты получения полимерной композиции для биофильтра с улучшенными иммобилизационными свойствами. Студеникина Л.Н., Протасов А.В., Корчагин В.И., Шелкунова М.В. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2015. №1 (63). С. 150-153.], при достижении критических температур и сдвиговых напряжений наблюдается проявление нестабильного режима течения расплава через формующий элемент экструдера, а также изменение цвета и запаха продукта.
Значительно снизить термомеханическую деструкцию наполнителя возможно при сокращении времени пребывания полисахарида в цилиндре экструдера за счет подачи сырья в зону, расположенную непосредственно перед формующим элементом (головкой), и подборе оптимальных элементов шнека («кулачков»), при этом можно получить качественный продукт даже при повышении температуры переработки полиолефина до 220°С, что соответствует температуре переработки полипропилена.
Таким образом, техническая задача изобретения заключается в разработке способа получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод, позволяющего повысить способность материала к закреплению и удержанию биомассы микроорганизмов-деструкторов за счет создания развитой пористой поверхности и присутствия полисахаридов в составе материала, повышающих его адгезионные свойства и являющихся благоприятной средой для жизнедеятельности микрофлоры, также позволяющего повысить температуру переработки материала до 220°С, что обеспечит использование в качестве полиолефиновой матрицы полипропилена, способствующего упрочнению каркаса пористой загрузки и повышению прочности материала, при этом способ позволяет снизить термомеханическую деструкцию полисахарида за счет его подачи в зону, расположенную непосредственно перед формующим элементом, кроме того, техническая задача заключается в упрощении технологии получения пористого материала-носителя биомассы за счет проведения процесса в одну стадию и снижении себестоимости продукта.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в способе получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод, включающего изготовление материала из полимерных веществ, содержащих органические добавки, путем смешения с последующим экструдированием полученной смеси, новым является то, что в качестве синтетического полимера применяется полипропилен (ПП), в качестве органической добавки применяется полисахарид (ПС), выбранный из ряда: крахмал (К), микроцеллюлоза (МЦ), либо их смесь в любом соотношении, при этом соотношение компонентов ПП : ПС составляет (80÷60):(20÷40) мас. %, влажность полисахарида составляет 5÷15%; материал получают методом экструзии с использованием двухшнекового трехзонального экструдера с гранулирующей головкой, гранулы полипропилена подают в первую зону с температурой 210°C, оснащенную транспортирующими элементами шнека, в которой осуществляется процесс дозирования и транспортирования полипропилена, во второй зоне с температурой 220°C, оснащенной нагнетающими элементами шнека и элементами смешения, осуществляется процесс плавления и пластикации полипропилена, полисахарид (смесь полисахаридов) подают в третью зону с температурой 220°C, оснащенную последовательно транспортирующими элементами шнека, нагнетающими элементами шнека и элементами смешения; на выходе из экструдера материал вспенивается в результате мгновенного перепада давления и структурно-механических превращений полисахаридов за счет содержания в них сорбционной влаги; готовый продукт получают в виде гранул диаметром 10÷20 мм, плотностью 0,3÷0,7 г/см3 и пористостью 50÷70 %.
Ни фиг. 1 показана компоновка шнека элементами различной геометрии для переработки полипропилена, наполненного полисахаридом.
Технический результат изобретения заключается в разработке способа получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод, позволяющего повысить способность материала к закреплению и удержанию биомассы микроорганизмов-деструкторов за счет создания развитой пористой поверхности и присутствия полисахаридов в составе материала, повышающих его адгезионные свойства и являющихся благоприятной средой для жизнедеятельности микрофлоры, также позволяющего повысить температуру переработки материала до 220°С, что обеспечит использование в качестве полиолефиновой матрицы полипропилена, способствующего упрочнению каркаса пористой загрузки и повышению прочности материала, также позволяющего снизить термомеханическую деструкцию полисахарида за счет его подачи в зону, расположенную непосредственно перед формующим элементом, также в упрощении технологии получения пористого материала-носителя биомассы за счет проведения процесса в одну стадию и снижении себестоимости продукта.
В способе получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод применяются следующие материалы:
- полипропилен (ГОСТ 26996-86),
- крахмал кукурузный (ГОСТ 32159-2013),
- целлюлоза микрокристаллическая (целлюлоза Е-460).
Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод осуществляют следующим образом (фиг. 2). Изначально компонуют шнек экструдера функциональными элементами («кулачками»), как показано на фиг.1, задают температурные режимы переработки по зонам: I зона - 210°С, II зона - 220°С, III зона - 220°С, далее гранулы полипропилена (ПП) засыпают в бункер дозатора полипропилена, порошок полисахарида (ПС) с влажностью 5÷15 % засыпают в бункер дозатора полисахаридов, скорость дозирования ингредиентов устанавливают исходя из соотношения ПП : ПС равного (80÷60):(20÷40) мас. %, (скорость дозирования ингредиентов зависит от производительности экструдера, например, при производительности экструдера 10 кг/мин, скорость подачи ПП составит 6÷8 кг/мин, скорость подачи ПС составит 2÷4 кг/мин), далее проводят процесс экструзии с получением вспененных стренг, которые измельчаются вращающимся ножом с воздушным охлаждением, и получают готовый материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод в виде гранул диаметром 10÷20 мм.
Гранулы материала-носителя биомассы подвергают иммобилизации микрофлорой, например активным илом, и используют при биологической очистке сточных вод.
Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод поясняется следующими примерами:
Пример 1 (прототип)
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.
В емкость с суспензией активного ила помещают полученные гранулы загрузки биофильтра на 2 суток. Затем в биофильтр помещают загрузку с иммобилизованным активным илом насыпью, и через слой загрузки пропускают сточную воду с pH 6,5, содержащую 10 мг/л СПАВ, при этом осуществляют аэрацию внутри биофильтра воздухом со скоростью 10 м3/м2·ч. Температура очистки составляет 25°C. Через 5 часов очищенную воду сливают в отстойник, где в течение 2 часов вода отстаивается от избыточного ила. Загрузка извлекается из биофильтра и исследуется на сухой остаток биомассы. Очищенная вода исследуется на остаточное содержание СПАВ.
Пример 2.
Производительность экструдера составляет 10 кг/мин. Компонуют шнек экструдера, как показано на рис.1. Устанавливают температуру по зонам: I зона - 210°С, II зона - 220°С, III зона - 220°С
В дозаторы ПП и ПС засыпают полипропилен и крахмал соответственно. Влажность крахмала составляет 5,0 %. В дозаторе полипропилена устанавливают скорость подачи полипропилена 8 кг/мин (80 мас.%), в дозаторе полисахарида устанавливают скорость подачи декстрина 2 кг/мин (20 мас.%), проводят процесс экструзии с получением стренг, стренги измельчают вращающимся ножом с воздушным охлаждением, конечный продукт получают в виде вспененных гранул.
Определяют плотность и пористость полученного материала-носителя биомассы. Результаты определений представлены в таблице 1.
Далее проводят иммобилизацию активного ила на полученных гранулах материала-носителя биомассы. Для этого в емкость с активным илом помещают материал-носитель биомассы и периодически перемешивают, через 12 часов материал-носитель с иммобилизованной биомассой извлекается и исследуется на сухой остаток биомассы. Результаты исследований представлены в таблице 1.
Далее в биофильтр помещают материал-носитель с иммобилизованным активным илом, и проводят очистку модельных сточных вод, загрязненных поверхностно-активными веществами, по ГОСТ Р 50595-93.
Очищенная вода исследуется на остаточное содержание ПАВ. Данные анализа представлены в таблице 1.
Пример 3. Получают материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод аналогично примеру 1, но влажность крахмала составляет 15 %.
Пример 4. Получают материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод аналогично примеру 1, но содержание крахмала составляет 30 мас. %, влажность крахмала составляет 5%.
Пример 5. Получают материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод аналогично примеру 1, но содержание крахмала составляет 30 мас. %, влажность крахмала составляет 15%.
Пример 6. Получают материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод аналогично примеру 1, но содержание крахмала составляет 40 мас. %, влажность крахмала составляет 5%.
Пример 7. Получают материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод аналогично примеру 1, но содержание крахмала составляет 40 мас. %, влажность крахмала составляет 15%.
Пример 8. Получают материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод аналогично примеру 1, но в качестве полисахарида используют микроцеллюлозу, содержание микроцеллюлозы составляет 20 мас. %, влажность микроцеллюлозы составляет 5%.
Пример 9. Получают материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод аналогично примеру 1, но в качестве полисахарида используют микроцеллюлозу, содержание микроцеллюлозы составляет 20 мас. %, влажность микроцеллюлозы составляет 15%.
Пример 10. Получают материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод аналогично примеру 1, но в качестве полисахарида используют микроцеллюлозу, содержание микроцеллюлозы составляет 30 мас. %, влажность микроцеллюлозы составляет 5%.
Пример 11. Получают материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод аналогично примеру 1, но в качестве полисахарида используют микроцеллюлозу, содержание микроцеллюлозы составляет 30 мас. %, влажность микроцеллюлозы составляет 15%.
Пример 12. Получают материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод аналогично примеру 1, но в качестве полисахарида используют микроцеллюлозу, содержание микроцеллюлозы составляет 40 мас. %, влажность микроцеллюлозы составляет 5%.
Пример 13. Получают материал-носитель биомассы для биологической очистки сточных вод аналогично примеру 1, но в качестве полисахарида используют микроцеллюлозу, содержание микроцеллюлозы составляет 40 мас. %, влажность микроцеллюлозы составляет 15%.
Figure 00000001
Figure 00000002
Как видно из таблицы 1, при повышении содержания полисахарида в составе материала-носителя биомассы, а также при повышении влажности полисахарида, увеличивается пористость и снижается плотность материала, при этом повышается иммобилизационая способность носителя биомассы, и, как следствие, увеличивается эффективность очистки сточных вод.
Соотношение компонентов ПП: ПС, равное (80÷60):(20 г÷40) мас. %, лимитируется несколькими факторами. При содержании полисахарида в композиции менее 20 мас. % наблюдается снижение коэффициента вспенивания композиций, что связано с общим уменьшением влаги и продуктов термодеструкции полисахарида в композиции, которые являются порообразователями, кроме того, снижается иммобилизационная способность материала-носителя биомассы. При содержании полисахаридов в композиции более 60 мас. % происходит снижение прочностных характеристик материала и увеличение риска преждевременной деструкции за счет уменьшения процентного содержания синтетической полимерной матрицы, обеспечивающей прочность и долговечность композиции.
Использование способа получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод свойствами позволяет:
- повысить способность материала к закреплению и удержанию биомассы микроорганизмов-деструкторов за счет создания развитой пористой поверхности и присутствия полисахаридов, повышающих адгезионные свойства материала и являющихся благоприятной средой для жизнедеятельности микрофлоры,
- повысить температуру переработки материала до 220°С, что позволит использовать в качестве полиолефиновой матрицы полипропилен, и при этом снизить термомеханическую деструкцию полисахарида за счет его подачи в зону, расположенную непосредственно перед формующим элементом,
- упростить технологию получения пористого материала-носителя биомассы за счет проведения процесса в одну стадию,
- снизить себестоимость продукта за счет отсутствия дополнительных модификаций состава, структуры или геометрической формы материала.

Claims (1)

  1. Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод, включающий изготовление материала из полимерных веществ, содержащих органические добавки, путем смешения с последующим экструдированием полученной смеси, отличающийся тем, что в качестве синтетического полимера применяется полипропилен (ПП), в качестве органической добавки применяется полисахарид (ПС), выбранный из ряда: крахмал (К), микроцеллюлоза (МЦ), либо их смесь в любом соотношении, при этом соотношение компонентов ПП:ПС составляет (80-60):(20-40) мас.%, влажность полисахарида составляет 5-15 %; материал получают методом экструзии с использованием двухшнекового трехзонального экструдера с гранулирующей головкой, гранулы полипропилена подают в первую зону с температурой 210°C, оснащенную транспортирующими элементами шнека, в которой осуществляется процесс дозирования и транспортирования полипропилена, во второй зоне с температурой 220°C, оснащенной нагнетающими элементами шнека и элементами смешения, осуществляется процесс плавления и пластикации полипропилена, полисахарид (смесь полисахаридов) подают в третью зону с температурой 220°C, оснащенную последовательно транспортирующими элементами шнека, нагнетающими элементами шнека и элементами смешения; на выходе из экструдера материал вспенивается в результате мгновенного перепада давления и структурно-механических превращений полисахаридов за счет содержания в них сорбционной влаги; готовый продукт получают в виде гранул диаметром 10-20 мм, плотностью 0,3-0,7 г/см3 и пористостью 50-70 %.
RU2018113477A 2018-04-13 2018-04-13 Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод RU2682532C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018113477A RU2682532C1 (ru) 2018-04-13 2018-04-13 Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018113477A RU2682532C1 (ru) 2018-04-13 2018-04-13 Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682532C1 true RU2682532C1 (ru) 2019-03-19

Family

ID=65805854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018113477A RU2682532C1 (ru) 2018-04-13 2018-04-13 Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682532C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112441659A (zh) * 2019-08-30 2021-03-05 湖南大学 一种利用多级介孔生物炭材料激活过硫酸盐降解处理有机污染物的方法
CN114162958A (zh) * 2021-11-25 2022-03-11 海口永祺环保设备技术有限公司 一种高效生物挂膜材料及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5595893A (en) * 1992-06-19 1997-01-21 Iowa State University Research Foundation, Inc. Immobilization of microorganisms on a support made of synthetic polymer and plant material
KR20030066568A (ko) * 2003-07-25 2003-08-09 김선집 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머 및 이들을 주 원료로 하는 폐기물을 이용한 미생물의 강제 고정방법 및 강제 고정된 바이오비드 혹은 바이오실을 이용한 하수, 산업폐수, 축산폐수 및 침출수 처리용 생물학적 처리시스템
RU2226181C1 (ru) * 2002-10-28 2004-03-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт нетканых материалов" Материал-носитель биомассы для обработки воды, преимущественно сточных вод
RU2259960C1 (ru) * 2003-12-25 2005-09-10 Общество С Ограниченной Ответственностью Предприятие Материально-Технического Снабжения "Спецснаб" (Ооо Пмтс "Спецснаб") Насадка для иммобилизации микроорганизмов при биологической очистке сточных вод и способ ее изготовления
CN103124699A (zh) * 2010-10-27 2013-05-29 北京大学 用于处理废物的处理系统和方法
RU2533814C1 (ru) * 2013-10-08 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук Материал-носитель биомассы для фильтрации нефтезагрязненных сточных вод
RU2605714C1 (ru) * 2015-06-26 2016-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ"). Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5595893A (en) * 1992-06-19 1997-01-21 Iowa State University Research Foundation, Inc. Immobilization of microorganisms on a support made of synthetic polymer and plant material
RU2226181C1 (ru) * 2002-10-28 2004-03-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт нетканых материалов" Материал-носитель биомассы для обработки воды, преимущественно сточных вод
KR20030066568A (ko) * 2003-07-25 2003-08-09 김선집 셀롤로즈아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리에칠렌글리콜 등의 폴리머 및 이들을 주 원료로 하는 폐기물을 이용한 미생물의 강제 고정방법 및 강제 고정된 바이오비드 혹은 바이오실을 이용한 하수, 산업폐수, 축산폐수 및 침출수 처리용 생물학적 처리시스템
RU2259960C1 (ru) * 2003-12-25 2005-09-10 Общество С Ограниченной Ответственностью Предприятие Материально-Технического Снабжения "Спецснаб" (Ооо Пмтс "Спецснаб") Насадка для иммобилизации микроорганизмов при биологической очистке сточных вод и способ ее изготовления
CN103124699A (zh) * 2010-10-27 2013-05-29 北京大学 用于处理废物的处理系统和方法
RU2533814C1 (ru) * 2013-10-08 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук Материал-носитель биомассы для фильтрации нефтезагрязненных сточных вод
RU2605714C1 (ru) * 2015-06-26 2016-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ"). Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112441659A (zh) * 2019-08-30 2021-03-05 湖南大学 一种利用多级介孔生物炭材料激活过硫酸盐降解处理有机污染物的方法
CN112441659B (zh) * 2019-08-30 2022-03-22 湖南大学 一种利用多级介孔生物炭材料激活过硫酸盐降解处理有机污染物的方法
CN114162958A (zh) * 2021-11-25 2022-03-11 海口永祺环保设备技术有限公司 一种高效生物挂膜材料及其制备方法
CN114162958B (zh) * 2021-11-25 2023-09-15 海口永祺环保设备技术有限公司 一种高效生物挂膜材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6007712A (en) Waste water treatment apparatus
JP5949554B2 (ja) 嫌気性処理方法
RU2682532C1 (ru) Способ получения материала-носителя биомассы для биологической очистки сточных вод
CN101333033B (zh) 生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料及其制备方法
WO2012070459A1 (ja) 嫌気性処理方法及び装置
CN101439905A (zh) 发泡挤出成型热塑性复合材料废水生物处理用填料
CN110902821A (zh) 适于高浓度硝氮污水反硝化的固体碳源及其制备方法
CN1868919A (zh) 一种悬浮微生物载体及其制备方法
CN102190368A (zh) 一种添加凹凸棒石的聚氨酯多孔悬浮载体
EP0793622B1 (en) A carrier medium to retain a biofilm for cleaning waste water and a process for the production of this carrier medium
JPWO2014156216A1 (ja) 嫌気性処理方法
CN103274519B (zh) 洋槐颗粒/聚乙烯醇缩甲醛复合填料及其制备方法
JP3977775B2 (ja) 微生物担体
JP2003055562A (ja) 押出成形体およびその製造方法
CZ289614B6 (cs) Plovoucí vířitelný nosný materiál pro biotechnologické procesy
WO1999048823A1 (de) Aufwuchskörper zur immobilisierung von mikroorganismen
JP5691439B2 (ja) 嫌気性処理方法及び装置
RU2605714C1 (ru) Способ получения загрузки биофильтра с иммобилизационными свойствами
JP2005021831A (ja) 微生物繁殖用担持体およびその使用方法
CN108047427A (zh) 一种硅藻土/聚氨酯复合材料
KR100598081B1 (ko) 미생물 담지용 다공성 담체의 제조방법
KR100344914B1 (ko) 폭기조 내에서 미생물활착을 위한 영양공급이 가능한 정화용여재의 제조방법
KR100431542B1 (ko) 오염처리용 담체 제조장치 및 그 제조방법과 이에 의해제조된 담체
KR20040078398A (ko) 오·폐수 고도 처리용 판접촉재와 그 제조방법
WO2024121585A1 (en) Biodegradable carrier for methanization and/or methanation reaction and method for manufacturing

Legal Events

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

Effective date: 20200414