申请日2015.05.15
公开(公告)日2015.09.16
IPC分类号C02F3/02; C02F3/34
摘要
本发明提出了一种用于废水处理的改性的生物载体，所用原料及重量百分比分别是基础料：高密度聚乙烯为90～95%;辅料：滑石粉为0.2～1%;改性功能料：矿渣粉为1～3%、三氧化二铁为0.5～1.5%、焦炭为0.5～3%、阳离子聚丙烯酰胺或聚季铵盐-10为1～3%。本发明所提供的用于废水处理的改性的生物载体密度在0.93～1.05g/cm3;表面粗糙、比表面积大，在水中能防止载体外表面附着的微生物膜因载体间摩擦而脱落;混有带正电的功能料，能增强与水中带有负电荷微生物的亲和性，缩短了挂膜周期;含有生物酶的增强性成分，能显著提高污水中污染物的分解能力;载体的使用寿命30年以上，无需更换和维护。
权利要求书
1.一种用于废水处理的改性的生物载体，其特征在于：该用于废水处理的改性的生物载 体是由如下重量百分比的组分组成，其中基础料：高密度聚乙烯为90～95%;辅料：滑石粉 为0.2～1%;改性功能料：矿渣粉为1～3%、三氧化二铁为0.5～1.5%、焦炭为0.5～3%、阳 离子聚丙烯酰胺或聚季铵盐-10为1～3%。
2.根据权利要求1所述的用于废水处理的改性的生物载体，其特征在于：该用于废水处 理的改性的生物载体的密度为0.93～1.05g/cm3。
3.根据权利要求1所述的用于废水处理的改性的生物载体，其特征在于：该用于废水处 理的改性的生物载体表面Zeta电位为+25～31mv。
说明书
一种用于废水处理的改性的生物载体
技术领域
本发明涉及一种用于废水处理的生物载体，特别涉及一种用于废水处理的改性的生物载 体。
背景技术
生物膜移动床法因其具有运行稳定、抗高负荷冲击、经济节能等优点被广泛应用在污水 处理工艺中。而生物膜移动床法的核心技术是生物膜载体，生物膜载体的特性决定了移动床 生物膜法处理工艺的效率。但是，目前生产的生物膜载体大多采用聚乙烯、聚丙烯等高分子 树脂材料直接制成，因此，所生产的生物载体生物亲和性差、载体外表面生物膜易脱落、氨 氮的去除率低。
高密度聚乙烯具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高刚性和韧性，机 械强度好。最近，公开号为CN1762851A、CN101066800A及公布号为CN102887591A的专利公 开了用高密度聚乙烯材料为基础料，添加改性功能料制备生物载体，所制得的生物载体虽然 具有粗糙度和比表面积大、使用寿命长等优点，但也存在着生物载体挂膜所需时间长、载体 外表面不易挂膜等不足。
本发明的目的是提供一种具有表面生物亲和性、抗冲击强度和拉伸强度高、载体外表面 生物膜不易脱落、挂膜所需时间短，同时能提高市政污水、工业废水和水产养殖水中污染物 去除率的表面改性的生物载体。
发明内容
本发明的用于废水处理的改性的生物载体包括基础料、改性功能料和辅料。其中基础料 为高密度聚乙烯，重量百分比为90～95%;辅料为滑石粉，重量百分比为0.2～1%。
上述改性功能料是矿渣粉、三氧化二铁、焦炭、阳离子聚丙烯酰胺或聚季铵盐-10的混 合料，各改性功能料的重量百分比分别是矿渣粉为1～3%、三氧化二铁为0.5～1.5%、焦炭为 0.5～3%、阳离子聚丙烯酰胺或聚季铵盐-10为1～3%。
本发明的用于废水处理的改性的生物载体的制备方法为：
①按照上述重量百分比称取基础料、辅料和改性功能料，将其进行均匀混合。
②将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。
③将混合后的基础料、辅料和改性功能料送入挤出机筒内，随着挤出机螺杆的转动原料 被强制推向机头方向。
④从机头模具口挤出具有一定形状的产品，经定径、冷却定塑、切割定型即可得到灰黑
色内部为十字支撑架的圆柱体，最好柱面的横截面积为齿形。
本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体的密度为0.93～1.05g/cm3，优选的密度为 0.97g/cm3;
本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体投加到市政污水好氧生物处理系统中，挂 膜所需时间为4～7天。
本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体进行固体表面Zeta电位测试实验，电解液 呈中性时，该用于废水处理的改性的生物载体表面Zeta电位为+25～31mv。
本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体投加到市政污水好氧生物处理系统中，其 中BOD容积负荷1.5kg/m3*d、COD容积负荷3kg/m3*d、氨氮容积负荷0.3kg/m3*d、总氮容积 负荷0.8kg/m3*d、总磷容积负荷0.12kg/m3*d的条件下，BOD去除率为93～95%、COD去除率 为90～93%、氨氮去除率为99%以上、总氮去除率为80～83%、总磷去除率为80～85%;该用 于废水处理的改性的生物载体外表面生物膜的厚度为10～40μm，内表面膜的厚度为200～ 400μm。
本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体投加到水产养殖水好氧生物处理系统中， 其中进水COD容积负荷0.05kg/m3*d，氨氮容积负荷0.005kg/m3*d的条件下，COD的去除率为 60～75%，氨氮的去除率为98%以上。
本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体投加到工业废水好氧生物处理系统中，其 中进水COD容积负荷2.5kg/m3*d，苯酚容积负荷1.0kg/m3*d的条件下，苯酚的去除率为99% 以上，COD的去除率为96%以上。
本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体投入敞口反应器内，打开曝气泵，对容器 进行曝气，溶解氧控制在2～5mg/L之间，水温20℃，维持10min，均匀投加12g氯化铵固体 粉末，混合均匀后开始计时;分别在0min、15min、30min、60min、75min、90min、105min、 120min取样测定氨氮浓度。根据测定结果绘制氨氮消耗量与时间变化曲线，曲线斜率绝对值 与生物载体表面积的比值即为生物载体的硝化速率，硝化速率为0.5～1.0gNH3-N/m2·d。
本发明的效果在于：
①本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体带有不同程度的正电荷。由于微生物带 有负电荷，使得本发明所述的生物载体具有良好的生物亲和性，缩短了挂膜周期，增 加了生物载体表面微生物量。
②本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体含有生物酶的增强性成分，促进生物酶 的催化作用，附着的生物活性高，新陈代谢快，能显著提高水中污染物的分解能力。
③本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体表面粗糙、比表面积大、抗冲击性强， 在水中能防止载体外表面附着的微生物膜因载体间摩擦而脱落。
④本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体的密度在0.93～1.05g/cm3，挂膜后生 物载体在水中轻微的搅动就可以均匀流化，大大降低了能耗。
⑤本发明所述的用于废水处理的改性的生物载体在高容积负荷下，具有高效的除磷脱氮 功能。
⑥发明所述的用于废水处理的改性的生物载体含有抗紫外线成分，使用寿命30年以上， 无需更换、无需维护。
具体实施方式
实施例子1
取细度在100目以上的阳离子聚丙烯酰胺2kg、三氧化二铁0.8kg、焦炭2.2kg、矿渣粉 2.2kg、滑石粉0.8kg混合，再加入高密度聚乙烯72kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出 机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的 改性的生物载体，其密度为0.98g/cm3。
对本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体进行固体表面Zeta电位测试实验， 测试结果表明：电解液呈中性时，该用于废水处理的改性的生物载体表面Zeta电位为+25mv。
实施例子2
取细度在100目以上的聚季铵盐-10为2kg、三氧化二铁0.8kg、焦炭2.2kg、矿渣粉2.2kg、 滑石粉0.8kg混合，再加入高密度聚乙烯72kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出机升温， 机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的改性的生 物载体，其密度为0.97g/cm3。
对本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体进行固体表面Zeta电位测试实验， 测试结果表明：电解液呈中性时，该用于废水处理的改性的生物载体表面Zeta电位为+30mv。
实施例子3
取细度在100目以上的阳离子聚丙烯酰胺2kg、三氧化二铁0.8kg、焦炭2.2kg、矿渣粉 2.2kg、滑石粉0.8kg混合，再加入高密度聚乙烯72kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出 机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的 改性的生物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体和纯高密度聚乙烯直接制得的生物 载体分别投加到市政污水好氧生物处理系统中，纯高密度聚乙烯直接制得的生物载体挂膜所 需时间为45天，本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体挂膜所需时间为6天。挂 膜所需时间缩短了39天，说明本发明所制得的改性的生物载体具有很好的挂膜性能。
实施例子4
取细度在100目以上的聚季铵盐-10为2kg、三氧化二铁0.8kg、焦炭2.2kg、矿渣粉2.2kg、 滑石粉0.8kg混合，再加入高密度聚乙烯72kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出机升温， 机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的改性的生 物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体和纯高密度聚乙烯直接制得的生物 载体分别投加到市政污水好氧生物处理系统中，纯高密度聚乙烯直接制得的生物载体挂膜所 需时间为45天，本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体挂膜所需时间为7天。挂 膜所需时间缩短了38天，说明本发明所制得的改性的生物载体具有很好的挂膜性能。
实施例子5
取细度在100目以上的阳离子聚丙烯酰胺2kg、三氧化二铁1kg、焦炭1.5kg、矿渣粉1kg、 滑石粉0.5kg混合，再加入高密度聚乙烯74kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出机升温， 机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的改性的生 物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体投入市政污水好氧生物处理系统中 进行生物膜厚度的测定，其中BOD容积负荷1.5kg/m3*d，COD容积负荷3kg/m3*d，氨氮容积 负荷0.3kg/m3*d，总氮容积负荷0.8kg/m3*d，总磷容积负荷0.12kg/m3*d。用不低于100倍直 接显微镜法测得该用于废水处理的改性的生物载体外表面生物膜的厚度为35μm、内表面膜 的厚度为370μm。COD去除率为92%，BOD去除率为95%，氨氮去除率为99%，总氮去除率为 83%，总磷去除率为82%。
实施例子6
取细度在100目以上的聚季铵盐-10为2kg、三氧化二铁1kg、焦炭1.5kg、矿渣粉1kg、 滑石粉0.5kg混合，再加入高密度聚乙烯74kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出机升温， 机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的改性的生 物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体投入市政污水好氧生物处理系统中 进行生物膜厚度的测定，其中BOD容积负荷1.5kg/m3*d，COD容积负荷3kg/m3*d，氨氮容积 负荷0.3kg/m3*d，总氮容积负荷0.8kg/m3*d，总磷容积负荷0.12kg/m3*d。用不低于100倍直 接显微镜法测得该用于废水处理的改性的生物载体外表面生物膜的厚度为32μm、内表面膜 的厚度为390μm。COD去除率为93%，BOD去除率为93%，氨氮去除率为99%，总氮去除率为 82%，总磷去除率为83%。
实施例子7
取细度在100目以上的聚季铵盐-10为1kg、三氧化二铁1kg、焦炭1kg、矿渣粉0.8kg、 滑石粉0.2kg混合，再加入高密度聚乙烯76kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出机升温， 机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的改性的生 物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体投入市政污水好氧生物处理系统中 进行生物膜厚度的测定，其中BOD容积负荷1.5kg/m3*d，COD容积负荷3kg/m3*d，氨氮容积 负荷0.3kg/m3*d，总氮容积负荷0.8kg/m3*d，总磷容积负荷0.12kg/m3*d。用不低于100倍直 接显微镜法测得该用于废水处理的改性的生物载体外表面生物膜的厚度为15μm、内表面膜 的厚度为230μm。COD去除率为92%，BOD去除率为93%，氨氮去除率为99%，总氮去除率为 81%，总磷去除率为81%。
实施例子8
取细度在100目以上的阳离子聚丙烯酰胺1kg、三氧化二铁1kg、焦炭1kg、矿渣粉0.8kg、 滑石粉0.2kg混合，再加入高密度聚乙烯76kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出机升温， 机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的改性的生 物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体投入市政污水好氧生物处理系统中 进行生物膜厚度的测定，其中BOD容积负荷1.5kg/m3*d，COD容积负荷3kg/m3*d，氨氮容积 负荷0.3kg/m3*d，总氮容积负荷0.8kg/m3*d，总磷容积负荷0.12kg/m3*d。用不低于100倍直 接显微镜法测得该用于废水处理的改性的生物载体外表面生物膜的厚度为18μm、内表面膜 的厚度为220μm。COD去除率为90%，BOD去除率为94%，氨氮去除率为99%，总氮去除率为 82%，总磷去除率为82%。
实施例子9
取细度在100目以上的阳离子聚丙烯酰胺1kg、三氧化二铁1kg、焦炭1kg、矿渣粉0.8kg、 滑石粉0.2kg混合，再加入高密度聚乙烯76kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出机升温， 机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的改性的生 物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体投加到工业废水好氧生物处理系统 中，其中进水COD容积负荷2.5kg/m3*d，苯酚容积负荷1.0kg/m3*d的条件下，COD的去除率 为98%，苯酚的去除率为99%。
实施例子10
取细度在100目以上的聚季铵盐-10为1kg、三氧化二铁1kg、焦炭1kg、矿渣粉0.8kg、 滑石粉0.2kg混合，再加入高密度聚乙烯76kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出机升温， 机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的改性的生 物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的改性的生物载体投加到水产养殖水好氧生物处理系 统中，其中进水COD容积负荷0.05kg/m3*d，氨氮容积负荷0.005kg/m3*d的条件下，COD的去 除率为71%，氨氮的去除率为98%。
实施例子11
取细度在100目以上的阳离子聚丙烯酰胺1kg、三氧化二铁1kg、焦炭1kg、矿渣粉0.8kg、 滑石粉0.2kg混合，再加入高密度聚乙烯76kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出机升温， 机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的改性的生 物载体。
将本实施例制备的用于废水处理的改性的生物载体投入敞口反应器内，打开曝气泵，对 容器进行曝气，溶解氧控制在2～5mg/L之间，水温20℃，维持10min，均匀投加12g氯化铵固 体粉末，混合均匀后开始计时;分别在0min、15min、30min、60min、75min、90min、105min、 120min取样测定氨氮浓度。根据测定结果绘制氨氮消耗量与时间变化曲线，曲线斜率绝对值 与生物载体表面积的比值即为生物载体的硝化速率，测得硝化速率为0.8gNH3-N/m2·d。
实施例子12
取细度在100目以上的聚季铵盐-10为1kg、三氧化二铁1kg、焦炭1kg、矿渣粉0.8kg、 滑石粉0.2kg混合，再加入高密度聚乙烯76kg，混合均匀后送入挤出桶内，将挤出机升温， 机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水处理的改性的生 物载体。
将本实施例制备的用于废水处理的改性的生物载体投入敞口反应器内，打开曝气泵，对 容器进行曝气，溶解氧控制在2～5mg/L之间，水温20℃，维持10min，均匀投加12g氯化铵固 体粉末，混合均匀后开始计时;分别在0min、15min、30min、60min、75min、90min、105min、 120min取样测定氨氮浓度。根据测定结果绘制氨氮消耗量与时间变化曲线，曲线斜率绝对值 与生物载体表面积的比值即为生物载体的硝化速率，测得硝化速率为0.83gNH3-N/m2·d。
