申请日2012.08.06
公开(公告)日2012.12.26
IPC分类号C02F3/10
摘要
本发明公开了一种处理高浓度难降解废水的活性生物填料及其制备方法。该活性生物填料包括酶促活性调节剂3~18重量份，高分子聚合物80~96.5重量份，加工改性剂0.5~2重量份。该活性生物填料通过如下步骤制备得到：称取配方量的各原料，加入搅拌机充分混匀;将混合好的物料投加到成型生产线，调节温度至135~215℃，使得物料软化、经模具挤出成型得半成品;半成品经过依次经真空定型套定型和进入水冷却槽冷却至完全定型后，在履带式牵引机的牵引下，切割成型。本发明通过调整活性生物填料无机活性因子的组成及各组分的含量，有针对性地强化填料表面生物膜微生物降解特定污染物的能力，改善反应器出水水质。
权利要求书
1.一种处理高浓度难降解废水的活性生物填料，其特征在于包含：
酶促活性调节剂 3~18重量份，
高分子聚合物 80 ~95重量份，
加工改性剂 0.5~2重量份;
其中，所述的酶促活性调节剂为含有无机活性因子的化合物，所述的无机活性因子选自Fe2+、Cu2+、Mn2+、Ca2+或Zn2+中的一种或多种;所述的高分子聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物及聚酯中的一种或者一种以上的混合物;所述的加工改性剂为硬脂酸和/或硬脂酸盐。
2.根据权利要求1所述的处理高浓度难降解废水的活性生物填料，其特征在于所述的酶促活性调节剂含有Fe2+、Cu2+、Mn2+、Ca2+或Zn2+的氯盐或溴盐中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的处理高浓度难降解废水的活性生物填料，其特征在于所述的聚丙烯为挤出级聚丙烯均聚物、无规共聚物或嵌段共聚物，熔体指数为0.5~4g/10min;所述的聚乙烯为挤出级低密度聚乙烯，挤出级线性低密度聚乙烯或挤出级高密度聚乙烯，熔体指数为0.5~4g/10min;所述的聚氯乙烯为通用软PVC;所述的聚苯乙烯为挤出级PS;所述的聚酯为挤出级聚对苯二甲酸乙二酯。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的处理高浓度难降解废水的活性生物填料，其特征在于所述的活性生物填料通过如下方法制备得到：
称取配方量的酶促活性调节剂、加工改性剂及高分子聚合物，加入搅拌机充分混匀;
将混合好的物料投加到成型生产线，调节温度至135~215℃，使得物料软化、经模具挤出成型得半成品;
半成品经过依次经真空定型套定型和进入水冷却槽冷却至完全定型后，在履带式牵引机的牵引下，切割成型。
5.权利要求1~4中任一项所述的处理高浓度难降解废水的活性生物填料的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
称取配方量的酶促活性调节剂、加工改性剂及高分子聚合物，加入搅拌机充分混匀;
将混合好的物料投加到成型生产线，调节温度至135~215℃，使得物料软化、经模具挤出成型得半成品;
半成品经过依次经真空定型套定型和进入水冷却槽冷却至完全定型后，在履带式牵引机的牵引下，切割成型。
6.权利要求1所述的活性生物填料在处理高浓度难降解废水中的应用。
说明书
一种处理高浓度难降解废水的活性生物填料及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理领域，涉及一种处理高浓度难降解废水的活性生物填料及其制备方法。
背景技术
高浓度难降解有机废水的处理，是目前国内外污水处理界公认的难题。对于这类废水，目前国内外研究较多的有焦化废水、制药废水、石化/油类废水、纺织/印染废水、化工废水、油漆废水等行业性废水。(赵月龙，祁佩时，杨云龙.高浓度难降解有机废水处理技术综述，四川环境，2006,4(25):98-103)
高浓度难降解有机废水的治理作为环保领域的重要课题已受到全球范围的重视。当前，移动床生物膜反应器技术被认为是处理高浓度难降解有机废水应用前景最好的方法之一。移动床生物膜反应器是在20世纪90年代中期得到开发和应用的，它是吸收了传统的流化床和生物接触氧化法两者的优点而成的一种高效的污水处理方法，其核心部分就是以比重接近水的悬浮填料(又称载体)直接投加到曝气池中作为微生物的活性载体，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用处于流化状态，它是悬浮生长的活性污泥法和附着生长的生物膜法相结合的一种工艺。但传统悬浮填料的移动床生物膜反应器对许多有机化合物作用不大，如对微生物有毒害作用、对微生物降解有抑制作用，影响填料表面微生物对有机物的降解，从而影响高浓度难降解有机废水的综合处理效果，难以满足废水达标排放的要求。
中国发明专利CN1206173C公布了“一种生物处理用的活性微生物载体”。它含有橡胶粉、比重调节剂、粘合剂、活性填充剂四类成分，其中活性填充剂可以选择微生物干粉、活性污泥干燥粉碎物。该发明填料活性填充剂选择微生物干粉、活性污泥干燥粉碎物适应的水质不具有广泛性，在处理特定废水的时候要经历漫长的驯化期;当水质条件恶劣时，甚至有脱膜的危险。
中国发明专利CN101113052A公布了“改性悬浮填料”。该发明为改性聚乙烯材料或改性聚丙烯材料制成，所述改性聚乙烯材料由重量百分比为80%～95wt%的聚乙烯、重量百分比为0.2wt%～15wt%的碳黑、重量百分比为0.5wt%～15wt%的铁盐、重量百分比为0.01wt%～8wt%镁盐和重量百分比为0.3wt%～3wt%的抗氧化剂制成。该发明的目的是为了解决以往污水处理池中使用的填料表面硝化菌附着能力差的问题，无法全面适应高效处理高浓度难降解废水的要求。
中国发明专利CN1314600C公布了“一种改性微生物填料”，它是由如下重量份数的原料组成的：高密度聚乙烯66.2wt%～91.7wt%、再生胶粉5wt%～15wt%、轻质碳酸钙2wt%～10wt%、马来酸酐1wt%～6wt%、过氧化二异丙苯0.1wt%～0.8wt%、甲壳素0.2wt%～2wt%、炭黑0～0.2wt%。该发明使用的酶促进剂-甲壳素不溶于水，不利于填料亲水性的提高，并且甲壳素易被微生物降解，影响到填料的强度。
中国发明专利CN101767865A公布了“一种用于污水处理的填料及其制备方法”，目的在于解决现有的生物载体附载生物量低、活性差的问题。该发明填料所用微生物生长促进剂为电气石;电气石是多元素的天然矿物，主要成分有镁，铝，铁，硼等10多种微量元素，可以对微生物的生长起到促进作用，但是存在不能根据不同水质情况调节微量元素比例和种类的不足。该发明填料所用微生物活性激活剂为微量元素铁，成分单一，无法与微生物膜丰富的微生物种群相适应。
现有生物填料材质研究还存在如下不足之处：向填料中添加微生物/酶活性促进剂时没有考虑污水中微生物的不同种类，添加的促进剂单一;没有根据废水水质的不同，对微生物/酶活性促进剂的组成及比例进行相应的调整，以达到激活并促进特定微生物/酶活性的目的。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种处理高浓度难降解废水的活性生物填料。
本发明的另一目的是提供该活性生物填料的制备方法。
一种处理高浓度难降解废水的活性生物填料，其特征在于包含：
酶促活性调节剂 3~18重量份，
高分子聚合物 80~96.5重量份，
加工改性剂 0.5~2重量份;
其中，所述的酶促活性调节剂为含有无机活性因子的化合物，所述的无机活性因子选自Fe2+、Cu2+、Mn2+、Ca2+或Zn2+中的一种或多种;所述的高分子聚合物为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)及聚酯(PET)中的一种或者一种以上的混合物;所述的加工改性剂为硬脂酸和/或硬脂酸盐。
所述的酶促活性调节剂优选含有Fe2+、Cu2+、Mn2+、Ca2+或Zn2+的氯盐或溴盐中的一种或多种。
所述的聚丙烯(PP)为挤出级聚丙烯均聚物、无规共聚物或嵌段共聚物，熔体指数(MFI) 为0.5~4g/10min;所述的聚乙烯(PE)为挤出级低密度聚乙烯，挤出级线性低密度聚乙烯或挤出级高密度聚乙烯，熔体指数为0.5~4g/10min;所述的聚氯乙烯为通用软PVC;所述的聚苯乙烯(PS)为挤出级PS;所述的聚酯(PET)为挤出级聚对苯二甲酸乙二酯。
所述的活性生物填料通过如下方法制备得到：
1)称取配方量的各原料，加入搅拌机充分混匀;
2)将混合好的物料投加到成型生产线，调节温度至135~215℃，使得物料软化、经模具挤出成型得半成品;
3)半成品经过依次经真空定型套定型和进入水冷却槽冷却至完全定型后，在履带式牵引机的牵引下，切割成型。
所述的处理高浓度难降解废水的活性生物填料的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
1)称取配方量的各原料，加入搅拌机充分混匀;
2)将混合好的物料投加到成型生产线，调节温度至135~215℃，使得物料软化、经模具挤出成型得半成品;
3)半成品经过依次经真空定型套定型和进入水冷却槽冷却至完全定型后，在履带式牵引机的牵引下，切割成型。
所述的活性生物填料在处理高浓度难降解废水中的应用。
有益效果：
本发明以无机活性因子作为酶促活性调节剂，在活性生物填料生产过程中通过填充技术添加到高分子聚合物中。通过多种无机活性因子的添加，可以丰富活性生物填料表面生物膜微生物的种类，增加填料表面微生物及酶的活性。同时，可以通过调整无机活性因子的组成及各组分的含量，有针对性地强化填料表面生物膜微生物降解特定污染物的能力，改善反应器出水水质，提高活性生物填料处理高浓度难降解废水的效能。结果表明，好氧条件下，可以提高填料表面生物膜微生物活性20%~25%;厌氧条件下，可以提高填料表面生物膜微生物活性5%~15%。
具体实施方式
实施例1
按重量比称取酶促活性调节剂FeCl2 3份，加工改性剂硬脂酸0.5份，加入高速搅拌机中混合5分钟，再称取挤出级聚丙烯(熔体指数为3.6g/10min)96.5份，加入继续混合1分钟，出料。挤出机各段温度设定范围为135~210℃(分别为135℃，155℃，175℃，210℃)，将混合后的物料加入挤出机中，共混挤出成型，挤出物料经过成型口模、定型套、再经冷水冷却，牵引，切割，最终得到本发明活性生物填料。
将所制备的活性填料用于低负荷市政污水处理，提高硝化菌的数量，经济、快速对现有污水厂进行提标升级改造，满足除磷脱氮要求。填料上的生物量可达12-20g/m2，NH3-N去除率95%以上。污水厂进水水质：COD=304mg/l，BOD=121mg/l，NH3-N=31.7mg/l，采用三段AO工艺，在好氧池投加本实施例制备的活性生物填料30%(按照池容)，三段溶解氧分别控制在1.2-1.8mg/l，1.5-2.0mg/l，2.5mg/l左右，出水水质为：COD=30mg/l，BOD=3mg/l，NH3-N=0.7mg/l，去除效率分别为：90.1%，97.5%，97.8%。镜检硝化菌数量明显高于活性污泥工艺，通过测试混合液悬浮固体浓度MLSS，填料上面的生物量可达12-20g/m2。
实施例2
按重量比称取酶促活性调节剂FeCl2 2份、CuCl2 2份、MnBr2 2份、CaBr2 3份及ZnCl2 3份，加工改性剂硬脂酸1.5份，加入高速搅拌机中混合5分钟，再称取挤出级低密度聚乙烯(熔体指数为2.0g/10min)86.5份，加入继续混合1分钟，出料。挤出机各段温度设定范围为135~170℃(分别为135℃，155℃，170℃)，将混合后的物料加入挤出机中，共混挤出成型，挤出物料经过成型口模、定型套、再经冷水冷却，牵引，切割，最终得到本发明活性生物填料。
将制备的所述活性填料用于高浓度污水处理，填料上易于形成生物菌团，迅速降低污水浓度，减轻后续工艺负荷，缩短处理时间。COD负荷：4.0-6.0kg/(m3·d)或以上。
维生素C生产废水处理采用：厌氧+MBBR+接触氧化+沉淀。MBBR池内投加填充率35%的本实施例制备的活性生物填料，原水经过厌氧后进入MBBR池，MBBR池进水COD：2000-2500mg/L左右，好氧曝气8小时，溶解氧2-3mg/L，出水小于500mg/L，COD负荷在4.17kg/m3·d。
实施例3
按重量比称取酶促活性调节剂CuCl2 6份、MnBr2 6份、CaBr2 6份18份，加工改性剂2份，加入高速搅拌机中混合5分钟，再称取挤出级EVA80份，加入继续混合1分钟，出料。挤出机各段温度设定范围为135~180℃(分别为135℃，150℃，180℃)，将混合后的物料加入 挤出机中，共混挤出成型，挤出物料经过成型口模、定型套、再经冷水冷却，牵引，切割，最终得到本发明活性生物填料。
将所制备的活性填料用于高含盐废水，通过改变填料活性成分，以利于耐盐生物菌的附着生长，提高污水生化池的菌群数量，提供污水生化处理能力。COD负荷：3.0kg/(m3.d)及以上。
生产维生素、抗生素和利福霉素类药物为主的制药厂，其废水成分较为复杂，含盐量高达4%，属于高含盐高浓度制药废水。进水COD：10000～15000mg/L，NH3-N:200～400mg/L;采用活性污泥工艺，水力停留时间10.5d，COD负荷只能达到1.0kg/(m3·d)左右。在好氧池内增加本实施例制备的活性生物填料30%，池内溶解氧控制在2.5mg/L以上，污水处理量提升到3000T/D，水力停留时间降低为3.5d，出水COD:<1000mg/L,NH3-N:200～300mg/L，COD负荷达3kg/(m3·d)。
