申请日2011.11.24
公开(公告)日2012.06.27
IPC分类号C08J3/12; C08L29/04; C08L5/04; C08K3/22; C02F3/30; C08J3/24; H01F1/36; C02F3/00; C08K5/07
摘要
本发明涉及微磁载体的制备方法、微磁载体及其活性污泥固定化方法，微磁载体制备：将Fe3O4微粒按照10-50g/L质量体积比投加到聚乙烯醇溶液中，搅拌，加戊二醛溶液、浓盐酸、海藻酸钠溶液进行反应;丙酮、乙醇、蒸馏水清洗，干燥，即得以磁性Fe3O4微粒为核心包敷聚乙烯醇层的微磁载体;以微磁载体为核心的活性污泥固定化方法，用序批式反应器工艺，接种介质用质量比1∶1～1∶3的微磁载体及常规污水二级生物处理活性污泥，接种后的活性污泥浓度2-4g/L(干污泥质量/反应器有效容积);运行方式：进水-厌氧搅拌-好氧曝气-沉降-排水-闲置。本发明优点是：加快污物降解的生化反应速率，提高污水处理效率及效果。
权利要求书
1.一种微磁载体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将粒径为90-110nm的磁性Fe3O4微粒按照10-50g/L的质量体积比投加 到质量浓度为8%-20%的聚乙烯醇溶液中，经超声振荡使其均匀分布;
(2)在85℃-95℃的溶液温度下，以500-1500r/min的转速，搅拌30-50min;
(3)依次加入体积比为1%-2%的质量浓度为25%的戊二醛溶液、体积比为 1.5%的分析纯浓盐酸、体积比为0.5%-2%的质量浓度为2%的海藻酸钠溶液， 继续以步骤(2)的转速搅拌，反应0.5h-1.5h，同时使溶液温度降至45℃-55℃;
(4)将步骤(3)的溶液经滤网过滤，并将截留的粒径≥50μm的微磁载体，依 次用丙酮、乙醇和蒸馏水清洗，最终在45℃条件下干燥24h，即得到以磁性 Fe3O4微粒为核心表面包敷多孔的聚乙烯醇层的粒径为50-250μm的颗粒状微 磁载体。
2.根据权利要求1所述的微磁载体的制备方法，其特征在于所述丙酮 为分析纯丙酮、乙醇的质量浓度为70%，丙酮、乙醇和蒸馏水清洗的时间分 别为15-25min。
3.根据权利要求1或2所述的微磁载体的制备方法制得的微磁载体。
4.一种以微磁载体为核心的活性污泥固定化方法，其特征在于采用序批 式反应器工艺：
(1)进水、反应器及接种介质：进水水质的BOD5/COD大于0.3，反应器的 直径高度比为1∶5～1∶10，接种介质采用如权利要求2所述的微磁载体的制备 方法制得的微磁载体及常规污水二级生物处理活性污泥，接种后的活性污泥 浓度为2-4g/L(干活性污泥质量/反应器有效容积)，微磁载体与活性污泥的 质量比为1∶1～1∶3;
(2)运行方式为：进水-厌氧搅拌-好氧曝气-沉降-排水-闲置;所述序 批式反应器根据进水水质，设置每周期运行时间为4h-8h，其中：进水时间为1～ 5min，厌氧搅拌时间为60-120min，好氧曝气时间为150-250min，沉降时间为 5-15min，排水时间为3-10min，闲置时间为5-20min，每个运行周期体积交换 率为60-85%;开始运行后，在活性污泥沉降阶段，通过电磁场将微磁载体吸附 在反应器底部，避免流失，直至反应器中粒径大于0.6mm的活性污泥量占活 性污泥总量的比例达70%以上，此时，获得培育成熟的以微磁载体为核心的 固定化污泥，关闭电磁场。
说明书
微磁载体制备方法、微磁载体及其活性污泥固定化方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及一种微磁载体的制备方法、 以该制备方法制备的微磁载体及以微磁载体为核心的活性污泥固定化方法。
背景技术
在污水生物处理工艺中，微生物是去除污染物的主体。其污染物去除过 程是一个包括物理、化学、生命等过程的复杂体系，和微生物的多酶体系与 有机物间的系列催化反应直接相关，因此微生物的运动、生长、微生物酶活 性以及微生物细胞内的传递特性在很大程度上会影响污水处理效率。
每一次污水生物处理工艺的进步所带来的污水处理效果的提高，其原因 几乎都可以归结为通过时间或空间上工艺参数的调整，为活性污泥中更多的 具有不同代谢特性的微生物群落创造了各自更为适宜的生存环境，从而更大 限度地提高了它们的活性和对污染物的分解代谢能力。
早期研究者发现弱磁场对活性污泥中微生物可以产生正的磁生物效应而 有效提高了微生物活性，加快了污染物降解的生化反应速率，从而提高了系 统的处理效率。但在以往的工艺中只是在活性污泥中投加单一的磁粉，其吸 附性能较弱而不能高效地固定和催化微生物活性;特别是在长期的磁场作用 下，这些磁粉会产生记忆性磁性，易于在活性污泥中发生团聚，而失去其原 有的功效。
纳米级的磁性微粒具有对外加磁场的响应性，在外磁场作用下可以与液 相基质分离，且撤去外加磁场后，磁性微粒不会产生磁记忆性，因而在活性 污泥中不会发生团聚，可以重新分散在液相基液中，产生提高微生物活性的 效应。若能以纳米级的磁性微粒为核心，制备出具有一定粒径及良好吸附性 能的承载微生物的微磁载体，并以微磁载体为核心进行活性污泥固定化，将会 在现有采用单一的磁粉技术基础上更有效催化微生物活性，进一步加快污染物 降解的生化反应速率，进而提高系统的处理效率及效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统磁粉法污水处理技术的不足，提供一种 微磁载体的制备方法、以该制备方法制备的微磁载体及以微磁载体为核心的 活性污泥固定化方法，从而在污水生物处理过程中有效提高了活性污泥中微 生物活性，加快了污染物降解的生化反应速率，进一步提高了污水处理系统 的处理效率及效果。
本发明的原理是：本发明以纳米级的磁性Fe3O4微粒为核心，采用聚乙 烯醇作为包敷材料，运用固定剂戊二醛及交联剂海藻酸钠制备出微磁载体 颗粒。在微磁载体表面形成一种多孔的聚乙烯醇聚合物即聚乙烯醇载体，通 过其表面的吸附与固定作用，会驱使活性污泥中微生物易于聚集在以磁颗 粒为核心的载体表面及孔隙内;这样既可利用磁微粒的弱磁场效应激发微 生物的代谢活性，并诱导酶的合成和提高酶活，又可利用聚乙烯醇载体高 效地吸附固定活性污泥，从而可提高系统内的活性污泥性能和处理能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种微磁载体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将粒径为90-110nm的磁性Fe3O4微粒按照10-50g/L的质量体积比投加 到质量浓度为8%-20%的聚乙烯醇溶液中，经超声振荡使其均匀分布;
(2)在85℃-95℃的溶液温度下，以500-1500r/min的转速，搅拌30-50min;
(3)依次加入体积比为1%-2%的质量浓度为25%的戊二醛溶液、体积比为 1.5%的分析纯浓盐酸、体积比为0.5%-2%的质量浓度为2%的海藻酸钠溶液， 继续以步骤(2)的转速搅拌，反应0.5h-1.5h，同时使溶液温度降至45℃-55℃;
(4)将步骤(3)的溶液经滤网过滤，并将截留的粒径≥50μm的微磁载体，依 次用丙酮、乙醇和蒸馏水清洗，最终在45℃条件下干燥24h，即得到以磁性 Fe3O4微粒为核心表面包敷多孔的聚乙烯醇层的粒径为50-250μm的颗粒状微 磁载体。
所述丙酮为分析纯丙酮、乙醇的质量浓度为70%，丙酮、乙醇和蒸馏水 清洗的时间分别为15-25min。
根据所述的微磁载体的制备方法制得的微磁载体。
一种以微磁载体为核心的活性污泥固定化方法，其特征在于采用序批式 反应器工艺：
(1)进水、反应器及接种介质：进水水质的BOD5/COD大于0.3，反应器的 直径高度比为1∶5～1∶10，接种介质采用如权利要求2所述的微磁载体的制备 方法制得的微磁载体及常规污水二级生物处理活性污泥，接种后的活性污泥 浓度为2-4g/L(干活性污泥质量/反应器有效容积)，微磁载体与活性污泥的 质量比为1∶1～1∶3;
(2)运行方式为：进水-厌氧搅拌-好氧曝气-沉降-排水-闲置;所述序 批式反应器根据进水水质，设置每周期运行时间为4h-8h，其中：进水时间为1～ 5min，厌氧搅拌时间为60-120min，好氧曝气时间为150-250min，沉降时间为 5-15min，排水时间为3-10min，闲置时间为5-20min，每个运行周期体积交换 率为60-85%;开始运行后，在活性污泥沉降阶段，通过电磁场将微磁载体吸附 在反应器底部，避免流失，直至反应器中粒径大于0.6mm的活性污泥量占活 性污泥总量的比例达70%以上，此时，获得培育成熟的以微磁载体为核心的 固定化污泥，关闭电磁场。
本发明的有益效果是：提供出一种微磁载体的制备方法、以该制备方 法制备的微磁载体及以微磁载体为核心的活性污泥固定化方法，通过微磁 载体表面多孔的聚乙烯醇载体的吸附与固定作用，使活性污泥中微生物易 于聚集在以磁颗粒为核心的载体表面及孔隙内;既可利用磁微粒的弱磁场 效应激发微生物的代谢活性，并诱导酶的合成和提高酶活，又可利用聚乙 烯醇载体高效地吸附固定活性污泥，可显著提高微生物对污染物的降解活 性，提高系统内的活性污泥性能和处理能力，高效去除水中有机物、氨氮、 总氮等污染物质。从而，加快了污染物降解的生化反应速率，进一步提高 了污水处理系统的处理效率及效果。本发明提供的微磁载体便于储存运输， 可以广泛应用于各种类型污水生物处理工艺，节约工程投资，实现现有工 艺的改造和提升。
