申请日2010.12.22
公开(公告)日2011.08.24
IPC分类号C02F3/10; C02F3/00
摘要
本发明涉及一种海绵铁-AT-PVF复合填料，该复合填料是由切割成1.5cm×1.5cm×1.5cm的凹凸棒土复合亲水性聚氨酯泡沫与粒径为2～5cm的海绵铁按1∶4～50的重量比均匀装填而成。本发明具有成本低、水处理效果好、降解速度快，特别是对污水中N、P元素及难降解有机物去除率高的特点，将其置于普通生化处理池中，在好氧或厌氧条件下，就可以使出水中的TN、TP指标大幅度降低。
权利要求书
1.一种海绵铁-AT-PVF复合填料，其特征在于：该复合填料是由切割成1.5cm×1.5cm×1.5cm的凹凸棒土复合亲水性聚氨酯泡沫与粒径为2～5cm的海绵铁按1∶4～50的重量比均匀装填而成。
2.如权利要求1所述的海绵铁-AT-PVF复合填料，其特征在于：所述凹凸棒土复合亲水性聚氨酯泡沫由下述原料重量份组成：
聚醚 100 甲苯二异氰酸酯 36～55 多异氰酸酯 3.1～3.9
纳米凹凸棒土 0.5～5 硅油 0.45～1.2 叔胺 0.14～0.25
有机锡 0.14～0.20 水 1.0～2.7 氯甲烷 1.6～4.5
N，N二甲基甲酰胺 0～80;
该纳米凹凸棒土复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将凹凸棒原土粉碎至粒径小于100μm的颗粒;取粉碎后的凹凸棒土粉末4份，与2.0份的水混合，然后以500～1000W的超声波搅拌成稳定的凹凸棒土悬浊液;再取1份硅烷偶联剂KH560——γ-甲基丙烯酸酰氧基三甲氧基硅烷滴加进凹凸棒土悬浊液中，继续超声波搅拌1h，制得凹凸棒土溶胶;将该溶胶用滤纸过滤、洗涤5～8次后，经真空干燥后把凹凸棒土破碎成100μm以下粒径的粉末，即得到纳米凹凸棒土;
(2)按配比称量各原料;
(3)将纳米凹凸棒土均匀分散在N，N二甲基甲酰胺(DMF)中，随后依次加入聚醚、水、二氯甲烷、硅油、叔胺、有机锡，在20±3℃温度下搅拌均匀后，最后依次加入甲苯二异氰酸酯和多异氰酸酯，混匀后经发泡成型、切割成块即可。
3.如权利要求1所述的海绵铁-AT-PVF复合填料，其特征在于：所述海绵铁由下述原料重量比组成：全铁80～97%、锰0.28～15%、铬0.01～0.02%、镍0.038～1.7%、CaO<0.01%、MgO 0.051～0.32%，余量为碳及其它杂质。
4.如权利要求1所述的海绵铁-AT-PVF复合填料在水处理中的应用，其特征在于：所述海绵铁-AT-PVF复合填料置于普通生化处理池中，在好氧或厌氧的条件下处理污水。
说明书
海绵铁-AT-PVF复合填料及其在水处理中的应用
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及海绵铁-AT-PVF复合填料及其在水处理中的应用。
背景技术
水污染，尤其是N、P元素及难降解有机物的污染是我国环境保护面临的主要问题之一。污水生化处理技术是污水处理中的主要技术，作为一种经济有效的手段，在防止水体污染，提高水体功能方面发挥着极其重要的作用。目前，污水生化处理工艺不断更新，但对N、P元素及难降解有机物的处理普遍存在投资大，效果不理想的问题，因此，提高污水生化处理效果，特别是N、P的处理效果，降低运行成本，是目前污水生化处理中亟待解决的主要问题。
微生物固定化技术是将微生物限定在一定区域保持其活性反复利用的方法。固定化微生物技术用于废水处理，具有一系列优点，如可以在反应器内保持高生物浓度，反应启动速度快，延长了污泥龄，处理效率高，操作稳定，固液分离简单，耐毒害能力增强，微生物流失少，污水设备小型化，剩余污泥少等优点，与游离细胞相比，明显地显示出优越性。因此，该技术在有机污染物污水治理中越来越受到关注，成为改善污水生化工艺的主要手段。目前，微生物的固定化方法主要有吸附固定法、交联固定法和包埋固定法等几种，但它们多采用特殊的天然或人工合成高分子材料进行微生物的固定化，效果上仅具有固定微生物的作用，并且普遍存在成本高，效果单一，实用性差的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、水处理效果好、降解速度快，特别是对污水中N、P元素及难降解有机物去除率高的海绵铁-AT-PVF复合填料。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供该海绵铁-AT-PVF复合填料在处理污水中的应用。
为解决上述问题，本发明所述的一种海绵铁-AT-PVF复合填料，其特征在于：该复合填料是由切割成1.5cm×1.5cm×1.5cm的凹凸棒土复合亲水性聚氨酯泡沫与粒径为2～5cm的海绵铁按1∶4～50的重量比均匀装填而成。
所述凹凸棒土复合亲水性聚氨酯泡沫由下述原料重量份组成：
聚醚 100 甲苯二异氰酸酯 36～55 多异氰酸酯 3.1～3.9
纳米凹凸棒土 0.5～5 硅油 0.45～1.2 叔胺 0.14～0.25
有机锡 0.14～0.20 水 1.0～2.7 二氯甲烷 1.6～4.5
N，N二甲基甲酰胺 0～80;
该纳米凹凸棒土复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体的制备方法，包括以下步骤：
(1)将凹凸棒原土粉碎至粒径小于100μm的颗粒;取粉碎后的凹凸棒土粉末4份，与2.0份的水混合，然后以500～1000W的超声波搅拌成稳定的凹凸棒土悬浊液;再取1份硅烷偶联剂KH560——γ-甲基丙烯酸酰氧基三甲氧基硅烷滴加进凹凸棒土悬浊液中，继续超声波搅拌1h，制得凹凸棒土溶胶;将该溶胶用滤纸过滤、洗涤5～8次后，经真空干燥后把凹凸棒土破碎成100μm以下粒径的粉末，即得到纳米凹凸棒土;
(2)按配比称量各原料;
(3)将纳米凹凸棒土均匀分散在N，N二甲基甲酰胺(DMF)中，随后依次加入聚醚、水、二氯甲烷、硅油、叔胺、有机锡，在20±3℃温度下搅拌均匀后，最后依次加入甲苯二异氰酸酯和多异氰酸酯，混匀后经发泡成型、切割成块即可。
所述海绵铁由下述原料重量比组成：全铁80～97%、锰0.28～15%、铬0.01～0.02%、镍0.038～1.7%、CaO<0.01%、MgO 0.051～0.32%，余量为碳及其它杂质。
如上所述的海绵铁-AT-PVF复合填料在水处理中的应用，其特征在于：所述海绵铁-AT-PVF复合填料置于普通生化处理池中，在好氧或厌氧的条件下处理污水。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、单位体积生物量大，微生物固定化效果好。
生物海绵铁技术一方面应用了海绵铁与普通铁屑相比比表面积大，孔隙率高的特点，将其作为微生物固定化材料，可为微生物在其表面及内部的栖息提供了条件;另一方面由于其在水中的电化学富集、氧化还原、物理吸附以及絮凝沉淀性能为污水的化学除磷提供了条件，同时由于海绵铁在污水中可溶出一定量的铁离子(Fe2+、Fe3+)，从而为铁氧化菌(好养条件)及铁还原菌(厌氧条件)的生存提供了良好的条件，(实验证明生物海绵铁体系中可存在大量铁细菌。)研究表明，许多铁细菌在对难降解有机物的处理方面有很好的效果。为此该技术应用于污水处理中，可提高传统活性污泥法的除磷及对难降解有机物的去除效率。但是作为一种微生物固定化材料，仍然存在着比重较大，可为微生物栖息的表面较小，可固定的生物量较少等缺点。
“纳米凹凸棒土复合聚乙烯醇缩醛泡沫微生物固定化载体”作为一种微生物固定化材料，由于其特殊的网泡结构，使其具有巨大的比表面积及孔隙率，从而为微生物的栖息提供了良好的条件，同时通过控制载体块的大小及反应器的溶解氧(DO)量，可以实现在整个反应器为好氧的条件下，块内的厌氧、好氧微环境，从而为多种菌(尤其是硝化与反硝化菌)的生存提供了良好的条件，从而可以实现同步硝化反硝化。
本发明通过将上述两种载体通过有机结合而形成的一种新型载体，实际应用中可采用吸附的方法通过人工接种活性污泥形成固定化生物体系，将其应用于污水处理，一方面具有生物海绵铁体系良好的除磷效果，同时还可以有效地克服生物海绵铁使用过程中由于海绵铁的板结与钝化带来的不利影响，另一方面又具有“纳米凹凸棒土复合聚乙烯醇缩醛泡沫微生物固定化载体”良好的微生物固定化效果，使体系生物量大大增加。另外，由于铁离子的溶出及“纳米凹凸棒土复合聚乙烯醇缩醛泡沫微生物固定化载体”特殊的空间结构使得该体系的生物相大大丰富。通过实际反应器的运行证明，添加“海绵铁-AT-PVF复合填料”的反应器较生物海绵铁体系及单纯添加“纳米凹凸棒土复合聚乙烯醇缩醛泡沫微生物固定化载体”的反应器的生物相都丰富。
本发明作为生物固定化载体填料具有以下优点：①由于凹凸棒土复合亲水性聚氨酯泡沫是一种网泡材料，其特殊的海绵状立体网状结构，为微生物的富集生长提供充足的空间，为生化反应器中各种好氧、兼氧及厌氧微生物的协同共生提供良好的“微环境”;②海绵铁属于一种富含铁金属微孔材料，由于海绵铁特殊的化学成分，可以形成大量原电池，电极反应产生的新生态的Fe(Ⅱ)和进一步氧化生成的Fe(Ⅲ)以及它们的水化物，在沉淀、絮凝、吸附和卷扫等作用下，使出水中的P指标大幅度降低;③具有生物铁的作用，兼具化学除P和生物内电解作用的多功能微生物吸附载体，可以强化活性污泥的净化功能，加强污水中COD、NH3-N、P的去除效果;同时提高了微生物的活性，增加了生化处理对有机物及总氮的去除效果，加快了处理速度。
2、工艺简单，处理成本低。
传统的生物脱氮除磷工艺普遍采用厌氧-好氧、厌氧-缺氧-好氧或厌氧-好氧-化学沉淀的工艺，不仅流程长，而且需要大量的污泥回流;而本发明将海绵铁-AT-PVF复合填料置于普通生化处理池中，在好氧或厌氧条件下，就可以使出水中的TN、TP指标大幅度降低，工艺简单，占地小，投资少，运行成本低。
3、本发明用于处理城市污水时，在P≤11.32mg/L，HRT=12h的运行条件下，可使出水中TP达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准。在TN≤100mg/L，HRT=12h的运行条件下，总氮平均去除率可达到65%。
4、本发明用于污水处理时，运行管理方便，设备可停可转，不影响处理效果，整个设备停止运行较长时间，恢复曝气一周后处理效果即可恢复正常。
5、本发明兼有生物与化学除磷的双重功能，因此与传统的生物除磷工艺相比，大大减少了污泥排放量。
