专利名称：一种悬浮型生物活性炭颗粒载体及其的制备方法
技术领域：
本发明属于环保和水处理技术领域，涉及景观水体、水产养殖水体、观赏鱼水体以及自来水厂、污水处理厂和工厂等水处理或水质净化处理中所使用的含有微生物或细菌的悬浮颗粒载体，具体的说，涉及一种悬浮型生物活性炭颗粒载体及其制备方法。
背景技术：
生物和活性炭是水处理领域中常用的材料。现行的“生物活性炭处理技术”是将颗粒状活性炭装填入水处理装置中，然后使微生物在颗粒活性炭的表面生长，形成生物活性炭处理技术。这种技术的特征是微生物在活性炭颗粒表面附着生长。微生物先靠自然吸附与活性炭颗粒结合，然后逐步繁殖形成生物膜。所形成的生物膜在处理过程中逐步增厚，并会脱落。 当所处理水中的污染物浓度比较低，如处理河水、湖水等时，生物膜的形成时间比较长、容易脱落，造成处理效果不稳定。而且，还存在着活性炭与微生物结合的效果没有充分发挥出来，颗粒的比重较大，达到悬浮状态时所需要的动力比较大等缺点。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明旨在提供一种比重适中、活性炭与微生物结合好、处理效果稳定的悬浮型生物活性炭颗粒载体。本发明的另一个目的在于提供一种制备悬浮型生物活性炭颗粒载体的方法。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现一种悬浮型生物活性炭颗粒载体是一种边长为2_5mm、比重为I. 02-1. 08的立方块颗粒，所述立方块颗粒包括微生物菌体、竹制粉末状活性炭及水性聚氨酯凝胶体；所述微生物菌体以MLVSS浓度计量，其数量为2000-30000mg/L ;所述竹制粉末状活性炭的浓度以所述立方块颗粒的质量百分率计量，其数量为1-8% ;所述水性聚氨酯凝胶体原料预聚体的浓度以所述立方块颗粒的质量百分率计量，其数量为6-12%。进一步的，所述竹制粉末状活性炭的粉末粒度为10-150 μ m。一种制备悬浮型生物活性炭颗粒载体的方法，其，包括以下步骤步骤I)用微生物浓缩液加自来水调配成含微生物浓度为2000-30000mg/L的微生物菌体；步骤2)在所述微生物菌体中加入质量百分比为1-8%的粉末状活性炭，并混合均匀，得微生物活性炭复合颗粒液体；步骤3)在所述微生物活性炭复合颗粒液体中加入质量百分比为6-12%的水性聚氨酯凝胶体原料预聚体，并混合均匀，得微生物活性炭混合液体；步骤4)在所述微生物活性炭混合液体中加入聚合引发剂进行聚合反应，得到一凉粉状或皮冻状的水溶胶固体还;步骤5)对所述凉粉状或皮冻状的水溶胶固体坯进行机械切割，最终制成边长为2-5毫米的立方块颗粒。进一步的，步骤4中，所述聚合反应的温度为20_40°C。优选的，所述聚合反应的温度为25_35°C。进一步的，所述聚合引发剂包括引发剂KPS和催化剂TEMED，所述引发剂KPS和催化剂TEMED的添加量分别为质量百分比的O. 5-2%和O. 1_1%。进一步的，所述聚合反应的时间为5-30分钟。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果(I)本发明的悬浮型生物活性炭颗粒载体比重适中、活性炭与微生物结合好、处理效果稳定，本发明的制备方法简单易行。
(2)在使用过程中，在载体的横截面还形成一个特征，即，载体表层I毫米内为好氧区，在此主要发生好氧反应；载体表层深度大于I毫米直至中心为缺氧区，在此发生还原反应，在此区域内的生物活性炭颗粒构成一个原电池。通过原电池的电子传递，实现自养型生物反应，使在颗粒好氧区所产生的硝酸氮被还原成氮气，达到不外加碳源的脱氮效果。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I示出了本发明的制备悬浮型生物活性炭颗粒载体的流程示意图。图2示出了本发明的悬浮型生物活性炭颗粒载体中的微生物一粉末状活性炭微小颗粒模式图。图3示出了本发明的悬浮型生物活性炭颗粒载体的结构模式图。图4本发明的实施例3中的载体颗粒SEM照片。图5本发明的实施例3中的载体中的硝化菌微生物SEM照片。图6为本发明的实施例4中所用的试验装置断面结构示意图。图7为本发明的实施例4中验证试验的现场试验结果图。图8为本发明的实施例5中所用的实验装置的结构示意图。图9为本发明的实施例5中实验结果对比图。
具体实施例方式下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。实施例I :参见图2、图3所示，一种悬浮型生物活性炭颗粒载体是一种边长为2-5_、比重为
I.02-1. 08的立方块颗粒，所述立方块颗粒包括微生物菌体、粉末状活性炭及水性聚氨酯凝胶体；所述微生物菌体以MLVSS浓度计量，其数量为2000-30000mg/L ;所述粉末状活性炭的浓度以所述立方块颗粒的质量百分率计量，其数量为1-8% ;所述水性聚氨酯凝胶体原料预聚体的浓度以所述立方块颗粒的质量百分率计量，其数量为6-12%。
进一步的，所述竹制粉末状活性炭的粉末粒度为10-150 μ m。实施例2 参见图I所示，一种制备悬浮型生物活性炭颗粒载体的方法，其，包括以下步骤步骤I)用微生物浓缩液加自来水调配成含微生物浓度为2000-30000mg/L的微生物菌体；步骤2)在所述微生物菌体中加入质量百分比为3-8%的粉末状活性炭，并混合均匀，得微生物活性炭复合颗粒液体；步骤3)在所述微生物活性炭复合颗粒液体中加入质量百分比为6-12%的水性聚氨酯凝胶体原料预聚体，并混合均匀，得微生物活性炭混合液体；步骤4)在所述微生物活性炭混合液体中加入聚合引发剂进行聚合反应，得到一 凉粉状或皮冻状的水溶胶固体还;步骤5)对所述凉粉状或皮冻状的水溶胶固体坯进行机械切割，最终制成边长为2-5毫米的立方块颗粒。进一步的，步骤4中，所述聚合反应的温度为20-40°C。优选的，所述聚合反应的温度为25_35°C。进一步的，所述聚合引发剂包括引发剂KPS和催化剂TEMED，所述引发剂KPS和催化剂TEMED的添加量分别为质量百分比的O. 5-2%和O. 1_1%。进一步的，所述聚合反应的时间为5-30分钟。实施例3 根据实施例2的方法，以氨氮硝化菌为微生物制成的悬浮型生物活性炭颗粒载体，干燥后的SEM照片如图4所示，其中所包含的氨氮硝化菌微生物菌体的SEM照片如图5所示。实施例4:以实施例2的方法制成的悬浮型生物活性炭颗粒载体作为好氧流化床反应器的载体，对去除某自来水厂的原水中的氨氮进行处理效果验证。载体颗粒的添加量以及流化床反应器有效容积计算。流化床反应器的断面结构图见图6。反应器的有效容积为7立方米，每立方米有效容积添加150公斤，共添加了 1050公斤。图7为该验证试验的现场试验结果。从结果可以看出，由本发明的悬浮型生物活性炭颗粒载体所构成的处理系统有良好的处理效果。实施例5 用于去除工业污水中的氨氮以及与现行技术的对比实验实验目的现有技术是在活性污泥反应器中添加塑料颗粒作为载体，在载体表面形成具有去除氨氮功能的生物膜，以提高系统的氨氮去除能力。所用载体为直径10mm，长度IOmm的管状物。在同等条件下，用本发明的悬浮型生物活性炭颗粒载体代替现有技术所用的载体，进行处理效果的对比实验，以评价本发明载体的效果。实验装置及方法
实验采用连续进水，所用的实验装置反应器的结构如下图8所示，其中，缺氧区有效容积约10L，好氧区有效容积为18L。缺氧区进行反硝化，好氧区进行有机物和氨氮的去除，沉淀区进行固液分离，上清液作为出水排出，污泥回流进入好氧区，保证好氧区污泥浓度。实验条件(I) 1#与2#反应器好氧区均加入等量的活性物混合液，使其MLSS浓度为4000 4500mg/L。1#反应器好氧区中加入本发明的载体颗粒I. 8L(10%容积);2#反应器好氧区中加入已经挂膜好的现有技术载体7. 2L(40%容积)；(2)装置连续运行，试验用水为某尿素化工厂的实际废水。其COD浓度约SOOmg/L.氨氮浓度约为50-70mg/L。保持好氧区HRT为8h，DO浓度> 4mg/L ；(3)每日监测1#和2#反应器出水的COD和氨氮浓度,对比两反应器氨氮和COD的去除效率。 实验结果图9为实验所得出的结果。由该结果可知，本发明的载体有良好的处理效果。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种悬浮型生物活性炭颗粒载体，其特征在于，所述悬浮型生物活性炭颗粒载体是一种边长为2-5mm、比重为I. 02-1. 08的立方块颗粒，所述立方块颗粒包括微生物菌体、竹制粉末状活性炭及水性聚氨酯凝胶体；所述微生物菌体以MLVSS浓度计量，其数量为2000-30000mg/L;所述竹制粉末状活性炭的浓度以所述立方块颗粒的质量百分率计量，其数量为1-8% ;所述水性聚氨酯凝胶体原料预聚体的浓度以所述立方块颗粒的质量百分率计量，其数量为6-12%。
2.根据权利要求I所述的悬浮型生物活性炭颗粒载体，其特征在于所述竹制粉末状活性炭的粉末粒度为10-150 μ m。
3.一种制备以权利要求I或2所述的悬浮型生物活性炭颗粒载体的方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1)用微生物菌体浓缩液加自来水调配成含微生物浓度为2000-30000mg/L的微生物菌体； 步骤2)在所述微生物菌体中加入质量百分比为1-8%的竹制粉末状活性炭，并混合均匀，得微生物活性炭复合颗粒液体； 步骤3)在所述微生物活性炭复合颗粒液体中加入质量百分比为6-12%的水性聚氨酯凝胶体原料预聚体，并混合均匀，得微生物活性炭混合液体； 步骤4)在所述微生物活性炭混合液体中加入聚合引发剂进行聚合反应，得到一凉粉状或皮冻状的水溶胶固体坯； 步骤5)对所述凉粉状或皮冻状的水溶胶固体坯进行机械切割，最终制成边长为2-5毫米的立方块颗粒。
4.根据权利要求3所述的制备悬浮型生物活性炭颗粒载体的方法，其特征在于步骤4中，所述聚合反应的温度为20-40°C。
5.根据权利要求4所述的制备悬浮型生物活性炭颗粒载体的方法，其特征在于所述聚合反应的温度为25-35°C。
6.根据权利要求3所述的制备悬浮型生物活性炭颗粒载体的方法，其特征在于所述聚合弓I发剂包括弓I发剂KPS和催化剂TEMED，所述弓I发剂KPS和催化剂TEMED的添加量分别为质量百分比的O. 5-2%和O. 1-1%。
7.根据权利要求3或4或5或6的制备悬浮型生物活性炭颗粒载体的方法，其特征在于所述聚合反应的时间为5-30分钟。
全文摘要
本发明公开了一种悬浮型生物活性炭颗粒载体是一种边长为2-5mm、比重为1.02-1.08的立方块颗粒，所述立方块颗粒包括微生物菌体、竹制粉末状活性炭及水性聚氨酯凝胶体；所述微生物菌体以MLVSS浓度计量，其数量为2000-30000mg/L；所述竹制粉末状活性炭的浓度以所述立方块颗粒的质量百分率计量，其数量为1-8％；所述水性聚氨酯凝胶体原料预聚体的浓度以所述立方块颗粒的质量百分率计量，其数量为6-12％。采用本发明的悬浮型生物活性炭颗粒载体去除水中以氨氮为主的污染物，可以达到良好的效果。
文档编号C02F3/30GK102874922SQ20111019466
公开日2013年1月16日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者张振家 申请人:苏州康瑞环境科技有限公司