一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料的制作方法

1.本发明涉及微生物培育相关技术领域，具体涉及一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料。


背景技术：

2.污水处理厂利用微生物降解有机污染物时，生成二氧化碳及新的生物细胞。微生物在常规活性污泥法处理中是悬浮生长的，需要二沉池来分离出水和微生物，并回将微生物流污泥以保持生物反应器中的活性污泥的种群和数量。为了进一步提高微生物的种群数量以及处理效率，并同时减少二沉池的固体负荷，发明了通过接触氧化法进行污水处理的膜生物反应器，包括固定床和移动床。通过在填料表面上形成附着生长的生物膜处理污水，填料可把微生物固定在反应器中，因生物膜含有更多地微生物种群和数量，这种方式充分的改善了污水处理效率。
3.现在生物填料已经广泛的运用于污水处理上，所述生物填料主要是pp、pvc、pe等材料，其有如下不足之处：1.成本高；2.生物填料比表面积小，成膜速度慢；3.生物填料容易被生物膜堵死；4.使用寿命短。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题本发明提供一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料，所述生物填料的孔隙率至少为90％。
5.作为一种优选的技术方案，所述生物填料具有片状结构。
6.作为一种优选的技术方案，所述片状结构生物填料的厚度为6-10mm。
7.作为一种优选的技术方案，所述生物填料的应用方法是制成绳式，所述绳式制作方法为将多条片状结构生物填料依次交替排列穿入中心绳。
8.作为一种优选的技术方案，所述生物填料设置有保护外壳。
9.作为一种优选的技术方案，所述生物填料为亲水性多孔生物填料。
10.作为一种优选的技术方案，所述亲水性多孔生物填料的孔经为1-3000μm。
11.作为一种优选的技术方案，所述中心绳的材料包括聚丙烯、尼龙、聚酯、聚乙烯。
12.作为一种优选的技术方案，所述亲水性多孔生物填料为亲水性聚氨酯。
13.作为一种优选的技术方案，所述亲水性聚氨酯方法包括以下步骤：
14.步骤一：将聚醚多元醇真空脱水至水含量在0.1％以下；
15.步骤二：将脱水后的聚醚多元醇、二异氰酸酯、有机金属催化剂投入反应釜制备第一原料；
16.步骤三：将发泡辅剂、开孔剂投入反应釜制备第二原料；
17.步骤四：将第一原料、第二原料输送至高速混合器进行高速搅拌混合，然后输送到膜具进行发泡，温度为35至50℃，常温发泡24小时，固化制得亲水性聚氨酯。
18.本发明具有以下有益效果：
19.1.本发明一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料，生物亲和性高、微生物易附着，可讯速形成高活性的生物膜，提高污水净化速率。
20.2.本发明所述种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料的孔隙率至少为90％，比表面积较大，挂膜量高，在污水净化过程中不会堵塞。
21.3.本发明一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料，运输、安装简便，结构简单，可模块化生产。
具体实施方式
22.参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
23.本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
24.当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。
25.此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
26.本发明的提供了一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料，所述生物填料的孔隙率至少为90％。
27.本发明所述孔隙率是指生物填料中孔隙体积与生物填料在自然状态下总体积的百分比，孔隙率越大的材料其比表面积也就越大，则可以为微生物提供良好的生存和繁殖空间，使得用于降解污染物的微生物菌群的生物量、生物多样性等方面得到加强，大大加强了该生物填料降解溶解于污水中有机物污染物的能力和效率。
28.在一些优选的实施方式中，所述生物填料为片状结构。本发明所述片状结构可以增加增大生物填料与污水的接触面积，提高净化效率。
29.在一些优选的实施方式中，所述片状结构生物填料的厚度为6-10mm。发明人在实际使用者中发现生物填料的厚度低于6mm时，虽然生物膜的挂膜速率和净化速率有所提高，但容易破碎，使用寿命较短。而生物填料的厚度高于10mm，挂膜速率明显降低，且容易形成生物填料的外侧已经挂上较厚的生物膜，而内层还没有生物膜形成。
30.在一些优选的实施方式中，发明人将多条片状结构生物填料依次交替排列穿入中心绳并固定制得绳式生物填料。所述绳式生物填料的比表面积更大，挂膜速度更快、挂膜更量大，在实际的使用要根据要净化的污水中的中有机物和污染物的浓度决定穿入中心绳的片状结构的数量。
31.本发明所述中心绳采用多股高强度合成纤维丝辫绳式混编结构，承受拉力大，避免曝气池运行伴随生物膜的固着，生物填料重量会逐渐增加导致中心绳断裂等。
32.本发明对所述中心绳材料没有特殊限定。
33.在一些优选的实施方式中，所述中心绳的材料包括聚丙烯、尼龙、聚酯、聚乙烯。
34.在一些优选的实施方式中，所述生物填料设置有保护外壳。
35.本发明所述保护外壳是为了保护生物填料。保护外壳能过滤污水中的一些小型垃圾，防止小型垃圾堵塞和划破生物填料，增加生物填料的使用寿命。
36.本发明对所述保护外壳没有特殊的限定，可由本领的技术人员用熟知的方法制得，也可从市场直接购得。
37.在一些优选的实施方式中，所述生物填料为亲水性多孔生物填料。
38.在一些进一步优选的实施方式中，所述亲水性多孔生物填料为亲水性聚氨酯。发明人发现亲水性聚氨酯即使在污水中也拥有极高的化学稳定性和生物亲和性。所述亲水性聚氨酯能在污水中能够吸收大量的水分溶胀，具有丰富的多孔结构。因拥有极高的生物亲和性，使得微生物极易附着繁殖，再加之较大的比表面积可形成生物膜，进一步的提高了净化效率和能力。
39.具体的当有机废水或由活性污泥悬浮液流过本发明所述生物载体时，水中的悬浮物及微生物被吸附于生物填料表面上，其中的微生物利用有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层粘液状的生物膜。这层生物膜具有生物化学活性，又进一步吸附、分解废水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物，随着废水处理的进行，微生物不断生长繁殖，生物膜厚度不断增大，废水底物及氧的传递阻力逐渐加大，在膜表层仍能保持足够的营养以及处于好氧状态，而在膜深处将会出现营养物或氧的不足，造成微生物内源代谢或出现厌氧层，此处的生物膜因与生物填料的附着力减小及水力冲刷作用而脱落。老化的生物膜脱落后，生物填料表面又可重新吸附、生长、增厚生物膜直至重新脱落，从吸附到脱落，完成一个生长周期。从而使本发明所述生物载体在污水处理中可反复使用，延长使用寿命。
40.在一些优选的实施方式中，所述亲水性多孔生物填料的孔经为1-3000μm。
41.在一些优选的实施方式中，所述亲水性聚氨酯制备原料以重量份计包括：聚醚多元醇40-70份、二异氰酸酯30-50份、发泡辅剂1-120份、有机金属催化剂0-2份、开孔剂0.1-5份。所述亲水性聚氨酯方法包括以下步骤：
42.步骤一：将亲水性聚醚多元醇真空脱水至水含量在0.1％以下；
43.步骤二：将脱水后的聚醚多元醇、二异氰酸酯、有机金属催化剂投入反应釜制备第一原料；
44.步骤三：将发泡辅剂、开孔剂投入反应釜制备第二原料；
45.步骤四：将第一原料、第二原料输送至高速混合器进行高速搅拌混合，然后输送到膜具进行发泡，温度为35至50℃，常温发泡24小时，固化制得亲水性聚氨酯。
46.本发明对所述亲水聚醚多元醇没有特殊限定，所述亲水聚醚多元醇可以是聚四氢呋喃二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯-1,4-丁二醇酯二醇、聚乙二醇和聚己二酸蓖麻油酯多元醇中的一种或多种。
47.本发明所述亲水聚醚多元醇为聚四氢呋喃二醇(润洲)。
48.本发明对所述二异氰酸酯没有特殊限定，所述二异氰酸酯可以是异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、己二异氰酸酯的一种或多种组合。
49.本发明所述二异氰酸酯为大大化工pm200甲苯二异氰酸酯。
50.本发明所述发泡辅剂包括水、均泡剂和交联剂。
51.本发明对所述均泡剂没有特殊限定，所述均泡剂可以是有机硅油。本发明所述有机硅油为有机硅油dc193c.
52.本发明对所述交联剂没有特殊限定，所述交联剂可以是1,4-丁二醇、乙二醇、1,3-丁二醇、三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺中的一种或多种组合。
53.本发明所述交联剂为二乙醇胺。
54.本发明对所述有机金属催化剂没有特殊限定，所述有机金属催化剂可以是二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡和有机铋催化剂中的一种或二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡和有机铋催化剂中任选一种。
55.本发明所述有机金属催化剂为辛酸亚锡。
56.本发明对所述开孔剂没有特殊限定，所述开孔剂可以是聚氧化丙烯一氧化乙烯共聚醚或聚氧化烯烃一聚硅氧烷共聚物。
57.本发明所述开孔剂为聚氧化丙烯一氧化乙烯共聚醚。
58.下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。本实施例所述用于污水处理接触氧化工艺的生物填料可采用本发明具体实施方式提供的制备方法，对其中的配方组分、工艺步骤等进行常规选择进行制备得到。
59.实施例
60.实施例1
61.本实施例提供一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料，所述生物填料的孔隙率为92％。所述生物填料为片状结构，所述片状结构生物填料的厚度为8mm，所述生物填料设置有保护外壳，所述生物填料为亲水性多孔生物填料，所述亲水性多孔生物填料的平均孔经2000μm，所述亲水性多孔生物填料为亲水性聚氨酯。
62.实施例2
63.本实施例提供一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料，所述生物填料的孔隙率为80％。所述生物填料为片状结构，所述片状结构生物填料的厚度为8mm，所述生物填料设置有保护外壳，所述亲水性多孔生物填料的平均孔经2000μm，所述中心绳的材料为聚丙烯，所述亲水性多孔生物填料为亲水性聚氨酯。
64.实施例3
65.本实施例提供一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料，所述生物填料的孔隙率为92％。所述生物填料为片状结构，所述片状结构生物填料的厚度为20mm，所述生物填料设置有保护外壳，所述生物填料为亲水性多孔生物填料，所述亲水性多孔生物填料的平均孔经2000μm，所述亲水性多孔生物填料为亲水性聚氨酯。
66.实施例4
67.本实施例提供一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料，所述生物填料的孔隙率为92％。所述生物填料为片状结构，所述片状结构生物填料的厚度为2mm，所述生物填料设置有保护外壳，所述生物填料为亲水性多孔生物填料，所述亲水性多孔生物填料的平均
孔经2000μm，所述亲水性多孔生物填料为亲水性聚氨酯。
68.实施例5
69.本实施例提供一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料，所述生物填料的孔隙率为92％。所述生物填料为片状结构，所述片状结构生物填料的厚度为8mm，所述生物填料设置有保护外壳，所述生物填料为亲水性多孔生物填料，所述亲水性多孔生物填料的平均孔经4000μm，所述亲水性多孔生物填料为亲水性聚氨酯。
70.性能测试
71.申请人对上述实施例中用于污水处理接触氧化工艺的生物填料进行了评估测试。
72.将实施例1-5提供的用于污水处理接触氧化工艺的生物填料作为实验组进行下述实验。
73.保留率测试：将实施例1-5提供的用于污水处理接触氧化工艺的生物填料在30℃含有防水砂纸的容器中搅拌下8h，然后进行保留率测试。
74.挂膜测试：将实施例1-5提供的用于污水处理接触氧化工艺的生物填料在100khz超声的作用下清洗1h，去除表面相对比较容易脱落的微生物，然后将生物填料在80-90℃的烘箱中烘干，并裁成15cm长的小段，通过制备传统生物填料的方式制备中空纤维膜填料，为了检测挂膜效果，将实施例1-5提供的一种用于污水处理接触氧化工艺的生物填料分别置于相同曝气条件下的两个生物接触反应器中，预先接入污水处理厂二沉池的污泥混合液，定期观察生物填料的挂膜情况,记录在第多少天出现完整生物膜，以a、b、c表示。a表示11天内出现完整生物膜、b表示12-15天出现完整生物膜、c表示大于15天出现完整生物膜
75.净化效率测试：将实施例1-5提供的用于污水处理接触氧化工艺的生物填料，取大小相同的面积置于维持气温在25℃左右，废水ph在7-8之间，挂膜期间，废水cod在110-150mg/l，tn在25-45mg/l，nh
4+-n在25-35mg/l，溶解氧浓度在6-8mg/l。此阶段水力负荷0.54m3/(m2·
h)，水力停留时间为65min，进水量为11.62l/d。cod的容积负荷为2.43-3.52kg/(m3·
d)，nh
4+-n的容积负荷为0.54-0.82kg/(m3·
d)的污水中。分别在5天、10天通过测试污水进口和出口的cod和nh
4+-n的浓度，测试cod去除率和nh
4+-n去除率。分别以甲乙丙表示，甲表示去除率为90-100％，乙表示80-89％，丙表示小于80％。
76.上述实验的测试结果如下表所示。
77.表1性能测试结果
[0078][0079]
由表1性能测试结果可知，cod去除率、nh
4+-n去除率较高、挂膜速率快、保留率高。因此，本发明既具有提高内部微生物活性、延长微生物寿命、提高微生物净水能力的特点，也具有加快微生物的生长和挂膜速度、增加挂膜数量、提高微生物膜与填料之间的附着力、使用寿命长的特点。
[0080]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。