CN106006947B - 畜禽养殖废水处理用生物膜填料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种畜禽养殖废水处理用生物膜填料及其制备方法,该生物膜填料的密度为0.96~0.98g/cm3,是由以下重量份的组分制成的:高密度聚乙烯58~62份,蒙脱土10~18份,粉末活性炭10~18份,轻质碳酸钙11~20份,紫胶树脂3~5份,明胶1.5~3份,硫酸铈0.5~1份,富勒烯0.5~0.8份。本发明的生物膜填料适用于畜禽养殖废水处理,能够有效降低畜禽养殖废水中的化学需氧量(COD)浓度、氨氮(NH3‑N)浓度以及总磷(TP)浓度。

Description

畜禽养殖废水处理用生物膜填料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种生物膜填料,具体涉及一种畜禽养殖废水处理用生物膜填料及其制备工艺。属于污水处理技术领域。
背景技术
畜禽养殖废水的化学需氧量(COD)浓度高达10000mg/L,氨氮(NH3-N)浓度500~1300mg/L,总磷(TP)浓度50~100mg/L,是一种富含N、P的有机废水,是城乡一种较严重的污染源,处理难度大、成本高。畜禽养殖废水的特点如下:排放量大,冲击负荷大;固液混杂,有机质浓度高,处理难度很大;N、P营养物含量特别高,碳氮比低。
目前广泛采用厌氧消化技术,但是经厌氧消化后,出水的污染物浓度,特别是N、P的浓度仍然较高,达不到排放标准,还需进行进一步处理,但是现有的处理方式碍于时间和设备成本等,制约了其推广和应用。
相对于现有的大部分污水处理方法,移动床生物膜反应器(MBBR工艺)具有明显优势,其是一种革新型生物膜反应器,能使微生物附着在载体上,漂浮的载体在反应器内随着混合液的回旋翻转作用而自由移动,从而达到处理污水的目的。MBBR工艺针对现代城市生活污水处理的新要求,结合悬浮生长工艺和附着生长工艺,同时又涉及到城市生活污水、工业污水的有机物及氮磷处理,越来越受到环保工作者的青睐。
MBBR工艺对低浓度有机物的生活污水和高浓度有机物的工业污水,都能取得良好的处理效果,能够很好地去除污水中的有机物,具有良好发展前景。生物膜填料,也被称为生物膜载体,是不同种类微生物附着生长的场所,也是其降解各类污染物的所在,是MBBR的核心。填料性能的好坏,极大地影响了微生物挂膜的难易程度、反应器中生物量的多少以及最终污水处理的效果。
随着国内外学者和研究人员对MBBR工艺的不断关注,MBBR新型填料和相关性能的研究也在不断地进行当中。近年来,各种新型填料和改性填料层出不穷,极大地推动了MBBR工艺的发展。生物膜填料大体可以分为有机填料和无机填料两类,前者生物相容性较差,后者比表面积、压缩强度等方面比较差,现有填料不能同时实现生物相容性好、比表面积大和压缩强度大。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种畜禽养殖废水处理用生物膜填料。
本发明还提供了该生物膜填料的制备工艺。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
畜禽养殖废水处理用生物膜填料,其密度为0.96~0.98g/cm3,是由以下重量份的组分制成的:高密度聚乙烯58~62份,蒙脱土10~18份,粉末活性炭10~18份,轻质碳酸钙11~20份,紫胶树脂3~5份,明胶1.5~3份,硫酸铈0.5~1份,富勒烯0.5~0.8份。
优选的,所述生物膜填料为中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状。
进一步优选的,所述紫胶树脂粒径为10-80目
进一步优选的,中空管的直径与高度相当。
上述生物膜填料的制备方法,包括步骤:
(1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中,制成紫胶树脂的乙醇溶液;
(2)加入配方量的富勒烯,充分球磨;
(3)往球磨处理后的溶液中,加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶和硫酸铈,750W微波处理3分钟,超声波振荡1小时;
(4)乙醇自然挥发,得到固体物料,将固体物料进行造粒、挤压成型,即得生物膜填料。
所述步骤(4)中,挤压成型得到的生物膜填料为中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状。
本发明的有益效果:
本发明的生物膜填料,使用高密度聚乙烯、粉末活性炭、轻质碳酸钙和明胶,高密度聚乙烯具有较好的压缩强度,机械性能好,粉末活性炭、轻质碳酸钙和明胶具有较好的生物相容性和较大的比表面积,还加入了富勒烯和硫酸铈,并利用蒙脱石促进各组分混合均匀。其中,充分球磨后的富勒烯,颗粒非常细,有效表面积增大,其疏水表面更容易与细胞膜脂发生相互作用,从而促进微生物挂膜。充分球磨后的硫酸铈,其电性中和作用和网捕卷扫作用更加强大,加强了混凝效果,形成絮体速度快、絮体密实、含水率低、去浊率高、出水浊度低,此外,还可以提高微生物最大降解速度,对微生物酶有较强的激活作用,并可促进微生物分泌胞外多聚物,提高胞外多聚物的蛋白质/多糖比例,进一步刺激微生物生命活动,具有良好的生物活性。蒙脱土具有很强的吸附能力和阳离子交换性能,以其作为载体,可以将各组分混合均匀。以上各组分通过协同作用和内部结构的改造,所得生物膜填料具有良好的生物相容性,以及较大的比表面积大和压缩强度,将其用于移动床生物膜反应器,进行畜禽养殖废水处理,能够有效降低畜禽养殖废水中的化学需氧量(COD)浓度、氨氮(NH3-N)浓度以及总磷(TP)浓度。
本发明所得填料的密度为0.96~0.98g/cm3,密度接近于水,挂膜后密度在1.0g/cm3左右,使其在反应器内易于与水流混合流动,较小的曝气或搅拌即可实现流化,具有良好的流化性能。
本发明的紫胶树脂是一种天然树脂,不溶于水但是溶于乙醇,亲水性和生物亲和性好,常用作粘合剂,可使得产品结构更稳定。
本发明的生物膜填料为中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状,这样的设计使得填料的比表面积大,具有更优的性能。
本发明的制备方法中,采用了微波处理以及超声波振荡,这可能会引起各组分形成的混合物内部结构变化,产生更多细微孔隙,进而增大比表面积,更有利于微生物的附载生长。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述,应该说明的是,下述说明仅是为了解释本发明,并不对其内容进行限定。
本发明所涉及的富勒烯为C60
实施例1:
本发明的畜禽养殖废水处理用生物膜填料,其密度为0.96g/cm3,是由以下组分制成的:高密度聚乙烯58kg,蒙脱土10kg,粉末活性炭10kg,轻质碳酸钙11kg,紫胶树脂3kg,明胶1.5kg,硫酸铈0.5kg,富勒烯0.5kg。
所述紫胶树脂粒径为10目
上述生物膜填料的制备方法,包括步骤:
(1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中,制成紫胶树脂的乙醇溶液;
(2)加入配方量的富勒烯,充分球磨;
(3)往球磨处理后的溶液中,加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶和硫酸铈,750W微波处理3分钟,超声波振荡1小时;
(4)乙醇自然挥发,得到固体物料,将固体物料进行造粒、挤压成型,即得生物膜填料,中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状,中空管的直径与高度相当。
实施例2:
本发明的畜禽养殖废水处理用生物膜填料,其密度为0.98g/cm3,是由以下组分制成的:高密度聚乙烯62kg,蒙脱土18kg,粉末活性炭18kg,轻质碳酸钙20kg,紫胶树脂5kg,明胶3kg,硫酸铈1kg,富勒烯0.8kg。
所述紫胶树脂粒径为20目
上述生物膜填料的制备方法,包括步骤:
(1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中,制成紫胶树脂的乙醇溶液;
(2)加入配方量的富勒烯,充分球磨;
(3)往球磨处理后的溶液中,加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶和硫酸铈,750W微波处理3分钟,超声波振荡1小时;
(4)乙醇自然挥发,得到固体物料,将固体物料进行造粒、挤压成型,即得生物膜填料,中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状,中空管的直径与高度相当。
实施例3:
本发明的畜禽养殖废水处理用生物膜填料,其密度为0.96g/cm3,是由以下组分制成的:高密度聚乙烯60kg,蒙脱土17kg,粉末活性炭12kg,轻质碳酸钙18kg,紫胶树脂3kg,明胶3kg,硫酸铈0.5kg,富勒烯0.8kg。
所述紫胶树脂粒径为35目
上述生物膜填料的制备方法,包括步骤:
(1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中,制成紫胶树脂的乙醇溶液;
(2)加入配方量的富勒烯,充分球磨;
(3)往球磨处理后的溶液中,加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶和硫酸铈,750W微波处理3分钟,超声波振荡1小时;
(4)乙醇自然挥发,得到固体物料,将固体物料进行造粒、挤压成型,即得生物膜填料,中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状,中空管的直径与高度相当。
实施例4:
本发明的畜禽养殖废水处理用生物膜填料,其密度为0.98g/cm3,是由以下组分制成的:高密度聚乙烯58kg,蒙脱土12kg,粉末活性炭17kg,轻质碳酸钙12kg,紫胶树脂5kg,明胶1.5kg,硫酸铈1kg,富勒烯0.5kg。
所述紫胶树脂粒径为55目
上述生物膜填料的制备方法,包括步骤:
(1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中,制成紫胶树脂的乙醇溶液;
(2)加入配方量的富勒烯,充分球磨;
(3)往球磨处理后的溶液中,加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶和硫酸铈,750W微波处理3分钟,超声波振荡1小时;
(4)乙醇自然挥发,得到固体物料,将固体物料进行造粒、挤压成型,即得生物膜填料,中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状,中空管的直径与高度相当。
实施例5:
本发明的畜禽养殖废水处理用生物膜填料,其密度为0.97g/cm3,是由以下组分制成的:高密度聚乙烯60kg,蒙脱土15kg,粉末活性炭15kg,轻质碳酸钙16kg,紫胶树脂4kg,明胶2kg,硫酸铈0.8kg,富勒烯0.6kg。
所述紫胶树脂粒径为80目
上述生物膜填料的制备方法,包括步骤:
(1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中,制成紫胶树脂的乙醇溶液;
(2)加入配方量的富勒烯,充分球磨;
(3)往球磨处理后的溶液中,加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶和硫酸铈,750W微波处理3分钟,超声波振荡1小时;
(4)乙醇自然挥发,得到固体物料,将固体物料进行造粒、挤压成型,即得生物膜填料,中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状,中空管的直径与高度相当。
对比例1:
一种生物膜填料,是由以下组分制成的:高密度聚乙烯60kg,蒙脱土15kg,粉末活性炭15kg,轻质碳酸钙16kg,紫胶树脂4kg,明胶2kg,硫酸铈0.8kg,富勒烯0.6kg。
上述生物膜填料的制备方法,包括步骤:
(1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中,制成紫胶树脂的乙醇溶液;
(2)加入配方量的富勒烯,充分球磨;
(3)往球磨处理后的溶液中,加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶和硫酸铈,750W微波处理3分钟,超声波振荡1小时;
(4)乙醇自然挥发,得到固体物料,将固体物料进行造粒、挤压成型,即得生物膜填料,中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,中空管的直径是高度的2/3。
对比例2:
一种生物膜填料,是由以下组分制成的:高密度聚乙烯60kg,粉末活性炭15kg,轻质碳酸钙16kg,紫胶树脂4kg,明胶2kg,硫酸铈0.8kg,富勒烯0.6kg。
上述生物膜填料的制备方法,包括步骤:
(1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中,制成紫胶树脂的乙醇溶液;
(2)加入配方量的富勒烯,充分球磨;
(3)往球磨处理后的溶液中,加入配方量的高密度聚乙烯、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶和硫酸铈,750W微波处理3分钟,超声波振荡1小时;
(4)乙醇自然挥发,得到固体物料,将固体物料进行造粒、挤压成型,即得生物膜填料,中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状,中空管的直径与高度相当。
对比例3:
一种生物膜填料,是由以下组分制成的:高密度聚乙烯60kg,蒙脱土15kg,粉末活性炭15kg,轻质碳酸钙16kg,紫胶树脂4kg,明胶2kg。
上述生物膜填料的制备方法,包括步骤:
(1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中,制成紫胶树脂的乙醇溶液;
(2)充分球磨;
(3)往球磨处理后的溶液中,加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶,750W微波处理3分钟,超声波振荡1小时;
(4)乙醇自然挥发,得到固体物料,将固体物料进行造粒、挤压成型,即得生物膜填料,中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状,中空管的直径与高度相当。
对比例4:
一种生物膜填料,是由以下组分制成的:高密度聚乙烯60kg,蒙脱土15kg,粉末活性炭15kg,轻质碳酸钙16kg,紫胶树脂4kg,明胶2kg,硫酸铈0.8kg,富勒烯0.6kg。
上述生物膜填料的制备方法,包括步骤:
(1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中,制成紫胶树脂的乙醇溶液;
(2)加入配方量的富勒烯;
(3)加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶和硫酸铈,混合均匀;
(4)乙醇自然挥发,得到固体物料,将固体物料进行造粒、挤压成型,即得生物膜填料,中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状,中空管的直径与高度相当。
试验例
将实施例1~5以及对比例1~4所得填料分别固定于移动床生物膜反应器中,填料填充率为40%,pH为6.3~7.6,温度为20~30℃,以某养殖厂的畜禽养殖废水为例,进水水质情况:化学需氧量(COD)浓度为10000mg/L,氨氮(NH3-N)浓度为1200mg/L,总磷(TP)浓度为90mg/L,每天运行24小时,停留时间7天,结果见表1。
表1.经移动床生物膜反应器处理后出水水质情况
实施例1~5的COD、NH3-N以及TP浓度均达到国家排放标准。对比例1~4的COD、NH3-N以及TP去除率明显低于本发明,说明本发明各组分具有较好的协同作用,畜禽养殖废水的处理效果更佳。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.畜禽养殖废水处理用生物膜填料,其特征在于,其密度为0.96~0.98g/cm3,是由以下重量份的组分制成的:高密度聚乙烯58~62份,蒙脱土10~18份,粉末活性炭10~18份,轻质碳酸钙11~20份,紫胶树脂3~5份,明胶1.5~3份,硫酸铈0.5~1份,富勒烯0.5~0.8份,所述生物膜填料为中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状。
2.根据权利要求1所述的生物膜填料,其特征在于,所述紫胶树脂粒径为10-80目。
3.根据权利要求2所述的生物膜填料,其特征在于,中空管的直径与高度相当。
4.权利要求1~3中任一项所述生物膜填料的制备方法,其特征在于,包括步骤:
(1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中,制成紫胶树脂的乙醇溶液;
(2)加入配方量的富勒烯,充分球磨;
(3)往球磨处理后的溶液中,加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶和硫酸铈,750W微波处理3分钟,超声波振荡1小时;
(4)乙醇自然挥发,得到固体物料,将固体物料进行造粒、挤压成型,即得生物膜填料。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中,挤压成型得到的生物膜填料为中空管状,其内部设有轴向交叉的加强筋,外表面呈锯齿状。
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