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CN118561408A - 一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法及填料 - Google Patents

一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法及填料 Download PDF

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CN118561408A CN202410660898.9A CN202410660898A CN118561408A CN 118561408 A CN118561408 A CN 118561408A CN 202410660898 A CN202410660898 A CN 202410660898A CN 118561408 A CN118561408 A CN 118561408A
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Abstract

本发明公开一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法及填料，制备方法包括：以质量份数计，将20～35份活性炭、0.05～0.2份复合金属盐、70～80份聚乙烯、0.5～0.2份交联剂以及其他辅料挤出成型即得生物悬浮填料。本发明通过添加活性炭，提高了填料的耐磨性和表面粗糙度，从而增加了微生物的附着位点，显著提升了微生物在填料表面的挂膜速度；此外，活性炭在悬浮填料内部形成了空隙，对内包埋的复合金属盐起到了很好的缓释作用；在废水处理领域，该生物悬浮填料具有广阔的应用前景，可作为好氧池、缺氧池和厌氧池的生物附着填料，有效提高反应池内的生物量和微生物活性；本发明的生物悬浮填料使用寿命长，复合金属盐缓慢释放，不会对水体造成污染。

Description

一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法及填料
技术领域
本发明属于化学药物分析检测领域，具体地说，涉及一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法及填料。
背景技术
废水处理包括物理处理、化学处理和生物处理，其中生物处理由于其成本低、综合处理能力高，常常作为废水处理的核心工艺。生物处理借助微生物的分解作用，将废水中的污染物降解和去除，从而达到废水净化的目的。
生物处理方法主要包括活性污泥法和生物膜法。生物膜法是通过微生物在载体表面形成生物菌落，从而参与废水处理的一种方法。填料是生物膜法中的关键组成部分，分为固定填料和流化悬浮填料。填料不仅是微生物生长、繁殖和栖息的主要载体，也是废水中污染物进行生化反应的场所。因此，填料的性质直接影响着微生物的活性。
现有技术如发明专利CN1142895C公开了一种用于水或废水净化的生物膜载体及其应用，该专利设计了填料的内外部结构，以确保水力、空气和营养物质的畅通，填料在反应池内处于流化状态。然而，该填料的微生物挂膜能力较差，无法达到较好的缓释作用。而废水中污染物的代谢与微生物中酶的活性直接相关，金属离子通常作为酶的活性中心，参与到污染物的分解代谢中。虽然废水中通常包含碳、氮、磷、氢、氧等微生物生长代谢所需的元素，但微量元素的匮乏将必然影响微生物的活性，从而影响废水处理的效果。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法及填料，以实现提高生物悬浮填料中微生物的挂膜效率及微生物活性，同时实现对复合金属盐起到缓释作用的目的。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种用于处理废水的悬浮填料的制备方法，包括：
以质量份数计，将20～35份活性炭、0.05～0.2份复合金属盐、70～80份聚乙烯、0.5～2份交联剂以及其他辅料挤出成型即得生物悬浮填料。
本发明中，通过添加20～35份的活性炭，提高了生物悬浮填料的耐磨性和表面粗糙度。这不仅增加了微生物的附着位点，还显著提高了微生物在生物悬浮填料表面的挂膜速度。生物悬浮填料内部的活性炭形成了空隙结构，有助于内包埋的0.05～0.2份复合金属盐的缓释效果，从而确保了微生物活性的持续稳定。进一步地，通过加入70～80份聚乙烯、0.5～0.2份交联剂及其他辅料挤出成型，优化了悬浮填料的综合性能，使其在废水处理过程中表现出更高的效率和稳定性。
进一步地，所述其他辅料选自抗氧化剂、硬脂酸钙、石蜡、发泡剂中的一种或多种。
抗氧化剂可以提高填料的抗氧化性能，硬脂酸钙和石蜡可以增加填料的硬度和稳定性，发泡剂可以增加填料的孔隙率，提高填料的吸附性能。
进一步地，先将活性炭、复合金属盐烘干称重混合，再加入聚乙烯、交联剂、其他辅料混合，混合后挤出成型，即得。
通过加入聚乙烯、交联剂和其他辅料，优化了悬浮填料的综合性能，使其在废水处理过程中表现出更高的效率和稳定性。
进一步地，先将活性炭、复合金属盐置于125～175℃的烘箱内烘干；将混料机加热至80～100℃，取聚乙烯、交联剂、其他辅料于混料机中进行混料，混料后在180～200℃的温度下挤出成型，即得。
将活性炭、复合金属盐、聚乙烯、交联剂和其他辅料混合后挤出成型，操作简单方便，适用于工业生产。
进一步地，先将活性炭、复合金属盐置于150℃的烘箱内烘干8h；将混料机加热至80℃，取聚乙烯、交联剂、其他辅料于混料机中进行混料，混料后在180℃的温度下挤出成型，即得。
进一步地，所述复合金属盐选自CoCl2、MnCl2、ZnCl2、NiCl2、CuSO4、Na2MoO4、Na2SeO4中的一种或多种。
进一步地，所述复合金属盐包括CoCl2、MnCl2、ZnCl2、NiCl2、CuSO4、Na2MoO4、Na2SeO4。
进一步地，以质量份数计，所述复合金属盐中包括12～18份CoCl2、60～70份MnCl2、7～10份ZnCl2、1～2份NiCl2、2～3份CuSO4，1～2份Na2MoO4、1～2份Na2SeO4。
复合金属盐中的金属离子可以作为微生物的营养物质，促进微生物的生长和代谢活性，提高废水处理效率。其中部分金属盐具有一定的抗菌作用，可以抑制废水中有害微生物的生长，保持微生物群落的稳定性。这些金属盐中的金属离子还具有不同的氧化还原性能，可以促进废水中有机物的氧化分解，提高废水的处理效率。本发明选用多种金属盐可以实现多元效应，不同金属离子的作用相互补充，提高填料的综合性能和废水处理效果。
本发明还提供一种用于处理废水的生物悬浮填料，采用上述技术方案任一所述的制备方法制备得到。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明通过添加活性炭，提高了填料的耐磨性和表面粗糙度，从而增加了微生物的附着位点，显著提升了微生物在填料表面的挂膜速度。此外，活性炭在悬浮填料内部形成了空隙，对内包埋的复合金属盐起到了很好的缓释作用。在废水处理领域，该生物悬浮填料具有广阔的应用前景，可作为好氧池、缺氧池和厌氧池的生物附着填料，有效提高反应池内的生物量和微生物活性。本发明的生物悬浮填料使用寿命长，复合金属盐缓慢释放，不会对水体造成污染。
下面结合具体实施方式作进一步详细的描述。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
(1)取30kg活性炭、0.1kg复合金属盐(复合金属盐由16.1g CoCl2、68.5g MnCl2、8.1gZnCl2、1.6g NiCl2、2.4g CuSO4、1.6g Na2MoO4、1.7g Na2SeO4组成)，置于150℃烘箱内烘干8h，称量至恒重。
(2)将混料机加热至80℃，取80kg聚乙烯、1kg交联剂、0.3kg抗氧化剂1010，进行混料，然后在180℃的温度下挤出成型，成型后经水漂洗、晾干制得Φ12×9mm的环形十字生物悬浮填料。
实施例2
(1)取300kg活性炭及1.5kg复合金属盐(其中235g CoCl2、1028g MnCl2、127gZnCl2、18g NiCl2、42g CuSO4、21g Na2MoO4、29g Na2SeO4)，经电热炉加热脱水，称量至重量不在明显减轻。
(2)将混料机加热至80℃，取900kg聚乙烯、15kg交联剂、3kg抗氧化剂1010、3kg抗氧化剂168、5kg硬脂酸钙、5kg发泡剂AC1，进行混料，然后加热至180℃进行挤塑成型，然后经水浸泡、漂洗、烘干，产品为Φ25×12mm的蜂窝生物悬浮填料。
实施例3
(1)取20kg活性炭、0.05kg复合金属盐(复合金属盐由9g CoCl2、35g MnCl2、3.5gZnCl2、0.5g NiCl2、1g CuSO4、0.5g Na2MoO4、0.5g Na2SeO4组成)，置于125℃烘箱内烘干8h，称量至恒重。
(2)将混料机加热至90℃，取70kg聚乙烯、0.5kg交联剂、0.2kg抗氧化剂1010，进行混料，然后在190℃的温度下挤出成型，成型后经水漂洗、晾干制得Φ12×9mm的环形十字生物悬浮填料。
实施例4
(1)取20kg活性炭、0.05kg复合金属盐(复合金属盐由6g CoCl2、34.5g MnCl2、5gZnCl2、1g NiCl2、1.5g CuSO4、1g Na2MoO4、1g Na2SeO4组成)，置于125℃烘箱内烘干8h，称量至恒重。
(2)将混料机加热至90℃，取70kg聚乙烯、0.5kg交联剂、0.2kg抗氧化剂1010，进行混料，然后在190℃的温度下挤出成型，成型后经水漂洗、晾干制得Φ12×9mm的环形十字生物悬浮填料。
实施例5
(1)取20kg活性炭、0.05kg复合金属盐(复合金属盐由6.5g CoCl2、35g MnCl2、3.5gZnCl2、1g NiCl2、1.5g CuSO4、1g Na2MoO4、1g Na2SeO4组成)，置于175℃烘箱内烘干8h，称量至恒重。
(2)将混料机加热至100℃，取70kg聚乙烯、0.5kg交联剂、0.2kg抗氧化剂1010，进行混料，然后在200℃的温度下挤出成型，成型后经水漂洗、晾干制得Φ12×9mm的环形十字生物悬浮填料。
实验例1
本实验例验证了生物悬浮填料的组成成分不同对其性能的影响。
实验装置的处理规模为1L/h，设置了两个反应池。一级反应池的停留时间为2小时，二级反应池的停留时间为8小时。两个反应池的池底均进行曝气，溶解氧浓度保持在4mg/L。混合液的回流比设为300％，污泥的回流比为100％。在一级反应池和二级反应池中，悬浮填料的添加体积占池容的30％。实验选用某焦化废水厌氧出水作为实验水样，并分别将不同实验组的悬浮填料添加到反应池中进行对比实验。
具体地，将焦化废水厌氧出水以1L/h的速率引入一级反应池，并控制停留时间为2小时。在一级反应池中，将所选悬浮填料以30％的体积比例加入，并保持池底曝气以维持溶解氧浓度为4mg/L。调整混合液的回流比为300％，污泥的回流比为100％。将一级反应池的混合液引入二级反应池，控制停留时间为8小时。在二级反应池中，再次添加所选悬浮填料以30％的体积比例。根据实验设计，设定不同实验组的悬浮填料，保持其他条件不变，进行对比实验。定期取样并分析，记录处理效果及水质变化；结果如下表1所示：
实验组1：选取实施例1制备得到的生物悬浮填料。
实验组2：本实验组与实施例1的区别仅在于不添加活性炭。
实验组3：本实验组与实施例1的区别仅在于不添加复合金属盐。
表1：
首先，实验组1的MLSS浓度最高，为5500mg/L，比实验组2和实验组3分别高出700mg/L和300mg/L。较高的MLSS浓度通常表示更高的微生物量，有利于提高废水处理的效率和稳定性。其次，实验组1的COD去除率为82.86％，比实验组2和实验组3分别高出2.38％和1.43％。这表明实验组1在降解废水中的有机物方面更为高效。此外，实验组1的N-NH3去除率为98.33％，远高于实验组2和实验组3的分别为95.56％和95％。这说明实验组1在去除废水中的氨氮方面表现更出色。
综合考虑COD和氨氮的去除率以及MLSS浓度，实验组1在废水处理的综合效果上更为优越，具有更高的处理效率和稳定性。因此，本申请中具有活性炭、复合金属盐的生物悬浮填料在废水处理实验中取得了较好的效果。
实验例2
本实验例验证了本发明的生物悬浮填料与普通悬浮填料相比对废水中污染物的去除效果。具体地，同实验例1，选用某焦化废水厌氧出水作为实验水样，分别将不同实验组的悬浮填料添加到反应池中进行对比实验，结果如下表2所示：
实验组1：选取实施例1制备得到的生物悬浮填料。
实验组2：市面普通悬浮填料(即K3型悬浮填料，直径25mm，厚度10mm，材质为高密度聚乙烯，比表面积＞500m2/m3)。
表2：
由上表可见，实验组1的MLSS浓度为5500mg/L，显著高于实验组2的4500mg/L。较高的MLSS浓度通常表示更高的微生物量，有助于提高废水处理的效率和稳定性。实验组1的COD去除率为82.86％，比实验组2的77.14％高出5.72％。这表明实验组1在降解废水中的有机物方面更为高效。进一步地，实验组1的N-NH3去除率为98.33％，明显高于实验组2的93.89％。这说明实验组1在去除废水中的氨氮方面表现更出色。
综合考虑COD和氨氮的去除率以及MLSS浓度，实验组1在废水处理的综合效果上更为优越，具有更高的处理效率和稳定性。因此，本发明的生物悬浮填料在废水处理中表现出更好的效果。
实验例3
本实验例验证了复合金属盐的添加量对生物悬浮填料性能的影响。具体地，同实验例1，选用某焦化废水厌氧出水作为实验水样，分别将不同实验组的悬浮填料添加到反应池中进行对比实验，结果如下表3所示：
实验组1：选取实施例1制备得到的生物悬浮填料。
实验组2：与实施例1的区别仅在复合金属盐添加量为0.03kg(其中，复合金属盐由4.83gCoCl2、20.55g MnCl2、2.43g ZnCl2、0.48g NiCl2、0.72g CuSO4、0.48g Na2MoO4、0.51gNa2SeO4组成)，小于本发明要保护的0.05-0.2份的范围。
表3：
由上表可见，实验组1的COD去除率达到82.86％，明显高于实验组2的81.90％。此外，实验组1在去除N-NH3方面表现尤为优越，其去除率高达98.33％，相比之下，实验组2的N-NH3去除率为96.67％。这些数据表明，实验组1的配方在提高废水处理效果方面具有显著优势，尤其在去除COD和N-NH3方面表现出更高的效率，证明了实验组1在废水处理中的优越性能。
实验例4
本实验例验证了复合金属盐中CoCl2、MnCl2、ZnCl2的用量配比对生物悬浮填料性能的影响。具体地，同实验例1，选用某焦化废水厌氧出水作为实验水样，分别将不同实验组的悬浮填料添加到反应池中进行对比实验，结果如下表4所示：
实施例1：选取实施例1制备得到的生物悬浮填料；实施例1中CoCl2：16.1g，MnCl2：68.5g，ZnCl2：8.1g；
实验组1：与实施例1的区别仅在于：CoCl2：13.8g，MnCl2：60g，ZnCl2：18.9g；
实验组2：与实施例1的区别仅在于：CoCl2：11.1g，MnCl2：55.6g，ZnCl2：26g；
实验组3：与实施例1的区别仅在于：CoCl2：18.5g，MnCl2：68g，ZnCl2：6.2g。
表4：
实验组1与实施例1相比，复合金属盐中ZnCl2的用量高于7～10份这个范围、CoCl2、MnCl2的用量降低，由上表4可见，实验组1的生物悬浮填料其COD去除率和N-NH3去除率均相对于实施例1而言有所下降。
实验组2与实施例1相比，复合金属盐中ZnCl2的用量远高于7～10份这个范围、CoCl2的用量低于12～18份这个范围、MnCl2的用量低于60～70份这个范围，由上表4可见，实验组2的生物悬浮填料其COD去除率和N-NH3去除率均相对于实施例1而言有明显下降。
实验组3与实施例1相比，复合金属盐中ZnCl2的用量低于7～10份这个范围、CoCl2的用量略高于12～18份这个范围，由上表4可见，实验组3的生物悬浮填料其COD去除率和N-NH3去除率均相对于实施例1而言有明显下降。
综上所述，复合金属盐各成分的配比不同，会对生物悬浮填料处理废水的效果造成一定的影响，当ZnCl2的用量属于7～10份、CoCl2的用量属于12～18份、MnCl2的用量属于60～70份，生物悬浮填料对COD和N-NH3的去除率最高，去除效果最好。
以上所述仅是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，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (9)

1.一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法，其特征在于：以质量份数计，将20～35份活性炭、0.05～0.2份复合金属盐、70～80份聚乙烯、0.5～2份交联剂以及其他辅料挤出成型即得生物悬浮填料。
2.根据权利要求1所述的一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法，其特征在于：所述其他辅料选自抗氧化剂、硬脂酸钙、石蜡、发泡剂中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法，其特征在于：先将活性炭、复合金属盐烘干称重混合，再加入聚乙烯、交联剂、其他辅料混合，混合后挤出成型，即得。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法，其特征在于：先将活性炭、复合金属盐置于125～175℃的烘箱内烘干；将混料机加热至80～100℃，取聚乙烯、交联剂、其他辅料于混料机中进行混料，混料后在180～200℃的温度下挤出成型，即得。
5.根据权利要求4所述的一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法，其特征在于：先将活性炭、复合金属盐置于150℃的烘箱内烘干8h；将混料机加热至80℃，取聚乙烯、交联剂、其他辅料于混料机中进行混料，混料后在180℃的温度下挤出成型，即得。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法，其特征在于：所述复合金属盐选自CoCl2、MnCl2、ZnCl2、NiCl2、CuSO4、Na2MoO4、Na2SeO4中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法，其特征在于：所述复合金属盐包括CoCl2、MnCl2、ZnCl2、NiCl2、CuSO4、Na2MoO4、Na2SeO4。
8.根据权利要求7所述的一种用于处理废水的生物悬浮填料的制备方法，其特征在于：以质量份数计，所述复合金属盐中包括12～18份CoCl2、60～70份MnCl2、7～10份ZnCl2、1～2份NiCl2、2～3份CuSO4，1～2份Na2MoO4、1～2份Na2SeO4。
9.一种用于处理废水的生物悬浮填料，其特征在于，采用上述权利要求1-8任一所述的制备方法制备得到。
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