申请日2015.05.15
公开(公告)日2015.09.09
IPC分类号C02F3/34; C02F3/10
摘要
本发明提出了一种用于废水处理的复合型生物载体，所用基础料为高密度聚乙烯，复合功能料为矿渣粉、三氧化二铁、焦炭、淀粉、阳离子聚丙烯酰胺或聚季铵盐-10，辅料为滑石粉。本发明所提供的用于废水处理的复合型生物载体密度在0.93～1.05g/cm3;表面粗糙、挂膜所需时间短、抗冲击性强，在水中能防止生物载体外表面附着的微生物膜因载体间摩擦而脱落;该生物载体与污水的接触角小，提高了载体的亲水性，使微生物更容易附着在载体上;该生物载体含有生物酶的增强性成分，促进生物酶的催化作用，生物活性高，新陈代谢快，能显著提高水中污染物的分解能力;该生物载体含有抗紫外线成分，使用寿命30年以上，无需更换和维护。
权利要求书
1.一种用于废水处理的复合型生物载体，其特征在于：该用于废水处理的复合型生物载 体是由如下重量百分比的组分组成，其中基础料：高密度聚乙烯为90～95%;辅料：滑石粉 为0.2～1%;复合功能料：矿渣粉为1～3%、三氧化二铁为0.5～1.5%、焦炭为0.5～3%、淀 粉为1～3%、阳离子聚丙烯酰胺或聚季铵盐-10为1～3%。
2.根据权利要求1所述的用于废水处理的复合型生物载体，其特征在于：该用于废水处 理的复合型生物载体的密度为0.93～1.05g/cm3。
3.根据权利要求1所述的用于废水处理的复合型生物载体，其特征在于：该用于废水处 理的复合型生物载体抗冲击强度为72～79KJ/m2。
4.根据权利要求1所述的用于废水处理的复合型生物载体，其特征在于：该用于废水处 理的复合型生物载体拉伸强度为27～31MPa。
5.根据权利要求1所述的用于废水处理的复合型生物载体，其特征在于：该用于废水处 理的复合型生物载体的接触角为69～82°。
说明书
一种用于废水处理的复合型生物载体
技术领域
本发明涉及一种用于废水处理的生物载体，特别涉及一种用于废水处理的复合型生物载 体。
背景技术
生物膜移动床法因其具有运行稳定、抗高负荷冲击、经济节能等优点被广泛应用在污水 处理工艺中。而生物膜移动床法的核心技术是生物膜载体，生物膜载体的特性决定了移动床 生物膜法处理工艺的效率。但是，目前生产的生物膜载体大多采用聚乙烯、聚丙烯等高分子 树脂材料直接制成，因此，所生产的生物载体生物亲和性差、载体外表面生物膜易脱落、氨 氮的去除率低。
高密度聚乙烯具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高刚性和韧性，机 械强度好。最近，公开号为CN1762851A、CN101066800A及公布号为CN102887591A的专利公 开了用高密度聚乙烯材料为基础料，添加改性功能料制备生物载体。所制得的生物载体虽然 具有粗糙度和比表面积大、使用寿命长等优点，但也存在着生物载体挂膜所需时间长、载体 外表面不易挂膜等不足。
本发明的目的是提供一种具有表面生物亲和性、抗冲击强度和拉伸强度高、载体外表面 生物膜不易脱落、挂膜所需时间短、脱氢酶活性和生物量大，同时能提高市政污水、工业废 水和水产养殖水中污染物去除率的表面改性的复合型生物载体。
发明内容
本发明的用于废水处理的复合型生物载体是由如下重量百分比的原料组成，其中基础 料：高密度聚乙烯为90～95%;辅料：滑石粉为0.2～1%;复合功能料：矿渣粉为1～3%、 三氧化二铁为0.5～1.5%、焦炭为0.5～3%、淀粉为1～3%、阳离子聚丙烯酰胺或聚季铵盐- 10为1～3%;
本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体的制备方法为：
1按照上述重量百分比称取原料，将其进行均匀混合。
2将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。
3将混合后的原料送入挤出机筒内，随着挤出机螺杆的转动原料被强制推向机头方 向。
4从机头模具口挤出具有一定形状的产品，经定径、冷却定塑、切割定型即可得到灰 黑色内部为十字支撑架的圆柱体，最好柱面的横截面积为齿形。
本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体的密度为0.93～1.05g/cm3，优选的密度 为0.97g/cm3;抗冲击强度为72～79KJ/m2，优选的抗冲击强度为75KJ/m2;拉伸强度为 27～31MPa，优选的拉伸强度为30MPa;
本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体的接触角为69～82°。
本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体投加到市政污水好氧生物处理系统中，挂 膜所需时间为7～12天。
本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体投加到市政污水好氧生物处理系统中，其 中BOD容积负荷1.5kg/m3*d、COD容积负荷3kg/m3*d、氨氮容积负荷0.3kg/m3*d、总氮容积 负荷0.8kg/m3*d、总磷容积负荷0.12kg/m3*d的条件下，复合型生物载体外表面生物膜的厚 度为10～40μm，内表面膜的厚度为200～400μm;BOD去除率为95～97%、COD去除率为 90～97%、氨氮去除率为99%以上、总氮去除率为80～85%、总磷去除率为83～87%。
本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体投加到水产养殖水好氧生物处理系统中， 其中进水COD容积负荷0.05kg/m3*d，氨氮容积负荷0.005kg/m3*d的条件下，COD的去除率 为70～80%，氨氮的去除率为98%以上。
本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体投加到工业废水好氧生物处理系统中，其 中进水COD容积负荷2.5kg/m3*d，苯酚容积负荷1.0kg/m3*d的条件下，苯酚的去除率为 99%以上，COD的去除率为95%以上。
本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体投入敞口反应器内，打开曝气泵，对容器 进行曝气，溶解氧控制在2～5mg/L之间，水温20℃，维持10min，均匀投加12g氯化铵固 体粉末，混合均匀后开始计时;分别在0min、15min、30min、60min、75min、90min、 105min、120min取样测定氨氮浓度。根据测定结果绘制氨氮消耗量与时间变化曲线，曲线 斜率绝对值与生物载体表面积的比值即为生物载体的硝化速率，硝化速率为0.45～ 0.85gNH3-N/m2·d。
本发明的效果在于：
1本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体含有复合功能料，降低了污水和载体 的接触角，提高了载体的亲水性，使微生物更容易附着在载体上。
2本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体含有生物酶的增强性成分，促进生物 酶的催化作用，附着的生物活性高，新陈代谢快，能显著提高水中污染物的分解能 力。
3本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体中混入矿渣粉，增大比表面积、吸附 性极强，在水中能防止载体外表面附着的微生物膜因载体间摩擦而脱落。
4本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体的密度在0.93～1.05g/cm3，挂膜后生 物载体在水中轻微的搅动就可以均匀流化，大大降低了能耗。
5本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体挂膜所需时间短，提高了废水处理效 率。
6本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体在高容积负荷下，具有高效的脱氮功 能。
7本发明所述的用于废水处理的复合型生物载体含有抗紫外线成分，使用寿命30年以 上，无需更换和维护。
具体实施方式
实施例子1
取细度在100目以上的滑石粉0.2kg、矿渣粉2kg、三氧化二铁0.8kg、焦炭2kg、淀粉 1kg、阳离子聚丙烯酰胺2kg混合，再加入高密度聚乙烯72kg，混合均匀后送入挤出桶内， 将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废 水处理的复合型生物载体。
对本实施例所制备的用于废水处理的复合型生物载体同纯高密度聚乙烯直接制得的生物 载体进行密度、接触角、抗冲击强度和拉伸强度的对比，对比结果如下：
实施例子2
取细度在100目以上的滑石粉0.2kg、矿渣粉2kg、三氧化二铁0.8kg、焦炭2kg、淀粉 1kg、聚季铵盐-10为2kg混合，再加入高密度聚乙烯72kg，混合均匀后送入挤出桶内，将 挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水 处理的复合型生物载体。
对本实施例所制备的用于废水处理的复合型生物载体同纯高密度聚乙烯直接制得的生物 载体进行密度、接触角、抗冲击强度和拉伸强度的对比，对比结果如下：
实施例子3
取细度在100目以上的滑石粉0.2kg、矿渣粉2kg、三氧化二铁0.8kg、焦炭2kg、淀粉 1kg、阳离子聚丙烯酰胺2kg混合，再加入高密度聚乙烯72kg，混合均匀后送入挤出桶内， 将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废 水处理的复合型生物载体。
对本实施例所制备的用于废水处理的复合型生物载体进行生物膜厚度和除磷脱氮功能测 定，投加到市政污水好氧生物处理系统中，其中BOD容积负荷1.5kg/m3*d，COD容积负荷 3kg/m3*d，氨氮容积负荷0.3kg/m3*d，总氮容积负荷0.8kg/m3*d，总磷容积负荷 0.12kg/m3*d。在上述条件下，用不低于100倍直接显微镜法测得载体外表面生物膜的厚度 为37μm、内表面膜的厚度为390μm;COD去除率为96%，BOD去除率为97%，氨氮去除率为 99.2%，总氮去除率为85%，总磷去除率为85%。
实施例子4
取细度在100目以上的滑石粉0.2kg、矿渣粉2kg、三氧化二铁0.8kg、焦炭2kg、淀粉 1kg、聚季铵盐-10为2kg混合，再加入高密度聚乙烯72kg，混合均匀后送入挤出桶内，将 挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废水 处理的复合型生物载体。
对本实施例所制备的用于废水处理的复合型生物载体进行生物膜厚度和除磷脱氮功能测 定，投加到市政污水好氧生物处理系统中，其中BOD容积负荷1.5kg/m3*d，COD容积负荷 3kg/m3*d，氨氮容积负荷0.3kg/m3*d，总氮容积负荷0.8kg/m3*d，总磷容积负荷 0.12kg/m3*d。在上述条件下，用不低于100倍直接显微镜法测得载体外表面生物膜的厚度 为40μm、内表面膜的厚度为380μm;COD去除率为97%，BOD去除率为97%，氨氮去除率为 99.6%，总氮去除率为85%，总磷去除率为87%。
实施例子5
取细度在100目以上的滑石粉0.5kg、矿渣粉1kg、三氧化二铁1kg、焦炭1kg、淀粉 1kg、阳离子聚丙烯酰胺1.5kg混合，再加入高密度聚乙烯74kg，混合均匀后送入挤出桶 内，将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用 于废水处理的复合型生物载体。
对本实施例所制备的用于废水处理的复合型生物载体进行生物膜厚度和除磷脱氮功能测 定，投加到市政污水好氧生物处理系统中，其中BOD容积负荷1.5kg/m3*d，COD容积负荷 3kg/m3*d，氨氮容积负荷0.3kg/m3*d，总氮容积负荷0.8kg/m3*d，总磷容积负荷 0.12kg/m3*d。在上述条件下，用不低于100倍直接显微镜法测得载体外表面生物膜的厚度 为18μm、内表面膜的厚度为270μm;COD去除率为90%，BOD去除率为95%，氨氮去除率为 99%，总氮去除率为81%，总磷去除率为83%。
实施例子6
取细度在100目以上的滑石粉0.5kg、矿渣粉1kg、三氧化二铁1kg、焦炭1kg、淀粉 1kg、聚季铵盐-10为1.5kg混合，再加入高密度聚乙烯74kg，混合均匀后送入挤出桶内， 将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废 水处理的复合型生物载体。
对本实施例所制备的用于废水处理的复合型生物载体进行生物膜厚度和除磷脱氮功能测 定，投加到市政污水好氧生物处理系统中，其中BOD容积负荷1.5kg/m3*d，COD容积负荷 3kg/m3*d，氨氮容积负荷0.3kg/m3*d，总氮容积负荷0.8kg/m3*d，总磷容积负荷 0.12kg/m3*d。在上述条件下，用不低于100倍直接显微镜法测得载体外表面生物膜的厚度 为15μm、内表面膜的厚度为230μm;COD去除率为90%，BOD去除率为95%，氨氮去除率为 99.2%，总氮去除率为82%，总磷去除率为83%。
实施例子7
取细度在100目以上的滑石粉0.5kg、矿渣粉1kg、三氧化二铁1kg、焦炭1kg、淀粉 1kg、阳离子聚丙烯酰胺1.5kg混合，再加入高密度聚乙烯74kg，混合均匀后送入挤出桶 内，将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用 于废水处理的复合型生物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的复合型生物载体和纯高密度聚乙烯直接制得的生物 载体分别投加到市政污水好氧生物处理系统中，纯高密度聚乙烯直接制得的生物载体挂膜所 需时间为45天，本实施例所制备的复合型生物载体挂膜所需时间为8天。挂膜所需时间缩 短了37天，说明本发明所制得的复合型生物载体具有很好的挂膜性能。
实施例子8
取细度在100目以上的滑石粉0.5kg、矿渣粉1kg、三氧化二铁1kg、焦炭1kg、淀粉 1kg、聚季铵盐-10为1.5kg混合，再加入高密度聚乙烯74kg，混合均匀后送入挤出桶内， 将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用于废 水处理的复合型生物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的复合型生物载体和纯高密度聚乙烯直接制得的生物 载体分别投加到市政污水好氧生物处理系统中，纯高密度聚乙烯直接制得的生物载体挂膜所 需时间为45天，本实施例所制备的复合型生物载体挂膜所需时间为10天。挂膜所需时间缩 短了35天，说明本发明所制得的复合型生物载体具有很好的挂膜性能。
实施例子9
取细度在100目以上的滑石粉0.2kg、矿渣粉0.8kg、三氧化二铁0.7kg、焦炭0.5kg、 淀粉0.8kg、阳离子聚丙烯酰胺1kg混合，再加入高密度聚乙烯76kg，混合均匀后送入挤出 桶内，将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的 用于废水处理的复合型生物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的复合型生物载体投加到工业废水好氧生物处理系统 中，其中进水COD容积负荷2.5kg/m3*d，苯酚容积负荷1.0kg/m3*d条件下，COD的去除率 为95%，苯酚的去除率为99%。
实施例子10
取细度在100目以上的滑石粉0.2kg、矿渣粉0.8kg、三氧化二铁0.7kg、焦炭0.5kg、 淀粉0.8kg、聚季铵盐-10为1kg混合，再加入高密度聚乙烯76kg，混合均匀后送入挤出桶 内，将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用 于废水处理的复合型生物载体。
将本实施例所制备的用于废水处理的复合型生物载体投加到水产养殖水好氧生物处理系 统中，其中进水COD容积负荷0.05kg/m3*d，氨氮容积负荷0.005kg/m3*d时，COD的去除率 为77%，氨氮的去除率为98%。
实施例子11
取细度在100目以上的滑石粉0.2kg、矿渣粉0.8kg、三氧化二铁0.7kg、焦炭0.5kg、 淀粉0.8kg、阳离子聚丙烯酰胺1kg混合，再加入高密度聚乙烯76kg，混合均匀后送入挤出 桶内，将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的 用于废水处理的复合型生物载体。
将本实施例制备的用于废水处理的复合型生物载体投入敞口反应器内，打开曝气泵，对 容器进行曝气，溶解氧控制在2～5mg/L之间，水温20℃，维持10min，均匀投加12g氯化 铵固体粉末，混合均匀后开始计时;分别在0min、15min、30min、60min、75min、90min、 105min、120min取样测定氨氮浓度。根据测定结果绘制氨氮消耗量与时间变化曲线，曲线 斜率绝对值与生物载体表面积的比值即为生物载体的硝化速率，测得硝化速率为0.75gNH3- N/m2·d。
实施例子12
取细度在100目以上的滑石粉0.2kg、矿渣粉0.8kg、三氧化二铁0.7kg、焦炭0.5kg、 淀粉0.8kg、聚季铵盐-10为1kg混合，再加入高密度聚乙烯76kg，混合均匀后送入挤出桶 内，将挤出机升温，机身温度达到135℃，机头温度达到130℃。即可制成本发明所述的用 于废水处理的复合型生物载体。
将本实施例制备的用于废水处理的复合型生物载体投入敞口反应器内，打开曝气泵，对 容器进行曝气，溶解氧控制在2～5mg/L之间，水温20℃，维持10min，均匀投加12g氯化 铵固体粉末，混合均匀后开始计时;分别在0min、15min、30min、60min、75min、90min、 105min、120min取样测定氨氮浓度。根据测定结果绘制氨氮消耗量与时间变化曲线，曲线 斜率绝对值与生物载体表面积的比值即为生物载体的硝化速率，测得硝化速率为0.62gNH3- N/m2·d。