公开(公告)日2016.11.09
IPC分类号B01J20/26; C02F3/28; C02F1/28
摘要
本发明公开了一种处理工业废水的厌氧生物流化床混合载体及应用：其特征在于是由改性活性炭、改性硅藻土、改性树脂组成的混合载体，其中改性活性炭体积为混合载体体积的55‑62%，改性树脂体积为混合载体体积的31‑42%，改性硅藻土体积为混合载体体积的3‑7%;应用中混合载体总体积为厌氧生物流化床总体积的9‑11%，本发明混合载体在生物流化床中的应用能够提高传质效率，降低能耗，减少污泥产量，缩短HRT(水力停留时间)，并使得厌氧生物流化床耐冲击负荷能力更强，因此混合载体厌氧生物流化床处理工业废水时，化学需氧量(chemical oxygen demand，COD)去除效果远高于传统厌氧生物处理方法。
权利要求书
1.一种处理工业废水的厌氧生物流化床混合载体，其特征在于：是由改性活性炭、改性硅藻土、改性树脂组成的混合载体，其中改性活性炭体积为混合载体体积的55-62%，改性树脂体积为混合载体体积的31-42%，改性硅藻土体积为混合载体体积的3-7%;其中改性活性炭、改性硅藻土和改性树脂分别由以下方法制备得到：
A、活性炭改性：
1)将活性炭用蒸馏水煮沸，洗涤烘干，将活性炭在300-350℃的强氧化性的溶液中活化3-4h，进行表面改性和扩孔反应;得到改性活性炭;其中活性炭粒径为0.5-2.0mm，比重为1.0-1.4g/mL;
B、硅藻土改性：
1)将硅藻土洗涤风干，再将硅藻土放入碱溶液中，在80-90℃的条件下搅拌浸泡6-8h，将浸泡后的硅藻土洗净风干;其中硅藻土粒径为0.5-2.0mm;
2)将步骤1)中所得的硅藻土放于酸性溶液中，搅拌浸泡2-3h，将浸泡后的硅藻土洗净风干;
3)将步骤2)风干所得硅藻土在400-600℃的温度下煅烧1-2h，将煅烧后的硅藻土用水冷却，洗涤风干，得到改性硅藻土;
C、树脂改性：
将淀粉与水混合均匀，于57-68℃下搅拌糊化0.5-1h;淀粉糊化后，加入引发剂，充分搅拌后以连续加料方式加入树脂，在72-83℃的温度下反应1-2h得接枝共聚物，用蒸馏水洗涤得改性树脂;树脂的粒径0.5-2.0mm，比重1.0-1.4g/mL。
2.如权利要求1所述的厌氧生物流化床混合载体，其特征在于：所述的活性炭为椰壳活性炭、木质活性炭、果壳活性炭或橡胶-塑料活性炭中的一种或几种;所述的树脂为大孔离子交换树脂或凝胶离子交换树脂中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的厌氧生物流化床混合载体，其特征在于：所述的强氧化性的溶液为硝酸溶液。
4.如权利要求1所述的厌氧生物流化床混合载体，其特征在于：所述的碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的一种或两种;碱溶液的浓度为1-5mol/L;所述的酸性溶液为硫酸溶液、硝酸溶液或盐酸溶液中的一种或几种，酸性溶液的pH值为2-5。
5.如权利要求1所述的厌氧生物流化床混合载体，其特征在于：树脂与淀粉的质量比为1-2：1;所述的引发剂为硝酸高铈;引发剂与淀粉质量比为0.014-0.019。
6.一种利用如权利要求1所述的厌氧生物流化床混合载体在处理工业废水中的应用，其特征在于：混合载体总体积为厌氧生物流化床总体积的9-11%。
说明书
一种处理工业废水的厌氧生物流化床混合载体及应用
技术领域
本发明涉及一种处理工业废水的厌氧生物流化床混合载体及应用，属于废水处理领域。
背景技术
工业废水中的污染物种类复杂、浓度大、含有大量难降解的有机物、重金属以及造成水体富营养化的氮磷和危害人类健康的其他物质如氟等，传统的厌氧处理方法存在处理效果差、污泥产量大、污泥泥龄长等问题。生物流化床反应器(biological fluidized bed reactor，FBBR)是一种微生物同时具有附着生长和悬浮生长特征的废水处理反应器，与传统污水生化处理技术相比，生物流化床具有微生物菌浓度高，传质效率高，不易阻塞，剩余污泥量少等优势，从而其污水处理效率高，并可大幅节省用地面积。生物流化床极大提高了生化反应器的废水处理的综合性价比，这在当今土地资源紧缺、废水排放标准日趋严格的情况下，对生物流化床这种高效的新型废水生物处理装备开发尤其显得更为迫切。
载体作为生物流化床的介质，是微生物附着生长的主体，并起着决定生物流化床能耗和处理效率的关键作用，因此载体的性能是衡量生物流化床成功与否的决定性因素。载体一方面可以为微生物提供附着的场所，提高微生物菌的浓度，另一方面也增大了微生物与污水的接触面积，使其能够更好地与营养物质接触，保证生物膜的正常生长。开发一种密度适宜、生物亲和力和亲水性高、表面粗糙多孔的载体将是生物流化床废水处理领域的重要研究方向。
发明内容
本发明的目的是针对传统生物流化床载体比重过大会造成流化能耗高，比重过小易堆积于床层顶部形成悬浮床，以及孔隙率小，亲水性和生物亲和力差，不易挂膜等缺点，而提供了一种以活性炭、硅藻土、树脂为基本原料，制备密度适宜、孔径大、吸附能力强、生物亲和性好、易于微生物挂膜的处理工业废水的厌氧生物流化床混合载体，本发明的另一目的是提供上述厌氧生物流化床混合载体的应用。
本发明的技术方案为：一种处理工业废水的厌氧生物流化床混合载体，其特征在于：是由改性活性炭、改性硅藻土、改性树脂组成的混合载体，其中改性活性炭体积为混合载体体积的55-62%，改性树脂体积为混合载体体积的31-42%，改性硅藻土体积为混合载体体积的3-7%;其中改性活性炭、改性硅藻土和改性树脂分别由以下方法制备得到：
A、活性炭改性：
1)将活性炭用蒸馏水煮沸，洗涤烘干，将活性炭在300-350℃的强氧化性的溶液中活化3-4h，进行表面改性和扩孔反应;得到改性活性炭;
B、硅藻土改性：
1)将硅藻土洗涤风干，再将硅藻土放入碱溶液中，在80-90℃的条件下搅拌浸泡6-8h，将浸泡后的硅藻土洗净风干;
2)将步骤1)中所得的硅藻土放于酸性溶液中，搅拌浸泡2-3h，将浸泡后的硅藻土洗净风干;
3)将步骤2)风干所得硅藻土在400-600℃的温度下煅烧1-2h，将煅烧后的硅藻土用水冷却，洗涤风干，得到改性硅藻土;
C、树脂改性：
将淀粉与水混合均匀，于57-68℃下恒温搅拌糊化0.5-1h;淀粉糊化后，加入引发剂，充分搅拌后以连续加料方式加入树脂，在72-83℃的温度下反应1-2h得接枝共聚物，用蒸馏水洗涤得改性树脂。
优选上述的活性炭为椰壳活性炭、木质活性炭、果壳活性炭或橡胶-塑料活性炭中的一种或几种;步骤B中的硅藻土为可以为原始未处理的或者是经有机溶剂处理的硅藻土;优选所述的树脂为大孔离子交换树脂或凝胶离子交换树脂中的一种或几种;更优选聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚四氟乙烯树脂、聚丙烯树脂(PP)或聚碳酸酯树脂(PC)中的一种或几种。
优选活性炭粒径为0.5-2.0mm，比重为1.0-1.4g/mL;优选上述的强氧化性溶液为硫酸、硝酸或盐酸溶液中的一种或几种。
优选硅藻土粒径为0.5-2.0mm;优选上述的碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾种的一种或两种;碱溶液的浓度为1-5mol/L;优选所述的酸溶液为硫酸、硝酸或盐酸中的一种或几种，酸溶液的pH值为2-5。
优选树脂的粒径0.5-2.0mm，比重1.0-1.4g/mL;树脂与淀粉的质量比为1-2： 1;所述的引发剂为硝酸高铈;引发剂与淀粉质量比为0.014-0.019。
本发明还提供了上述的厌氧生物流化床混合载体在处理工业废水中的应用，其特征在于：混合载体总体积为厌氧生物流化床总体积的9-11%。
有益效果：
通过对活性炭改性，活性炭的生物亲和力和亲水性增加，中孔、大孔增多，中孔和微孔孔径变大，吸附能力变强，缩短了挂膜时间，增加了吸附水中有机物、重金属、微生物等的能力;强碱的浸泡大大增加了硅藻土的孔径，比表面积，使得其吸附效果增加，孔径的增大更有利于微生物挂膜生长。强酸处理后去除了硅藻土中的金属氧化物，减小了硅藻土的比重，使得其在生物流化床中更易于流化，减小了能耗，高温煅烧水冷后，硅藻土密度减小、孔径增大，从而增加了吸附能力，且密度进一步减小更利于其在生物流化床中流化。树脂的接枝反应，引入亲水性基团，增加了树脂的生物亲和性与亲水性，使得淀粉树脂接枝共聚物具有超强吸水和保水性能，从而使得树脂更利于微生物挂膜生长。
由于各载体密度不同，粒径不同，当载体以不同比例混合后，增加了微生物对各种污染物的针对性;密度的不同导致载体间流化差异较大，易于促进整个混合载体的混合及流化，提高整个床层的有效利用率，混合载体提高了相间对流，使得载体达到全混流的状态，提高了传质效率。解决了载体过轻漂浮于床层顶部而形成类似悬浮床，从而没有了载体与水之间的相间对流。
根据不同废水将上述改性载体按不同比例混合，针对废水中的不同污染物，活性炭、硅藻土、树脂起到了不同的处理效果：活性炭可吸附有机污染物并供微生物挂膜生长;树脂可吸附废水中的金属离子、氨氮、硝氮以及离子型有机污染物，并且可以降低盐浓度改善微生物生长环境，消除盐浓度过高对微生物挂膜的抑制;硅藻土不仅可以吸附废水中的金属离子和有机污染物，在一定程度上还为微生物挂膜生长提供场所。混合载体更有利于微生物发挥其对污染物的选择性处理，从而大幅提高厌氧生物流化床处理各种污染物的能力，提高处理效率，缩短停留时间，降低能耗。