申请日2009.06.11
公开(公告)日2009.12.09
IPC分类号C02F3/10; C02F3/12; H01F1/11; H01F1/36
摘要
本发明公开了一种用于污水生物流化床处理工艺的磁性载体的制备方法。包括如下步骤：1)将磁粉加入反应釜，在搅拌转速为40～100r/min下，依次加入无机酸、有机酸，加热升温至65～80℃，反应1.5～2小时;2)将反应物转移至干燥箱，于80～100℃下烘干0.5～1小时，干化冷却后经研磨式粉碎机粉碎，并用100目筛网筛分后得到颗粒磁性载体。本发明工艺路线简单、能耗低、效率高、成本低。本发明制得的磁性载体为核壳结构，易于微生物在其上生长生物膜，能够通过磁鼓分离器脱除剩余的生物膜，避免了生物载体大量流失。采用磁性载体的生物流化床工艺适用于城镇污水的达标排放处理、高氮磷医药废水的同步脱氮除磷、垃圾渗滤液和焦化废水等的硝化脱氮等领域。
权利要求书
1.一种用于污水生物流化床处理工艺的磁性载体的制备方法，其特征在于包 括如下步骤：
1)将磁粉加入反应釜，在搅拌转速为40～100r/min下，依次加入无机酸、 有机酸，加热升温至65～80℃，反应1.5～2小时;
2)将反应物转移至干燥箱，于80～100℃下烘干0.5～1小时，干化冷却后 经研磨式粉碎机粉碎，并用100目筛网筛分后制备得到颗粒磁性载体。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水生物流化床处理工艺的磁性载体的 制备方法，其特征在于所述的磁粉为磁铁矿粉或氧化铁皮，磁粉粒度为200～400 目，磁粉含铁55%～70%。
3.根据权利要求1所述的一种用于污水生物流化床处理工艺的磁性载体的 制备方法，其特征在于所述的无机酸为35%～50%的硫酸、27%～35%的盐酸 或40%～55%的硝酸，有机酸为50%～98%的乙酸或3%～10%的羟基乙酸。
4.根据权利要求1所述的一种用于污水生物流化床处理工艺的磁性载体的 制备方法，其特征在于所述的磁粉、无机酸和有机酸的质量比为：1∶0.2～1∶ 0.1～0.5。
说明书
一种用于污水生物流化床处理工艺的磁性载体的制备方法
技术领域
本发明属于环保领域，涉及一种用于生物流化床污水处理工艺的磁性载体 的制备方法，磁性载体易于生物膜生长，能够增加生物流化床内的污泥浓度， 提高污水处理效率，此外，磁性载体便于通过磁分离技术实现载体上多余生物 膜的脱除和更新，减少载体的流失。
背景技术
污水中的污染物成分复杂，大多以有机污染物为主，通常生物法是污水处 理最经济有效的方法，而生物法又分为活性污泥法和生物膜法两大类，活性污 泥法工艺成熟、运行管理方便、应用较为广泛，我国有约40%的城市污水处理 厂采用活性污泥法工艺。但活性污泥法构筑物占地面积大、易出现污泥膨胀、 对污水脱氮除磷处理效率不高。近年来致力于提高污水生物法处理效率的固定 化微生物技术得到了长足进步，因而生物膜工艺成为了未来污水生物处理发展 的主流方向，代表性的生物膜法工艺有曝气生物滤池、接触氧化工艺、生物转 盘和生物流化床，其中生物流化床工艺是为了解决曝气生物滤池和接触氧化工 艺池体堵塞问题而发展而来的新型生物膜法工艺，其将砂、活性炭、高分子填 料等填充于反应器，在填料表面附着生长生物膜，随着污水流动或曝气使得填 料在反应器流化，填料上的生物膜与污水中污染物接触而使得污染物降解。
生物流化床具有处理效率高、容积负荷大、抗冲击能力强、设备占地面积 小等优点，负载微生物的生物膜载体是生物流化床的核心，目前常用的流化床 载体有石英砂、活性炭、炉渣、聚苯乙烯球和聚氨酯泡沫等，但这些材料作为 生物流化床生物膜载体在应用中通常存在以下一些问题：石英砂作为好氧生物 流化床的生物膜载体具有较好的强度，但因其表面光滑而不易挂膜;活性炭或 炉渣吸附能力强、表面粗糙，较易挂膜，但其强度较差，脱膜时容易破损而流 失量很大;聚苯乙烯球作为生物膜载体存在挂膜较难和不易流化的缺点，而且 在脱膜过程中容易流失。此外，细小、质轻的生物膜载体颗粒虽然比大颗粒的 载体具有更大的比表面积，在处理效率上更具优势，但难于沉降，只能在生物 流化床内临界速度以下操作才能保证不随出水溢出，限制了设备操作能力;而 密度大的载体颗粒沉降快，但通常这类材料表面光滑，挂膜较慢。
通常，载体本身的粒径、密度、表面粗糙度和表面带电特性均对生物流化 床中微生物在载体表面的附着和活性有较大影响。不同粒径和密度的载体具有 特定的临界流态化速度，使之流化所需的能耗亦不同，一般说来生物流化床载 体粒径小，比表面积大，微生物量相对较多，废水对小粒径载体的剪切力也小， 因而生化效果较好，但粒径过小，在一定流速下，床层膨胀率较大，单位体积 中所含微生物量反而减少，进而载体的粒径也会对生物膜的厚度产生影响。载 体表面粗糙度越大，为微生物提供的附着生产点越多，也会减弱水力扰动、冲 刷引起生物膜的脱落，有利于世代时间较长的细菌的生产繁殖。此外，微生物 表面通常带负电荷，带正电荷的载体材料也有利于微生物向载体表面迁移，缩 短生物膜挂膜时间。
因而，适用于生物流化床的理想的生物膜载体应满足以下几个条件：(1) 载体可再生并可重复使用;(2)载体价格低廉、机械强度高、传质阻力小;(3) 载体与微生物结合牢固，能抵抗较强的水力冲刷;(4)负载于载体的微生物聚 集度高、活性损失少，稳定性好，能适应环境因素的变化;(5)载体对微生物 无毒，抗微生物分解。
申请号为200810102920.9的发明专利公开了一种将磁性物质和高分子聚合 物复合作为污水曝气池中生物膜载体，所述的磁性颗粒与高分子聚合物的重量 百分比为：磁性颗粒7～21%，高分子聚合物79～91%。通过湿式筒式永磁弱磁 场磁选机实现对多余生物膜的脱除，回收后的磁性生物膜载体回流于曝气反应 池。此发明通过制备带有磁性的生物膜载体，实现了用永磁分离设备对磁性载 体的脱膜和高效回收，但其生物膜载体与微生物亲和性较差，不易挂膜，而且 未将载体与相应结构的水处理设施结合起来，影响了处理效率的提高和应用推 广。
申请号为200510041717.1的发明专利公开了一种生物造粒流化床的污水处 理装置，通过在活性污泥中投加无机混凝剂和高分子絮凝剂并且搅拌来实现污 水中悬浮物颗粒化，使得产生的颗粒粒径大、密度高、沉降速度快，实现在一 个反应器中同时完成高效生物降解作用和高效固液分离，实现反应与分离的同 步化，缩短污水处理工艺流程，降低工程费用，而且分离的化学污泥稳定。但 此发明中生物流化床的颗粒较为松散，容易受到外在的水流扰动条件影响，而 且大量无机混凝剂的连续投加对微生物活性有所抑制，产生剩余污泥量较大。
发明内容
本发明的目的是针对目前已有生物流化床载体挂膜困难、载体易于流失的 问题，提供一种用于生物流化床污水处理工艺的磁性载体的制备方法。通过对 天然磁性颗粒采用有机酸和无机酸组成的复合酸表面改性，制备得到易于生物 附着和回收的磁性载体，其具有良好的磁响应性、且表面带有正电荷和良好的 生物亲和性，可以通过磁鼓分离器实现对磁性载体上剩余生物膜的脱除和磁性 载体的高效回收，提高循环利用率，避免磁性载体的流失。
用于污水生物流化床处理工艺的磁性载体的制备方法包括如下步骤：
1)将磁粉加入反应釜，在搅拌转速为40～100r/min下，依次加入无机酸、 有机酸，加热升温至65～80℃，反应1.5～2小时;
2)将反应物转移至干燥箱，于80～100℃下烘干0.5～1小时，干化冷却后 经研磨式粉碎机粉碎，并用100目筛网筛分后得到颗粒磁性载体。
所述的磁粉为磁铁矿粉或氧化铁皮，磁粉粒度为200～400目，磁粉含铁 55%～70%。无机酸为35%～50%的硫酸、27%～35%的盐酸或40%～55%的 硝酸，有机酸为50%～98%的乙酸或3%～10%的羟基乙酸。磁粉、无机酸和有 机酸的质量比为：1∶0.2～1∶0.1～0.5。
本发明工艺路线简单、能耗低、效率高，生产成本低。制备得到的磁性载 体为核壳结构，具有良好的磁响应性，将磁性载体投入接种活性污泥的曝气生 化流化床内曝气培养，由于磁性载体表面带正电荷的多羟基铁对带负电的微生 物的电性中和和吸附架桥作用，使得微生物较易在磁性载体表面附着生长，形 成致密而结合牢固的生物膜。当生物膜逐渐变厚并出现老化后，利用磁性载体 本身具有的良好磁响应性，可采用磁鼓分离器将磁性载体表面多余的老化生物 膜剥离下去，实现对磁性载体表面生物膜的更新，回收得到的磁性载体回流于 流化床反应器，利用磁鼓分离器脱膜过程简单、对磁性载体的回收率高，避免 了传统的活性炭、石英砂、聚氨酯泡沫等作为生物膜载体脱膜过程中高强度搅 拌分散造成的载体破损和流失问题。
将磁性载体作为生物膜载体的生物流化床工艺适用于城镇污水的达标排放 处理、高氮磷医药废水的同步脱氮除磷、垃圾渗滤液和焦化废水等的硝化脱氮 等领域。
具体实施方式
本发明提供的磁性载体的制备方法是在较温和的反应条件下，加入相对于 磁粉不足使之完全反应的复合酸来控制磁粉细小颗粒表层与复合酸反应生成过 渡态羟基铁化合物，而保持磁粉内核部分(磁核)结构不被破坏，从而可以保 持制备的磁性载体固体颗粒整体具有良好的磁响应性。由于所添加的有机酸中 乙酸或羟基乙酸(HO-CH2-COOH)的羧基有助于反应过程中在磁核表面生 成过渡态的羟基铁化合物，羟基铁化合物带有正电荷、具有巨大的表面积和高 的表面能，且有机酸的羧基官能团与微生物有良好的亲和性和相容性，因而使 得磁性载体在生物流化床内对带有负电荷的微生物具有较强的电性中和和吸附 作用，生长的生物膜密实、抗剪切性能好。
实施例1：
首先向反应釜中加入1公斤400目左右的磁铁矿粉，在40r/min的搅拌转速 下，匀速加入0.2公斤50%的稀硫酸，再加入0.1公斤3%的羟基乙酸溶液，搅 拌混合均匀后，开始加热升温到65℃，搅拌反应1.5小时后，反应物开始凝固， 然后将反应物转移至干燥箱于80℃干燥0.5小时，冷却后用研磨式粉碎机粉碎， 经过100目筛网筛分后得到棕黑色的颗粒磁性载体。
在实验室配制模拟生活污水，COD在952mg/L～1120mg/L，NH3-N在53 mg/L～78mg/L，TP在5mg/L～8mg/L，在三相流化床反应器内接种活性污泥后， 投加10g/L磁性载体曝气培养挂膜，一周后生物膜长成，半个月后进出水水质稳 定，间隙式采用磁鼓分离器脱除磁性载体表面老化的生物膜，污泥浓度达到 5.49g/L，对COD平均去除率达到95%，NH3-N平均去除率达到85%，TP平均 去除达到82%。
实施例2：
首先向反应釜中加入1公斤200目左右的氧化铁皮，在100r/min的搅拌转 速下，均匀加入1公斤30%的稀盐酸，再加入0.5公斤50%乙酸溶液，搅拌混 合均匀后，缓慢加热升温到80℃，搅拌反应2小时后，反应物开始凝固，然后 将反应物转移入干燥箱于100℃干燥1小时，冷却后用研磨式粉碎机粉碎，经过 100目筛网筛分后得到棕黄色的颗粒磁性载体。
在实验室针对某化工厂生化出水，COD在81mg/L～120mg/L，NH3-N在78 mg/L～112mg/L，TP在5mg/L～9.2mg/L，在实验室试验了运用磁性载体生物 流化床工艺同步脱氮除磷。在三相流化床反应器内接种污泥并投加20g/L磁性载 体后曝气培养，10天后生物膜长成，间隙式采用磁鼓分离器脱除磁性载体表面 老化的生物膜，并周期性补充投加磁性载体，20天后进出水水质稳定，对COD 平均去除率达到55%，NH3-N平均去除率达到85%，TP平均去除达到86%。