專利名稱：改性生物活性濾池填料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種曝氣生物濾池的改性填料的制備方法，尤其涉及改性生物活性濾 池填料的制備方法。
背景技術(shù)：
曝氣生物濾池工藝處理污水自從上個(gè)世紀(jì)九十年代初以來(lái)已經(jīng)能夠得到了廣泛 的應(yīng)用，在歐美及日本尤為流行。作為一種新型的污水處理工藝，填料技術(shù)在該工藝中居核 心地位。填料作為微生物吸附生長(zhǎng)的載體和吸附并截留水中的污染物及脫落生物膜介質(zhì)， 其表面的介電特性和官能團(tuán)結(jié)構(gòu)對(duì)其吸附特性有很重要的影響。但是，目前生物曝氣濾池 大多采用傳統(tǒng)的石英砂、無(wú)煙煤、焦炭、碎石無(wú)機(jī)填料及新型的玻璃鋼或塑料蜂窩狀、立體 波紋狀填料。傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)填料受其表面特性的限制，對(duì)水中污染物及微生物的吸附性能差， 掛膜周期長(zhǎng)，在運(yùn)行過(guò)程中，容易出現(xiàn)生物膜增厚，形成堵塞，影響污水處理效果，并且生物 膜內(nèi)部的微生物也會(huì)受載體屏蔽以及傳質(zhì)和擴(kuò)散的影響，營(yíng)養(yǎng)匱乏，生理活動(dòng)受到抑制，使 得傳統(tǒng)的生物曝氣濾池凈化效率不穩(wěn)定。玻璃鋼或塑料填料表面光滑，生物膜附著能力差， 使用過(guò)程中容易老化。我國(guó)也有應(yīng)用陶瓷填料用于曝氣生物濾池的研究，盡管陶粒填料具 有質(zhì)輕，比表面較大，表面粗糙等優(yōu)點(diǎn)，但也存在水流阻力大，容易堵塞，強(qiáng)度差，易破碎等 問(wèn)題。也正是由于這些填料存在的缺陷，限制了曝氣生物濾池的廣泛應(yīng)用。此外，營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)微生物生長(zhǎng)起著關(guān)鍵作用。眾所周知，細(xì)胞的生長(zhǎng)對(duì)生物法處理 廢水的效率高低起關(guān)鍵性的作用，適量添加對(duì)應(yīng)的微量元素及營(yíng)養(yǎng)鹽類能改善生物膜的性 能，提高微生物對(duì)污染物的去除率。為了防止?fàn)I養(yǎng)元素的流失，提高微生物對(duì)其的利用效 率，可采用控制釋放技術(shù)，同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，也可使釋放到環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)元素 的濃度比較穩(wěn)定，使微生物能最有效地利用營(yíng)養(yǎng)元素。鑒于此，通過(guò)對(duì)曝氣生物濾池填料進(jìn) 行表面改性，實(shí)現(xiàn)微生物所需營(yíng)養(yǎng)元素的可控釋放。采用可生物降解高分子水凝膠將微生 物所必需的營(yíng)養(yǎng)元素涂覆在生物濾池填料表面，達(dá)到營(yíng)養(yǎng)元素的可控釋放，能促進(jìn)載體上 生物膜的生長(zhǎng)，加快生物膜的形成過(guò)程，提高生物膜的活性和數(shù)量，縮短曝氣生物濾池填料 的掛膜周期，提升曝氣生物濾池處理污水的效率及其穩(wěn)定性，特別是對(duì)于一些貧營(yíng)養(yǎng)環(huán)境 下微污染水的生物處理更具有應(yīng)用價(jià)值。國(guó)內(nèi)已有改性陶粒濾料、聚苯乙烯濾料的改性及其在曝氣生物濾池中的應(yīng)用研究 及營(yíng)養(yǎng)緩釋型改性聚乙烯填料的文獻(xiàn)報(bào)道，但未見(jiàn)將陶粒同時(shí)進(jìn)行金屬氧化物和可降解高 分子水凝膠改性的陶粒濾料的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種易于實(shí)施的改性生物活性濾池填料的制 備方法。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所述的一種改性生物活性濾池填料的制備方法，包括以 下步驟
(1)將粒徑為3 8毫米的無(wú)機(jī)載體洗凈，先用摩爾濃度為0. 5 2. Omol/1的鹽 酸浸泡12 24h，水洗至中性；然后用摩爾濃度為0. 5 2. Omol/1的氫氧化鈉浸泡12 24h，水洗至中性；再在100 110°C溫度下烘干3 5h后，得到干燥的填料；(2)將所述干燥的填料投入摩爾濃度為1. 0 3. Omol/1的金屬鹽溶液中，浸漬并 超聲1 2h，經(jīng)100 110°C溫度的烘干4 6h后在馬弗爐中于550°C 750°C溫度下燒 結(jié)3 5h，得到燒結(jié)料；(3)將所述燒結(jié)料經(jīng)自然冷卻后洗凈，并在100 110°C溫度下烘干2 3h，得到 干燥的燒結(jié)料；(4)將所述干燥的燒結(jié)料投入質(zhì)量濃度為2 10%的含有微量元素和營(yíng)養(yǎng)鹽類的 高分子水凝膠溶液中，浸漬并超聲0. 5 3h ；然后，將浸漬后的燒結(jié)料放入飽和的硼酸或質(zhì) 量濃度為3%的氯化鈣溶液中反應(yīng)0. 5 lh，得到交聯(lián)后的填料；(5)將所述交聯(lián)后的填料在100 110°C溫度烘干1 2h后，在室溫下自然冷卻， 即得改性生物活性濾池填料。所述步驟(1)中的無(wú)機(jī)載體為陶?；蚨嗫滋沾深w粒。所述步驟(2)中的金屬鹽溶液為FeCl3、AlCl3、Fe (NO3)3中的任意一種。所述步驟(4)中的微量元素是指每升高分子水凝膠溶液中含350 450 μ g的 MgCl2 ·6Η20、35 65μ g的MnSO4 ·Η20、5 15 μ gZn(NO3)2 ·6Η20、15 25 μ g Co(NO3)2 ·6Η20、 1 5 μ g (NH4) 6Μο7024 · 6Η20、0· 5 2μ g CuSO4 · 5Η20、10 15μ g NiCl2 · 6Η20、1 3μ g Η3Β04、0· 5 2 μ g Na2WO4 · 2Η20、0· 5 2 μ gAlK (SO4)2 · 12Η20 禾口 15 25 μ g 無(wú)水 CaCl2 的 微量元素。所述步驟⑷中的營(yíng)養(yǎng)鹽類是指每升高分子水凝膠溶液中含2000 5000mgKH2P04、2000 5000mg K2HPO4U500 2500mg NH4Cl 和 2000 3000mgNaHC03 的鹽類。所述步驟(4)中的高分子水凝膠為聚乙烯醇、海藻酸鈉、角叉萊膠中的任意一種。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于本發(fā)明所獲得的改性生物活性濾池填料(參見(jiàn)圖1)在使用過(guò)程中，濾料表 面的可生物降解的高分子水凝膠在微生物的作用下緩慢降解，釋放出微生物生長(zhǎng)所需的微 量元素及營(yíng)養(yǎng)鹽，達(dá)到營(yíng)養(yǎng)元素的可控釋放，不但在貧營(yíng)養(yǎng)環(huán)境下，促進(jìn)載體上生物膜的生 長(zhǎng)，加快生物膜的形成過(guò)程，而且可以提高生物膜的活性和數(shù)量，縮短曝氣生物濾池填料的 掛膜周期，從而提升曝氣生物濾池處理污水的效率及其穩(wěn)定性。2、由于本發(fā)明采用FeCl3、A1C13、Fe (NO3) 3等金屬鹽溶液及含有生物微量元素、營(yíng) 養(yǎng)鹽類的高分子水凝膠溶液，對(duì)無(wú)機(jī)載體的表面進(jìn)行處理，因此，不僅增大了填料的比表面 積(參見(jiàn)圖2:由圖中可以看出，相對(duì)于空白陶粒(a，b，c)，海藻酸鈉涂覆改性(d，e，f)和 聚乙烯醇涂覆改性(g，h，i)均使陶粒的表面形態(tài)發(fā)生了改變，表面負(fù)載了一層多孔網(wǎng)狀的 小顆粒，增大了填料的比表面積，有助于微生物的固定化)，而且使得填料表面帶有正電荷， 增強(qiáng)了填料對(duì)帶有負(fù)電荷的微生物的吸附作用，強(qiáng)化了填料固定化微生物的效果。3、由于本發(fā)明采用酸洗、堿洗的方式對(duì)填料表面進(jìn)行處理，因此，不但可以有效去 除填料表面的酸性、堿性氧化物雜質(zhì)及其它對(duì)固定化微生物有害的物質(zhì)，而且可以將陶粒 的可溶組分溶出，從而擴(kuò)大了內(nèi)孔的容積。
4、由于本發(fā)明采用超聲的方式對(duì)填料進(jìn)行處理，因此，可使金屬鹽溶液及含有生 物微量元素、營(yíng)養(yǎng)鹽類的高分子水凝膠溶液充分?jǐn)U散至填料內(nèi)表面。5、將陶粒和本發(fā)明所獲得的改性生物活性濾池填料分別放入總體積為10L、底部 裝有穿孔曝氣的有機(jī)玻璃反應(yīng)器中，一組兩只，加入量為反應(yīng)器體積的70 80%，通入COD 為30 50mg/L、NH4+-N為6. 5 10. 5mg/L的微污染河水浸過(guò)柱中陶粒后，并加入一定量微 生物菌種(反硝化菌、硝化菌及高效菌群)，于曝氣條件下進(jìn)行微生物的吸附固定化，其間 溶解氧控制在2 4mg/L之間，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)本發(fā)明所獲得的改性生物 活性濾池填料在20天后對(duì)COD和NH4+-N的去除率分別可達(dá)60%和85%以上，而未改性陶 粒在30天后對(duì)COD和NH/-N的去除率分別在45%和75%以上，表明本發(fā)明所獲得的改性 生物活性濾池填料能縮短曝氣生物濾池填料的掛膜周期，能促進(jìn)提升曝氣生物濾池處理污 水的效率及其穩(wěn)定性，特別是對(duì)于貧營(yíng)養(yǎng)環(huán)境下(如微污染水)的生物處理領(lǐng)域具有廣闊 的應(yīng)用前景。6、本發(fā)明所獲得的改性生物活性濾池填料可用于促進(jìn)某種特定的目標(biāo)微生物成 為優(yōu)勢(shì)菌，提高水處理設(shè)備對(duì)某種污染物的處理效果。7、本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)施。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1為本發(fā)明改性生物活性濾池填料的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為填料表面、2為金屬 氧化物、3為含營(yíng)養(yǎng)元素和微量元素的高分子水凝膠。圖2為本發(fā)明改性生物活性濾池填料的掃描電鏡圖片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1改性生物活性濾池填料的制備方法，包括以下步驟(1)將粒徑為3 8毫米的無(wú)機(jī)載體陶粒洗凈，先用摩爾濃度為0. 5mol/l的鹽酸 浸泡24h，水洗至中性；然后用摩爾濃度為0. 5mol/l的氫氧化鈉浸泡24h，水洗至中性；再 在100°C溫度下烘干5h后，得到干燥的填料。(2)將干燥的填料投入摩爾濃度為1. Omol/1的FeCl3金屬鹽溶液中，浸漬并超聲 1 2h，經(jīng)100°C溫度的烘干6h后在馬弗爐中于550°C溫度下燒結(jié)5h，得到燒結(jié)料。(3)將燒結(jié)料經(jīng)自然冷卻后洗凈，并在100°C溫度下烘干3h，得到干燥的燒結(jié)料。(4)將干燥的燒結(jié)料投入質(zhì)量濃度為2%的含有微量元素和營(yíng)養(yǎng)鹽類的高分子水 凝膠——聚乙烯醇溶液中，浸漬并超聲0.5 3h;然后，將浸漬后的燒結(jié)料放入飽和的硼酸 溶液中反應(yīng)0.5 lh，得到交聯(lián)后的填料。其中微量元素是指每升高分子水凝膠溶液中含350 μ g的MgCl2 · 6Η20、35μ g 的 MnSO4 · H20,5 μ gZn (NO3) 2 · 6H20、15 μ g Co (NO3) 2 · 6H20、1 μ g (NH4) 6Μο7024 · 6Η20、0. 5 μ g CuSO4 ·5Η20、10μ g NiCl2 ·6Η20、1 μ g H3BO4^O. 5μ g Na2WO4 · 2Η20、0· 5 μ g AlK (SO4) 2 · 12Η20 和15 μ g無(wú)水CaCl2的微量元素。營(yíng)養(yǎng)鹽類是指每升高分子水凝膠溶液中含2000mg KH2P04、2000mgK2HP04、1500mg NH4Cl 和 2000mg NaHCO3 的鹽類。
(5)將交聯(lián)后的填料在100°C溫度烘干2h后，在室溫下自然冷卻，即得改性生物活 性濾池填料。實(shí)施例2改性生物活性濾池填料的制備方法，包括以下步驟(1)將粒徑為3 8毫米的無(wú)機(jī)載體多孔陶瓷顆粒洗凈，先用摩爾濃度為2. Omol/ 1的鹽酸浸泡12h，水洗至中性；然后用摩爾濃度為2. Omol/1的氫氧化鈉浸泡12h，水洗至 中性；再在110°c溫度下烘干3h后，得到干燥的填料。(2)將干燥的填料投入摩爾濃度為3. Omol/1的AlCl3金屬鹽溶液中，浸漬并超聲 1 2h，經(jīng)110°C溫度的烘干4后在馬弗爐中于750°C溫度下燒結(jié)3h，得到燒結(jié)料。(3)將燒結(jié)料經(jīng)自然冷卻后洗凈，并在110°C溫度下烘干2h，得到干燥的燒結(jié)料。(4)將干燥的燒結(jié)料投入質(zhì)量濃度為10%的含有微量元素和營(yíng)養(yǎng)鹽類的高分子 水凝膠——海藻酸鈉溶液中，浸漬并超聲0. 5 3h ；然后，將浸漬后的燒結(jié)料放入質(zhì)量濃度 為3%的氯化鈣溶液中反應(yīng)0. 5 lh，得到交聯(lián)后的填料。其中微量元素是指每升高分子水凝膠溶液中含450yg的MgCl2 · 6H20、65yg 的 MnSO4 · Η20,15μ gZn(NO3)2 · 6Η20、25μ g Co(NO3)2 · 6Η20、5μ g(NH4)6Μο7024 · 6Η20、2μ g CuSO4 · 5Η20、15 μ g NiCl2 · 6Η20、3 μ g H3BO4,2 μ g Na2WO4 · 2Η20、2 μ g AlK(SO4)2 · 12Η20 禾口 25 μ g無(wú)水CaCl2的微量元素。營(yíng)養(yǎng)鹽類是指每升高分子水凝膠溶液中含5000mg KH2P04、5000mgK2HP04、2500mg NH4Cl 和 3000mg NaHCO3 的鹽類。(5)將交聯(lián)后的填料在110°C溫度烘干Ih后，在室溫下自然冷卻，即得改性生物活 性濾池填料。實(shí)施例3改性生物活性濾池填料的制備方法，包括以下步驟(1)將粒徑為3 8毫米的無(wú)機(jī)載體陶粒洗凈，先用摩爾濃度為1. Omol/1的鹽酸 浸泡18h，水洗至中性；然后用摩爾濃度為1. Omol/1的氫氧化鈉浸泡18h，水洗至中性；再 在105°C溫度下烘干4h后，得到干燥的填料。(2)將干燥的填料投入摩爾濃度為2. Omol/Ι的Fe (NO3) 3金屬鹽溶液中，浸漬并超 聲1 2h，經(jīng)105°C溫度的烘干5h后在馬弗爐中于650°C溫度下燒結(jié)4h，得到燒結(jié)料。(3)將燒結(jié)料經(jīng)自然冷卻后洗凈，并在105°C溫度下烘干2.5h，得到干燥的燒結(jié) 料。(4)將干燥的燒結(jié)料投入質(zhì)量濃度為6%的含有微量元素和營(yíng)養(yǎng)鹽類的高分子水 凝膠——角叉萊膠溶液中，浸漬并超聲0.5 3h;然后，將浸漬后的燒結(jié)料放入飽和的硼酸 溶液中反應(yīng)0. 5 lh，得到交聯(lián)后的填料。其中微量元素是指每升高分子水凝膠溶液中含400 μ g的MgCl2 · 6Η20、50 μ g的 MnSO4 · H2OUOy gZn (NO3)2 · 6Η20、20μ g Co(NO3)2 · 6Η20、3μ g (NH4) 6Μο7024 · 6Η20、1· 5 μ g CuSO4 · 5Η20、12μ g NiCl2 · 6Η20、2μ g H3BO4U. 5μ g Na2WO4 · 2Η20、1· 5 μ gAlK (SO4) 2 · 12Η20 禾口 20 μ g無(wú)水CaCl2的微量元素。營(yíng)養(yǎng)鹽類是指每升高分子水凝膠溶液中含3500mg KH2P04、3500mgK2HP04、2000mg NH4Cl 和 2500mg NaHCO3 的鹽類。(5)將交聯(lián)后的填料在105°C溫度烘干1. 5h后，在室溫下自然冷卻，即得改性生物 活性濾池填料。
本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)， 在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干變型和改進(jìn)。因此，其它任何未背離本發(fā)明 的精神實(shí)質(zhì)與原理所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種改性生物活性濾池填料的制備方法，包括以下步驟(1)將粒徑為3～8毫米的無(wú)機(jī)載體洗凈，先用摩爾濃度為0.5～2.0mol/l的鹽酸浸泡12～24h，水洗至中性；然后用摩爾濃度為0.5～2.0mol/l的氫氧化鈉浸泡12～24h，水洗至中性；再在100～110℃溫度下烘干3～5h后，得到干燥的填料；(2)將所述干燥的填料投入摩爾濃度為1.0～3.0mol/l的金屬鹽溶液中，浸漬并超聲1～2h，經(jīng)100～110℃溫度的烘干4～6h后在馬弗爐中于550℃～750℃溫度下燒結(jié)3～5h，得到燒結(jié)料；(3)將所述燒結(jié)料經(jīng)自然冷卻后洗凈，并在100～110℃溫度下烘干2～3h，得到干燥的燒結(jié)料；(4)將所述干燥的燒結(jié)料投入質(zhì)量濃度為2～10％的含有微量元素和營(yíng)養(yǎng)鹽類的高分子水凝膠溶液中，浸漬并超聲0.5～3h；然后，將浸漬后的燒結(jié)料放入飽和的硼酸或質(zhì)量濃度為3％的氯化鈣溶液中反應(yīng)0.5～1h，得到交聯(lián)后的填料；(5)將所述交聯(lián)后的填料在100～110℃溫度烘干1～2h后，在室溫下自然冷卻，即得改性生物活性濾池填料。
2.如權(quán)利要求1所述的改性生物活性濾池填料的制備方法，其特征在于所述步驟(1) 中的無(wú)機(jī)載體為陶?；蚨嗫滋沾深w粒。
3.如權(quán)利要求1所述的改性生物活性濾池填料的制備方法，其特征在于所述步驟(2) 中的金屬鹽溶液為FeCl3、AlCl3、Fe (NO3)3中的任意一種。
4.如權(quán)利要求1所述的改性生物活性濾池填料的制備方法，其特征在于所述步驟(4) 中的微量元素是指每升高分子水凝膠溶液中含350 450 μ g的MgCl2 ·6Η20、35 65 μ g的 MnSO4 ·Η20、5 15 μ gZn (NO3) 2 ·6Η20、15 25 μ gCo (NO3) 2 ·6Η20、1 5 μ g (NH4) 6Μο7024 ·6Η20、 0· 5 2 μ g CuSO4 ·5Η20、10 15μ g NiCl2 ·6Η20、1 3 μ g Η3Β04、0· 5 2 μ g Na2WO4 ·2Η20、 0. 5 2 μ gAlK (SO4)2 · 12Η20 禾口 15 25 μ g 無(wú)水 CaCl2 的微量元素。
5.如權(quán)利要求1所述的改性生物活性濾池填料的制備方法，其特征在于所述步驟 (4)中的營(yíng)養(yǎng)鹽類是指每升高分子水凝膠溶液中含2000 5000mgKH2P04、2000 5000mg K2HPO4U500 2500mg NH4Cl 和 2000 3000mgNaHC03 的鹽類。
6.如權(quán)利要求1所述的改性生物活性濾池填料的制備方法，其特征在于所述步驟(4) 中的高分子水凝膠為聚乙烯醇、海藻酸鈉、角叉萊膠中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改性生物活性濾池填料的制備方法，該方法包括以下步驟(1)將粒徑為3～8毫米的無(wú)機(jī)載體洗凈，依次經(jīng)酸洗、堿洗、烘干，得到干燥的填料；(2)將干燥的填料投入金屬鹽溶液中，浸漬并超聲，經(jīng)烘干、燒結(jié)后，得到燒結(jié)料；(3)將燒結(jié)料經(jīng)自然冷卻、烘干后，得到干燥的燒結(jié)料；(4)將干燥的燒結(jié)料投入含有微量元素和營(yíng)養(yǎng)鹽類的高分子水凝膠溶液中，經(jīng)浸漬、超聲、并在飽和的硼酸或3％的氯化鈣溶液中反應(yīng)后，得到交聯(lián)后的填料；(5)將交聯(lián)后的填料經(jīng)烘干、自然冷卻后，即得改性生物活性濾池填料。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、易于實(shí)施，所得填料可以提高生物膜的活性和數(shù)量，縮短曝氣生物濾池填料的掛膜周期，提升曝氣生物濾池處理污水的效率及其穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)C02F3/10GK101948166SQ20101027200
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者周林成, 李彥鋒, 王剛, 王耀龍, 賈小寧, 鄭偉 申請(qǐng)人:甘肅金橋給水排水設(shè)計(jì)與工程(集團(tuán))有限公司;蘭州大學(xué)