一种水处理用悬浮载体填料及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种水处理用悬浮载体填料及其制作方法。该水处理用悬浮载体填料组分包括聚羟基脂肪酸酯(PHA)生物塑料母粒、淀粉、生物炭和表面改性物质。本发明专利技术产品组分使得本产品具有可降解性和适宜微生物附着及生长的表面特性，还能够在水处理反硝化过程中自主提供碳源，并且碳源的释放速度能够与微生物实现良好的协同效应，在需要反硝化碳源时足量提供，在不需要碳源时则不会释出，特别适合于深度脱氮/极限脱氮的情况。氮/极限脱氮的情况。氮/极限脱氮的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种水处理用悬浮载体填料及其制作方法


[0001]本专利技术属于水处理领域，特别涉及一种水处理用悬浮载体填料及其制作方法。

技术介绍

[0002]水处理领域使用活性污泥(活性污泥是指大量微生物及其胞外分泌物所形成的生物胶团，其中的微生物处于良性生长状态时，就称之为活性污泥)工艺去除水中的COD、氮、磷等污染物是公认的高效处理手段，通过创造适宜微生物生长的条件，如温度、溶解氧、酸碱度、微量元素等，使微生物在繁殖过程中不断利用污水中的污染物作为营养来源，从而降低水中污染物的浓度，达到去除的目的。
[0003]传统活性污泥工艺反应池中，活性污泥和污水处于混合状态，当污泥浓度到达一定限度时，生物量不再增长，这就限制了其处理能力，为了进一步提高污泥浓度，人们专利技术了填料，即，通过具有高比表面积的填料，使微生物附着在填料表面生长，这就大大提高了原有活性污泥的浓度，从而使处理效率成倍提升。传统填料使用普通塑料如高密度聚乙烯、PP等塑料制作，由于这些塑料制品表面一般带有负电荷，而活性污泥生物表面也带有负电荷，不利于微生物的附着，因此有些填料生产厂家会对材料表面做改性，一般的改性方式有两种，一是使改性后的材料表面带正电荷，二是降低材料表面接触角，使其更具有亲水性。
[0004]就去除污染物的运行工艺来说，目前填料主要集中在去除COD、氨氮和总氮三种物质上。在曝气池中增加填料，有利于去除COD和氨氮，其主要机理是通过微生物的呼吸、同化等作用，将COD转化为生物本体或分解为CO2；其中一部分氨氮通过同化作用成为生物本体物质，更大部分的氨氮则通过生物氧化作用转换硝态氮(也就是说这个过程中，氮没有被去除，但是存在形式发生了改变，改变之后的硝态氮依然在水中)。水中的硝态氮进入厌氧池或兼氧池后，在反硝化微生物的作用下转换为氮气(这个过程是反硝化过程)，氮气以气态形式从水中逸出，从而实现污水中氮元素的去除。硝态氮转换为氮气的过程中，同样可以采用增加填料的方式实现生物浓度的提升，从而提高转换效率。在反硝化过程中，碳源是一个非常重要的条件，能够为异养菌的反硝化反应提供电子。传统的碳源一般是甲醇、乙酸钠溶液、淀粉等易被生物利用的物质，在污水处理厂中，碳源以液态的方式不断泵入反应池中，良好的反硝化脱氮过程需要的是适量碳源连续不断的加入，加入量少了，则达不到脱氮需求，加入量多了，则过量的碳源就会以“碳穿越”的方式成为水中新的污染物。而实际运行过程中，几乎所有污水处理厂都做不到碳源的精准添加。另外，随着污水处理排放标准的不断严格，越来越多污水处理厂面临从10mg/L向5mg/L的深度脱氮和极限脱氮需求，碳源的精准添加也随之提出了更高的要求。
[0005]在《水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料》(CJ/T 461
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2014)中，规定填料材质为石油基纯高密高度聚乙烯HDPE，其形状为中空圆柱状，通过在表面构造波纹、褶皱，内部设置同心柱体，提高比表面积。该标准中将填料分为A、B、C三类，分别对应市面上通用填料型号为K1、K2、K3，由于原材料相同，因此不同型号的填料生物性能是一样的，区别在于不同型号的填料对应有不同的尺寸和比表面积，型号越高，尺寸越大，比表面积也越大。
[0006]除了上述基于标准的填料外，也有以聚丙烯、聚乙稀、醛化维纶等材质制成不同形状的其他填料，如辫带式填料、球笼式填料、弹/软性填料以及组合填料，上述填料无论是何种方式存在，其功能都与《水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料》所述功能一致，即，通过填料较高的比表面积，为微生物的生长提供附着空间，提高活性污泥浓度，从而提高水处理效率。而由于大多塑料表面带负电荷，微生物表面也带负电荷，为了有利于生物附着，部分填料会做表面改性，如降低接触角提高亲水性、改造表面电荷为正电荷，吸引表面带负电荷的微生物等。因为该类填料仅提供生物生长场所，所以功能比较单一，不具有自主性同步脱除硝态氮功能。
[0007]以天然矿物物质为填料，主要的作用机理是物理吸附或者离子交换。如沸石可以通过离子交换的方式吸附水中的氨氮，石英砂通过物理拦截方式去除水中的悬浮性物质，活性炭以吸附方式去除水中的COD等。天然类物质作为水处理填料时，一般不会与生物形成协同作用，或者生物协同作用较弱，也无法去除水中的硝态氮。
[0008]以天然植物材料作为碳源型填料用于生物脱氮，这类材料，如丝瓜络、花生壳、稻壳、玉米芯等，本身能够释放生物可利用的碳源，并具有较高的比表面积，能够起到提高污泥浓度和同步脱氮作用，但是这类材料碳源释放速度不可控，无法形成有效的生物协同作用，在脱氮负荷较低时过量释放的COD反而成为污染源，脱氮效果不持久，因此仅限于实验室实验，未见大规模工程应用。
[0009]文献资料显示，从2000年左右开始，也有相关研究以可降解生物塑料——Biodegradable Plastics缩写为BDPs，如聚乳酸PLA、聚羟基脂肪酸酯PHA、聚己内酯PCL等都属于可降解生物塑料——为骨架，添加不同物质实现其作为功能性填料的目的，但未见有添加生物炭作为调节剂的案例，未见有清水条件下碳释放的测试，也较少有涉及填料制作工艺条件的案例。
[0010]可以看出，在现有水处理反硝化过程中，传统填料功能单一，并不具有提供碳源功能，导致反硝化过程中仍需要提供液态碳源，将会导致碳穿越的二次污染，在极限脱氮时，对碳源的添加要求仍然很高。传统填料使用高密度聚乙烯等塑料制品属于化石能源产物，高碳消耗，并且在使用中会释放微塑料颗粒，对生态环境和生物有污染和健康威胁。

技术实现思路

[0011]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种水处理用悬浮载体填料及其制作方法，解决水处理过程中增强生物浓度、自主提供反硝化碳源和避免废弃后的填料造成二次污染的问题。
[0012]基于上述目的，本专利技术提出了一种水处理用悬浮载体填料，其特征在于：所述水处理用悬浮载体填料组分包括聚羟基脂肪酸酯(PHA)生物塑料母粒、淀粉、生物炭和表面改性物质。
[0013]在一些实施例中，所述的水处理用悬浮载体填料，表面改性物质为阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)或聚季铵盐
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10。表面改性物质使得填料表面带正电荷，有利于微生物附着，提高微生物挂膜速度与挂膜量。
[0014]在一些实施例中，所述的水处理用悬浮载体填料，所述淀粉的重量为所述聚羟基脂肪酸酯(PHA)生物塑料母粒重量的5％
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7％，所述生物炭的重量为所述聚羟基脂肪酸酯
(PHA)生物塑料母粒重量的3％
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5％，所述表面改性物质的重量为所述聚羟基脂肪酸酯(PHA)生物塑料母粒重量的1.5％
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2.5％。将本专利技术填料产品在蒸馏水中浸泡，置于恒温摇床震荡，设置温度30℃，震荡频率200rpm，每日测定水中释放的COD，从数据可见，由于填料表面脏物质、附着不实的辅料等释出，在前四天可检测到COD，但其表现为明显的下降趋势，5天后，材料释放的COD为0，表明本材料在清水条件下不会释放碳，也就避免了“碳穿越”的二次污本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水处理用悬浮载体填料，其特征在于：所述水处理用悬浮载体填料组分包括聚羟基脂肪酸酯(PHA)生物塑料母粒、淀粉、生物炭和表面改性物质。2.根据权利要求1所述的水处理用悬浮载体填料，其特征在于，所述表面改性物质为阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)或聚季铵盐
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10。3.根据权利要求1所述的水处理用悬浮载体填料，其特征在于，所述淀粉的重量为所述聚羟基脂肪酸酯(PHA)生物塑料母粒重量的5％
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7％，所述生物炭的重量为所述聚羟基脂肪酸酯(PHA)生物塑料母粒重量的3％
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5％，所述表面改性物质的重量为所述聚羟基脂肪酸酯(PHA)生物塑料母粒重量的1.5％
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2.5％。4.根据权利要求1所述的水处理用悬浮载体填料，其特征在于，所述聚羟基脂肪酸酯(PHA)生物塑料母粒为直径等于1毫米，高度等于3毫米的圆柱状颗粒。5.根据权利要求1所述的水处理用悬浮载体填料，其特征在于，所述淀粉材质为工业级粉末状玉米淀粉或木薯淀粉。6.根据权利要求1所述的水处理用悬浮载体填料，其特征在于，所述生物炭为通过烧制植物枝杈根茎制成的木炭，经粉碎研磨后，过150
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200目筛网制得。7.根据权利要求2所述的水处理用悬浮载体填料，其特征在于，所述阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)或聚季铵盐
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10为粉末状。8.根据权利要求1所述的水处理用悬浮载体填料，其特征在于，所述水处理用悬浮载体填料的形状为轮辐式，由中心孔(x)、辐条板(y)、外壁(z)构成，所述中心孔(x)与所述外壁(z)之间通过所述辐条板(y)连接；所述外壁(z)外径为25毫米，高度为10毫米，厚度为1毫米；所述中心孔(x)外径为8毫米，高度为10毫米，厚度为1毫米；所述辐条板(y)的长度6.5毫米，高度为10毫米，厚度为1毫米。9.根据权利要求8所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，单悦，郭栋，岳冰，姚晶晶，
申请(专利权)人：北京市科学技术研究院资源环境研究所，
类型：发明
国别省市：