公開(公告)日2016.11.09
IPC分類號(hào)B01J20/26; C02F3/28; C02F1/28
摘要
本發(fā)明公開了一種處理工業(yè)廢水的厭氧生物流化床混合載體及應(yīng)用：其特征在于是由改性活性炭、改性硅藻土、改性樹脂組成的混合載體，其中改性活性炭體積為混合載體體積的55‑62%，改性樹脂體積為混合載體體積的31‑42%，改性硅藻土體積為混合載體體積的3‑7%;應(yīng)用中混合載體總體積為厭氧生物流化床總體積的9‑11%，本發(fā)明混合載體在生物流化床中的應(yīng)用能夠提高傳質(zhì)效率，降低能耗，減少污泥產(chǎn)量，縮短HRT(水力停留時(shí)間)，并使得厭氧生物流化床耐沖擊負(fù)荷能力更強(qiáng)，因此混合載體厭氧生物流化床處理工業(yè)廢水時(shí)，化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand，COD)去除效果遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)厭氧生物處理方法。
權(quán)利要求書
1.一種處理工業(yè)廢水的厭氧生物流化床混合載體，其特征在于：是由改性活性炭、改性硅藻土、改性樹脂組成的混合載體，其中改性活性炭體積為混合載體體積的55-62%，改性樹脂體積為混合載體體積的31-42%，改性硅藻土體積為混合載體體積的3-7%;其中改性活性炭、改性硅藻土和改性樹脂分別由以下方法制備得到：
A、活性炭改性：
1)將活性炭用蒸餾水煮沸，洗滌烘干，將活性炭在300-350℃的強(qiáng)氧化性的溶液中活化3-4h，進(jìn)行表面改性和擴(kuò)孔反應(yīng);得到改性活性炭;其中活性炭粒徑為0.5-2.0mm，比重為1.0-1.4g/mL;
B、硅藻土改性：
1)將硅藻土洗滌風(fēng)干，再將硅藻土放入堿溶液中，在80-90℃的條件下攪拌浸泡6-8h，將浸泡后的硅藻土洗凈風(fēng)干;其中硅藻土粒徑為0.5-2.0mm;
2)將步驟1)中所得的硅藻土放于酸性溶液中，攪拌浸泡2-3h，將浸泡后的硅藻土洗凈風(fēng)干;
3)將步驟2)風(fēng)干所得硅藻土在400-600℃的溫度下煅燒1-2h，將煅燒后的硅藻土用水冷卻，洗滌風(fēng)干，得到改性硅藻土;
C、樹脂改性：
將淀粉與水混合均勻，于57-68℃下攪拌糊化0.5-1h;淀粉糊化后，加入引發(fā)劑，充分?jǐn)嚢韬笠赃B續(xù)加料方式加入樹脂，在72-83℃的溫度下反應(yīng)1-2h得接枝共聚物，用蒸餾水洗滌得改性樹脂;樹脂的粒徑0.5-2.0mm，比重1.0-1.4g/mL。
2.如權(quán)利要求1所述的厭氧生物流化床混合載體，其特征在于：所述的活性炭為椰殼活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭或橡膠-塑料活性炭中的一種或幾種;所述的樹脂為大孔離子交換樹脂或凝膠離子交換樹脂中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的厭氧生物流化床混合載體，其特征在于：所述的強(qiáng)氧化性的溶液為硝酸溶液。
4.如權(quán)利要求1所述的厭氧生物流化床混合載體，其特征在于：所述的堿溶液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液中的一種或兩種;堿溶液的濃度為1-5mol/L;所述的酸性溶液為硫酸溶液、硝酸溶液或鹽酸溶液中的一種或幾種，酸性溶液的pH值為2-5。
5.如權(quán)利要求1所述的厭氧生物流化床混合載體，其特征在于：樹脂與淀粉的質(zhì)量比為1-2：1;所述的引發(fā)劑為硝酸高鈰;引發(fā)劑與淀粉質(zhì)量比為0.014-0.019。
6.一種利用如權(quán)利要求1所述的厭氧生物流化床混合載體在處理工業(yè)廢水中的應(yīng)用，其特征在于：混合載體總體積為厭氧生物流化床總體積的9-11%。
說(shuō)明書
一種處理工業(yè)廢水的厭氧生物流化床混合載體及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種處理工業(yè)廢水的厭氧生物流化床混合載體及應(yīng)用，屬于廢水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)
工業(yè)廢水中的污染物種類復(fù)雜、濃度大、含有大量難降解的有機(jī)物、重金屬以及造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的氮磷和危害人類健康的其他物質(zhì)如氟等，傳統(tǒng)的厭氧處理方法存在處理效果差、污泥產(chǎn)量大、污泥泥齡長(zhǎng)等問(wèn)題。生物流化床反應(yīng)器(biological fluidized bed reactor，F(xiàn)BBR)是一種微生物同時(shí)具有附著生長(zhǎng)和懸浮生長(zhǎng)特征的廢水處理反應(yīng)器，與傳統(tǒng)污水生化處理技術(shù)相比，生物流化床具有微生物菌濃度高，傳質(zhì)效率高，不易阻塞，剩余污泥量少等優(yōu)勢(shì)，從而其污水處理效率高，并可大幅節(jié)省用地面積。生物流化床極大提高了生化反應(yīng)器的廢水處理的綜合性價(jià)比，這在當(dāng)今土地資源緊缺、廢水排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格的情況下，對(duì)生物流化床這種高效的新型廢水生物處理裝備開發(fā)尤其顯得更為迫切。
載體作為生物流化床的介質(zhì)，是微生物附著生長(zhǎng)的主體，并起著決定生物流化床能耗和處理效率的關(guān)鍵作用，因此載體的性能是衡量生物流化床成功與否的決定性因素。載體一方面可以為微生物提供附著的場(chǎng)所，提高微生物菌的濃度，另一方面也增大了微生物與污水的接觸面積，使其能夠更好地與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)接觸，保證生物膜的正常生長(zhǎng)。開發(fā)一種密度適宜、生物親和力和親水性高、表面粗糙多孔的載體將是生物流化床廢水處理領(lǐng)域的重要研究方向。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)傳統(tǒng)生物流化床載體比重過(guò)大會(huì)造成流化能耗高，比重過(guò)小易堆積于床層頂部形成懸浮床，以及孔隙率小，親水性和生物親和力差，不易掛膜等缺點(diǎn)，而提供了一種以活性炭、硅藻土、樹脂為基本原料，制備密度適宜、孔徑大、吸附能力強(qiáng)、生物親和性好、易于微生物掛膜的處理工業(yè)廢水的厭氧生物流化床混合載體，本發(fā)明的另一目的是提供上述厭氧生物流化床混合載體的應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種處理工業(yè)廢水的厭氧生物流化床混合載體，其特征在于：是由改性活性炭、改性硅藻土、改性樹脂組成的混合載體，其中改性活性炭體積為混合載體體積的55-62%，改性樹脂體積為混合載體體積的31-42%，改性硅藻土體積為混合載體體積的3-7%;其中改性活性炭、改性硅藻土和改性樹脂分別由以下方法制備得到：
A、活性炭改性：
1)將活性炭用蒸餾水煮沸，洗滌烘干，將活性炭在300-350℃的強(qiáng)氧化性的溶液中活化3-4h，進(jìn)行表面改性和擴(kuò)孔反應(yīng);得到改性活性炭;
B、硅藻土改性：
1)將硅藻土洗滌風(fēng)干，再將硅藻土放入堿溶液中，在80-90℃的條件下攪拌浸泡6-8h，將浸泡后的硅藻土洗凈風(fēng)干;
2)將步驟1)中所得的硅藻土放于酸性溶液中，攪拌浸泡2-3h，將浸泡后的硅藻土洗凈風(fēng)干;
3)將步驟2)風(fēng)干所得硅藻土在400-600℃的溫度下煅燒1-2h，將煅燒后的硅藻土用水冷卻，洗滌風(fēng)干，得到改性硅藻土;
C、樹脂改性：
將淀粉與水混合均勻，于57-68℃下恒溫?cái)嚢韬?.5-1h;淀粉糊化后，加入引發(fā)劑，充分?jǐn)嚢韬笠赃B續(xù)加料方式加入樹脂，在72-83℃的溫度下反應(yīng)1-2h得接枝共聚物，用蒸餾水洗滌得改性樹脂。
優(yōu)選上述的活性炭為椰殼活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭或橡膠-塑料活性炭中的一種或幾種;步驟B中的硅藻土為可以為原始未處理的或者是經(jīng)有機(jī)溶劑處理的硅藻土;優(yōu)選所述的樹脂為大孔離子交換樹脂或凝膠離子交換樹脂中的一種或幾種;更優(yōu)選聚乙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚四氟乙烯樹脂、聚丙烯樹脂(PP)或聚碳酸酯樹脂(PC)中的一種或幾種。
優(yōu)選活性炭粒徑為0.5-2.0mm，比重為1.0-1.4g/mL;優(yōu)選上述的強(qiáng)氧化性溶液為硫酸、硝酸或鹽酸溶液中的一種或幾種。
優(yōu)選硅藻土粒徑為0.5-2.0mm;優(yōu)選上述的堿溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀種的一種或兩種;堿溶液的濃度為1-5mol/L;優(yōu)選所述的酸溶液為硫酸、硝酸或鹽酸中的一種或幾種，酸溶液的pH值為2-5。
優(yōu)選樹脂的粒徑0.5-2.0mm，比重1.0-1.4g/mL;樹脂與淀粉的質(zhì)量比為1-2： 1;所述的引發(fā)劑為硝酸高鈰;引發(fā)劑與淀粉質(zhì)量比為0.014-0.019。
本發(fā)明還提供了上述的厭氧生物流化床混合載體在處理工業(yè)廢水中的應(yīng)用，其特征在于：混合載體總體積為厭氧生物流化床總體積的9-11%。
有益效果：
通過(guò)對(duì)活性炭改性，活性炭的生物親和力和親水性增加，中孔、大孔增多，中孔和微孔孔徑變大，吸附能力變強(qiáng)，縮短了掛膜時(shí)間，增加了吸附水中有機(jī)物、重金屬、微生物等的能力;強(qiáng)堿的浸泡大大增加了硅藻土的孔徑，比表面積，使得其吸附效果增加，孔徑的增大更有利于微生物掛膜生長(zhǎng)。強(qiáng)酸處理后去除了硅藻土中的金屬氧化物，減小了硅藻土的比重，使得其在生物流化床中更易于流化，減小了能耗，高溫煅燒水冷后，硅藻土密度減小、孔徑增大，從而增加了吸附能力，且密度進(jìn)一步減小更利于其在生物流化床中流化。樹脂的接枝反應(yīng)，引入親水性基團(tuán)，增加了樹脂的生物親和性與親水性，使得淀粉樹脂接枝共聚物具有超強(qiáng)吸水和保水性能，從而使得樹脂更利于微生物掛膜生長(zhǎng)。
由于各載體密度不同，粒徑不同，當(dāng)載體以不同比例混合后，增加了微生物對(duì)各種污染物的針對(duì)性;密度的不同導(dǎo)致載體間流化差異較大，易于促進(jìn)整個(gè)混合載體的混合及流化，提高整個(gè)床層的有效利用率，混合載體提高了相間對(duì)流，使得載體達(dá)到全混流的狀態(tài)，提高了傳質(zhì)效率。解決了載體過(guò)輕漂浮于床層頂部而形成類似懸浮床，從而沒(méi)有了載體與水之間的相間對(duì)流。
根據(jù)不同廢水將上述改性載體按不同比例混合，針對(duì)廢水中的不同污染物，活性炭、硅藻土、樹脂起到了不同的處理效果：活性炭可吸附有機(jī)污染物并供微生物掛膜生長(zhǎng);樹脂可吸附廢水中的金屬離子、氨氮、硝氮以及離子型有機(jī)污染物，并且可以降低鹽濃度改善微生物生長(zhǎng)環(huán)境，消除鹽濃度過(guò)高對(duì)微生物掛膜的抑制;硅藻土不僅可以吸附廢水中的金屬離子和有機(jī)污染物，在一定程度上還為微生物掛膜生長(zhǎng)提供場(chǎng)所。混合載體更有利于微生物發(fā)揮其對(duì)污染物的選擇性處理，從而大幅提高厭氧生物流化床處理各種污染物的能力，提高處理效率，縮短停留時(shí)間，降低能耗。
