專利名稱：一種生物親和性水處理填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物親和性水處理填料，主要用于生化法水處理領(lǐng)域，如地表水生物預(yù)處理、廢水生物接觸氧化處理、廢水反硝化脫磷除氮等。
背景技術(shù)：
生物處理是水處理中去除有機(jī)物、氮、磷等污染物的主要方法，在給水、廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。在生化反應(yīng)器中填裝填料，微生物在水處理填料表面生長，可以增加微生物在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高生物濃度，從而提高處理效率。
目前，水處理填料的材質(zhì)主要是醛化維倫、聚乙烯、聚丙烯等高分子材料，加工為纖維、彈性絲和中空幾何體，充填于水處理反應(yīng)器中。這些填料為微生物提供了充足的附著生長面積，但高分子材料表面主要是飽和鍵，化學(xué)惰性，微生物的附著困難，培養(yǎng)時(shí)間長，即使生長成熟，也容易脫落。為克服這個(gè)缺點(diǎn)，使用了臭氧處理增加表面羥基數(shù)量，也有廠家設(shè)計(jì)特殊的機(jī)械成型工藝以增加高分子材料的表面粗糙度，仍均未能從根本上解決這個(gè)問題。而采用功能性涂料的方式對填料表面進(jìn)行改性，直接賦予填料表面以所需要的性能，從根本上改善了微生物的附著和生長條件。
通過在水處理填料上涂裝功能涂層的方式，對水處理填料的表面進(jìn)行功能改性，使其從生物不親和轉(zhuǎn)變?yōu)橐妆簧镂?、生長，可以制作成生物附著容易、不易脫落的新型水處理填料。該生物親和性填料制作簡單、安裝方便，維護(hù)、更換簡易，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的，就是在填料表面涂復(fù)含天然生物材料的涂層，利用天然生物物質(zhì)表面的羥基、羧基、氨基等豐富的化學(xué)活性基團(tuán)，形成微生物與天然生物材料的同源性親和力，大大降低微生物附著生長難度，縮短微生物培養(yǎng)、馴化的難度和時(shí)間周期，提供一種具有生物親和力、微生物掛膜時(shí)間短、處理效果好的新型水處理填料。
為達(dá)到發(fā)明目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種生物親和性水處理填料，所述生物親和性水處理填料由水處理料表面涂覆生物親和性涂料得到，所述生物親和性涂料主要含有質(zhì)量配比如下的組分天然生物物質(zhì)粉末10～40份，溶劑10～50份，涂料膠乳30～50份；所述溶劑根據(jù)涂料乳膠來確定，例如水基膠乳就采用水為溶劑進(jìn)行稀釋，DMF(二甲基甲酰胺)為溶劑的膠乳就用DMF進(jìn)行稀釋。其它還有多種有機(jī)溶劑的涂料乳膠，如傳統(tǒng)的甲苯、二甲苯等，就采用對應(yīng)的有機(jī)溶劑進(jìn)行稀釋。
所述水處理填料為下列之一①彈性填料、②軟性填料、③半軟性填料、④化工填料、⑤組合填料；所述天然生物物質(zhì)粉末為下列之一，但不限于下列物質(zhì)①淀粉、②甲殼素、③植物纖維；所述溶劑為水或二甲基甲酰胺；所述涂料膠乳為聚氨酯、或聚丙烯酸酯、或聚乙烯縮甲乙醛，可直接購買已有的商業(yè)膠乳成品。
所述生物親和性涂料還可含有質(zhì)量配比如下的組分穩(wěn)定劑1～5份。
所述穩(wěn)定劑為十二烷基磺酸鈉，也可為聚醚、聚硅氧烷等。
優(yōu)選的，所述生物親和性涂料質(zhì)量組成如下天然生物物質(zhì)粉末10～40份，溶劑10～60份，涂料膠乳30～50份。
或者，所述生物親和性涂料質(zhì)量組成如下天然生物物質(zhì)粉末10～40份，溶劑10～60份，涂料膠乳30～50份，穩(wěn)定劑1～5份。
優(yōu)選的，所述生物親和性涂料質(zhì)量組成如下淀粉40份，水50份，水性聚丙烯酸酯涂料50份，十二烷基磺酸鈉5份。
或者，所述生物親和性涂料質(zhì)量組成如下甲殼素粉末10份，水30份，水性聚氨酯涂料50份，十二烷基磺酸鈉5份。
或者，所述生物親和性涂料質(zhì)量組成如下植物纖維粉末10份，二甲基甲酰胺60份，聚乙烯縮甲乙醛涂料30份。
或者，所述生物親和性涂料重量組成如下淀粉20份，水50份，水性丙烯酸酯膠乳50份。
初步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，涂層中的天然生物物質(zhì)強(qiáng)化了微生物在填料上的吸附，加速了微生物在填料表面的生長，顯微鏡下，微生物菌膜以生物物質(zhì)為生長中心，向填料表面的其他部位蔓延生長。對人工模擬有機(jī)廢水的處理實(shí)驗(yàn)中，普通填料需要10～30天的微生物掛膜生長過程，而在生物親和性填料上7～10天時(shí)間即可完成。
所述的生物親和性水處理填料主要用于生化法水處理，用于除去水中的有機(jī)物或氮、磷。使用時(shí)，將填料規(guī)則懸掛排布，吸附、培養(yǎng)微生物，即構(gòu)成生化法水處理工藝。也可將填料堆放，并培養(yǎng)微生物吸附生長，所處理的水從填料孔隙中流過，接觸填料表面微生物而得到處理。
對于懸掛式填料，生物親和性水處理填料分列分排懸掛于水處理反應(yīng)器中。而對于化工填料，可以將其堆放在反應(yīng)器中。微生物接種后，迅速吸附在填料表面的天然物質(zhì)上，并蔓延生長，成熟后成為可以將填料整體包覆的生物膜。該培養(yǎng)過程大約需要7～10天。生物膜生長成熟以后，對水中有機(jī)物、硝基等污染物具有良好的去除能力。
本發(fā)明所述的生物親和性水處理填料的有益效果主要體現(xiàn)在(1)涂膜中天然物質(zhì)的存在，加快了微生物在填料上的附著生長，掛膜時(shí)間縮短，只要7～10天就可以得到生長良好的微生物膜，而普通水處理填料要10～30天。
(2)微生物培養(yǎng)馴化過程中，涂膜中的天然有機(jī)物可以被微生物分解利用，形成對吸附生長微生物的定向供給營養(yǎng)物質(zhì)。普通填料培養(yǎng)馴化微生物時(shí)，營養(yǎng)底物的擴(kuò)散途徑是從溶液主體經(jīng)過生物層擴(kuò)散到填料表面，溶液主體的營養(yǎng)物濃度最高，在填料表面的濃度最低。而恰恰是填料表面的微生物膜成熟度，決定了整個(gè)微生物膜對填料的附著力。通過從涂膜定向給微生物供給營養(yǎng)物，使填料表面的微生物營養(yǎng)狀態(tài)得到改善，從而加快微生物膜的生長成熟。
(3)涂膜中天然有機(jī)物的生物分解是一個(gè)緩慢過程，因此，上述的定向供應(yīng)營養(yǎng)物是一個(gè)相對長期的過程。這一點(diǎn)特別對毒害性有機(jī)廢水的生物降解馴化有利。在毒害性有機(jī)廢水的治理中，一般都在無毒害的營養(yǎng)物條件下培養(yǎng)馴化微生物，然后通過逐漸提高廢水中毒害性有機(jī)物的含量，使得微生物慢慢適應(yīng)，一直過渡到微生物能夠完全降解毒害性有機(jī)物為馴化成功。由于涂膜的定向供應(yīng)無毒害營養(yǎng)物的效應(yīng)，為填料表面的微生物提供了一個(gè)局部低毒害營養(yǎng)環(huán)境，使得溶液主體毒害性有機(jī)物對微生物的影響得到緩沖，從而獲得更強(qiáng)的適應(yīng)性，縮短了馴化時(shí)間。
(4)涂膜中的天然有機(jī)物被微生物完全利用后，涂膜中形成大量孔隙，粗糙度大大增加，比表面積可達(dá)到普通塑料填料的數(shù)十倍。這些表面微孔為微生物所置換占有，使得微生物膜對填料的包覆更為牢固可靠，不易因曝氣沖刷或水流剪切而脫落，降低了微生物的流失，有利于提高填料表面的微生物量，從而取得更優(yōu)的水處理效果。
(5)用涂裝方法對生物填料進(jìn)行表面改性，加工方便，使用簡單。膠乳的基材物質(zhì)及天然生物物質(zhì)的配制配方廣泛，可以根據(jù)不同的應(yīng)用工藝要求選用，具有極其廣泛的適應(yīng)性。


圖1為應(yīng)用懸掛式填料的水處理器俯視示意圖；a為方形分布，b為正六邊形分布；圖2為應(yīng)用懸掛式填料的水處理器剖面示意圖；圖3為應(yīng)用堆放式填料的水處理器剖面示意圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此實(shí)施例1生物親和性水處理填料制備原料市售φ15cm的彈性填料(上海石化水域環(huán)保廠)，水性聚丙烯酸酯涂料(天津市群匯密封材料廠)生物親和性涂料配方淀粉2kg，水5kg，水性聚丙烯酸酯涂料5kg，十二烷基磺酸鈉0.5kg將以上配方物質(zhì)混合均勻，浸漬彈性填料表面，80℃下烘干2小時(shí)，即得成品。
實(shí)施例2生物親和性水處理填料制備江西全興化工填料有限公司的階梯環(huán)塑料填料，溫州環(huán)宇公司的水性聚氨酯涂料生物親和性涂料配方過50目篩的甲殼素粉末1kg，水3kg，水性聚氨酯涂料5kg，十二烷基磺酸鈉0.5kg將以上配方物質(zhì)混合均勻，噴涂在化工填料表面，80℃下烘干2小時(shí)，即得成品。
實(shí)施例3生物親和性水處理填料制備原料上海石化水域環(huán)保廠生產(chǎn)的φ15cm彈性填料，上海順強(qiáng)生物科技有限公司的聚乙烯縮甲乙醛涂料；生物親和性涂料配方稻草、麥稈、玉米秸稈等農(nóng)業(yè)殘余物1kg，干燥粉碎為50目的粉末，聚乙烯縮甲乙醛涂料3kg，二甲基甲酰胺6kg；將以上配方物質(zhì)混合均勻，刷涂在彈性填料表面，80℃下烘干1小時(shí)，再升溫至110℃熱固化2小時(shí)，即得成品。
實(shí)施例4將實(shí)施例1所得填料按梅花狀在水處理反應(yīng)器中規(guī)則排列(參見圖1、圖2)，將活性污泥接種進(jìn)反應(yīng)器，并添加營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行培養(yǎng)。對填料層曝氣充氧后，填料表面吸附生長微生物，生長成熟為可以將填料整體包覆的好氧生物膜。該培養(yǎng)過程大約需要7～10天。掛膜成功后，即形成好氧生物膜水處理工藝。對CODcr為4000mg/L的抗生素工業(yè)廢水的處理效果表明微生物培養(yǎng)馴化時(shí)間縮短為15天，馴化成熟后，可以在24小時(shí)內(nèi)去除廢水中70％的CODcr，而因?yàn)榭股貜U水的毒性，使用普通水處理填料的微生物培養(yǎng)馴化時(shí)間可長達(dá)1～2個(gè)月。
將生物填料取出顯微觀察，發(fā)現(xiàn)涂膜中的淀粉已被完全分解，涂膜中的孔隙被微生物取代填充。
實(shí)施例5將實(shí)施例2所得生物親和性填料亂堆在水處理反應(yīng)器中(參見圖3)，密閉反應(yīng)器，接種厭氧污泥并導(dǎo)入有機(jī)廢水，外循環(huán)使廢水流動(dòng)，形成攪拌作用，培養(yǎng)兩周后，即形成厭氧生物膜水處理工藝。對模擬高濃度有機(jī)廢水的處理表明培養(yǎng)成熟的厭氧微生物能完成有機(jī)物的甲烷化，在24小時(shí)內(nèi)，CODcr濃度從6000mg/L下降到1000mg/L，取得了良好的處理效果。取出反應(yīng)器中的厭氧生物填料進(jìn)行顯微觀察，涂膜中的甲殼素被微生物部分分解，并有大量的絲狀菌附著生長。
權(quán)利要求
1.一種生物親和性水處理填料，其特征在于所述生物親和性水處理填料由水處理料表面涂覆生物親和性涂料得到，所述生物親和性涂料主要含有質(zhì)量配比如下的組分天然生物物質(zhì)粉末10～40份，溶劑10～50份，涂料膠乳30～50份；所述水處理填料為下列之一①彈性填料、②軟性填料、③半軟性填料、④化工填料、⑤組合填料；所述天然生物物質(zhì)粉末為下列之一①淀粉、②甲殼素、③植物纖維；所述溶劑為水或二甲基甲酰胺；所述涂料膠乳為聚氨酯、或聚丙烯酸酯、或聚乙烯縮甲乙醛。
2.如權(quán)利要求1所述的生物親和性水處理填料，其特征在于所述生物親和性涂料還含有質(zhì)量配比如下的組分穩(wěn)定劑1～5份。
3.如權(quán)利要求2所述的生物親和性水處理填料，其特征在于所述穩(wěn)定劑為十二烷基磺酸鈉。
4.如權(quán)利要求1所述的生物親和性水處理填料，其特征在于所述生物親和性涂料質(zhì)量組成如下天然生物物質(zhì)粉末10～40份，溶劑10～60份，涂料膠乳30～50份。
5.如權(quán)利要求1所述的生物親和性水處理填料，其特征在于所述生物親和性涂料質(zhì)量組成如下天然生物物質(zhì)粉末10～40份，溶劑10～60份，涂料膠乳30～50份，穩(wěn)定劑1～5份。
6.如權(quán)利要求1所述的生物親和性水處理填料，其特征在于所述生物親和性涂料質(zhì)量組成如下淀粉40份，水50份，水性聚丙烯酸酯涂料50份，十二烷基磺酸鈉5份。
7.如權(quán)利要求1所述的生物親和性水處理填料，其特征在于所述生物親和性涂料質(zhì)量組成如下甲殼素粉末10份，水30份，水性聚氨酯涂料50份，十二烷基磺酸鈉5份。
8.如權(quán)利要求1所述的生物親和性水處理填料，其特征在于所述生物親和性涂料質(zhì)量組成如下植物纖維粉末10份，二甲基甲酰胺60份，聚乙烯縮甲乙醛涂料30份。
9.如權(quán)利要求1所述的生物親和性水處理填料，其特征在于所述生物親和性涂料重量組成如下淀粉20份，水50份，水性丙烯酸酯膠乳50份。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種生物親和性水處理填料，所述生物親和性水處理填料由水處理料表面涂覆生物親和性涂料得到，所述生物親和性涂料主要含有質(zhì)量配比如下的組分天然生物物質(zhì)粉末10～40份，溶劑10～50份，涂料膠乳30～50份；本發(fā)明利用天然生物物質(zhì)表面的羥基、羧基、氨基等豐富的化學(xué)活性基團(tuán)，形成微生物與天然生物材料的同源性親和力，大大降低微生物附著生長難度，縮短微生物培養(yǎng)、馴化的難度和時(shí)間周期，所得生物親和性水處理填料具有生物親和力、微生物掛膜時(shí)間短、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C02F3/10GK1884132SQ200610052258
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者許爐生, 李非里 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)