本發(fā)明涉及用于污水處理工藝的生物填料，更具體的說(shuō)，涉及一種復(fù)合型生物填料及其制備方法。

背景技術(shù)：

填料是生物膜賴以棲息的場(chǎng)所，是生物膜的載體，同時(shí)也有截留懸浮物的作用。因此，填料是生物膜法污水處理工藝的關(guān)鍵，直接影響生物膜法污水處理工藝的效能。填料的要求是：易于生物膜附著，比表面積大，空隙率大，水流阻力小，強(qiáng)度大，化學(xué)和生物穩(wěn)定性好，經(jīng)久耐用，截留懸浮物質(zhì)能力強(qiáng)，不溶出有害物質(zhì)，不引起二次污染，與水的比重相差不大，避免氧化池負(fù)荷過(guò)重，運(yùn)輸和施工方便。

目前大部分生物填料采用pp或滌綸材質(zhì)，傳統(tǒng)材料制作的生物填料已在污水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；但傳統(tǒng)生物填料調(diào)試運(yùn)行期間，根據(jù)不同的水質(zhì)情況，微生物培養(yǎng)、掛膜時(shí)間較長(zhǎng)，制約了污水處理廠建成后盡快投入生產(chǎn)、運(yùn)行。由于傳統(tǒng)生物填料的抗沖擊強(qiáng)度和抗拉伸強(qiáng)度存在一定的不足，導(dǎo)致填料的使用壽命短(一般5～6年更換一次)，更換頻繁，嚴(yán)重制約污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：提供一種復(fù)合型生物填料及其制備方法，解決普通生物填料掛膜時(shí)間長(zhǎng)、掛膜量少及填料使用壽命短的問(wèn)題。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：提供一種復(fù)合型生物填料，包括如下質(zhì)量比的組分：

在本發(fā)明提供的復(fù)合型生物填料中，所述組分中，硫酸鈣、二氯化鎳、硫酸鈷、硫酸銅、氯化鐵、硫酸鎂的粒徑小于80納米。

在本發(fā)明提供的復(fù)合型生物填料中，使用所述鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)金屬化合物進(jìn)行表面處理后，與熔融狀態(tài)的聚丙烯進(jìn)行混合；所述鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量為金屬化合物含量的1～4％，所述金屬化合物包括硫酸鈣、二氯化鎳、硫酸鈷、硫酸銅、氯化鐵、硫酸鎂。

本發(fā)明還提供一種復(fù)合型生物填料的制備方法，包括如下步驟：

s100、碾磨：將金屬化合物碾磨成粉，粒徑小于80納米；所述金屬化合物包括硫酸鈣、二氯化鎳、硫酸鈷、硫酸銅、氯化鐵、硫酸鎂；

s200、表面處理：使用鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)金屬化合物進(jìn)行表面處理后，所述鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量為金屬化合物含量的1～4％；

s300、分散均勻：將表面處理后的金屬化合物與熔融狀態(tài)的聚丙烯進(jìn)行混合并分散均勻，冷卻后干燥得到所述復(fù)合型生物填料原料。

在本發(fā)明提供的復(fù)合型生物填料的制備方法中，所述金屬化合物為含結(jié)晶水的金屬化合物烘干脫水所得。

在本發(fā)明提供的復(fù)合型生物填料原料的制備方法中，所述步驟s300中，將金屬化合物與聚丙烯的混合物放在雙螺桿擠出機(jī)上塑化擠出，擠出物經(jīng)過(guò)水槽冷卻后，再經(jīng)過(guò)風(fēng)干裝置初步吹干。

在本發(fā)明提供的復(fù)合型生物填料原料的制備方法中，所述步驟s300之后還包括如下步驟：

s400、造粒：初步吹干的所述復(fù)合型生物填料原料經(jīng)過(guò)切粒機(jī)切斷造粒并烘干；

s500、注塑成形：將顆粒狀的所述復(fù)合型生物填料原料用注塑機(jī)注塑出所需填料外形，或用pp拉絲機(jī)拉成所需的填料纖維絲；

s600、表面化學(xué)處理：將注塑成形的填料或拉成的纖維絲進(jìn)行表面化學(xué)處理，以改變填料表面的粗糙程度和表面極性基團(tuán)的含量，從而改善纖維表面的親水性；

s700、組合：將不同外形的填料進(jìn)行組合成預(yù)設(shè)形狀，形成復(fù)合型組合生物填料，用于污水處理工程進(jìn)行掛膜生產(chǎn)。

在本發(fā)明提供的復(fù)合型生物填料的制備方法中，各組分的質(zhì)量比如下：

實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果：本發(fā)明的復(fù)合型生物填料掛膜更迅速，保證污水處理系統(tǒng)更快完成調(diào)試，進(jìn)而更快投產(chǎn)運(yùn)行。同時(shí)本復(fù)合型生物填料的抗拉伸強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度均比傳統(tǒng)材質(zhì)生物填料有很大提高。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明內(nèi)容做具體說(shuō)明。

為了解決普通生物填料掛膜時(shí)間長(zhǎng)、掛膜量少及填料使用壽命短的問(wèn)題，特針對(duì)制作生物填料的原材料在如何提高填料上微生物的掛膜速度及提高填料的使用壽命等方面展開(kāi)了研究。

本發(fā)明提供一種復(fù)合型生物填料，包括如下質(zhì)量比的組分：

在污水的生物處理過(guò)程中，一些金屬離子作為微生物生長(zhǎng)、繁殖的必需元素，對(duì)微生物的培養(yǎng)至關(guān)重要。本申請(qǐng)經(jīng)過(guò)具體研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一些金屬離子在適當(dāng)?shù)臐舛确秶鷥?nèi)，可加速細(xì)胞的合成，促進(jìn)生物化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。

(1)鈣作為構(gòu)成微生物細(xì)胞的組成成本，是微生物生長(zhǎng)所不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素。鈣鹽參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成，并與能力轉(zhuǎn)移、細(xì)胞透性調(diào)節(jié)功能有關(guān)，微生物對(duì)它的需求量較大。

(2)鐵是細(xì)胞色素亞鐵原卟啉和含鐵氧化還原素，又是電子傳遞的基礎(chǔ)。鐵是葉綠素形成的必要條件，因?yàn)楹F的酶和鐵原卟啉在葉綠素的生物合成中起催化作用；同時(shí)鐵還是某些鐵細(xì)菌生長(zhǎng)的能源物質(zhì)，因此缺鐵會(huì)使機(jī)體內(nèi)的某些代謝活性降低或喪失，或使某些鐵細(xì)菌生長(zhǎng)得不到能量，從而使機(jī)體的生長(zhǎng)受到影響或停止。

(3)鎂是合成光合微生物的光合色素——葉綠素或細(xì)菌葉綠素的組成元素，因此在光能轉(zhuǎn)換上有其重要作用；同時(shí)，鎂構(gòu)成某些酶的活性成分；另外鎂在微生物細(xì)胞中某些細(xì)胞結(jié)構(gòu)如核糖體、細(xì)胞膜等的穩(wěn)定上起著重要作用。微生物不同，他們對(duì)鎂的需要量也不同。如果環(huán)境中缺少鎂，微生物生長(zhǎng)得不到足夠的鎂，會(huì)導(dǎo)致核糖體與細(xì)胞膜的穩(wěn)定性降低，而影響機(jī)體的正常生長(zhǎng)。

(4)銅是一種金屬活化劑，是多酚氧化酶、乳糖酶及抗壞血酸氧化酶的組成成分。微量的銅離子可以作為微生物的微營(yíng)養(yǎng)素，這對(duì)組成各類特殊的酶有關(guān)鍵性作用。

(5)鈷是一種金屬活化劑，為維生素b12的組成成分，因此以b12作輔酶的酶中都含有鈷；鈷還參與了微生物的共生固氮作用。

(6)鎳是脲酶、氫化酶的組分，并可刺激像藻青菌、小球及產(chǎn)甲烷菌之類的無(wú)機(jī)化能自養(yǎng)菌的生長(zhǎng)，尤其是產(chǎn)甲烷菌，鎳對(duì)其生長(zhǎng)有著特別的意義。

本發(fā)明的復(fù)合型生物填料，通過(guò)創(chuàng)造適合微生物生長(zhǎng)繁殖的環(huán)境，以提高微生物的生長(zhǎng)速度和處理效率。

本發(fā)明還提供了一種復(fù)合型生物填料的制備方法，包括如下步驟：

(1)碾磨：將金屬化合物碾磨成粉，粒徑小于80納米；金屬化合物包括硫酸鈣、二氯化鎳、硫酸鈷、硫酸銅、氯化鐵、硫酸鎂；各金屬化合物的用量按照預(yù)設(shè)比例確定及準(zhǔn)備，如果使用含有結(jié)晶水的金屬化合物，則各金屬化合物所需量計(jì)算均按照脫水后的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)pp的用量準(zhǔn)備相應(yīng)質(zhì)量的各金屬化合物結(jié)晶固體粉末。

(2)表面處理：使用鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)金屬化合物進(jìn)行表面處理后，鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量為金屬化合物含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的1～4％；本步驟中，鈦酸酯偶聯(lián)劑可以分別與各金屬化合物分別按比例混合進(jìn)行表面處理，也可以將各金屬化合物混合后，按照金屬化合物的總質(zhì)量添加鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，需要注意的是，應(yīng)該保證鈦酸酯偶聯(lián)劑完全覆蓋各金屬化合物表面，以最大限度的提高各金屬化合物在pp中的分散性；同時(shí)保證鈦酸酯偶聯(lián)劑不會(huì)導(dǎo)致各金屬化合物粘附成團(tuán)，在基體中分散均勻。

(3)分散均勻：將表面處理后的金屬化合物與熔融狀態(tài)的聚丙烯進(jìn)行混合并分散均勻，冷卻后干燥得到復(fù)合型生物填料原料。例如，表面處理后的金屬化合物與熔融狀態(tài)的聚丙烯進(jìn)行混合并分散均勻后，將混合物放在雙螺桿擠出機(jī)上塑化擠出，擠出物經(jīng)過(guò)水槽冷卻后，再經(jīng)過(guò)風(fēng)干裝置初步吹干。干燥得到復(fù)合型生物填料原料，如果形狀適合可以直接作為污水處理過(guò)程中的填料使用，也可以作為原料進(jìn)一步經(jīng)過(guò)加熱塑形的方式獲得需要的外形。

在本實(shí)施例中，各組分的預(yù)設(shè)質(zhì)量比如下：

另外，目前大部分生物填料存在一些缺點(diǎn)：表面光滑、表面能低、分子鏈上不含任何濕性基團(tuán)，表面疏水；填料的上述缺點(diǎn)導(dǎo)致填料掛膜速度慢。對(duì)此，通過(guò)對(duì)填料材質(zhì)進(jìn)行改性，從而改變填料的表面粗糙度和表面極性基團(tuán)的含量，進(jìn)而提高其掛膜速度及掛膜量。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟(3)之后還包括如下步驟：

(4)造粒：初步吹干的復(fù)合型生物填料原料經(jīng)過(guò)切粒機(jī)切斷造粒并烘干；

(5)注塑成形：將顆粒狀的復(fù)合型生物填料原料用注塑機(jī)注塑出所需填料外形，或用pp拉絲機(jī)拉成所需的填料纖維絲；

(6)表面化學(xué)處理：將注塑成形的填料或拉成的纖維絲進(jìn)行表面化學(xué)處理，以改變填料表面的粗糙程度和表面極性基團(tuán)的含量，從而改善纖維表面的親水性；

(7)組合：將不同外形的填料進(jìn)行組合成預(yù)設(shè)形狀，形成復(fù)合型組合生物填料，用于污水處理工程進(jìn)行掛膜生產(chǎn)。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，金屬化合物為含結(jié)晶水的金屬化合物烘干脫水所得。由于含結(jié)晶水的金屬化合物更加易于獲取，因此本實(shí)施例的復(fù)合型生物填料的制備方法可以采用如下原料：

a.聚丙烯(pp)；

b.二水合硫酸鈣(caso4·2h2o，163℃失去六個(gè)結(jié)晶水)；

c.六水合二氯化鎳(nicl2·6h2o，103℃失去六個(gè)結(jié)晶水)；

d.七水合硫酸鈷(coso4·7h2o，420℃失去七個(gè)結(jié)晶水)；

e.五水合硫酸銅(cuso4·5h2o，俗稱膽礬、銅礬或藍(lán)礬，190℃時(shí)失去四分子結(jié)晶水變?yōu)閏uso4·h2o，258℃變成無(wú)水鹽)；

f.六水合氯化鐵(fecl3·6h2o)；

g.七水合硫酸鎂(mgso4·7h2o，150℃時(shí)失去6個(gè)結(jié)晶水，生成硫酸鎂石；200℃失去7個(gè)結(jié)晶水)；

h.鈦酸酯偶聯(lián)劑(roo(4-n)ti(ox-r`y)n(n＝2,3))。

按照上述方法制備的復(fù)合型生物填料具備以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)力學(xué)性能更加優(yōu)良(即：復(fù)合型生物填料的抗沖擊強(qiáng)度和抗拉伸強(qiáng)度相比傳統(tǒng)生物填料均有較大的提高)，在污水處理工程中的使用壽命更長(zhǎng)，可有效的保證系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性；

(2)掛膜更加迅速，同時(shí)形成生物膜更加穩(wěn)定。復(fù)合型生物填料作為生物膜的依附載體，與生物膜進(jìn)行直接接觸，因此本復(fù)合型生物填料內(nèi)的微量金屬元素可以被生物膜內(nèi)的微生物直接攝取、吸收。作為微生物生長(zhǎng)、繁殖所必須的金屬元素，提供微生物更容易攝取微量元素的生長(zhǎng)環(huán)境，可以有效的提高微生物的生長(zhǎng)速度和處理效率；

(3)掛膜生物量大。由于復(fù)合型生物填料的力學(xué)性能更加優(yōu)良，可承載更多的生物膜，進(jìn)而保證系統(tǒng)內(nèi)的生物量濃度。微生物濃度高，可大大提高系統(tǒng)的容積負(fù)荷和處理效率。同時(shí)由于生物量大，對(duì)低濃度的污水，也能有效地進(jìn)行處理。

(4)經(jīng)過(guò)處理后的復(fù)合型生物填料表面粗糙無(wú)定型區(qū)，更加有利于生物膜在填料上的附著，使形成的生物膜更加穩(wěn)定。

以上實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在不背離本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改和替換，均屬于本發(fā)明的范圍。若未特別指明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。