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生物强化膜反应器、制造方法及其在焦化废水处理中用途

发布时间:2019-5-8 17:47:49  中国污水处理工程网

  申请日2018.07.23

  公开(公告)日2018.11.27

  IPC分类号C02F3/10; C02F3/34; C02F103/34

  摘要

  本发明涉及一种生物强化膜反应器、制造方法及其在焦化废水处理中的用途,属于生物膜技术领域。采用了由N‑异丙基丙烯酰胺作为主要温敏单体的温敏凝胶和无机多孔微球复合而成的填料,由于多孔复合填料为中空多孔结构,其中可以容纳较多的细菌培养基,可以有效地在处理过程中产生缓释作用,提高细菌的活性;同时,由于采用了多孔温敏凝胶作为载体,当在30~35℃时,处于临界温度附近,会发生明显的收缩,使多孔微球中的培养基可以缓释;并且由于焦化废水中含有油性物质,长期运行后会在多孔填料表面聚集,降低其表面的多孔性,因此,通过将温敏凝胶填料降温至临界温度以下,使表面膨胀,可以快速地消除掉其表面吸附的污染物,使填料快速再生。

  权利要求书

  1.一种生物强化膜反应器,其特征在于,在反应器中填充有热缩型温敏凝胶与多心多孔微球的复合物。

  2.权利要求1所述的生物强化膜反应器的制造方法,其特征在于,所述的热缩型温敏凝胶与多心多孔微球的复合物的制备过程包括如下步骤:

  步骤a:将甲基丙烯酸、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、乙醇按照重量比10:3~4:0.2~0.5:500~750混合,升温进行反应,先在80~85℃条件下反应20~30min,然后蒸发溶剂,使反应液体积为原来的1/2~2/3,继续在85~90℃条件下反应40~50min,将反应物分散在去离子水中,再离心分离,得到单分散聚合物微球,再将聚合物微球分散在5~10wt%的NaOH溶液中,聚合物微球与NaOH溶液的质量比是1:80~100,浸泡15~20h,然后将聚合物微球离心分离出;再将聚合物微球浸泡于含有3~5wt%氯化锰的水溶液中,聚合物微球在氯化锰的水溶液中的质量百分比是0.5~1wt%,浸泡10~15h后,将聚合物微球离心分离出,得到Mn2+@聚合物微球; 再将Mn2+@聚合物微球分散于40~50vol.%的乙醇水溶液中,Mn2+@聚合物微球在乙醇水溶液中的浓度是2~4wt%,再在乙醇水溶液中加入壳聚糖和硝酸铝,分别使壳聚糖和硝酸铝的浓度为0.5~1wt%和2.2~2.8wt%,然后加入氨水调节pH至8.0~8.5,再静置10~20h陈化,使微球表面生成铝溶胶,将产物离心分离,用去离子水清洗之后,于700~800℃下焙烧2~4h,去除壳聚糖和内部的聚合物,得到空心的多孔氧化铝微球;

  步骤b:将空心的多孔氧化铝微球与硅烷偶联剂KH560的乙醇溶液按照重量比1:20~25混合,中,硅烷偶联剂KH560在乙醇溶液中的浓度是5~10wt%,在65~70℃条件下进行接枝反应,反应时间是1~4h,反应后,将产物离心分离,得到接枝了硅烷偶联剂的空心的多孔氧化铝微球;

  步骤c:将空心的多孔氧化铝微球置于液体培养基中,并进行抽真空脱气,使培养基进入至微球的内部,将微球再离心分离;

  步骤d:按重量份计,将N-异丙基丙烯酰胺50~55份、N-丁氧基甲基丙烯酰胺3~8份、丙烯酰胺35~40份、致孔剂聚乙二醇25~28份、去离子水700~950份混合,再加入步骤c中得到的微球30~35份、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺4~8份、促进剂N, N,N’ , N’-四甲基乙二胺2~4份、引发剂过硫酸铵3~6份,在50~60℃条件下反应10~15h,将凝胶物取出,用去离子水洗涤掉未反应掉的单体和致孔剂之后,破碎成颗粒状,真空干燥,得到生物强化膜反应器的复合填料。

  3.根据权利要求2所述的生物强化膜反应器的制造方法,其特征在于,所述的液体培养基是LB培养基。

  4.根据权利要求2所述的生物强化膜反应器的制造方法,其特征在于,聚乙二醇的分子量范围是2000~4000。

  5.权利要求1所述的生物强化膜反应器在用于处理焦化废水中的用途。

  6.根据权利要求5所述的用途,其特征在于,是将废水通入反应器中并进行曝气处理,曝气过程使氧气含量在3~5mg/L。

  7.根据权利要求5所述的用途,其特征在于,处理温度范围是30~35℃。

  8.根据权利要求5所述的用途,其特征在于,处理完毕后,将复合填料滤出,并降温至20~25℃使凝胶膨胀,浸泡于含有表面活性剂的水中,使表面的油性污染物去除,使填料再生。

  说明书

  一种生物强化膜反应器、制造方法及其在焦化废水处理中的用途

  技术领域

  本发明涉及一种生物强化膜反应器、制造方法及其在焦化废水处理中的用途,属于生物膜技术领域。

  背景技术

  生物膜废水处理技术是将微生物固定在载体上形成生物膜使废水中的污染物进行降解的技术 ,所以载体的正确选择对提高废水处理的效果非常重要。20世纪 60年代有机合成材料 ,例如具有高比表面积和孔隙率的聚乙烯 、聚苯乙烯和聚酰胺等制成的波纹状 、列管状和蜂窝状等有机合成填料的出现使生物膜法污水处理技术得到快速发展,现在 已经成为与活性污泥法并列的主要污水处理方法之一 。生物流化床基本原理是:废水和从生物流化床反应器出水的回流水在充氧设备进口处与空气混合后,从反应器的底部进入,自下而上通过反应器,使续料保持在流化的工作状态,经填料上的生物膜处理后的废水,除部分回流到无氧设备进口处外,最后流人二次沉淀池,以便沉掉悬浮的生物量,排出合格的出水。

  生物膜填料的种类及分类方法繁多,按照载体的材料分类,生物膜载体大致 可分为固定型填料 、软性填料、半软性填料及复合填料等悬挂式填料和悬浮型填料。悬挂式填料包括软性 、半软性及组合填料 。软性填料主要以软性纤维填料为代表。软性填料的基本结构是在一根中心绳索上系扎软性纤维束,在安装时需要固定在辅助支架上,它克服了蜂窝填料的某些弊端。软性填料的空隙可变性避免了堵塞现象;纤维丝的数量很多,从而具有巨大的理论比表面积,造价低廉、加工方便。但软性填料一般在使用1年后就会出现纤维束结团的现象。随着时间的推移,结团现象将越来越严重。有研究表明:软性纤维填料在水中处于漂浮状态,对气水混合流体的碰撞和切割很微弱不足以把大气泡切割为小气泡,影响了氧的转移速率。针对软性填料的缠结和断丝两方面的不足,业内专家对软性填料进行了改良,即后来发展起来的半软性填料,以BS型半软性填料为代表。半软性填料的理论比表面积较软性填料小,造价较软性填料高,且表面光滑,微生物附着性能相对较差。组合式填料是基于软性填料的比表面积大、易挂膜和半软性填料的不结团、布气均匀的优点基础上设计的一种填料,以YDT弹性立体填料为例。YDT弹性立体填料L5利用密集的丝条来进行挂膜和切割气泡,比表面积大、生物膜量多,氧的利用率比软性填料料高,不堵塞、使用寿命长。梅翔等进行YDT填料过膜试验发现:YDT填料在较易挂膜同时也易积泥。

  发明内容

  本发明提出了一种新型的生物强化膜反应器,其利用了热缩型温敏凝胶与多心多孔微球进行复合作为载体,利用了其温敏性和多孔性,有效地提高了挂膜后的对废水处理效果。

  技术方案是:

  一种生物强化膜反应器,在反应器中填充有热缩型温敏凝胶与多心多孔微球的复合物。

  上述的生物强化膜反应器的制造方法,其中所述的热缩型温敏凝胶与多心多孔微球的复合物的制备过程包括如下步骤:

  步骤a:将甲基丙烯酸、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、乙醇按照重量比10:3~4:0.2~0.5:500~750混合,升温进行反应,先在80~85℃条件下反应20~30min,然后蒸发溶剂,使反应液体积为原来的1/2~2/3,继续在85~90℃条件下反应40~50min,将反应物分散在去离子水中,再离心分离,得到单分散聚合物微球,再将聚合物微球分散在5~10wt%的NaOH溶液中,聚合物微球与NaOH溶液的质量比是1:80~100,浸泡15~20h,然后将聚合物微球离心分离出;再将聚合物微球浸泡于含有3~5wt%氯化锰的水溶液中,聚合物微球在氯化锰的水溶液中的质量百分比是0.5~1wt%,浸泡10~15h后,将聚合物微球离心分离出,得到Mn2+@聚合物微球; 再将Mn2+@聚合物微球分散于40~50vol.%的乙醇水溶液中,Mn2+@聚合物微球在乙醇水溶液中的浓度是2~4wt%,再在乙醇水溶液中加入壳聚糖和硝酸铝,分别使壳聚糖和硝酸铝的浓度为0.5~1wt%和2.2~2.8wt%,然后加入氨水调节pH至8.0~8.5,再静置10~20h陈化,使微球表面生成铝溶胶,将产物离心分离,用去离子水清洗之后,于700~800℃下焙烧2~4h,去除壳聚糖和内部的聚合物,得到空心的多孔氧化铝微球;(本步骤的目的是制备得到具有中空的、表面多孔的氧化铝微球)

  步骤b:将空心的多孔氧化铝微球与硅烷偶联剂KH560的乙醇溶液按照重量比1:20~25混合,中,硅烷偶联剂KH560在乙醇溶液中的浓度是5~10wt%,在65~70℃条件下进行接枝反应,反应时间是1~4h,反应后,将产物离心分离,得到接枝了硅烷偶联剂的空心的多孔氧化铝微球;(本步骤的目的是使氧化铝微球表面接枝KH560,可以在步骤d中与单体发生聚合,嵌入温敏凝胶的网络中)

  步骤c:将空心的多孔氧化铝微球置于液体培养基中,并进行抽真空脱气,使培养基进入至微球的内部,将微球再离心分离;(本步骤的目的是使氧化铝微球内部负载培养基)

  步骤d:按重量份计,将N-异丙基丙烯酰胺50~55份、N-丁氧基甲基丙烯酰胺3~8份、丙烯酰胺35~40份、致孔剂聚乙二醇25~28份、去离子水700~950份混合,再加入步骤c中得到的微球30~35份、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺4~8份、促进剂N, N,N’ , N’-四甲基乙二胺2~4份、引发剂过硫酸铵3~6份,在50~60℃条件下反应10~15h,将凝胶物取出,用去离子水洗涤掉未反应掉的单体和致孔剂之后,破碎成颗粒状,真空干燥,得到生物强化膜反应器的复合填料。(本步骤的目的是使氧化铝微球与其它的聚丙烯酰胺单体进行交联,形成有机无机复合材料)

  优选地,所述的液体培养基是LB培养基。

  优选地,聚乙二醇的分子量范围是2000~4000。

  上述的生物强化膜反应器在用于处理焦化废水中的用途。

  优选地,所述的用途中,是将废水通入反应器中并进行曝气处理,曝气过程使氧气含量在3~5mg/L。

  优选地,所述的用途中,处理温度范围是30~35℃。

  优选地,所述的用途中,处理完毕后,将复合填料滤出,并降温至20~25℃使凝胶膨胀,浸泡于含有表面活性剂的水中,使表面的油性污染物去除,使填料再生。

  有益效果

  本发明采用的生物强化膜反应器,采用了由N-异丙基丙烯酰胺作为主要温敏单体的温敏凝胶和无机多孔微球复合而成的填料,由于多孔复合填料为中空多孔结构,其中可以容纳较多的细菌培养基,可以有效地在处理过程中产生缓释作用,提高细菌的活性;同时,由于采用了多孔温敏凝胶作为载体,当在30~35℃时,处于临界温度(LCST)附近,会发生明显的收缩,使多孔微球中的培养基可以缓释;并且由于焦化废水中含有油性物质,长期运行后会在多孔填料表面聚集,降低其表面的多孔性,因此,通过将温敏凝胶填料降温至LCST以下,使表面膨胀,可以快速地消除掉其表面吸附的污染物,使填料快速再生。

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