畜禽养殖废水处理用生物膜填料及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种畜禽养殖废水处理用生物膜填料及其制备方法，该生物膜填料的密度为0.96～0.98g/cm3，是由以下重量份的组分制成的：高密度聚乙烯58～62份，蒙脱土10～18份，粉末活性炭10～18份，轻质碳酸钙11～20份，紫胶树脂3～5份，明胶1.5～3份，硫酸铈0.5～1份，富勒烯0.5～0.8份。本发明的生物膜填料适用于畜禽养殖废水处理，能够有效降低畜禽养殖废水中的化学需氧量(COD)浓度、氨氮(NH3?N)浓度以及总磷(TP)浓度。
【专利说明】
畜禽养殖废水处理用生物膜填料及其制备工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种生物膜填料，具体涉及一种畜禽养殖废水处理用生物膜填料及其 制备工艺。属于污水处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 畜禽养殖废水的化学需氧量（COD)浓度高达10000mg/L，氨氮(NH3-N)浓度500~ 1300mg/L，总磷(TP)浓度50~100mg/L，是一种富含N、P的有机废水，是城乡一种较严重的污 染源，处理难度大、成本高。畜禽养殖废水的特点如下:排放量大，冲击负荷大；固液混杂，有 机质浓度高，处理难度很大;N、P营养物含量特别高，碳氮比低。
[0003] 目前广泛采用厌氧消化技术，但是经厌氧消化后，出水的污染物浓度，特别是N、P 的浓度仍然较高，达不到排放标准，还需进行进一步处理，但是现有的处理方式碍于时间和 设备成本等，制约了其推广和应用。
[0004] 相对于现有的大部分污水处理方法，移动床生物膜反应器(MBBR工艺)具有明显优 势，其是一种革新型生物膜反应器，能使微生物附着在载体上，漂浮的载体在反应器内随着 混合液的回旋翻转作用而自由移动，从而达到处理污水的目的。MBBR工艺针对现代城市生 活污水处理的新要求，结合悬浮生长工艺和附着生长工艺，同时又涉及到城市生活污水、工 业污水的有机物及氮磷处理，越来越受到环保工作者的青睐。
[0005] MBBR工艺对低浓度有机物的生活污水和高浓度有机物的工业污水，都能取得良好 的处理效果，能够很好地去除污水中的有机物，具有良好发展前景。生物膜填料，也被称为 生物膜载体，是不同种类微生物附着生长的场所，也是其降解各类污染物的所在，是MBBR的 核心。填料性能的好坏，极大地影响了微生物挂膜的难易程度、反应器中生物量的多少以及 最终污水处理的效果。
[0006] 随着国内外学者和研究人员对MBBR工艺的不断关注，MBBR新型填料和相关性能的 研究也在不断地进行当中。近年来，各种新型填料和改性填料层出不穷，极大地推动了 MBBR 工艺的发展。生物膜填料大体可以分为有机填料和无机填料两类，前者生物相容性较差，后 者比表面积、压缩强度等方面比较差，现有填料不能同时实现生物相容性好、比表面积大和 压缩强度大。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种畜禽养殖废水处理用生物 膜填料。
[0008] 本发明还提供了该生物膜填料的制备工艺。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0010] 畜禽养殖废水处理用生物膜填料，其密度为〇. 96~0.98g/cm3，是由以下重量份的 组分制成的：高密度聚乙稀58~62份，蒙脱土10~18份，粉末活性炭10~18份，轻质碳酸钙 11~20份，紫胶树脂3~5份，明胶1.5~3份，硫酸铈0.5~1份，富勒烯0.5~0.8份。
[0011] 优选的，所述生物膜填料为中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯 齿状。
[0012] 进一步优选的，所述紫胶树脂粒径为10-80目
[0013] 进一步优选的，中空管的直径与高度相当。
[0014] 上述生物膜填料的制备方法，包括步骤：
[0015] (1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中，制成紫胶树脂的乙醇溶液；
[0016] (2)加入配方量的富勒烯，充分球磨；
[0017] ⑶往球磨处理后的溶液中，加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻 质碳酸钙、明胶和硫酸铈，750W微波处理3分钟，超声波振荡1小时；
[0018] (4)乙醇自然挥发，得到固体物料，将固体物料进行造粒、挤压成型，即得生物膜填 料。
[0019] 所述步骤(4)中，挤压成型得到的生物膜填料为中空管状，其内部设有轴向交叉的 加强筋，外表面呈锯齿状。
[0020] 本发明的有益效果：
[0021] 本发明的生物膜填料，使用高密度聚乙烯、粉末活性炭、轻质碳酸钙和明胶，高密 度聚乙烯具有较好的压缩强度，机械性能好，粉末活性炭、轻质碳酸钙和明胶具有较好的生 物相容性和较大的比表面积，还加入了富勒烯和硫酸铈，并利用蒙脱石促进各组分混合均 匀。其中，充分球磨后的富勒烯，颗粒非常细，有效表面积增大，其疏水表面更容易与细胞膜 脂发生相互作用，从而促进微生物挂膜。充分球磨后的硫酸铈，其电性中和作用和网捕卷扫 作用更加强大，加强了混凝效果，形成絮体速度快、絮体密实、含水率低、去浊率高、出水浊 度低，此外，还可以提高微生物最大降解速度，对微生物酶有较强的激活作用，并可促进微 生物分泌胞外多聚物，提高胞外多聚物的蛋白质/多糖比例，进一步刺激微生物生命活动， 具有良好的生物活性。蒙脱土具有很强的吸附能力和阳离子交换性能，以其作为载体，可以 将各组分混合均匀。以上各组分通过协同作用和内部结构的改造，所得生物膜填料具有良 好的生物相容性，以及较大的比表面积大和压缩强度，将其用于移动床生物膜反应器，进行 畜禽养殖废水处理，能够有效降低畜禽养殖废水中的化学需氧量(COD)浓度、氨氮(NH 3-N) 浓度以及总磷(TP)浓度。
[0022]本发明所得填料的密度为0.96~0.98g/cm3，密度接近于水，挂膜后密度在1.0 g/ cm3左右，使其在反应器内易于与水流混合流动，较小的曝气或搅拌即可实现流化，具有良 好的流化性能。
[0023] 本发明的紫胶树脂是一种天然树脂，不溶于水但是溶于乙醇，亲水性和生物亲和 性好，常用作粘合剂，可使得产品结构更稳定。
[0024] 本发明的生物膜填料为中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯齿 状，这样的设计使得填料的比表面积大，具有更优的性能。
[0025] 本发明的制备方法中，采用了微波处理以及超声波振荡，这可能会引起各组分形 成的混合物内部结构变化，产生更多细微孔隙，进而增大比表面积，更有利于微生物的附载 生长。
【具体实施方式】
[0026]下面结合实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了 解释本发明，并不对其内容进行限定。
[0027]本发明所涉及的富勒烯为C60。
[0028] 实施例1:
[0029]本发明的畜禽养殖废水处理用生物膜填料，其密度为0.96g/cm3，是由以下组分制 成的：高密度聚乙稀58kg，蒙脱土 10kg，粉末活性炭10kg，轻质碳酸I1^llkg，紫胶树脂3kg，明 胶1.5kg，硫酸铺0.5kg，富勒稀0.5kg。
[0030]所述紫胶树脂粒径为10目
[0031 ]上述生物膜填料的制备方法，包括步骤：
[0032] (1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中，制成紫胶树脂的乙醇溶液；
[0033] (2)加入配方量的富勒烯，充分球磨；
[0034] (3)往球磨处理后的溶液中，加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻 质碳酸钙、明胶和硫酸铈，750W微波处理3分钟，超声波振荡1小时；
[0035] (4)乙醇自然挥发，得到固体物料，将固体物料进行造粒、挤压成型，即得生物膜填 料，中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯齿状，中空管的直径与高度相当。 [0036] 实施例2:
[0037]本发明的畜禽养殖废水处理用生物膜填料，其密度为0.98g/cm3，是由以下组分制 成的：高密度聚乙稀62kg，蒙脱土 18kg，粉末活性炭18kg，轻质碳酸I11^Okg，紫胶树脂5kg，明 胶3kg，硫酸铺Ikg，富勒稀0.8kg。
[0038] 所述紫胶树脂粒径为20目
[0039] 上述生物膜填料的制备方法，包括步骤：
[0040] (1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中，制成紫胶树脂的乙醇溶液；
[0041 ] (2)加入配方量的富勒烯，充分球磨；
[0042] (3)往球磨处理后的溶液中，加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻 质碳酸钙、明胶和硫酸铈，750W微波处理3分钟，超声波振荡1小时；
[0043] (4)乙醇自然挥发，得到固体物料，将固体物料进行造粒、挤压成型，即得生物膜填 料，中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯齿状，中空管的直径与高度相当。
[0044] 实施例3:
[0045] 本发明的畜禽养殖废水处理用生物膜填料，其密度为0.96g/cm3，是由以下组分制 成的：高密度聚乙稀60kg，蒙脱土17kg，粉末活性炭12kg，轻质碳酸|丐181^，紫胶树脂3kg，明 胶3kg，硫酸铺0.5kg，富勒稀0.8kg。
[0046] 所述紫胶树脂粒径为35目
[0047] 上述生物膜填料的制备方法，包括步骤：
[0048] (1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中，制成紫胶树脂的乙醇溶液；
[0049] (2)加入配方量的富勒烯，充分球磨；
[0050] (3)往球磨处理后的溶液中，加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻 质碳酸钙、明胶和硫酸铈，750W微波处理3分钟，超声波振荡1小时；
[0051] (4)乙醇自然挥发，得到固体物料，将固体物料进行造粒、挤压成型，即得生物膜填 料，中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯齿状，中空管的直径与高度相当。
[0052] 实施例4:
[0053] 本发明的畜禽养殖废水处理用生物膜填料，其密度为0.98g/cm3，是由以下组分制 成的：高密度聚乙稀58kg，蒙脱土12kg，粉末活性炭17kg，轻质碳酸|丐12kg，紫胶树脂5kg，明 胶1.5kg，硫酸铺lkg，富勒稀0.5kg。
[0054] 所述紫胶树脂粒径为55目
[0055] 上述生物膜填料的制备方法，包括步骤：
[0056] (1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中，制成紫胶树脂的乙醇溶液；
[0057] (2)加入配方量的富勒烯，充分球磨；
[0058] (3)往球磨处理后的溶液中，加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻 质碳酸钙、明胶和硫酸铈，750W微波处理3分钟，超声波振荡1小时；
[0059] (4)乙醇自然挥发，得到固体物料，将固体物料进行造粒、挤压成型，即得生物膜填 料，中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯齿状，中空管的直径与高度相当。 [0060] 实施例5:
[00611本发明的畜禽养殖废水处理用生物膜填料，其密度为0.97g/cm3，是由以下组分制 成的：高密度聚乙稀60kg，蒙脱土 15kg，粉末活性炭15kg，轻质碳酸f丐16kg，紫胶树脂4kg，明 胶2kg，硫酸铺0.8kg，富勒稀0.6kg。
[0062] 所述紫胶树脂粒径为80目
[0063] 上述生物膜填料的制备方法，包括步骤：
[0064] (1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中，制成紫胶树脂的乙醇溶液；
[0065] (2)加入配方量的富勒烯，充分球磨；
[0066] (3)往球磨处理后的溶液中，加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻 质碳酸钙、明胶和硫酸铈，750W微波处理3分钟，超声波振荡1小时；
[0067] (4)乙醇自然挥发，得到固体物料，将固体物料进行造粒、挤压成型，即得生物膜填 料，中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯齿状，中空管的直径与高度相当。
[0068] 对比例1:
[0069] 一种生物膜填料，是由以下组分制成的：高密度聚乙烯60kg，蒙脱土 15kg，粉末活 性炭15kg，轻质碳酸|i5l6kg，紫胶树脂4kg，明胶2kg，硫酸铺0.8kg，富勒稀0.6kg。
[0070]上述生物膜填料的制备方法，包括步骤：
[0071] (1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中，制成紫胶树脂的乙醇溶液；
[0072] (2)加入配方量的富勒烯，充分球磨；
[0073] (3)往球磨处理后的溶液中，加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻 质碳酸钙、明胶和硫酸铈，750W微波处理3分钟，超声波振荡1小时；
[0074] (4)乙醇自然挥发，得到固体物料，将固体物料进行造粒、挤压成型，即得生物膜填 料，中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，中空管的直径是高度的2/3。
[0075] 对比例2:
[0076] 一种生物膜填料，是由以下组分制成的：高密度聚乙烯60kg，粉末活性炭15kg，轻 质碳酸l?16kg，紫胶树脂4kg，明胶2kg，硫酸铺0.8kg，富勒稀0.6kg。
[0077]上述生物膜填料的制备方法，包括步骤：
[0078] (1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中，制成紫胶树脂的乙醇溶液；
[0079] (2)加入配方量的富勒烯，充分球磨；
[0080] (3)往球磨处理后的溶液中，加入配方量的高密度聚乙烯、粉末活性炭、轻质碳酸 钙、明胶和硫酸铈，750W微波处理3分钟，超声波振荡1小时；
[0081] (4)乙醇自然挥发，得到固体物料，将固体物料进行造粒、挤压成型，即得生物膜填 料，中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯齿状，中空管的直径与高度相当。
[0082] 对比例3:
[0083] 一种生物膜填料，是由以下组分制成的：高密度聚乙烯60kg，蒙脱土 15kg，粉末活 性炭15kg，轻质碳酸|丐16kg，紫胶树脂4kg，明胶2kg。
[0084]上述生物膜填料的制备方法，包括步骤：
[0085] (1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中，制成紫胶树脂的乙醇溶液；
[0086] (2)充分球磨；
[0087] (3)往球磨处理后的溶液中，加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻 质碳酸钙、明胶，750W微波处理3分钟，超声波振荡1小时；
[0088] (4)乙醇自然挥发，得到固体物料，将固体物料进行造粒、挤压成型，即得生物膜填 料，中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯齿状，中空管的直径与高度相当。
[0089] 对比例4:
[0090] 一种生物膜填料，是由以下组分制成的：高密度聚乙烯60kg，蒙脱土 15kg，粉末活 性炭15kg，轻质碳酸|i5l6kg，紫胶树脂4kg，明胶2kg，硫酸铺0.8kg，富勒稀0.6kg。
[0091 ]上述生物膜填料的制备方法，包括步骤：
[0092] (1)将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中，制成紫胶树脂的乙醇溶液；
[0093] (2)加入配方量的富勒烯；
[0094] (3)加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳酸钙、明胶和硫酸 铈，混合均匀；
[0095] (4)乙醇自然挥发，得到固体物料，将固体物料进行造粒、挤压成型，即得生物膜填 料，中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯齿状，中空管的直径与高度相当。 [0096] 试验例
[0097]将实施例1~5以及对比例1~4所得填料分别固定于移动床生物膜反应器中，填料 填充率为40 %，pH为6.3~7.6，温度为20~30°C，以某养殖厂的畜禽养殖废水为例，进水水 质情况:化学需氧量(COD)浓度为10000mg/L，氨氮(NH 3-N)浓度为1200mg/L，总磷(TP)浓度 为90mg/L，每天运行24小时，停留时间7天，结果见表1。
[0098] 表1.经移动床生物膜反应器处理后出水水质情况
L0100J 实施例1~5的COD、NH3-N以及TP浓度均达到国冢排放标准。对比例1~4的COD、NH3-N以及TP去除率明显低于本发明，说明本发明各组分具有较好的协同作用，畜禽养殖废水的 处理效果更佳。
[0101]上述虽然对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各 种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 畜禽养殖废水处理用生物膜填料，其特征在于，其密度为ο. 96~0.98g/cm3，是由以下 重量份的组分制成的：高密度聚乙烯58~62份，蒙脱土 10~18份，粉末活性炭10~18份，轻 质碳酸钙11~20份，紫胶树脂3~5份，明胶1.5~3份，硫酸铈0.5~1份，富勒烯0.5~0.8份。2. 根据权利要求1所述的生物膜填料，其特征在于，所述生物膜填料为中空管状，其内 部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯齿状。3. 根据权利要求1所述的生物膜填料，其特征在于，所述紫胶树脂粒径为10-80目。4. 根据权利要求2所述的生物膜填料，其特征在于，中空管的直径与高度相当。5. 权利要求1~3中任一项所述生物膜填料的制备方法，其特征在于，包括步骤： (1) 将配方量的紫胶树脂溶于无水乙醇中，制成紫胶树脂的乙醇溶液； (2) 加入配方量的富勒烯，充分球磨； (3) 往球磨处理后的溶液中，加入配方量的高密度聚乙烯、蒙脱土、粉末活性炭、轻质碳 酸钙、明胶和硫酸铈，750W微波处理3分钟，超声波振荡1小时； (4) 乙醇自然挥发，得到固体物料，将固体物料进行造粒、挤压成型，即得生物膜填料。6. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，挤压成型得到的生物 膜填料为中空管状，其内部设有轴向交叉的加强筋，外表面呈锯齿状。
【文档编号】C02F3/10GK106006947SQ201610364309
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】张文荟, 何正文, 钟诚
【申请人】南京国龙生物科技有限公司