专利名称：一种生物转盘反应器盘片和该盘片的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理中低浓度生活污水及工业废水的生物转盘反应器上使用的转盘反应器盘片以及制造这种盘片的专用方法。
背景技术：
生物转盘反应器通常由接触氧化槽、盘片、转轴和驱动装置四部分组成，在生物转盘运转过程中，约40％～50％的盘片浸没在废水中，电机带动盘片转动，附着在盘片上的生物膜交替与空气和废水接触，浸没在废水中时吸附废水中的有机物，敞露于空气中时吸收空气中的氧气，从而分解有机物。盘片的材料是决定生物转盘处理效率的重要因素，目前国内常用的盘片材料有泡沫塑料板、塑料波纹板、玻璃钢、钢板、木板、竹板等，但是这些盘片材料由于不耐腐蚀、易变形、表面不够粗糙、处理效率低、使用寿命短等种种原因而难以满足生物转盘运转的需要。此外，还有200510038212.X号专利公开了采用圆筒形填料柱体的生物转盘盘片材质框架，200520020370.8号专利公开了合成高分子网状骨架物盘片，但是这两种结构下的盘体总质量高，中心转轴的负担大，动力消耗较大，单位负荷的盘片除污率则偏低。
发明内容
为了解现有技术中生物转盘反应器盘片不耐腐蚀、易变形、表面不够粗糙、处理效率低、使用寿命短等问题，本发明提供了一种新型的生物转盘反应器盘片以及专门用于制造这种盘片的方法，这种新型的生物转盘反应器盘片具有比表面积大、坚硬、质轻、不变形、不易脱落和耐腐蚀等特点，应用到生物转盘反应器上后，经实验证明，具有COD去除效率高、耐有机负荷冲击能力强以及较好的生物吸附能力等特点。
本发明的技术方案是该种生物转盘反应器盘片，由三层物质构成，其中位于中间层的是基体，所述基体的材料为圆形聚丙烯盘片，另外两层为分别固化在基体两个侧面上的两个活性炭层。
为制作上述盘片，可以按照如下方法进行①对筛选后的活性炭颗粒和打磨后的圆形聚丙烯盘片利用化学氧化-铁离子覆盖技术进行预处理，使Fe3+通过正负电荷作用覆盖到活性炭颗粒和聚丙烯盘片表面；②将双酚A型环氧树脂与乙二胺试剂混合后制成固化剂待用；③将步骤②中的固化剂涂抹于步骤①中预处理完毕的聚丙烯盘片的两侧，再将步骤①中预处理完毕的活性炭颗粒均匀撒在已涂抹过固化剂的盘片上；④将已形成活性炭层的盘片放置在阴凉通风处干燥；在完成上述步骤②和步骤③时，从配制完固化剂，到涂抹固化剂、撒活性炭颗粒，时间不得超过15min。
本发明具有如下有益效果本发明将具有独特吸附能力的活性炭制作成生物转盘反应器盘片，这种盘片与现有技术中的盘片相比有坚硬、质轻、不变形、不易脱落和耐腐蚀等特点，应用到生物转盘反应器上后，经实验证明，具有COD去除效率高、耐有机负荷冲击能力强等特点，并且活性炭盘片具有较大的比表面积，对微生物有良好的吸附性，因此其处理污水效果很好。
图1是本发明所述生物转盘反应器盘片的结构示意图。
图2是生物转盘反应器的装置图。
图3是生物转盘反应器中转盘部分的A-A′剖面图。
图4是应用本发明中所述的盘片后，该生物转盘反应器在不同水力停留时间下的COD去除率图表。
图5是应用本发明中所述的盘片后，该生物转盘反应器在不同有机负荷下的COD去除率图表。
图6是在最佳条件下，即HRT为6h、转盘转速为4r/min时，采用不同盘片材料的生物转盘反应器的COD去除率和NH3-N去除率图表。
图7是采用不同盘片材料的生物转盘反应器的盘片单位面积上的微生物量图表。
图8是应用本发明中所述的盘片后，该生物转盘反应器在不同初始浓度的COD的去除率图表。
图9是应用本发明中所述的盘片后，该生物转盘反应器在生物转盘各级的COD去除率和NH3-N去除率图表。
图10是应用本发明中所述的盘片后，该生物转盘反应器在不同初始浓度的NH3-N的去除率图表。
图中1-驱动装置，2-减速机，3-氧化槽，4-高位槽，5-进口，6-出口，7-盘片，8-基体，9-活性炭。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明先介绍本发明的构思基础。为了解决现有技术中生物转盘反应器盘片不耐腐蚀、易变形、表面不够粗糙、处理效率低、使用寿命短等问题，考虑到应该重新选择一种耐腐蚀、处理效率高的盘片材料，由此，想到是否可以用活性炭作为盘片材料。作为常识，活性炭具有比表面积大、质轻以及独特的吸附能力，是一种很好的生物膜载体，但由于其自身形状的限制，通常在水处理中用作滤料，而不能直接用于生物转盘上。所以，如果解决了活性炭在生物转盘反应器盘片基体材料上的固定问题，也就意味着找到了一种新的生物转盘反应器盘片。下面详细描述了这种新的生物转盘反应器盘片的构成以及制作方法。
生物转盘反应器的装置图如图2所示，其工作过程为由驱动装置1带动盘片7转动，盘片7的转速由减速机2来调节，废水从高位槽4经进口5流入氧化槽3中，此时由于盘片的转动使氧化槽中的废水混合均匀并和生物膜充分接触，从而使废水中的有机物被分解，然后废水由氧化槽的出口6流出并进行沉降，沉降后的上层清夜即可排出。
图3为生物转盘反应器中转盘部分的A-A′剖面图，反应器长30cm，宽19cm，为单轴三级串联式，每个槽室的宽度分别为10cm，两个隔板的上边缘处分别以转轴为中心对称开有小孔，污水经这些小孔沿箭头方向走S形路线通过三个槽室。生物转盘盘片直径为17cm，每个槽室里均装有4个盘片，盘片间距为2cm。
如图1所示，这种新型的生物转盘反应器盘片包括基体8，相对于现有技术中的盘片而言，其独特之处在于这种盘片由三层物质构成，其中，中间层为由圆形聚丙烯盘片构成的基体8，而在此基体层的两个侧面上则分别固化有一个活性炭层9，可分别称之为内活性炭层和外活性炭层。在这里，我们优先选择的活性炭材料为果壳型片状活性炭。这是因为活性炭的形状一般分为三种棒状、粉末状和片状，之所以选择果壳型片状活性炭，是因为这种形状相对来说容易固定在基体盘片上，而且比表面积很大，能增大盘片的表面积。
为制作上述盘片，可以按照如下方法进行①对筛选后的活性炭颗粒和打磨后的圆形聚丙烯盘片利用化学氧化-铁离子覆盖技术进行预处理，使Fe3+通过正负电荷作用覆盖到活性炭颗粒和聚丙烯盘片表面；②将双酚A型环氧树脂与乙二胺试剂混合后制成固化剂待用；③将步骤②中的固化剂涂抹于步骤①中预处理完毕的聚丙烯盘片的两侧，再将步骤①中预处理完毕的活性炭颗粒均匀撒在已涂抹过固化剂的盘片上；④将已形成活性炭层的盘片放置在阴凉通风处干燥；在完成上述步骤②和步骤③时，从配制完固化剂，到涂抹固化剂、撒活性炭颗粒，时间不得超过15分钟。
具体的说，上述步骤可以按照如下方式完成首先，步骤①中对活性炭颗粒进行筛选及预处理的方法为用筛孔直径为2～3毫米的筛子筛选活性炭颗粒，并用清水洗净以除去灰尘，将洗净的活性炭颗粒浸泡在重铬酸钾溶液中0.5～1小时，然后用清水冲洗，再把活性炭颗粒置于0.01～0.1mol/L的FeCl3溶液中浸泡30分钟，以使Fe3+通过正负电荷作用覆盖到载体表面，最后晾干待用。
步骤①中对聚丙烯盘片进行预处理的方法为将打磨后的聚丙烯盘片在0.01～0.1mol/L的FeCl3溶液中浸泡30分钟，以使Fe3+通过正负电荷作用覆盖到载体表面，取出晾干待用。
上面的方法就是化学氧化-铁离子覆盖技术在载体表面改性上的应用，以改变、加快微生物的附着、固定过程。这种技术是把要处理的生物膜载体放置在重铬酸钾溶液中浸泡0.5～1小时，然后用清水冲洗经重铬酸钾氧化后的载体，再把氧化后的载体置于0.01～0.1mol/LFeCl3溶液中30分钟，以使Fe3+通过正负电荷作用覆盖到载体表面。这一技术已在颗粒状载体表面处理中得到应用，一次处理量可达上百公斤或更多。上面所列的一系列数字主要是为了盘片材料预处理的需要，而且这种预处理方法也很有效，盘片上吸附的微生物种类繁多，而且生物膜生长良好。
其次，将步骤②中的双酚A型环氧树脂与乙二胺试剂按照100∶7的体积比混合，充分搅匀，待粘稠的混合物成滴流下即可使用。
然后，完成步骤③中所述盘片的制作过程时，以175g/m2的量将固化剂涂抹于聚丙烯盘片的一侧，再以300g/m2的量将活性炭颗粒均匀撒在已涂抹过固化剂的盘片上。这两个数字都是经过多次试验，确定最优效果后计算得出来的优化值。计算过程如下实验室所用的生物转盘盘片有效面积为200.96cm2/面，所使用固化剂的量为3.52g/面，故每平方米固化剂的量为3.52×10000/200.96≈175g；活性炭的使用量为6.16g/面，故每平方米活性炭的量为6.16×10000/200.96≈300g。
同时通过大量的试验可以证明，固化剂的量与活性炭的量之间按照这种比例结合就能起到很好的粘合效果，生物转盘在运转90天后，很少有活性炭脱落。
下面介绍一个实施例用筛孔直径为3mm的筛子筛选所需的活性炭，将筛选得到的活性炭用清水洗净，将洗净后的活性炭浸泡于0.25mol/L重铬酸钾溶液中45min，然后用清水冲洗活性炭，再将其置于0.05mol/L的FeCl3溶液浸泡30min，这样做的目的是使Fe3+通过正负电荷作用覆盖到载体表面，最后晾干待用。将聚丙烯基体进行打磨，然后在0.05mol/L的FeCl3溶液浸泡30min，取出晾干待用。称取大约体积比为100∶7的环氧树脂与乙二胺试剂混合搅匀，制成固化剂，马上把固化剂全部涂抹在面积为0.0201m2的聚丙烯盘片的一侧，紧接着再把6.16g活性炭均匀撒在盘片上。将此盘片拿到阴凉通风处，24h即可完全固化。盘片另一侧的处理同上。盘片制作的整个过程均在20～23℃下完成。
在这个实施例中所使用的固化剂如下
①环氧树脂凤凰牌型号E-44(6101)生产厂家江苏省无锡市树脂厂检验项目
②乙二胺分析纯含量不少于99.0％凝固点(℃)10外观合格不挥发物0.03％重金属(Pb计)0.002％生产厂家天津市纵横兴工贸有限公司化工试剂分公司下面是应用本发明后，进行效果测试试验所取得的一系列数据对比。
在图4所示实例中，在不同的HRT条件下，活性炭盘片的COD去除率均高于石英砂和聚丙烯盘片的COD去除率，HRT为6h时活性炭、石英砂、聚丙烯三种盘片的COD去除率为71.5％、65.4％、60.2％，活性炭盘片的COD去除率与石英砂盘片和聚丙烯盘片相比分别高出6.1和11.3个百分点，可见使用活性炭为盘片材料时COD的去除率最好。
在图5所示实例中，在不同有机负荷条件下COD的去除率反映了盘片材料耐冲击负荷的能力。其中由图7可知随着进水COD浓度的升高其COD去除率降低，在有机负荷为1.6kg/(m3.d)时活性炭、石英砂、聚丙烯盘片的COD去除率分别为78.5％、71.3％、69.1％；有机负荷为4kg/(m3.d)时活性炭、石英砂、聚丙烯盘片的COD去除率分别为59.2％、44.7％、43.8％，有机负荷从1.6kg/(m3d)变到4kg/(m3d)时，活性炭、石英砂、聚丙烯盘片的COD去除率改变量(Δη)分别为19.3％、26.6％、25.3％。从上面的去除率改变量可以看出，活性炭耐有机负荷冲击能力与石英砂、聚丙烯相比是较强的。
在图6所示实例中，HRT为6h、进水COD为600mg/L、转盘转速为4r/min、NH3-N为80mg/L。测定使用活性炭、石英砂、聚丙烯、木片盘片时出水的COD去除率分别为71.5％、65.4％、60.2％、45.7％；NH3-N去除率分别为78.26％、72.97％、58.14％、31.47％。可见盘片为活性炭材料时，其COD与NH3-N去除率高于其他几种材料。
图7所示实例是装置运行60天后，从盘片上取一定面积的生物膜，在烘箱中衡重后测定其质量，并计算出的单位面积上生物膜质量。活性炭、石英砂、聚丙烯、木片的单位面积生物膜质量分别为44.5g/m2、32.3g/m2、27.6g/m2、19.7g/m2，单位面积上生物膜质量能够反映微生物在载体上的生长能力，可见活性炭具有优于其他材料的生物吸附能力。
在图8所示实例中，在循环进水3d情况下，随着进水COD浓度的增大，COD去除率逐渐降低，而且每1d COD去除率也是随着进水浓度的增大而降低，从图中还可以看出，COD的去除大部分都是在第一天，占整个去除率的50％以上，分析原因可能是第一天营养丰富，水质情况稳定，微生物活性高，促进了COD的去除。
在图9所示实例中，在循环进水3d情况下，生物转盘各级COD和NH3-N去除率均达到90％以上，但是第一级的去除率要比第二级和第三级的好，分析原因如下由于进水都是从第一级开始，所以第一级氧化槽中废水的水质有机物和氨氮含量丰富，pH值稳定，微生物浓度高，活性也高，有利于COD与NH3-N的去除。
在图10所示实例中，在循环进水3d情况下，随着进水氨氮浓度的增大，其去除率逐渐降低，从图中可以看出，在氨氮浓度低于100mg/L时，其去除率在90％以上，而在氨氮含量达到150mg/L时，其去除率仍在75％以上。
由以上这些实验数据可以得出结论，这种新型活性炭材料盘片应用到生物转盘反应器上后，可以提高COD去除效率、增强盘片耐有机负荷冲击能力，并且活性炭盘片具有较大的比表面积，对微生物有良好的吸附性，其处理污水效果很好。
权利要求
1.一种生物转盘反应器盘片，包括基体(8)，其特征在于所述基体(8)为圆形聚丙烯盘片，在此基体(8)的两个侧面上分别固化一个活性炭层(9)。
2.根据权利要求1所述的生物转盘反应器盘片，其特征在于所述活性炭层(9)由果壳型片状活性炭构成。
3.一种用于制作权利要求1或2中所述生物转盘反应器盘片的方法，其特征在于该方法由如下步骤组成①对筛选后的活性炭颗粒和打磨后的圆形聚丙烯盘片利用化学氧化—铁离子覆盖技术进行预处理，使Fe3+通过正负电荷作用覆盖到活性炭颗粒和聚丙烯盘片表面；②将双酚A型环氧树脂与乙二胺试剂混合后制成固化剂待用；③将步骤②中的固化剂涂抹于步骤①中预处理完毕的聚丙烯盘片的两侧，再将步骤①中预处理完毕的活性炭颗粒均匀撒在已涂抹过固化剂的盘片上；④将已形成活性炭层的盘片放置在阴凉通风处干燥；在完成上述步骤②和步骤③时，从配制完固化剂，到涂抹固化剂、撒活性炭颗粒，时间不得超过15分钟。
4.根据权利要求3所述的一种用于制作权利要求1或2中所述生物转盘反应器盘片的方法，其特征在于步骤①中对活性炭颗粒进行筛选及预处理的方法为用筛孔直径为2～3毫米的筛子筛选活性炭颗粒，并用清水洗净以除去灰尘，将洗净的活性炭颗粒浸泡在重铬酸钾溶液中0.5～1小时，然后用清水冲洗，再把活性炭颗粒置于0.01～0.1mol/L的FeCl3溶液中浸泡30分钟，以使Fe3+通过正负电荷作用覆盖到载体表面，最后晾干待用；步骤①中对聚丙烯盘片进行预处理的方法为将打磨后的聚丙烯盘片在0.01～0.1mol/L的FeCl3溶液中浸泡30分钟，以使Fe3+通过正负电荷作用覆盖到载体表面，取出晾干待用；步骤②中的双酚A型环氧树脂与乙二胺试剂按照100∶7的体积比混合，充分搅匀，待粘稠的混合物成滴流下即可使用；
5.根据权利要求4所述的一种用于制作权利要求1或2中所述生物转盘反应器盘片的方法，其特征在于完成步骤③中所述盘片的制作过程时，以175克/平方米的量将固化剂涂抹于聚丙烯盘片的一侧，再以300克/平方米的量将活性炭颗粒均匀撒在已涂抹过固化剂的盘片上。
全文摘要
一种生物转盘反应器盘片和该盘片的制造方法。主要解决现有技术中生物转盘反应器的盘片不耐腐蚀、易变形、表面不够粗糙、处理效率低、使用寿命短等问题。其特征在于所述盘片为三层结构，中间层为圆形聚丙烯盘片构成的基体(8)，在此基体(8)的两个侧面上分别固化一个活性炭层(9)。此种盘片的制作方法为将双酚A型环氧树脂与乙二胺试剂混合后制成固化剂，利用该固化剂把已利用化学氧化—铁离子覆盖技术预处理完毕的活性炭颗粒固化在聚丙烯盘片的两侧。具有比表面积大、坚硬、质轻、不变形、不易脱落和耐腐蚀等特点，应用到生物转盘反应器上后，经实验证明，具有COD去除效率高、耐有机负荷冲击能力强以及较好的生物吸附能力等特点。
文档编号C02F3/02GK101041508SQ20071008707
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月19日 优先权日2007年3月19日
发明者张翼, 范洪富, 李雪峰, 张妍, 胡冰, 李云峰 申请人:大庆石油学院