专利名称：微磁载体制备方法、微磁载体及其活性污泥固定化方法
技术领域：
本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其涉及一种微磁载体的制备方法、以该制备方法制备的微磁载体及以微磁载体为核心的活性污泥固定化方法。
背景技术：
在污水生物处理工艺中，微生物是去除污染物的主体。其污染物去除过程是一个包括物理、化学、生命等过程的复杂体系，和微生物的多酶体系与有机物间的系列催化反应直接相关，因此微生物的运动、生长、微生物酶活性以及微生物细胞内的传递特性在很大程度上会影响污水处理效率。每一次污水生物处理工艺的进步所带来的污水处理效果的提高，其原因几乎都可以归结为通过时间或空间上工艺参数的调整，为活性污泥中更多的具有不同代谢特性的微生物群落创造了各自更为适宜的生存环境，从而更大限度地提高了它们的活性和对污染物的分解代谢能力。早期研究者发现弱磁场对活性污泥中微生物可以产生正的磁生物效应而有效提高了微生物活性，加快了污染物降解的生化反应速率，从而提高了系统的处理效率。但在以往的工艺中只是在活性污泥中投加单一的磁粉，其吸附性能较弱而不能高效地固定和催化微生物活性；特别是在长期的磁场作用下，这些磁粉会产生记忆性磁性，易于在活性污泥中发生团聚，而失去其原有的功效。纳米级的磁性微粒具有对外加磁场的响应性，在外磁场作用下可以与液相基质分离，且撤去外加磁场后，磁性微粒不会产生磁记忆性，因而在活性污泥中不会发生团聚，可以重新分散在液相基液中，产生提高微生物活性的效应。若能以纳米级的磁性微粒为核心， 制备出具有一定粒径及良好吸附性能的承载微生物的微磁载体，并以微磁载体为核心进行活性污泥固定化，将会在现有采用单一的磁粉技术基础上更有效催化微生物活性，进一步加快污染物降解的生化反应速率，进而提高系统的处理效率及效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统磁粉法污水处理技术的不足，提供一种微磁载体的制备方法、以该制备方法制备的微磁载体及以微磁载体为核心的活性污泥固定化方法， 从而在污水生物处理过程中有效提高了活性污泥中微生物活性，加快了污染物降解的生化反应速率，进一步提高了污水处理系统的处理效率及效果。本发明的原理是本发明以纳米级的磁性!^e3O4微粒为核心，采用聚乙烯醇作为包敷材料，运用固定剂戊二醛及交联剂海藻酸钠制备出微磁载体颗粒。在微磁载体表面形成一种多孔的聚乙烯醇聚合物即聚乙烯醇载体，通过其表面的吸附与固定作用，会驱使活性污泥中微生物易于聚集在以磁颗粒为核心的载体表面及孔隙内；这样既可利用磁微粒的弱磁场效应激发微生物的代谢活性，并诱导酶的合成和提高酶活，又可利用聚乙烯醇载体高效地吸附固定活性污泥，从而可提高系统内的活性污泥性能和处理能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种微磁载体的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)将粒径为90-110nm的磁性Fii3O4微粒按照10_50g/L的质量体积比投加到质量浓度为8% -20%的聚乙烯醇溶液中，经超声振荡使其均勻分布；(2)在 85°C -95°C 的溶液温度下，以 500_1500r/min 的转速，搅拌 30_50min ；(3)依次加入体积比为-2%的质量浓度为25%的戊二醛溶液、体积比为1. 5% 的分析纯浓盐酸、体积比为0. 5% -2%的质量浓度为2%的海藻酸钠溶液，继续以步骤(2) 的转速搅拌，反应0. 5h-l. 5h，同时使溶液温度降至45°C -55°C ；(4)将步骤(3)的溶液经滤网过滤，并将截留的粒径彡50 μ m的微磁载体，依次用丙酮、乙醇和蒸馏水清洗，最终在45°C条件下干燥Mh，即得到以磁性狗304微粒为核心表面包敷多孔的聚乙烯醇层的粒径为50-250 μ m的颗粒状微磁载体。所述丙酮为分析纯丙酮、乙醇的质量浓度为70%，丙酮、乙醇和蒸馏水清洗的时间分别为15-25min。根据所述的微磁载体的制备方法制得的微磁载体。一种以微磁载体为核心的活性污泥固定化方法，其特征在于采用序批式反应器工艺(1)进水、反应器及接种介质进水水质的B0D5/C0D大于0.3，反应器的直径高度比为1 5 1 10，接种介质采用如权利要求2所述的微磁载体的制备方法制得的微磁载体及常规污水二级生物处理活性污泥，接种后的活性污泥浓度为2-4g/L(干活性污泥质量/反应器有效容积)，微磁载体与活性污泥的质量比为1 1 1 3 ；(2)运行方式为进水-厌氧搅拌-好氧曝气-沉降-排水-闲置；所述序批式反应器根据进水水质，设置每周期运行时间为4h-8h，其中进水时间为1 5min，厌氧搅拌时间为60-120min，好氧曝气时间为150_250min，沉降时间为5_15min，排水时间为3_10min， 闲置时间为5-20min，每个运行周期体积交换率为60-85%;开始运行后，在活性污泥沉降阶段，通过电磁场将微磁载体吸附在反应器底部，避免流失，直至反应器中粒径大于0. 6mm的活性污泥量占活性污泥总量的比例达70%以上，此时，获得培育成熟的以微磁载体为核心的固定化污泥，关闭电磁场。本发明的有益效果是提供出一种微磁载体的制备方法、以该制备方法制备的微磁载体及以微磁载体为核心的活性污泥固定化方法，通过微磁载体表面多孔的聚乙烯醇载体的吸附与固定作用，使活性污泥中微生物易于聚集在以磁颗粒为核心的载体表面及孔隙内；既可利用磁微粒的弱磁场效应激发微生物的代谢活性，并诱导酶的合成和提高酶活，又可利用聚乙烯醇载体高效地吸附固定活性污泥，可显著提高微生物对污染物的降解活性， 提高系统内的活性污泥性能和处理能力，高效去除水中有机物、氨氮、总氮等污染物质。从而，加快了污染物降解的生化反应速率，进一步提高了污水处理系统的处理效率及效果。本发明提供的微磁载体便于储存运输，可以广泛应用于各种类型污水生物处理工艺，节约工程投资，实现现有工艺的改造和提升。
图1为本发明实施例1所制得的微磁载体透射电镜照片。
图2为本发明实施例4-9的生化反应装置结构示意图。图3为实施例4中以微磁载体为核心的活性污泥固定化后的照片。图4为实施例4中接种介质为微磁载体及活性污泥的反应器运行100天内进水中有机物(以TOC计)去除率-运行时间关系图。图5为对比实施例如接种介质仅为活性污泥的反应器运行100天内进水中有机物(以TOC计)去除率-运行时间关系图。图6为实施例4中接种介质为微磁载体及活性污泥的反应器运行100天内进水中氨氮和总氮去除率-运行时间关系图。图7为实施例如接种介质仅为活性污泥的反应器运行100天内进水中氨氮和总氮去除率-运行时间关系图。图中1进水管，2止回阀，3反应器，4液位计，5搅拌器，6PLC控制器，7电磁场装置，8微孔曝气器，9空气流量计，10输气管路，11空气压缩机，12电磁阀，13出水管，14PLC 控制线路。以下结合附图和实施例对本发明详细说明。
具体实施例方式实施例1本例中提供一种微磁载体的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)在盛装500mL质量浓度为10%的聚乙烯醇溶液的容器中，将粒径为90-110nm 的磁性!^e3O4微粒按照20g/L的质量体积比，即10g，投加到聚乙烯醇溶液中，经超声振荡使其均勻分布，超声功率200W，时间为30min ；(2)在85°C的溶液温度下，通过搅拌器以lOOOr/min的转速，搅拌30min ；(3)在步骤O)的溶液中依次加入体积比为即5mL的质量浓度为25%的戊二醛溶液、体积比为1. 5%即7. 5mL的分析纯浓盐酸、体积比为0. 5%即2. 5mL的质量浓度为 2%的海藻酸钠溶液，继续以步骤O)的转速搅拌，反应0. ，同时使溶液温度降至45°C ；(4)将步骤(3)的溶液经滤网过滤，将溶液倒至截留孔径为50 μ m的筛网上，将截留到的粒径> 50 μ m的微磁载体重新倒回容器中，在容器底部用磁铁吸附住制得的微磁载体初品，然后依次用分析纯丙酮、质量浓度为70%的乙醇和蒸馏水各清洗15min，最后在 45°C条件下放置在干燥箱中干燥Mh，即得到以磁性!^e3O4微粒为核心表面包敷多孔的聚乙烯醇层的粒径为50-80 μ m的颗粒状微磁载体。其透射电镜照片如图1所示。实施例2本例中的微磁载体的制备方法，其制备步骤只是改变实施例1的步骤(1)中，粒径为90-110nm的磁性!^e3O4微粒按照30g/L的质量体积比，即15g，投加到质量浓度为15%的聚乙烯醇溶液中；步骤( 中，在90°C的溶液温度下，通过搅拌器以500r/min的转速，搅拌 50min ；步骤(3)中，加入体积比为1. 5%即7. 5mL的质量浓度为25%的戊二醛溶液，加入体积比为1. 5%即7. 5mL质量浓度为2 %的海藻酸钠溶液，反应Ih ；步骤中，依次用分析纯丙酮、质量浓度为70%的乙醇和蒸馏水各清洗18min、20min、20min，得到以磁性!^e3O4微粒为核心表面包敷多孔的聚乙烯醇层的粒径为100-150 μ m的颗粒状微磁载体。其他步骤及参数同实施例1。
实施例3本例中的微磁载体的制备方法，其制备步骤只是改变实施例1步骤(1)中，粒径为 90-1 IOnm的磁性!^e3O4微粒按照50g/L的质量体积比，即25g，投加到质量浓度为20%的聚乙烯醇溶液中；步骤O)中，在95°C的溶液温度下，通过搅拌器以1400r/min的转速，搅拌 40min ；步骤(3)中，加入体积比为2%即IOmL的质量浓度为25%的戊二醛溶液，加入体积比为2%即IOmL质量浓度为2%的海藻酸钠溶液，反应1. 5h ；步骤中，依次用分析纯丙酮、质量浓度为70%的乙醇和蒸馏水各清洗20min、16min、16min得到以磁性!^e3O4微粒为核心表面包敷多孔的聚乙烯醇层的粒径为200-250 μ m的颗粒状微磁载体。其他步骤及参数同实施例1。实施例4本例中提供一种以实施例1中制备的粒径为50-80 μ m的微磁载体为核心的活性污泥固定化方法，其特征在于采用序批式反应器工艺(1)进水、反应器及接种介质进水以实验室人工配水为进水，主要组成成份见表 1，进水水质的B0D5/C0D为0. 5-0. 6。如图1所示，小试生化反应器3总高0. 6m,内径90mm, 直径高度比为1 6. 7，总体积为3. 8L，总有效体积为3. 5L。污水由反应器底部的进水管1 经止回阀2进水，由反应器下部出水管13出水。进水管1、出水管13分别由PLC控制器6 通过PLC控制线路14启动液位计4控制出水口电磁阀12进行操作。曝气由PLC控制器6 控制空气压缩机11，加压气体经设置在输气管路10上的空气流量计9送至反应器3内的微孔曝气器8，从反应器底部供气，为系统提供溶解氧和水力剪切力。曝气量通过空气流量计 9进行计量和调节。接种介质采用由实施例1的微磁载体制备方法制得的微磁载体及常规污水二级生物处理活性污泥，本例中活性污泥取自某污水处理厂好氧池回流污泥，按照接种后的活性污泥浓度为2. Og/L，微磁载体与活性污泥的质量比为1 1.5，将7g活性污泥与4.7g微磁载体投加到反应器中。表1人工配水的主要组分及浓度(mg. Γ1)
权利要求
1.一种微磁载体的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)将粒径为90-1IOnm的磁性!^e3O4微粒按照10_50g/L的质量体积比投加到质量浓度为8% -20%的聚乙烯醇溶液中，经超声振荡使其均勻分布；(2)在85°C_95°C的溶液温度下，以500-1500r/min的转速，搅拌30_50min ；(3)依次加入体积比为-2%的质量浓度为25%的戊二醛溶液、体积比为1.5%的分析纯浓盐酸、体积比为0. 5% -2%的质量浓度为2%的海藻酸钠溶液，继续以步骤O)的转速搅拌，反应0. 5h-l. 5h，同时使溶液温度降至45°C -55°C ；(4)将步骤⑶的溶液经滤网过滤，并将截留的粒径>50μ m的微磁载体，依次用丙酮、 乙醇和蒸馏水清洗，最终在45°C条件下干燥Mh，即得到以磁性!^e3O4微粒为核心表面包敷多孔的聚乙烯醇层的粒径为50-250 μ m的颗粒状微磁载体。
2.根据权利要求1所述的微磁载体的制备方法，其特征在于所述丙酮为分析纯丙酮、 乙醇的质量浓度为70%，丙酮、乙醇和蒸馏水清洗的时间分别为15-25min。
3.根据权利要求1或2所述的微磁载体的制备方法制得的微磁载体。
4.一种以微磁载体为核心的活性污泥固定化方法，其特征在于采用序批式反应器工艺(1)进水、反应器及接种介质进水水质的B0D5/C0D大于0.3，反应器的直径高度比为 1 5 1 10，接种介质采用如权利要求2所述的微磁载体的制备方法制得的微磁载体及常规污水二级生物处理活性污泥，接种后的活性污泥浓度为2-4g/L(干活性污泥质量/ 反应器有效容积)，微磁载体与活性污泥的质量比为1 1 1 3;(2)运行方式为进水-厌氧搅拌-好氧曝气-沉降-排水-闲置；所述序批式反应器根据进水水质，设置每周期运行时间为4h-8h，其中进水时间为1 5min，厌氧搅拌时间为60-120min，好氧曝气时间为150_250min，沉降时间为5_15min，排水时间为3_10min，闲置时间为5-20min，每个运行周期体积交换率为60-85% ；开始运行后，在活性污泥沉降阶段，通过电磁场将微磁载体吸附在反应器底部，避免流失，直至反应器中粒径大于0. 6mm的活性污泥量占活性污泥总量的比例达70%以上，此时，获得培育成熟的以微磁载体为核心的固定化污泥，关闭电磁场。
全文摘要
本发明涉及微磁载体的制备方法、微磁载体及其活性污泥固定化方法，微磁载体制备将Fe3O4微粒按照10-50g/L质量体积比投加到聚乙烯醇溶液中，搅拌，加戊二醛溶液、浓盐酸、海藻酸钠溶液进行反应；丙酮、乙醇、蒸馏水清洗，干燥，即得以磁性Fe3O4微粒为核心包敷聚乙烯醇层的微磁载体；以微磁载体为核心的活性污泥固定化方法，用序批式反应器工艺，接种介质用质量比1∶1～1∶3的微磁载体及常规污水二级生物处理活性污泥，接种后的活性污泥浓度2-4g/L(干污泥质量/反应器有效容积)；运行方式进水-厌氧搅拌-好氧曝气-沉降-排水-闲置。本发明优点是加快污物降解的生化反应速率，提高污水处理效率及效果。
文档编号C02F3/30GK102516563SQ201110378648
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者张斌, 李君文, 王景峰, 薛斌, 陈哲 申请人:中国人民解放军军事医学科学院卫生学环境医学研究所