[发明专利]用于生物流化床废水处理的高密度多孔载体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生物流化床废水处理的高密度多孔载体及其制备方法，属于污水处理技术。高密度多孔载体GM-1以粉煤灰、煤矸石等废弃物为原料，通过简单的工艺制备得到，适用于各种废水生物处理。

背景技术

废水生物处理是19世纪末出现的治理污水的技术，发展至今已成为世界各国处理污水的重要手段。废水生物处理是利用微生物的新陈代谢作用，去除废水中有机污染物和某些无机有毒物（如氰化物、硫化物等），使之转化为无毒无害的无机物（如二氧化碳和水）的过程。常用的废水生物处理法包括：活性污泥法、生物滤池法、生物接触氧化法、生物流化床等。其中，生物流化床是活性污泥法和生物膜法优点的有机复合。它具有处理效率高、容积负荷高、操作稳定性好、抗冲击负荷能力强、设备紧凑、占地少等优点。在生物流化反应器中,载体处于流化状态 ,这不仅增加了污废水与生长于载体上的生物膜的接触面积，而且载体在流化过程中具有切割、分散气泡的作用,使布气趋于均匀,由此产生的固、液 、气三相的充分接触、混合和碰撞,增大了传质面积，提高了传质速率,强化了传质过程。此外,载体上老化的生物膜在气流 、水流的冲刷作用下将自动脱落,从而有效地保证了生物膜的活性。因此，生物流化床运行的好坏很大程度取决于载体。

一般认为优良的载体应具备以下的性质：载体形状以球形或近似球形为最佳；粒径较小，一般载体的粒径介于0.2～0.8 mm；密度适宜，孔径分布合理，空隙率高，比表面积大；具有良好的亲水性，生物亲和力强；化学稳定性，机械性能好，价格便宜等。

杨平等.多孔聚合物载体与活性炭载体用于厌氧流化床处理有机废水的比较[J].环境科学,2001,22(1):45-48 中比较了多孔聚合物载体与颗粒活性炭载体厌氧流化床处理合成废水与造纸废水时的性能，研究表明，多孔聚合物载体在微生物固定化效果、废水处理效率、综合经济性等方面明显优于活性炭载体。但多孔聚合物载体机械强度较差，易磨损，且密度接近于水，在升流区载体与液相的相间相对流动速度差小，固液接触面摩擦较弱使得载体与液相的动态紊流性较差，易造成载体生物膜细胞传质浓度边界层趋向稳定而制约传质效率。此种状况在降流区更突出，在无动力顺重力场下，载体颗粒与液相的相间相对速度差很小，相间传质效率更低，同时在流化时易造成分布不均匀，影响微生物传质，从而降低流化床的处理效率。

李磊等.亲水性聚合物多孔载体的制备及其性能研究[J].中国给水排水,2006,22(19):82-86 中报道了利用发泡法制得亲水性聚合物多孔载体，其中聚醚三元醇用量为63.2%，甲苯二异氰酸酯25.3%，葡萄糖8.8%，辛酸亚锡0.25%，三亚乙基二胺0.5%，水1.95%。在这种组分下制备的载体具有丰富的孔隙结构，孔隙率达到91.8%，且由于在合成过程中引入葡萄糖，生物亲和性和亲水性得到提高。但是，其制备过程属于有机高分子合成，步骤繁琐，反应要求严格，且成本较高，同时高分子易被生物降解，这些都限制了其广泛应用。与此同时，高分子聚合物载体密度较轻，沉降速率慢，易聚集在流化床反应器顶部，造成代谢降解主要发生在床层上端，而底端载体较少，造成载体在整个反应器内分布不均匀，从而大大降低了生物流化床的有效体积利用率。

董业斌等.内循环三相生物流化床处理油脂废水[J].化学工程,2008,36(8):57-61 中报道了采用内循环三相流化床处理油脂废水，考察了活性炭、沸石和陶粒对处理效果的影响。在投加相同质量分数的情况下，从处理效率和经济角度考虑，陶粒的优势比较明显。活性炭具有比表面积大、孔隙率高、生物易附着、传质效率高等优点，但是易磨损、且成本高；沸石虽密度适宜，不易磨损，价格便宜，但生物亲和性差，不易挂膜；陶粒比表面积大、机械强度高、但表面致密，挂膜启动时间较长。

申请号为200910167878.3的发明专利公开了一种生物流化床用磁性聚氨酯发泡载体材料及其制备方法。所述的载体是由芳香族二异氰酸酯、聚酯二元醇、磁粉、三亚乙二胺、水溶性硅油等物质经共混发泡而成。其强度高、韧性好、耐冲击，对微生物有良好的亲和性及附着能力；同时，磁粉提供的弱磁场刺激微生物生长，缩短其生长周期，加快生物膜的新老更新，使得废水处理效率得以明显提高，但由于其比重小，在流化床运行时存在降流区流化载体与液相相对流化速度差小而造成效能没有充分发挥、降流区颗粒会堵塞而影响流化稳定性等问题。

发明内容