聚丙烯濾料、製備方法及一種生物膜過濾裝置的製作方法

2023-06-22 02:55:41 2

專利名稱：聚丙烯濾料、製備方法及一種生物膜過濾裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種上浮式生物膜濾料及其製備方法，以及利用該濾料的生物膜過濾裝置，具體而言，本發明涉及利用膨脹聚丙烯製造的濾料(載體)適用於生物膜工藝，從而加強了該種濾料的性能；本發明還涉及提高汙廢水淨化處理能力的生物膜過濾裝置，以及使用於該裝置的膨脹聚丙烯濾料。
背景技術：
由於使用濾料(載體)的生物膜工藝不僅能提高反應池內的微生物集聚度，從而提高處理效果，而且能夠發揮有機物抗負荷衝擊的良好性能，因此應用於多種汙水處理工藝。去除有機物及營養鹽類的工藝構成是容易實現的，因此現有技術已經研究出多種生物膜方法。
現有技術的生物膜工藝，其中之一稱為BAF(Biological Aerated Filter)，為了使微生物附著在載體上形成生物膜，把上浮式濾料填充在反應池後，同時進行生物處理和物理過濾過程，可去除亞硝酸鹽氮及有機物(生化需氧量BOD，BiochemicalOxygen Demand；化學需氧量COD，Chemical Oxygen Demand；懸浮固形物SS，Suspended Solid)等汙染物。BAF的優點是構造簡單，佔地面積少，水質穩定，負荷變動範圍大。操作方式是把濾料填充層按不同目的進行適當分割，或者給濾料層提供空氣，形成好氧條件或形成缺氧條件，其構成可省去有機物和含氮化合物的深度處理工藝。大量的微生物附著在濾料，不僅在較短的停留時間內能得到最大的處理效果，而且在冬季及負荷變動大時也能確保獲得穩定的處理水質。
應用於上述生物膜工藝的濾料按形狀分有多種選擇，包括海綿型、纖毛狀、管型、球型等，；也可以選用不同的材料，有機材料包括聚乙醇、聚乙烯醇、聚碸等高分子樹脂材料，以及，無機材料包括粒狀活性炭、火山灰、陶瓷等。隨著濾料使用方式的不同，其工藝構成和運轉方式有所區別，但其基本性能主要取決於濾料表面所形成生物膜。同時，由於應在濾料表面先形成生物膜的這個前提條件遠比耐久性、經濟性更為重要。因此，使用上有多少局限性。
適用於浮遊式生物膜工藝濾料的材料，目前有以下幾種只使用膨脹聚丙烯樹脂(expanded polypropylene)；為提高載體性能，在PE(polyethylene聚乙烯)、PU(polyurethane聚氨基甲酸酯)上塗敷沸石，或在火山灰上塗敷陽離子高分子；通過對膨脹樹脂表面進行粗糙化的處理，使容易形成生物膜。上述產品存在缺陷，在持續使用時，其耐久性和性能逐漸削弱。
如上文所述的浮遊式生物膜工藝，通常是採用膨脹樹脂方法，可以使用聚丙烯，也可以使用聚苯乙烯、聚乙醇等。如膨脹聚丙烯的製造工藝，專利申請對此技術進行了披露(該專利已註冊並公開，專利號為------)。現有技術的膨脹聚丙烯產品，是通過如圖1所示工藝製備的。首先，將聚丙烯樹脂作為原料投入給原料工藝流程(S110)，與添加劑按一定比例混合後(S120)，在擠壓工藝流程(130)中，製成細線形狀擠壓物，再按適當大小進行截斷。然後，將按適當大小截斷而成的圓球，經過二氧化碳加壓處理後，按所需要倍數在膨脹機裡膨脹處理(S140)，從而生產出膨脹體產品(S150)。
但是，如上所述，採用現有技術的膨脹聚丙烯製造方法時，隨著膨脹樹脂產品以複合材料(聚丙乙烯樹脂及添加劑)的構成，在原料的混合過程中，會造成材質不均勻，且在膨脹過程中會產生變形，從而提供變形的產品。上述問題需要解決，同時，有關對高分子樹脂及無機材料混合後的膨脹產品的製造方法，也是有待解決的技術問題。

發明內容
本發明的目的是為了解決上述問題，特別地，本發明的目的在於，通過把高分子樹脂及無機材料混合工藝和膨脹工藝良好的相結合後製成濾料；使有機物吸附在生物膜濾料上；經過持續的使用而不失效，以及，本發明還有一個目的，提供上述濾料的製備方法，並且利用本發明的濾料以更經濟、有效地應用於上浮式生物膜過濾裝置進行汙水處理。
為達到本發明的目的，根據本發明的生物膜工藝用濾料的製備方法，是將聚丙烯樹脂和粉末活性炭按一定比例混合形成含活性炭母料(Master Batch)的階段，以及，該活性炭母料經擠壓、膨脹製成膨脹聚丙烯濾料。
上述濾料的優選重量比例是聚丙烯的重量為100份時，粉末活性炭為1至20份，粉末活性炭的理想顆粒度大小為10至300μm。
利用這種製造方法，濾料中含有粉末活性炭，使得對汙水中的有機汙染物的吸附能力加強，適合用作微生物附著生長的多孔性和表面積增大的高效能的生物膜工藝用濾料。
進一步，本發明提供了一種利用上述濾料製造淨化汙水用的生物膜過濾裝置。


下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。
圖1是表示以前所使用於生物膜過濾裝置的濾料-膨脹聚丙烯的製造方法流程圖。
圖2是表示依照本發明，作為生物膜過濾裝置用濾料的膨脹聚丙烯製造方法流程圖。
圖3是根據圖2製備的膨脹聚丙烯濾料的改良的生物膜過濾裝置簡略示意圖。
具體實施例方式
下文將參照附圖詳細說明本發明的實施例。
首先，根據本發明對上浮式生物膜工藝中做濾料使用的膨脹產品的製造方法進行說明。
圖2表示的是根據本發明的聚丙烯製造方法。首先進行聚丙烯樹脂和粉末活性炭為原料投入原料工藝，進行第一次混合，然後進入活性炭母料複合材料製造工藝(S220)。決定濾料性能最核心的預處理工藝是複合材料製造工藝(活性炭母料工藝)(S220)。這時所混合的活性炭粒度為10～300μm大小的粉末活性炭，重量比為相對聚丙烯100份的重量，添加劑為1～20份重量的活性炭。聚丙烯和粉末活性炭按一定比例經混合器混合後的樹脂(S230)，經擠壓工藝(240)生產相對聚丙烯中混合1～20％的粉末活性炭圓球形態的母料。對這樣所得的活性炭母料，經過膨脹工藝(S250)處理，從而得到含有活性炭的膨脹聚丙烯濾料(260)。
根據通過上述製造工藝而得到的濾料，粉末活性炭包含在濾料裡，使得對汙水中的有機物汙染的吸附能力得到提高，具有適合於微生物生長的多孔性及表面積大的特點。利用本發明的方法，可以生產出為適用汙廢水處理中做載體的物理性和及其他性能與現有技術產品區別的產品。本發明方法所製造的濾料具有的基本物理性能見表1。
表1

對所製造的濾料無機元素的分析結果見表2。


反應池20是淨化廢水池，在反應池20填充根據上文所述工藝而製造的含粉末活性炭的膨脹聚丙烯濾料，反應池裡的廢水通過生物膜工藝而得到淨化。如圖3所示，反應池可分為4個區域，第1區域21～第4區域24。第1區域21和第2區域22之間，且第2區域22～第4區域24實際上無劃分，以鼓風機50和所連接的好氧工藝用空氣流入管(80，91，93)而劃分。
第1區域21沒有填充濾料，而其他三個區域(22，23，24)填充了濾料。以及，在第1區域21設置了與鼓風機50相連的反衝洗空氣流入管97。與鼓風機50相連的各空氣流入管(80，91，93，97)設置有閥門(71，73)。
通過進水池10而流入到反應池20裡的廢水，經第1區域21流入到第2區域22，再經濾料填充區域同時截留廢水中的懸浮固形物(SS，Suspended Solid)，這時，在濾料填充層堆積固型物汙泥。被截留的固形物廢水經第2區域22，第3區域23，第4區域24而淨化，經淨化而變乾淨的廢水流入處理水儲存池30。
這時經第4區域24流出的一部分汙水(大概一半左右)，按照運轉條件和處理目的經內部返送泵63返送到第1區域21，經第1區域21到第4區域24而再淨化。通常情況下，處理汙水時，汙水中NH3-N(氨基氮)轉換為NO3-N(硝酸性氮)的硝化工藝(好氧型工藝)，以及，NO3-N(硝酸性氮)轉化為N2(氮氣)的脫氮工藝(厭氧型工藝或缺氧型工藝)。鼓風機50通過三個好氧工藝用空氣供給管(80，91，93)把空氣提供給各區域。這時，打開好氧工藝用閥門71，關閉反衝洗空氣供進給閥門73，同時給第2區域22，第3區域23，第4區域24的部分或全部區域供給空氣，從而進行如前所述的硝酸化工程。而且硝酸化和脫氮反應在一個裝置中進行時，在第2區域22無空氣供給，同時，在第2區域22進行對通過內部返送泵返送的廢水的脫氮處理。隨著這樣的過程反覆進行而淨化廢水。
另一方面，當濾料填充層裡固形物堆積時，就進行為去除該固形物的反衝洗工藝。在反衝洗處理中，首先關閉好氧工藝用閥門71，打開反衝洗供給用閥門73，然後用鼓風機50向濾料填充層下部鼓風，使堆積在濾料填充層的固形物汙泥剝落。然後以反衝洗供給泵65把處理水儲藏池30內的水，以下向流式供給到反應池20，使流入到第4區域24的水經第3區域23，第2區域22，到第1區域21方向流入，同時第一區域內21的含有汙泥的反衝洗水流入反衝洗出水儲存池40。
結束反衝洗後再進行如前所述的汙水淨化工藝。
一方面，根據廢水中含有的汙染物種類或數量，調整好氧性硝酸化工藝和厭氧性脫氮工藝的適當的運行時間。這時，把好氧工藝用空氣供給管(80，91，93)只設置在第四區域，或在各好氧工藝用空氣供給管分別設置閥門，使供給空氣區域與無供給空氣區域比的例可調整。
把如圖2所示工藝所製備的濾料應用在如圖3所示的生物膜過濾裝置中，而製造了6m3/天的生物膜過濾裝置並運行。把汙水處理廠第二次沉澱池出水作為對象運轉3個月的結果如下。作為汙染物質，其去除重點放在有機物(BOD)、懸浮固形物(懸浮固形物)、氨性氮(NH3-N)，以檢驗汙水的處理效率。流入的有機物濃度約為8.7～10.7mg/L(平均9.8mg/L)，懸浮固形物濃度為0.2～10.8mg/L(平均4.9mg/L)，NH3-N濃度為0.7～14.6mg/L(平均7.1mg/l)。處理水的有機物為2.8～6.4mg/l(平均4.1mg/l)，處理效率約為50％以上。處理水的懸浮固形物濃度為0.2～2.4mg/L(平均0.7mg/L)左右，顯示出較高的，達到63～98％處理效率，使得出水水質不受原水水質的影響。處理水的NH3-N濃度為0.3～5.2mg/L(平均1.2mg/L)，處理效率約為57～90％。
如上所述，本發明是通過利用含活性炭的膨脹聚丙烯做濾料而構成生物膜過濾裝置，使該裝置去除汙染物的性能得到提高。本發明的濾料具有耐久性、經濟性的優點。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不能用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.生物膜工藝用濾料的製備方法，其特徵在於包括以下步驟將聚丙烯樹脂和粉末活性炭按一定比例混合而製造含活性炭母料；以及將所述含活性炭母料經擠壓製成膨脹聚丙烯濾料。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述比例是對於所述聚丙烯重量100份，所述粉末活性炭重量為1～20份。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述粉末活性炭粒度為10～300um。
4.根據權利要求1至3中任何一項權利要求所述的方法所製備的生物膜工程用濾料。
5.根據權利要求4所述的濾料作為生物膜工藝用濾料的汙廢水淨化用生物膜過濾裝置。
全文摘要
本發明涉及汙水處理生物膜方法中採用的濾料及該濾料的製備方法。本發明的濾料製備方法包括，把聚丙烯樹脂和粉末活性炭按一定比例混合，之後，形成含活性炭的母料，再將該母料經過擠壓、膨脹製造出膨脹聚丙烯濾料。由於濾料中含有粉末活性炭，因此其具有較強的對汙水中有機物質的吸附能力，以及，還具有適合微生物生長的多孔性，並使濾料具有增大的表面積等技術效果。把這種濾料應用於生物膜過濾裝置，能夠製成具有提高汙廢水處理性能的生物膜過濾裝置。
文檔編號C02F3/10GK1657441SQ20041010316
公開日2005年8月24日 申請日期2004年12月31日 優先權日2004年1月12日
發明者金樟圭, 尹鏞埈, 李菊熙, 裴祥助, 玄鍾能, 李元明 申請人:富康技術股份有限公司