一種用於廢水處理的生物膠囊的製備方法
2023-04-30 01:22:26 2
專利名稱：一種用於廢水處理的生物膠囊的製備方法
技術領域：
本發明涉及廢水處理技術領域，特別涉及一種用於廢水處理的生物膠囊的製備方法。
背景技術：
造紙廢水成分複雜，含有大量難以降解的水溶性木質素類化合物及聚糖降解產物，常規的生物處理和化學處理難以有效降低廢水的COD值和色度，因此造紙廢水的深度處理一直是學術和技術難題。尤其對於造紙終端混合廢水，因其經過多級物化和生化處理，汙染負荷較低(C0D為350-150 mg/L)，可生化性差，汙染物具有難降解特性。目前研究的主要思路是對現有處理技術進行組合，以實現製漿造紙廢水的深度處理和達標排放。主要的工藝路線有Fenton-微電解組合工藝、電化學-固定化微生物碳組合工藝、高級氧化_膜法組合工 藝、磁化-混凝-生物碳組合工藝等。這些工藝雖經實驗驗證具有良好的處理效果，但卻很少被應用於工程實踐，究其原因是上述技術不但流程複雜、操作繁瑣，而且運行成本過高，難以實現經濟高效運行。固定化微生物技術是用化學或物理的手段將游離細胞或生物酶定位於限定的空間區域，並使其保持活性反覆利用。固定化微生物技術具有微生物密度高，反應速度快，耐毒害能力強，微生物流失少，產物分離容易，處理設備小型化等優點。因此，該技術應用潛力和發展前景廣闊。國內外對固定化法採用不同的分類方法，目前較合理的固定法大致有包埋法、吸附法、共價結合法和交聯法四大類，其中以包埋法最為常用。適用於廢水處理的理想固定化細胞載體應具備以下特點對微生物無毒性；傳質性能好；性質穩定，不易被生物分解；強度高、壽命長；細胞的固定化操作容易；水不溶性；價格低廉等。申請號為201110183304. 2，名稱為「應用於生物流化床的新型生物微膠囊製備方法」公開了一種應用於生物流化床的新型微膠囊製備方法，以海藻酸鈉、粉末活性炭、氯化鈣和殼聚糖為囊材，以優勢降解菌為囊芯，利用海藻酸鈉與氯化鈣發生離子交換形成海藻酸鈣膠珠，以殼聚糖在膠珠表面覆膜後，將膠珠在檸檬酸鈉中液化，最後再以海藻酸鈉覆膜製得微膠囊。最大截留分子量約為PEG4000，相對分子量小於PEG1500的小分子物質能自由通過囊膜，在酸性和大部分二價陽離子條件下穩定，而一價陽離子和大部分陰離子不利於微膠囊的穩定。
發明內容
為了解決以上造紙終端混合廢水汙染負荷低、可生化性差及汙染物難以降解、運行成本過高、難以實現經濟高效運行的問題，本發明提供了一種用於廢水處理的生物膠囊的製備方法，用於造紙終端混合廢水的處理，處理效果好、運行成本低。生物膠囊的性能顯著影響微生物的存活和廢水處理能力，應具備較好的生物相容性和機械性能，遇電解質不分解。根據造紙終端混合廢水特性，提供了一種用於廢水處理的生物膠囊，用於造紙終端混合廢水的深度處理。本發明是通過以下措施實現的
一種用於廢水處理的生物膠囊的製備方法，包括以下步驟
(I)將活性炭纖維與活性汙泥以1:4-5質量比混合均勻，得到活性炭纖維-活性汙泥複合體；
(2)將海藻酸鈉和吐溫80按照濃度2.0-3. 0%和濃度O. 2-0. 3%溶解在去離子水中，攪勻，加入步驟(I)得到的活性炭纖維-活性汙泥複合體，加入後活性炭纖維-活性汙泥複合體的濃度為I. 0-2. 0%，攪勻得到混合液； (3)將混合液在40-50min內恆速滴加到氯化鈣溶液中，邊滴加邊攪拌，在40°C混合均勻反應，形成凝膠球；
(4)凝膠球依次經過陽離子澱粉、海藻酸鈉和檸檬酸鈉改性，即得。所述的製備方法，步驟(3)中的氯化鈣溶液為混合液體積的O. 5倍，氯化鈣溶液的濃度為4-5%。所述的製備方法，步驟(4)中陽離子澱粉溶液的濃度為2_3g/L，其質量為凝膠球質量的4-5倍，在40°C下反應10-30 min。所述的製備方法，步驟(5)中海藻酸鈉的加入量為O. 21-0. 28% (質量)，在40°C下反應lOmin。所述的製備方法，步驟(6)中檸檬酸鈉溶液濃度為O. 10-0. 15%，加入量為微球質量的2-3倍，反應2-3 min。所述的製備方法，製備得到的生物膠囊用於造紙終端混合廢水的深度處理。所述的製備方法，用於其深度處理工藝參數為生物膠囊與造紙終端混合廢水的質量比為1:11-14，水循環周期為26-34h。造紙廢水成分複雜，含有大量難以降解的水溶性木質素類化合物及聚糖的降解產物，常規的生物處理和化學處理難以有效降低廢水的COD值和色度。尤其對於造紙終端混合廢水，因其經過多級物化和生化處理，汙染負荷較低(COD為350-150mg/L)，可生化性差，汙染物具有難降解特性。
背景技術：
中的專利公開的技術處理廢水在酸性和大部分二價陽離子條件下穩定，而一價陽離子和大部分陰離子不利於微膠囊的穩定。造紙終端混合廢水呈弱鹼性，主要組分為Na+、各種糖醛酸根陰離子和有機羧酸陰離子，這些組分不利於背景技術中專利膠囊的穩定。本發明設計的膠囊體系為海藻酸鈉-陽離子澱粉-活性炭纖維組分系統，強度高，性能穩定，能夠適應造紙終端混合廢水環境，實現造紙終端廢水深度處理。本發明的有益效果
本發明製備方法設計海藻酸鈉-陽離子澱粉-活性炭纖維三組分系統，在增加系統的機械性能的同時，在固定微生物形成「生物反應器」中也表現較大的優勢，使微生物的生長量相對提高。該發明體系可以更好的適應廢水的環境，提高穩定性，三組分相互關聯，可提高對廢水環境的抗逆性和反覆使用性能，處理後的終端混合廢水的COD、BOD和色度顯著降低。
具體實施例方式為了更好的理解本發明，下面結合具體實施例來進一步說明。實施例I
將活性炭纖維與活性汙泥以1:4. 6質量比在40°C下混合60 min，製備得到活性炭纖維-活性汙泥複合體。以去離子水為反應溶劑，海藻酸鈉濃度3. 0%，吐溫80濃度O. 2%，在溫度40°C攪拌5min混合均勻，然後加入上述活性炭纖維-活性汙泥複合體，加入量I. 5%，繼續混合3 min。然後將形成的混合液40min恆速滴加到其O. 5倍體積濃度4. 4%的氯化鈣溶液，在40°C以混合均勻反應，形成凝膠球。過濾所製取的凝膠球，依次經過陽離子澱粉、海藻酸鈉和檸檬酸鈉改性。本領域技術人員能夠實施的改性操作步驟均可以用於本方法中，以下就陽離子澱粉、海藻酸鈉和檸檬酸鈉改性分別提供一個具體的實施例方式，但並不僅僅限於此種實施方式。凝膠球經過充分洗滌後加入到其5倍質量的2. 5 g/L陽離子澱粉溶液中，在40°C下混合20 min，洗滌後加入其質量O. 21%的海藻酸鈉，在40°C下反應10 min。洗滌，加入其質量2. 5倍濃度O. 12%檸檬酸鈉溶液液化反應2 min,反應結束後洗滌，獲取的膠囊用於造紙終端混合廢水深度處理。處理前造紙終端混合廢水COD為228 mg/L, BOD為26. 9 mg/L,色度為28倍，廢水流速35 m3/h，膠囊與廢水質量比為1:12，水循環周期2611。處理後廢水COD為97 mg/L,BOD為11.4 mg/L，色度為12倍。實施例2
將活性炭纖維與活性汙泥以1:4質量比在40°C下混合60 min，製備得到活性炭纖維-活性汙泥複合體。以去離子水為反應溶劑，海藻酸鈉濃度2. 5%，吐溫80濃度O. 3%，在溫度40°C攪拌5min混合均勻，然後加入上述活性炭纖維-活性汙泥複合體，加入量2. 0%，繼續混合3 min。然後將形成的混合液50min恆速滴加到其O. 5倍體積濃度5%的氯化鈣溶液，在40°C以混合均勻反應，形成凝膠球。過濾所製取的凝膠球，依次經過陽離子澱粉、海藻酸鈉和檸檬酸鈉改性。本領域技術人員能夠實施的改性操作步驟均可以用於本方法中，以下就陽離子澱粉、海藻酸鈉和檸檬酸鈉改性分別提供一個具體的實施例方式，但並不僅僅限於此種實施方式。凝膠球經過過濾所製取的凝膠球，充分洗滌後加入到其5倍質量的2 g/L陽離子澱粉溶液中，在40°C下混合10 min，洗滌後加入其質量O. 25%的海藻酸鈉，在40°C下反應10 min。洗滌，加入其質量2倍濃度O. 10%檸檬酸鈉溶液液化反應2. 5 min,反應結束後洗滌，獲取的膠囊用於造紙終端混合廢水深度處理。 處理前造紙終端混合廢水COD為192 mg/L, BOD為24. 5 mg/L,色度為16倍，廢水流速40 m3/h，膠囊與廢水質量比為1:14，水循環周期34 h。處理後廢水COD為84 mg/L,BOD為14.6 mg/L，色度為6倍。實施例3
將活性炭纖維與活性汙泥以1:5質量比在40°C下混合60 min，製備得到活性炭纖維-活性汙泥複合體。以去離子水為反應溶劑，海藻酸鈉濃度2. 0%，吐溫80濃度O. 26%，在溫度40°C攪拌5 min混合均勻，然後加入上述活性炭纖維_活性汙泥複合體，加入量I. 0%，繼續混合3 min。然後將形成的混合液45min恆速滴加到其O. 5倍體積濃度4%的氯化鈣溶液，在40°C以混合均勻反應，形成凝膠球。過濾所製取的凝膠球，依次經過陽離子澱粉、海藻酸鈉和檸檬酸鈉改性。本領域技術人員能夠實施的改性操作步驟均可以用於本方法中，以下就陽離子澱粉、海藻酸鈉和檸檬酸鈉改性分別提供一個具體的實施例方式，但並不僅僅限於此種實施方式。凝膠球經過過濾所製取的凝膠球，充分洗滌後加入到其5倍質量的3 g/L陽離子澱粉溶液中，在40°C下混合30 min，洗滌後加入其質量O. 28%的海藻酸鈉，在40°C下反應10 min。洗滌，加入其質量3倍濃度O. 15%檸檬酸鈉溶液液化反應3 min,反應結束後洗滌，獲取的膠囊用於造紙終端混合廢水深度處理。處理前造紙終端混合廢水COD為324 mg/L, BOD為36. 7 mg/L,色度為25倍，廢水流速20 m3/h，膠囊與廢水質量比為1:11，水循環周期30 h。處理後廢水COD為127 mg/L,BOD為16.8 mg/L，色度為14倍。對比實施例 按照申請號為201110183304. 2公開的方法製得新型生物微膠囊，製備步驟為在海藻酸鈉溶液中添加乳化劑吐溫80和粉末活性炭並攪拌均勻得到溶液A，其中海藻酸鈉質量分數為2.0%，吐溫80濃度為O. 70%，粉末活性炭O. 75% (W/V);在溶液A中添加80%(V/V)優勢降解菌菌液混合均勻得到溶液B ;將溶液B通過蠕動泵以注射方式滴加到4%的氯化鈣溶液中反應20min，製得海藻酸鈣膠珠；將製得的海藻酸鈣膠珠過濾，並用無菌水清洗；然後置於pH6.0、1.8%的殼聚糖溶液中反應15min製得海藻酸鈣/殼聚糖微膠囊；將製得的海藻酸鈣/殼聚糖微囊過濾後用無菌水清洗；然後置於55mmol/L的檸檬酸鈉溶液中液化8min製得內核為液態的微膠囊；製得的微膠囊過濾後用無菌水清洗，然後置於
O.15%的海藻酸鈉溶液中再次覆膜15min，製得生物微膠囊；將微膠囊過濾並用純水清洗，然後將微膠囊置於鈣離子溶度為O. 08%的生理鹽水貯藏液中保存，並將其用於造紙終端廢水處理。處理前造紙終端混合廢水COD為324 mg/L, BOD為36. 7 mg/L,色度為25倍，廢水流速20 m3/h，膠囊與廢水質量比為1:11，水循環周期30 h。處理後廢水COD為320 mg/L,BOD為36. 9 mg/L,色度為24倍，廢水處理效果不明顯，且經過30h後部分微膠囊有破壁現象。
權利要求
1.一種用於廢水處理的生物膠囊的製備方法，其特徵是包括以下步驟(1)將活性炭纖維與活性汙泥以1:4-5質量比混合均勻，得到活性炭纖維-活性汙泥複合體；(2)將海藻酸鈉和吐溫80按照濃度2.0-3. 0%和濃度O. 2-0. 3%溶解在去離子水中，攪勻，加入步驟(I)得到的活性炭纖維_活性汙泥複合體，加入後活性炭纖維_活性汙泥複合體的濃度為I. 0-2. 0%，攪勻得到混合液；(3)將混合液在40-50min內恆速滴加到氯化鈣溶液中，邊滴加邊攪拌，在40°C混合均勻反應，形成凝膠球；(4)凝膠球依次經過陽離子澱粉、海藻酸鈉和檸檬酸鈉改性，即得。
2.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於步驟(3)中的氯化鈣溶液為混合液體積的O. 5倍，氯化鈣溶液的濃度為4-5%。
3.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於步驟(4)中陽離子澱粉溶液的濃度為2-3g/L，其質量為凝膠球質量的4-5倍，在40°C下反應10-30 min。
4.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於步驟(5)中海藻酸鈉的加入量為O.21-0. 28% (質量)，在 40°C下反應 IOmin。
5.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於步驟(6)中檸檬酸鈉溶液濃度為O.10-0. 15%，加入量為微球質量的2-3倍，反應2-3 min。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的製備方法，其特徵在於製備得到的生物膠囊用於造紙終端混合廢水的深度處理。
7.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於用於其深度處理工藝參數為生物膠囊與造紙終端混合廢水的質量比為1:11-14，水循環周期為26-34h。
全文摘要
本發明涉及廢水處理技術領域，特別涉及一種用於廢水處理的生物膠囊的製備方法，包括以下步驟將活性炭纖維與活性汙泥混合，得到活性炭纖維-活性汙泥複合體；將海藻酸鈉和吐溫80溶解在去離子水中，加入活性炭纖維-活性汙泥複合體；恆速滴加到氯化鈣溶液中,邊滴加邊攪拌，在40℃混合均勻反應，形成凝膠球；經陽離子澱粉、海藻酸鈉、檸檬酸鈉改性。該生物膠囊可以更好的適應廢水的環境，提高穩定性，可提高對廢水環境的抗逆性和反覆使用性能，處理後的終端混合廢水的COD、BOD和色度顯著降低。
文檔編號C02F103/28GK102921359SQ201210443310
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月8日 優先權日2012年11月8日
發明者龐志強, 陳嘉川, 楊桂花, 董翠華, 陽超 申請人:山東輕工業學院