一种新型复合式高效生态填料及其制备方法与流程

1.本发明涉及生活污水处理技术领域，具体涉及一种新型复合式高效生态填料及其制备方法。


背景技术：

2.生活污水是居民日常生活中排出的废水，生活污水所含的污染物主要是有机物(如蛋白质、碳水化合物、脂肪、尿素、氨氮等)和大量病原微生物(如寄生虫卵和肠道传染病毒等)。存在于生活污水中的有机物极不稳定，容易腐化而产生恶臭，细菌和病原体以生活污水中有机物为营养而大量繁殖，还会导致传染病蔓延流行，因此生活污水排放前必须进行处理。污水地下渗滤处理系统是处理分散式生活污水的主要方式之一，由于其低运行成本、低能耗、无二次污染而被广泛应用。其中系统填料是地下渗滤处理过程最重要的材料，填料是由土壤和改良材料按一定比例混合，作为支持载体并为微生物提供栖息环境的功能介质填料；污水中污染物去除主要由系统填料通过过滤截留、吸附和生物降解作用共同完成。
3.目前，现有传统地下渗滤系统填料存在着吸附、透气能力差，难以自然恢复吸附能力，造成系统污染物处理效率低、处理负荷较低；并且在使用时容易堵塞，降低系统使用寿命的问题。


技术实现要素：

4.针对上述传统污水地下渗滤系统填料存在着吸附效率低、透气能力差、自然恢复能力低、易堵塞的不足，本发明提供了一种吸附高效、透气性和自然恢复能力好、不易堵塞的新型复合式高效生态填料及其制备方法。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
6.一种新型复合式高效生态填料，包括改性立体晶格外壳和改性吸附剂，将改性吸附剂嵌入立体晶格外壳中；所述改性立体晶格外壳包括以下质量份的材料：壳聚糖6-12份、天然木质纤维10-20份、聚乙烯68-84份；所述改性吸附剂包括氢氧化钾溶液和以下质量份的材料：粉煤灰1-4份、牡蛎壳1-3份、市政污泥1-4份、膨润土1-3份、稻壳1-3份、壳聚糖纤维1-2份。
7.其中氢氧化钾溶液作为活化剂，可以与稻壳、壳聚糖纤维中高分子纤维发生水解和氧化反应，使高分子纤维化合物逐渐解聚，扩大吸附剂内部的孔隙，使得填料不易堵塞，同时便于生物膜的形成，增加填料比表面积及吸附能力；同时降低活化反应温度，减少能耗。
8.进一步的，所述氢氧化钾溶液为10％-30％重量比，浓度1-4mol/l。
9.进一步的，所述壳聚糖为工业级壳聚糖，脱乙酰度≥85％，粒度≥80目；所述天然木质纤维素为椰丝；所述聚乙烯为低密度聚乙烯。
10.进一步的，所述市政污泥为某市政污水厂脱水剩余污泥，含水率≤60％，市政污泥
在进行使用前需要使用微波或者紫外线进行灭菌处理。
11.一种新型复合式高效生态填料的制备方法，包括以下步骤：
12.s1：制备改性立体晶格外壳，先将壳聚糖、天然木纤维和聚乙烯均匀混合在一起，形成混合原料；将混合原料通过热熔挤塑机一次挤塑形成圆柱形的中空网状体；形成的中空网状体使用氢氧化钠溶液浸泡10-60分钟进行碱预处理；碱预处理后的中空网状体用自来水清洗后放入有机酸中浸泡10-60分钟，使中空网状体中的壳聚糖发生降解改性，产生低聚水溶性壳聚糖，成品即为改性立体晶格外壳；
13.s2：制备改性吸附剂，先将粉煤灰、牡蛎壳、市政污泥、膨润土、稻壳、壳聚糖纤维均匀混合，之后加入氢氧化钾溶液进行混合，之后将混合好的原材料加工形成若干个圆柱形的填料颗粒，最后将填料颗粒放入烧结炉中，采用150-300℃无氧条件烧结活化后形成改性吸附剂；
14.s3：组装，将改性吸附剂嵌入改性立体晶格中，形成成品生态填料。
15.进一步的，所述s1的中空网状体直径为60-100mm，网丝直径为3-6mm。
16.进一步的，所述s1中碱预处理的浸泡温度为恒温60-80℃，氢氧化钠溶液浓度为5％-15％。中空网状体在碱中进行预处理能够降低填料中木质纤维素晶度，增加中空网状体表面积及吸水性，在60-80℃的温度范围以及5％-15％浓度下，木质纤维素晶度降低速率快且更加均匀。
17.进一步的，所述s1中有机酸为醋酸，中空网状体中壳聚糖和醋酸发生反应，反应化学式为：(c8h
13
no5)n+n(ch3cooh)
→
n(ch3coo-c8h
13
no5+nh2o)。醋酸与填料中壳聚糖成分反应后改性，填料中的壳聚糖改性后发生降解，产生低聚水溶性壳聚糖，提高了填料亲水性及表面积，增强填料吸附性生物相容性。
18.进一步的，所述烧结活化时间为10-90分钟，最终形成比表面积可达100-300m2/g，并具有蜂窝多孔结构的改性吸附剂。
19.进一步的，所述s1和s2制备顺序可任意交换或者并列进行。
20.相对于现有技术，本发明具有以下优点及有益效果：
21.1.本发明改性吸附剂嵌入改性立体晶格外壳内形成内外复合式的生态填料，能够共同与水中微生物接触并形成具有良好吸附性以及分解效果的生物膜，能够快速将污水中的污染物吸附并分解，填料不易堵塞，且自然恢复能力好；改性立体晶格外壳的壳聚糖经改性后形成具有大量孔隙，能够快速与水体微生物形成分解污染物的生物膜，提高了填料吸附以及分解污染物的能力；而改性吸附剂氢氧化钾溶液，增加混合材料之间粘度的同时方便改性吸附剂加工成型。
22.2.本发明若干个生态填料的改性立体晶格外壳在受到水流流动时极易出现晃动，使改性晶格与嵌入吸附剂共同生成的生物膜出现震动，加快分解污染物的同时将滞留在生态填料孔隙的残留物震荡出来，完成填料的自我恢复；改性吸附剂中氢氧化钾溶液可以与稻壳、壳聚糖纤维中高分子纤维发生水解和氧化反应，使高分子纤维化合物逐渐解聚，以此扩大改性吸附剂内部的孔隙，使其不易堵塞，并且形成的生物膜吸附以及分解污染物的能力好，处理污染物高效。
c8h
13
no5+nh2o)；
41.s2：制备改性吸附剂2，先将粉煤灰、牡蛎壳、市政污泥、膨润土、稻壳、壳聚糖纤维按质量份比4:3:4:3:3:2的比例进行均匀混合，之后加入30％重量比且浓度4mol/l氢氧化钾溶液进行混合，之后将混合好的原材料采用模具加工成若干个直径为95mm，长度为30cm圆柱形的填料颗粒，最后将填料颗粒放入烧结炉中，采用300℃无氧条件烧结活化10分钟后形成比表面积可达300m2/g，并具有蜂窝多孔结构的改性吸附剂2；
42.s3：组装，将改性吸附剂2嵌入改性立体晶格中，形成成品生态填料。
43.其中所述壳聚糖为工业级壳聚糖，脱乙酰度≥85％，粒度≥80目；所述天然木质纤维素为椰丝；所述聚乙烯为低密度聚乙烯；所述牡蛎壳为颗粒状，粒度≥5目；所述市政污泥为某市政污水厂脱水剩余污泥，含水率≤60％，市政污泥在进行使用前需要使用紫外线进行灭菌处理。
44.实施例3：
45.一种新型复合式高效生态填料的制备方法，包括以下步骤：
46.s1：制备改性立体晶格外壳1，先将壳聚糖、天然木纤维和聚乙烯按质量份比9:15:76的比例均匀混合在一起，形成混合原料；将混合原料通过热熔挤塑机(挤塑温度采用180℃)一次挤塑形成圆柱形的中空网状体，中空网状体直径为80mm，网丝直径为4.5mm；
47.形成的中空网状体使用10％氢氧化钠溶液恒温70℃浸泡35分钟进行碱预处理；
48.碱预处理后的中空网状体用自来水清洗后放入1％浓度的醋酸中浸泡35分钟，使中空网状体中的壳聚糖发生降解改性，产生低聚水溶性壳聚糖，成品即为改性立体晶格外壳1，其中壳聚糖和醋酸发生反应，反应化学式为：(c8h
13
no5)n+n(ch3cooh)
→
n(ch3coo-c8h
13
no5+nh2o)；
49.s2：制备改性吸附剂2，先将粉煤灰、牡蛎壳、市政污泥、膨润土、稻壳、壳聚糖纤维按质量份比2.5:2:2.5:2:2:1.5的比例进行均匀混合，之后加入20％重量比且浓度2.5mol/l氢氧化钾溶液进行混合，之后将混合好的原材料采用模具加工成若干个直径为75mm，长度为30cm圆柱形的填料颗粒，最后将填料颗粒放入烧结炉中，采用225℃无氧条件烧结活化50分钟后形成比表面积可达200m2/g，并具有蜂窝多孔结构的改性吸附剂2；
50.s3：组装，将改性吸附剂2嵌入改性立体晶格中，形成成品生态填料。
51.其中所述壳聚糖为工业级壳聚糖，脱乙酰度≥85％，粒度≥80目；所述天然木质纤维素为椰丝；所述聚乙烯为低密度聚乙烯；所述牡蛎壳为颗粒状，粒度≥5目；所述市政污泥为某市政污水厂脱水剩余污泥，含水率≤60％，市政污泥在进行使用前需要使用微波进行灭菌处理。
52.对比例：
53.本发明对比例1所述新型复合式高效生态填料的制备方法与实施例1的唯一区别在于：
54.将改性立体晶格外壳1原材料中的壳聚糖更换成等量的土壤。
55.本发明对比例2所述新型复合式高效生态填料的制备方法与实施例1的唯一区别在于：
56.将改性吸附剂2原材料中的稻壳更换成等量的土壤。
57.本发明对比例3所述新型复合式高效生态填料的制备方法与实施例1的唯一区别
在于：
58.将改性吸附剂2中氢氧化钾溶液更换成等量的清水。
59.本发明对比例4所用的填料为土壤，土壤的重量与实施例1所述生态填料的重量一致。
60.实验例：
61.所用生活污水取自市政污水检查井，水质为codcr＝213mg/l，nh
3-n＝36mg/l，tn＝45mg/l，tp＝3.82mg/l，ss＝85mg/l，本实验例对实施例1-3以及对比例1-3所得的生态填料进行污水渗滤处理运行和检测。本实验例采用0.5m(长)*0.5m(宽)*0.8m(高)的塑料方桶3，塑料方桶3由上至下分别设置布水管4、填料层5(厚度大于600mm)、碎石层6和集水管7，以实验处理生活污水，其中布水管的入口处设有流量泵8，用以控制生活污水进入布水管的量。
62.渗滤处理污染物的结果见下表：
63.表1：
[0064][0065]
表2：
[0066][0067][0068]
表3：
[0069][0070]
通过改变进水间隔时间，对比实施例与对比例的cod、nh
3-n清除率变化情况，从而判断填料自然恢复能力，结果见下表：
[0071]
表4：
[0072]
[0073][0074]
参考国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)一级b标准，并且根据表1、表2和表3中实施例与对比例的污染物清除率，综合上述可知对比例4中采用土壤作为填料对生活污水过滤后各项污染物含量仍未满足可排放标准，其余所有实施例和对比例的填料在对生物污水处理后codcr、nh
3-n、tn、tp和ss的清除率均符合标准；
[0075]
通过污染物清除率的数据对比可知，实施例填料配方所达到的污染物的清除率均好于对比例填料配方所达到的污染物的清除率，并且实施例中的填料对各项污染物清除效率更好；
[0076]
再结合表4的数据：
[0077]
(1)实施例1与对比例4进行数据对比，对比例4中常规使用土壤作为填料进行生活污水除杂，虽然在能够在一定程度上除去生活污水的污染物，但是除杂效果较差，并且在堵水后填料难以自我恢复，实施例1的自我恢复能力显著优于对比例4的填料；
[0078]
(2)实施例1与对比例1进行数据对比，由此可知，改性立体晶格外壳1添加的壳聚糖在制备过程经改性操作在立体晶格外壳的内部形成大量孔隙，能够提高填料污染物清除率的同时还具备良好的去除率恢复能力；
[0079]
(3)实施例1与对比例2进行数据对比，由此可知，改性吸附剂2原材料中混杂的稻壳能够增加填料的渗水间隙，提高填料去除率恢复能力，并可使填料能够更加充分与生物污水接触并除去生活污水的污染物；
[0080]
(4)实施例1与对比例3进行数据对比，由此可知，改性吸附剂2原材料中氢氧化钾溶液能够与稻壳、壳聚糖纤维中高分子纤维发生水解和氧化反应，使高分子纤维化合物逐渐解聚，以此扩大改性吸附剂内部的孔隙，增强其与生活污水接触面积，提高除杂效果的同时不易堵塞。
[0081]
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0082]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：
1.一种新型复合式高效生态填料，其特征在于：包括改性立体晶格外壳(1)和改性吸附剂(2)，将改性吸附剂(2)嵌入改性立体晶格外壳(1)中；所述改性立体晶格外壳(1)包括以下质量份的材料：壳聚糖6-12份、天然木质纤维10-20份、聚乙烯68-84份；所述改性吸附剂(2)包括氢氧化钾溶液和以下质量份的材料：粉煤灰1-4份、牡蛎壳1-3份、市政污泥1-4份、膨润土1-3份、稻壳1-3份、壳聚糖纤维1-2份。2.如权利要求1所述的一种新型复合式高效生态填料，其特征在于：所述氢氧化钾溶液为10％-30％重量比，浓度1-4mol/l。3.如权利要求1所述的一种新型复合式高效生态填料，其特征在于：所述壳聚糖为工业级壳聚糖，脱乙酰度≥85％，粒度≥80目；所述天然木质纤维素为椰丝；所述聚乙烯为低密度聚乙烯；所述牡蛎壳为颗粒状，粒度≥5目。4.如权利要求1所述的一种新型复合式高效生态填料，其特征在于：所述市政污泥为某市政污水厂脱水剩余污泥，含水率≤60％，市政污泥在进行使用前需要使用微波或者紫外线进行灭菌处理。5.如权利要求1-4任一所述一种新型复合式高效生态填料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：制备改性立体晶格外壳(1)，先将壳聚糖、天然木纤维和聚乙烯均匀混合在一起，形成混合原料；将混合原料通过热熔挤塑机一次挤塑形成圆柱形的中空网状体；形成的中空网状体使用氢氧化钠溶液浸泡10-60分钟进行碱预处理；碱预处理后的中空网状体用自来水清洗后放入有机酸中浸泡10-60分钟，使中空网状体中的壳聚糖发生降解改性，产生低聚水溶性壳聚糖，成品即为改性立体晶格外壳(1)；s2：制备改性吸附剂(2)，先将粉煤灰、牡蛎壳、市政污泥、膨润土、稻壳、壳聚糖纤维均匀混合，之后加入氢氧化钾溶液进行混合，之后将混合好的原材料加工形成若干个圆柱形的填料颗粒，最后将填料颗粒放入烧结炉中，采用150-300℃无氧条件烧结活化后形成改性吸附剂(2)；s3：组装，将改性吸附剂(2)嵌入改性立体晶格外壳(1)中，形成成品生态填料。6.如权利要求5所述的一种新型复合式高效生态填料的制备方法，其特征在于：所述s1的中空网状体直径为60-100mm，网丝直径为3-6mm。7.如权利要求5所述的一种新型复合式高效生态填料的制备方法，其特征在于：所述s1中碱预处理的浸泡温度为恒温60-80℃，氢氧化钠溶液浓度为5％-15％。8.如权利要求5所述的一种新型复合式高效生态填料的制备方法，其特征在于：所述s1中有机酸为醋酸，中空网状体中壳聚糖和醋酸发生反应，反应化学式为：(c8h
13
no5)n+n(ch3cooh)
→
n(ch3coo-c8h
13
no5+nh2o)。9.如权利要求5所述的一种新型复合式高效生态填料的制备方法，其特征在于：所述烧结活化时间为10-90分钟，最终形成比表面积可达100-300m2/g，并具有蜂窝多孔结构的改性吸附剂(2)。10.如权利要求5所述的一种新型复合式高效生态填料的制备方法，其特征在于：所述s1和s2制备顺序可任意交换或者并列进行。

技术总结
本发明公开了一种新型复合式高效生态填料以及制备方法，包括改性立体晶格外壳和改性吸附剂；所述改性立体晶格外壳包括以下质量份的材料：壳聚糖6-12份、天然木质纤维10-20份、聚乙烯68-84份；所述改性吸附剂包括氢氧化钾溶液和以下质量份的材料：粉煤灰1-4份、牡蛎壳1-3份、市政污泥1-4份、膨润土1-3份、稻壳1-3份、壳聚糖纤维1-2份。本发明改性吸附剂嵌入改性立体晶格外壳内形成内外复合式的生态填料，其中改性吸附剂与改性立体晶格外壳分别含有大量孔隙，填料不易堵塞，且二者共同与水中微生物接触并形成具有良好吸附性以及分解效果的生物膜，能够快速将污水中的污染物吸附并分解，且自然恢复能力好。且自然恢复能力好。且自然恢复能力好。


技术研发人员：孙全民 胡湛波 陈义会 陈涛 唐碧超 付航 谢锦邦 覃丽君 胡浩波
受保护的技术使用者：广西益江环保科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/9/25