一种适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料制备方法及应用。本发明专利技术首先将废弃轮胎置于高温无氧环境中裂解改性，碳化其表面主成分、增大轮胎表面孔径、增加轮胎导电性能，形成一种内核以橡胶轮胎为主、外层表面是一层被碳化的、低电阻（100～200Ω）块状生物填料，热解后的轮胎填料表面孔径增大、疏水性能增强，有利于固定微生物在其表面生长。然后在填料两端表面连接低电压电源，并配套设有温感探针、温控器等设备。本发明专利技术利用电流通过填料低电阻填料所产生的热效应，为附着生长在填料表面的微生物提供适宜的温度环境，并通过控制电流强度，定量控制填料表面及周围环境温度，对改善低温环境微生物处理污水工艺效果显著。

Preparation and application of electric heating waste filler for low temperature microbial water treatment

【技术实现步骤摘要】
一种适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料制备方法及应用
本专利技术涉及低温水处理
，具体涉及一种适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料制备方法及应用。
技术介绍
微生物水处理工艺中，温度是影响微生物生长和代谢重要因素，绝大多数微生物正常生长温度范围是20～35℃，温度过低会影响微生物细胞内酶的活性、降低内部细胞质的流动性、抑制微生物的传质和代谢，进而影响污染物的去除效率、降低微生物的净化能力。我国大多北方地区处于温带季风气候和温带大陆性气候，冬季寒冷干燥，污水处理厂运行具有低温时间长、水温低、污泥活性较弱等普遍特点，污水处理难度较大、技术成本较高。目前水厂常用低温环境的方法主要有热蒸锅炉加热、电加热棒加热等。由于四季的交替和所处的地理位置影响，污水温度很难保持适宜，且调控温度会耗费大量的能源，如热蒸汽锅炉需要大量煤炭的消耗，不仅增加水厂运营成本，还会对环境形成二次污染，如燃煤产生二氧化硫、氮氧化物等气体污染物。电加热同样存在大量耗能的问题，我国供电仍主要来自于燃煤电厂，电能的消耗实质上是煤炭等化石能源的消耗，而电加热棒通常需要较高功率、耗电量较大，且在大规模水体中电加热棒的热传质效率较低，造成大量的能量浪费。国内外学者在低温水处理技术方面，主要从低温强化菌种的方向开展，主要包括培养高效嗜冷菌、固定微生物技术、曝气生物滤池（BAF）、移动床生物膜反应器（MBBR）、化学磷沉淀等技术，大多仅适用于中、小型规模反应器水处理。但这些技术同样具有很大的局限性，例如在自配水体系中高效嗜冷菌的对于特定的氮素污染物具有较强的处理效率，但此类菌种种类较为单一，驯化时间较长、培养条件很难可控制，且应用于实际污水处理时易被污染，其他菌种的干扰会降低污染物的去除效率。污水处理厂的技术改进方面，较为可行的方法包括减少污泥负荷、提高水力停留时间（HRT）、污泥停留时间（SRT）和水中溶解氧（DO）来维持生物脱氮的去除效率。然而这些方式会带来一系列附属问题，例如，延长污泥停留时间会提高二沉池的污泥负荷，且出水不易被泥水分离。此外，提高溶解氧的过程也容易降低污泥的沉降效率，影响污泥排出效果。由此，通过控制水厂系数的方法本身存在一定的弊端，且会大大提高水厂的运行成本，目前在我国还较难应用和推广。
技术实现思路
为解决低温环境下，微生物水处理效率下降、传统技术成本普遍较高等问题，本专利技术的目的在于提供一种适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料制备方法及应用，利用通电填料产生的热效应，提高填料表面及周围环境的温度，保证微生物维持较高活性，提高低温水环境的污染物去除效率。本专利技术所述适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料制备方法是按照以下步骤制备的：将废弃轮胎表面用蒸馏水反复冲洗至表面没有固体杂质附着，再浸泡在无氧蒸馏水中去除可溶性杂质，取出废弃轮胎在低温干燥箱干燥后加工成规则块状填料，然后在氮气保护的无氧条件下高温裂解填料，温度控制为500～650℃，时间为60～80min，裂解结束后将填料继续在无氧环境中冷却至室温，得到适用于低温微生物水处理的填料。本专利技术将废弃轮胎置于高温无氧环境中裂解改性，碳化其表面主成分、增大轮胎表面孔径、增加轮胎导电性能，形成一种内核以橡胶轮胎为主、外层表面是一层被碳化的、低电阻（100～200Ω）块状生物填料，并且热解后的轮胎填料表面孔径增大、疏水性能增强，有利于固定微生物在其表面生长，适用于低温微生物水处理方法；上述各个工艺参数（如裂解温度、时间）对于最终产物的性质起到了关键作用。本专利技术提供的一种电加热填料在低温微生物水处理方面的应用，包括以下步骤：a）以单个适用于低温微生物水处理的填料为一个单元，用长铁钉或导线将若干填料单元纵向并联，相邻填料间隔10～12cm，并将暴露在空气中的长铁钉或导线电镀，以隔绝空气接触、避免铁在运行过程中与水接触被氧化；b）将若干并联的填料单元置于含有功能菌群的待处理低温污水中，水温为5-15℃；c）在各填料单元表面及填料周围3cm内均安装温度探针和温控开关；d）接通电源，并设定填料单元表面的温控开关的上下限温度范围为30~35℃，填料周围3cm内的温控开关的上下限温度范围为20~35℃。该应用是将前述所制备的轮胎填料置于已有功能微生物的低温污水活性污泥水环境中，在填料两边安置低电压电源，使其形成回路，通过温感探针和温度控制器，控制通电和断电时间，从而为填料表面及周围环境提供适宜微生物生长和代谢的温度环境。每个填料单元的表面和周围3cm内均配有温控开关及温感探针，其中两个温控开关均串接在该填料单元的供电回路中，共同控制该单元的供电回路通断。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1.本专利技术利用废弃轮胎制备可加热型生物填料，不仅降低传统加热方法的运行成本，如蒸锅加热等方法，还减轻了废弃轮胎对于环境的负担，达到“以废治废”的目的。2.利用热解轮胎表面成分发生物理和化学改变后，比表面积增大，裂纹增多，增加填料吸附固定微生物生长的能力。3.充分利用轮胎改性后电阻降低的特性，发挥填料通电后产生的热效应来提高填料及周围水环境的温度，为功能微生物提供适宜的温度条件。此外，与现有低温水处理技术相比，本专利技术首次将电加热填料产生的热效应应用到低温水处理技术中，解决了传统加热方法存在的热损失严重的问题，将产生的热量直接提供给微生物生长，大幅提高了热传质效率，大量节约了煤炭等资源的消耗。并且本专利技术所用原料属于常见废弃材料、成本低廉、制备方法简单，且运行操作方法自动化，从而降低了投资和运行的费用，适用于多数低温水环境生物处理工艺，对改善低温环境微生物处理污水工艺效果显著，具有良好的应用前景。具体实施方式鉴于现有低温水处理技术存在的普遍问题，本专利技术研发了一种适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料方法，利用热解轮胎固定微生物的能力和通电后产生的热效应，为固定生长在填料表面和周围的微生物提供适宜生长和代谢的温度环境，从而提高对水体中污染物的降解效率。一种适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料制备方法，具体优选步骤为：将废弃轮胎切割至20～30cm长的条状小块，用蒸馏水反复冲洗胎表面直至无明显固体杂质附着，再将小块轮胎浸泡在无氧蒸馏水环境中1h，去除可溶性杂质后取出，反复上次上述洗涤过程2-3次。洗净小块轮胎在放入真空干燥箱中，在60～70℃条件下干燥400～600min后取出，精细切割成长10～15cm、宽3～5cm、高1～2cm的块状规则填料，然后将其放入马弗炉内，通入足量高纯氮气提供无氧环境，调节腔内温度至500～650℃，高温加热填料60～80min，使其表面裂解改性，并保持填料在无氧环境中冷却至室温后取出。一种电加热填料在低温微生物水处理方面的应用，具体优选步骤为：将制备所得填料（呈竖直状）置于已有功能微生物的低温水环境中，在填料两边连接2～5V低压直流电源，在填料表面和周围3cm环境设有温度探针，将温度探针、温度控制器与直流电源相连，设定温度控制器当填料表面温度高于30～35℃时自动切断电源，当温度低于20～25℃时自动接通电源，并记录不同时段内填料表面及周围3cm环境温度变化情况。填料表面电流为0.01～0.05mA；所述的电源通电时间为20～30min、断电时间为30～40min。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料制备方法，其特征在于，将废弃轮胎表面用蒸馏水反复冲洗至表面没有固体杂质附着，再浸泡在无氧蒸馏水中去除可溶性杂质，取出废弃轮胎在低温干燥箱干燥后加工成规则块状填料，然后在氮气保护的无氧条件下高温裂解填料，温度控制为500～650℃，时间为60～80min，裂解结束后将填料继续在无氧环境中冷却至室温，得到适用于低温微生物水处理的填料。

【技术特征摘要】
1.一种适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料制备方法，其特征在于，将废弃轮胎表面用蒸馏水反复冲洗至表面没有固体杂质附着，再浸泡在无氧蒸馏水中去除可溶性杂质，取出废弃轮胎在低温干燥箱干燥后加工成规则块状填料，然后在氮气保护的无氧条件下高温裂解填料，温度控制为500～650℃，时间为60～80min，裂解结束后将填料继续在无氧环境中冷却至室温，得到适用于低温微生物水处理的填料。2.根据权利要求1所述一种适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料制备方法，其特征在于，所述的填料尺寸为长10～15cm、宽3～5cm、高1～2cm。3.根据权利要求1所述一种适用于低温微生物水处理的电加热废弃填料制备方法，其特征在于，制备得到的填料表面电阻为100～200Ω。4.一种电加热填料在低温微生物水处理方面的应用，包括以下步骤：a）以单个权利要求1~3任一项所制备得到的适用于低温微生物水处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵博玮，谢飞，岳秀萍，崔颖，马骁，张潇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14