本发明专利技术涉及一种功能性生物炭纤维的应用。采用表面接触角为５０～１８０°、平衡含水率范围１．０％～５．９％的炭纤维作为生物膜载体。该生物膜载体可快速固着硝化细菌、反硝化细菌、硫酸还原菌及厌氧产甲烷菌。主要以两相厌氧、好氧硝化等工艺处理腈纶等高浓度生产废水，可有效降低并去除硫酸盐、ＣＯＤ、ＢＯＤ、氨氮和硝基氮。同时本发明专利技术生物膜载体，再生方法简单易行，无二次污染问题。本发明专利技术特别适用于腈纶废水等高硫酸盐、高ＣＯＤ、低碳硫比以及难生物降解物质的工业废水的生物处理。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于废水处理
，特别涉及一种新型处理硫酸盐、高COD、 低碳硫比以及含难生物降解物质废水的高效生物膜载体炭纤维的应用。
技术介绍
近年来，两相厌氧作为处理含硫酸盐及低碳硫比废水的先进处理技术得 到了广泛的应用，并在工艺上进行着不断的探索和改进。然而，由于厌氧菌 增殖慢，适应环境能力差，反应器启动时间较长，限制了这项技术在污水处 理中的应用。生物膜法污水处理由于处理效率高、占地面积小、对废水水质和水量的 变动具有较强的适应能力以及产泥量少等优点，已成为污水处理的主要方法 之一。其中如何选择载体是生物膜反应器技术成功与否的关键一歩，生物膜 载体选择得当，就可以使反应器高效运行，增加污水处理效率。炭纤维具有良好的生物相容性，1997年日本学者小岛昭进行了 PAN基炭 纤维和好氧微生物关系的相关研究，但仅限于天然野生的好氧微生物，结果 发现炭纤维具有聚集和固定微生物的能力。Sato等人研究了用于天然水处理 的PAN基炭纤维和微生物之间的关系，也发现大量的微生物吸附在炭纤维上。炭纤维目前作为吸附材料已广泛应用于废水处理，而作为生物膜载体材 料应用的研究报道却并不多。本专利技术所应用的PAN基炭纤维是一种生物相容 性好、固着化程度高、耐微生物分解和化学腐蚀的生物膜载体，并证实其对 好氧菌、兼性菌和厌氧菌的固着增殖均具有较好的促进作用。本专利技术把炭纤维作为生物膜载体应用于以两相厌氧为核心处理环节的生 物膜法污水处理，炭纤维作为微生物载体对含硫酸盐及低碳硫比废水中硫酸 盐、化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、氨氮和硝态氮的处理情况。腈纶废水是典型的具有高硫酸盐、高COD、低碳硫比以及含难生物降解 物质的工业废水。腈纶废水主要有以下3个特点 一是含有难以生物降解且 难自然沉降的高分子聚合物，可生化性较差；二是聚合物制备过程中产生硫 酸和亚硫酸，致使废水中含有高浓度的硫酸盐和亚硫酸盐；三是废水中含有 有机氮和氨氮，造成氨氮污染。由于以上几个方面原因给生物处理带来种种困扰，致使处理后的废水COD: 400-800mg/L，NH3-N:80-150mg/L，远离国家一 级标准COD<100mg/L,NH3-N<15mg/L，腈纶行业国家一级标准 COD<160mg/L，NH3-N<15mg/L，以及二级标准 COD<250mg/L,NH3-N<25mg/L 。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种处理高硫酸盐、高COD、低碳硫比以及含难 生物降解物质废水的新型炭纤维生物膜载体。这种生物处理方法能够提高细 菌对难降解有机物的活性，大大提高硫酸盐、COD和氨氮的去除率。通常方法制备PAN基高强炭纤维的具体方法和步骤如下1) 将丙烯腈单体共聚物质量含量不低于90%的聚丙烯腈纤维在空气介质 中于180 30(TC、在0 20%伸长率的牵伸下，进行20 100min的预氧化；2) 将上述预氧化纤维在惰性气氛的保护下，在-2 +10%伸长率的牵伸下， 经连续低温碳化、高温碳化处理，其中低温碳化的温度为300 80(TC，低温碳化炉的升温速率每分钟不超过4ocrc，高温碳化的温度为1200 160(rc中某一温度，维持该温度0.2 5min制得高强度碳纤维。上述的聚丙烯腈纤维丝束可采用现有技术中的干法、湿法或干湿法纺制 的纤维， 一束纤维内单丝孔数为0.1 40万，单丝纤度为0.5 3.0旦。上述的 聚丙腈纤维丝束中，还含有10%质量含量以下的一种或多种共聚物丙烯 酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、羟垸基丙烯腈、羟烷基丙 烯酸及其酯类。这是由于制备原丝的不同方法造成的，只要原丝中丙烯腈单 体质量含量不低于90%的上述共聚物，本专利技术即可适用。沥青基和粘胶基炭纤维本专利技术同样适用。该生物膜载体，是上述通常方法制备的PAN基炭纤维、沥青基和粘胶基 炭纤维，当其不能达到表面接触角为50 180。、平衡含水率范围1.0%~5.9% 时，在上述通常方法制备的炭纤维基础上进行液相、气相、电化学、等氧化处理制得的表面改性炭纤维。生物膜填料的种类及分类方法繁多，按照载体的材料分类,生物膜载体大致可分为固定型填料、软性填料、半软性填料及复合填料等悬挂式填料和悬 浮型填料。上述制备的改性高强炭纤维作为生物膜载体可以选择多种形式。上述炭纤维生物膜载体处理腈纶废水。主要采用两相厌氧—好氧硝化工 艺，-当进水COD浓度超过2000mg/L时，在两相厌氧前增加预处理工艺，当好氧出水硝态氮超过100mg/L时，在好氧后增加反硝化工艺。可快速固着硫酸盐还原菌、产甲垸菌、好氧硝化细菌和兼性反硝化细菌，縮短反应器启动时间，有效的降低并去除硫酸盐、COD、 BOD、氨氮及硝基氮。预处理工艺条件絮凝剂为无机、有机或微生物絮凝剂，投加量为l 500mg/L，絮凝时间为1 24小时。两相厌氧工艺中产酸反应器实验条件温度在20。C 38。C， pH值在5 8范围内，溶解氧的浓度为小于0.5mg/1，水力停留时间6 28h;产甲烷反应 器实验条件温度25。C 38。C左右，pH在5.5 8.5范围内，溶解氧的浓度 为小于0.5mg/l，水力停留时间S 36h;好氧硝化工艺反应条件温度控制在20 38。C， pH在6.0 9.0，溶解氧 控制在2 4mg/1，水力停留时间6 28h。兼性反硝化工艺温度控制在在20 38。C， pH在6.0 9.0，溶解氧控制 在0.5 2mg/1，水力停留时间6 28h。本专利技术提供的新型生物膜载体改性高强炭纤维具有良好的生物相容性， 合适的润湿性和表面接触角，可快速固着微生物促进微生物的生长。在8 48h 左右生物膜固着基本达到平衡，并可促进微生物的生长，縮短微生物的驯化 时间。其固着生物干膜的量0.5 3.0g/g载体，是普通载体的5 20倍。适量 的润湿性和表面接触角能增加炭纤维的亲和性，能快速固着微生物。本专利技术的生物高强炭纤维利用两相厌氧反应装置处理高浓度腈纶废水具有多种作用第一，两相厌氧反应装置减少了硫酸还原菌和产甲烷菌的基质竞争，提高了硫酸盐的转化率，提高了碳硫比，削弱了腈纶废水中高硫酸盐浓度对COD的处理效果影响，促进了两项分离；第二，高强炭纤维具有良好生物相容性、合适润湿性和表面接触角，可快速固着硫酸还原菌和产甲烷菌， 促进微生物的生长，縮短了微生物的驯化时间，挂膜速度快，老化生物膜脱落容易、耐冲击负荷高；第三，高强炭纤维强度高，可再生性强，且再生方 法简单，可多次重复利用，降低了污水处理成本。本专利技术的新型功能材料处理废水的效率高，适应性强，应用范围广，占 地面积小，用性费用低，载体可再生利用，且再生方法简单易行。适用于各 种高浓度工业废水，尤其是腈纶等有机纤维生产废水、制浆造纸、纺织黑相、 食品、发酵等高硫酸盐、高COD、低碳硫比以及含难生物降解物质的废水的 生物处理。具体实施例方式实施例l选湿法纺制的市售英国coiirtaulds公司生产的，含90%以上丙烯腈单体 组分的聚丙烯腈共聚纤维(其单丝孔数为3000的3K，纤度1.1旦(1.22dtex)， 共聚物组成(按质量比)是丙烯腈96、甲叉丁二酸l、丙烯酸甲酯3)，在空气 中经过215。C、 240°C、 260本文档来自技高网...
【技术保护点】
炭纤维生物膜载体在废水处理中的应用，炭纤维是指通常方法制备的表面接触角为５０～１８０°、平衡含水率范围１．０％～５．９％的ＰＡＮ基炭纤维、沥青基和粘胶基炭纤维或当通常方法制备炭纤维，其不能达到表面接触角为５０～１８０°、平衡含水率范围１．０％～５．９％时，在上述通常方法制备的炭纤维基础上进行液相、气相、电化学、等氧化处理后可以达到表面接触角为５０～１８０°、平衡含水率范围１．０％～５．９％的ＰＡＮ基炭纤维、沥青基和粘胶基炭纤维； 其特征在于： 实验主要采用两相厌氧 －好氧硝化工艺；当进水ＣＯＤ浓度超过２０００ｍｇ／Ｌ时，在两相厌氧前增加预处理工艺，当好氧出水硝基氮超过１００ｍｇ／Ｌ时，在好氧后增加反硝化工艺 预处理工艺条件：絮凝剂为无机、有机或微生物絮凝剂，投加量为１～５００ｍｇ／Ｌ，絮凝时间为 １～２４小时； 两相厌氧工艺中产酸反应器实验条件：温度在２０℃～３８℃，ｐＨ值在５～８范围内，溶解氧的浓度为小于０．５ｍｇ／ｌ，水力停留时间６～２８ｈ；产甲烷反应器实验条件：温度２５℃～３８℃左右，ｐＨ在５．５～８．５范围内，溶解氧的 浓度为小于０．５ｍｇ／ｌ，水力停留时间８～３６ｈ； 好氧硝化工艺反应条件：温度控制在在２０～３８℃，ｐＨ在６．０～９．０，溶解氧控制在２～４ｍｇ／ｌ，水力停留时间６～２８ｈ； 反硝化工艺：温度控制在在２０～３８℃，ｐＨ在６．０～ ９．０，溶解氧控制在０．５～２ｍｇ／ｌ，水力停留时间６～２８ｈ。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，宋晖，马兆昆，梁节英，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。