CN114735809A - 一种污水生物处理剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及污水处理领域，具体公开了一种污水生物处理剂及制备方法，处理剂包括以下原料：多孔PE树脂填料，聚丙烯酸凝胶，硅烷偶联剂，无机土，谷壳粉，甘蔗渣，秸秆类废弃物，复合菌剂。处理剂的制备方法包括以下制备步骤：步骤1，将多孔PE树脂填料置于碱液中，加热搅拌，然后用水将碱液洗净，并烘干水分待用；步骤2，将谷壳粉、甘蔗渣、秸秆类废弃物和酵母菌进行发酵处理，制得营养剂；步骤3，将无机土、营养剂、经过步骤1处理后的多孔PE树脂填料、硅烷偶联剂、聚丙烯酸凝胶和复合菌剂挤出造粒，制得处理剂。采用本申请制得的处理剂，不仅能够有效缩短处理周期，而且能够有效提高COD去除率，改善对污水的处理效率。
Description
技术领域
本申请涉及污水处理领域，更具体地说，它涉及一种污水生物处理剂及制备方法。
背景技术
在污水处理过程中，目前大多采用微生物进行净化污水处理，针对水体污染程度小的水质，则直接将微生物进行投放。若水体污染程度大，则需要对微生物进行培养增量，再进行投放。
如公开号为CN111892176A的专利申请公开了一种废水去除污染物的方法，包括下述步骤：(1)测定待处理废水的水质；(2)配置复合微生物菌剂；(3)制备固化有复合微生物菌剂的改性悬浮填料；(4)将固化有复合微生物菌剂的改性悬浮填料装入至少具有一个敞口端的容器内；(5)将装入了固化有复合微生物菌剂的改性悬浮填料的容器放入废水中进行污染物的去除。将复合微生物菌剂采用吸附法固化在改性悬浮填料上制备成固化有复合微生物菌剂的改性悬浮填料，通过改性悬浮填料上的复合微生物菌剂降解水中的污染物，主要降解的污染物种类为COD、BOD、氮磷类有机污染物。
但在实际应用过程中发现，负载在填料上的菌种受污水水体中自带的一些菌种或者水体的影响，使得菌种的生长繁殖缓慢甚至出现菌种大量死亡的现象，不仅使得污水处理周期长，而且净化效果差。
发明内容
本申请提供一种污水生物处理剂及制备方法，能够有效缩短污水处理周期，提高对污水处理的处理效率，同时改善对污水的净化效果。
第一方面，本申请提供的一种污水生物处理剂采用如下的技术方案：
一种污水生物处理剂，包括以下重量份的原料：多孔PE树脂填料30-45份，聚丙烯酸凝胶7-12份，硅烷偶联剂0.1-0.6份，无机土3-8份，谷壳粉5-10份，甘蔗渣8-15份，秸秆类废弃物5-10份，复合菌剂20-35份；
多孔PE树脂填料包括以下制备步骤：将PE树脂进行熔融，以PE树脂的重量为基准，加入1.05-1.7wt％的造孔剂并混合均匀，保温1-2h，注入颗粒模具中，完全凝固后，制得多孔PE树脂填料。
通过采用上述技术方案，将PE树脂在熔融状态下加入造孔剂，造孔剂以利于使得PE树脂具有良好的孔隙，形成多孔PE树脂填料，以利于微生物负载和繁殖。无机土主要为黏粒矿物，其具有较大的比表面和吸附能，也具有良好的黏结性能，可以将各原料组分更好的黏结在一起，内部形成稳定结构，聚丙烯酸凝胶可以根据水体的pH环境进行调节，与无机土和硅烷偶联剂配合，共同调节处理剂内的养分以及微生物的生存环境，提高微生物生长和繁殖的长期稳定性，从而提高对污水的处理效率，同时缩短处理周期。
谷壳粉、甘蔗渣和秸秆类废弃物均可为微生物的繁殖提供有效的养分，与多孔PE树脂填料可有效减少养分流失，从而促进微生物的快速繁殖，进而缩短处理周期，同时还能改善对污水的净化效果。
优选的，所述造孔剂选自石墨粉、碳酸氢钠、微孔分子筛中的至少两种。
通过采用上述技术方案，石墨粉和微孔分子筛不仅利于树脂内孔隙的形成，还具有优异的润滑性，提高各组分的分散性能，能够形成均匀的孔隙。而碳酸氢钠则在一定温度下缓慢分解，形成二氧化碳气体，进一步在树脂内部形成密集的孔隙，提高多孔PE树脂的多孔性，以利于微生物负载和繁殖，同时减少养分的流失，进而提高对污水处理的净化效果。
优选的，所述造孔剂为石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛，石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛的质量比为(0.3-0.6):(0.05-0.1):(0.7-1)。
通过采用上述技术方案，进一步优化石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛的用量比，以利于在填料内部形成均匀的孔隙。
优选的，所述复合菌剂为芽孢杆菌菌剂、硝化细菌菌剂、假单胞菌菌剂和放线菌菌剂。
芽孢杆菌菌剂、硝化细菌菌剂、假单胞菌菌剂和放线菌菌剂的质量比为(6-8.5):(5-9):(2-5):(7-12.5)更佳，选用多种微生物菌种协同配合，有效缩短污水处理周期，还能提高污水净化效果。
优选的，所述芽孢杆菌菌剂、硝化细菌菌剂、假单胞菌菌剂和放线菌菌剂的活菌数均不少于1*109cfu/mL。
通过采用上述技术方案，保证每种菌剂中活性成分的活菌数，从而保证处理剂的作用发挥，进而改善污水的处理效率和净化效果。
优选的，所述无机土为高岭土或蒙脱土的一种。
通过采用上述技术方案，优化无机土的选择，有利于将各原料物质胶结在一起，以利于促进微生物生长吸收利用养分繁殖，进而提高对污水处理的净化效果和处理效率。
优选的，所述秸秆类废弃物为秸秆、玉米秆、棉花秆中的至少一种。
通过采用上述技术方案，优化秸秆类废弃物的组分，以利于调整营养成分的碳氮比，促进微生物吸收利用养分。
第二方面，本申请提供一种污水生物处理剂的制备方法，采用如下的技术方案：一种污水生物处理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1，将多孔PE树脂填料置于碱液中，加热至50-60℃，搅拌5-15min，然后用水将多孔PE树脂填料表面附着的碱液洗净，并烘干水分待用；
步骤2，将谷壳粉、甘蔗渣、秸秆类废弃物和酵母菌进行发酵处理，制得营养剂；
步骤3，将无机土、营养剂、经过步骤1处理后的多孔PE树脂填料、硅烷偶联剂、聚丙烯酸凝胶和复合菌剂挤出造粒，制得处理剂。
通过采用上述技术方案，将多孔PE树脂填料置于温热的碱液中，对其表面具有一定的浸蚀作用，使得多孔PE树脂填料表面又能产生一定的孔隙，增大多孔PE树脂填料的表面积，改善多孔PE树脂填料的表观性能，在聚丙烯酸凝胶的作用下，与无机土配合，提高处理剂的稳定性，以使得微生物能长效稳定的发挥作用，有效提高污水处理的效率和对污水的净化效果。
将谷壳粉、甘蔗渣、秸秆类废弃物和酵母菌进行发酵处理，使其具有丰富的养分作为营养剂使用，在发酵的反应过程中，还能生成具有胶结作用的有机物，在一定程度上改善处理剂的内部结构的稳定性，减少养分流失，为微生物的生长和繁殖提供充足的碳源、氮源等，促进微生物在短时间内大量繁殖，从而有效提高污水的处理效率和对污水的净化效果。
优选的，所述步骤2中发酵温度为35-45℃，发酵时间为8-10h。
通过采用上述技术方案，在合适的发酵温度下发酵合适的时间，以利于有效养分的生成和积累，以利于微生物能在短时间内大量繁殖，提高污水处理效率和对污水的净化效果。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.将PE树脂在熔融状态下加入造孔剂，造孔剂以利于使得PE树脂具有良好的孔隙，形成多孔PE树脂填料，以利于微生物负载和繁殖。无机土主要为黏粒矿物，其具有较大的比表面和吸附能，也具有良好的黏结性能，可以将各原料组分黏结在一起，内部形成稳定结构，聚丙烯酸凝胶可以根据水体的pH环境进行调节，与无机土和硅烷偶联剂配合，共同调节处理剂内的养分以及微生物的生存环境，提高微生物生长和繁殖的长期稳定性。谷壳粉、甘蔗渣和秸秆类废弃物均可为微生物的繁殖提供有效的养分，促进微生物的快速繁殖，进而提高对污水处理的净化效果，缩短处理周期。
2.将谷壳粉、甘蔗渣、秸秆类废弃物和酵母菌进行发酵处理，使其具有丰富的养分作为营养剂使用，在发酵的反应过程中，还能生成具有胶结作用的有机物，在一定程度上改善处理剂的内部结构的稳定性，减少养分流失，为微生物的生长和繁殖提供充足的碳源、氮源等，促进微生物在短时间内大量繁殖，从而有效提高污水的处理效率和对污水的净化效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请所用原料均为普通市售原料。
实施例
实施例1
污水生物处理剂，包括以下原料：多孔PE树脂填料30kg，聚丙烯酸凝胶7kg，硅烷偶联剂0.1kg，高岭土3kg，谷壳粉5kg，甘蔗渣8kg，秸秆类废弃物5kg，复合菌剂20kg；
秸秆类废弃物为秸秆3kg和玉米秆2kg，复合菌剂为芽孢杆菌菌剂6kg、硝化细菌菌剂5kg、假单胞菌菌剂2kg和放线菌菌剂7kg；
芽孢杆菌菌剂、硝化细菌菌剂、假单胞菌菌剂和放线菌菌剂的活菌数均不少于1*109cfu/mL；污水生物处理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1，将PE树脂进行熔融，以PE树脂的重量为基准，加入1.05wt％的造孔剂并混合均匀，保温2h，注入颗粒模具中，完全凝固后，制得多孔PE树脂填料，将多孔PE树脂填料置于质量浓度为10％的氢氧化钠溶液中，加热至50℃，搅拌15min，然后用水将多孔PE树脂填料表面附着的碱液洗净，并烘干水分待用；造孔剂为石墨粉和微孔分子筛，其中石墨粉和微孔分子筛的质量比为0.5:0.9；
步骤2，将谷壳粉5kg、甘蔗渣8kg、秸秆类废弃物5kg和酵母菌0.5kg进行发酵处理，发酵温度为45℃，发酵时间为8h，制得营养剂；
步骤3，将高岭土、营养剂、经过步骤1处理后的多孔PE树脂填料、硅烷偶联剂、聚丙烯酸凝胶和复合菌剂挤出造粒，制得处理剂。
实施例2
污水生物处理剂，包括以下原料：多孔PE树脂填料45kg，聚丙烯酸凝胶12kg，硅烷偶联剂0.6kg，高岭土8kg，谷壳粉10kg，甘蔗渣15kg，秸秆类废弃物10kg，复合菌剂35kg；秸秆类废弃物为秸秆5kg和棉花秆5kg，复合菌剂为芽孢杆菌菌剂8.5kg、硝化细菌菌剂9kg、假单胞菌菌剂5kg和放线菌菌剂12.5kg；芽孢杆菌菌剂、硝化细菌菌剂、假单胞菌菌剂和放线菌菌剂的活菌数均不少于1*109cfu/mL；
污水生物处理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1，将PE树脂进行熔融，以PE树脂的重量为基准，加入1.7wt％的造孔剂并混合均匀，保温1h，注入颗粒模具中，完全凝固后，制得多孔PE树脂填料，将多孔PE树脂填料置于质量浓度为10％的氢氧化钠溶液中，加热至60℃，搅拌5min，然后用水将多孔PE树脂填料表面附着的碱液洗净，并烘干水分待用；造孔剂为碳酸氢钠和微孔分子筛，其中碳酸氢钠和微孔分子筛的质量比为0.5:0.9；
步骤2，将谷壳粉10kg、甘蔗渣15kg、秸秆类废弃物10kg和酵母菌1kg进行发酵处理，发酵温度为35℃，发酵时间为10h，制得营养剂；
步骤3，将高岭土、营养剂、经过步骤1处理后的多孔PE树脂填料、硅烷偶联剂、聚丙烯酸凝胶和复合菌剂挤出造粒，制得处理剂。
实施例3
污水生物处理剂，包括以下原料：多孔PE树脂填料40kg，聚丙烯酸凝胶10kg，硅烷偶联剂0.5kg，高岭土6.5kg，谷壳粉7kg，甘蔗渣12kg，秸秆类废弃物9kg，复合菌剂35kg；秸秆类废弃物为玉米秆5kg和棉花秆4kg，复合菌剂为芽孢杆菌菌剂8.5kg、硝化细菌菌剂9kg、假单胞菌菌剂5kg和放线菌菌剂12.5kg；
芽孢杆菌菌剂、硝化细菌菌剂、假单胞菌菌剂和放线菌菌剂的活菌数均不少于1*109cfu/mL；污水生物处理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1，将PE树脂进行熔融，以PE树脂的重量为基准，加入1.45wt％的造孔剂并混合均匀，保温1.5h，注入颗粒模具中，完全凝固后，制得多孔PE树脂填料，将多孔PE树脂填料置于质量浓度为10％的氢氧化钠溶液中，加热至55℃，搅拌10min，然后用水将多孔PE树脂填料表面附着的碱液洗净，并烘干水分待用；造孔剂为石墨粉和碳酸氢钠，其中石墨粉和碳酸氢钠的质量比为0.5:0.9；
步骤2，将谷壳粉7kg、甘蔗渣12kg、秸秆类废弃物9kg和酵母菌0.8kg进行发酵处理，发酵温度为40℃，发酵时间为9h，制得营养剂；
步骤3，将高岭土、营养剂、经过步骤1处理后的多孔PE树脂填料、硅烷偶联剂、聚丙烯酸凝胶和复合菌剂挤出造粒，制得处理剂。
实施例4
与实施例3的区别在于，造孔剂为石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛，石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛的质量比为0.3:0.05:0.7，其余均与实施例3相同。
实施例5
与实施例4的区别在于，石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛的质量比为0.6:0.1:1，其余均与实施例4相同。
实施例6
与实施例4的区别在于，石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛的质量比为0.5:0.09:0.85，其余均与实施例4相同。
实施例7
与实施例4的区别在于，石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛的质量比为0.1:0.04:1.3，其余均与实施例4相同。
实施例8
与实施例6的区别在于，秸秆类废弃物为秸秆3.5kg、玉米秆2.5kg和棉花秆2kg，其余均与实施例6相同。
实施例9
与实施例6的区别在于，无机土为蒙脱土，其余均与实施例6相同。
实施例10
与实施例6的区别在于，复合菌剂为芽孢杆菌菌剂7kg、硝化细菌菌剂8kg、假单胞菌菌剂4.5kg和放线菌菌剂10.5kg；其余均与实施例6相同。
实施例11
与实施例9的区别在于，复合菌剂为芽孢杆菌菌剂7kg、硝化细菌菌剂12.5kg和放线菌菌剂10.5kg，其余均与实施例9相同。
对比例
对比例1
与实施例10的区别在于，将多孔PE树脂填料替换为等量的PE树脂，其余均与实施例10相同。
对比例2
与实施例10的区别在于，不加入无机土，其余均与实施例10相同。
对比例3
与实施例10的区别在于，不加入聚丙烯酸凝胶，其余均与实施例10相同。
对比例4
与实施例10的区别在于，污水生物处理剂的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1，将PE树脂进行熔融，以PE树脂的重量为基准，加入1.05wt％的造孔剂并混合均匀，保温1.5h，注入颗粒模具中，完全凝固后，制得多孔PE树脂填料；
步骤2，将谷壳粉、甘蔗渣、秸秆类废弃物和酵母菌进行发酵处理，发酵温度为40℃，发酵时间为9h，制得营养剂；
步骤3，将高岭土、营养剂、步骤1制得的多孔PE树脂填料、硅烷偶联剂、聚丙烯酸凝胶和复合菌剂混合均质，制得处理剂；
其余均与实施例10相同。
性能检测
将实施例1-11和对比例1-4制得的处理剂分别等量置于COD＝300ppm的水样中，通过COD测定仪分析在相同水质和水量的情况下，分别经过实施例1-10和对比例1-4制得的处理剂处理后的水质情况，计算COD去除率，结果记录在表1。
将实施例1-11和对比例1-4制得的处理剂分别等量置于COD＝100ppm的水样中，通过COD测定仪分析在相同水质和水量的情况下，当水样中的COD＝20ppm时，实施例1-10和对比例1-4制得的处理剂所需的处理时间，结果记录在表1。
表1试验结果
| COD去除率/％ | 处理时间/h | |
| 实施例1 | 82.3 | 4.9 |
| 实施例2 | 81.5 | 4.8 |
| 实施例3 | 82.9 | 4.75 |
| 实施例4 | 84.2 | 4.63 |
| 实施例5 | 83.6 | 4.7 |
| 实施例6 | 85.1 | 4.41 |
| 实施例7 | 83.1 | 4.64 |
| 实施例8 | 87.7 | 4.22 |
| 实施例9 | 85.6 | 4.5 |
| 实施例10 | 90.5 | 4.03 |
| 实施例11 | 87.1 | 4.39 |
| 对比例1 | 69.8 | 8.7 |
| 对比例2 | 66.4 | 9.1 |
| 对比例3 | 64.9 | 9.25 |
| 对比例4 | 62.3 | 9.6 |
通过实施例1-11可以看到，采用本申请制得的处理剂，净化相同的水质不仅能够有效缩短处理周期，提高处理效率，而且能够有效提高COD去除率，改善对污水的净化效果。其中实施例4中采用石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛配合作为造孔剂，比实施例3选用两种组分配合制得的处理剂的处理效率和净化效果都更佳。而实施例7虽然选用了石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛，但是各组分用量比欠佳，以使得处理剂对污水的处理周期变长，对污水的净化效果有所下降，由此可见，造孔剂中的各原料组分也需要特定比例下才能够更好的发挥效用。实施例11中仅选用了芽孢杆菌菌剂、硝化细菌菌剂和放线菌菌剂作为复合菌剂，即使最终复合菌剂的用量相同，但实施例11制得的处理剂的质量依旧有所下降。
通过实施例10和对比例1并结合表1可以看到，对比例1中仅采用普通的PE树脂作为填料，不管是复合菌剂还是发酵后形成的养分，均无法良好负载，以使得处理剂在使用过程中菌剂生长繁殖受到一定的损失且繁殖速度缓慢，微生物生长和繁殖的长期稳定性均欠佳，导致使用对比例1制得的处理剂的处理周期显著增加，而且COD的去除率也不佳，对污水的净化效果明显下降。
通过实施例10和对比例2-3并结合表1可以看到，在原料组分中不论是缺少无机土还是缺少聚丙烯酸凝胶，均无法制得本申请想要的处理剂，对比例2和对比例3制得的处理剂的处理效率明显下降，同时处理相同的污水情况的处理周期也显著增加。这是由于无机土主要为黏粒矿物，其具有较大的比表面和吸附能，也具有良好的黏结性能，可以将各原料组分黏结在一起，内部形成稳定结构，聚丙烯酸凝胶可以根据水体的pH环境进行调节，与无机土和硅烷偶联剂配合，共同调节处理剂内的养分以及微生物的生存环境，提高微生物生长和繁殖的长期稳定性，从而有效改善对污水的净化效果和处理效率。
通过实施例10和对比例4并结合表1可以看到，在步骤1中，制得多孔PE树脂填料后不采用温热的碱液对其进行处理，在步骤3中，直接将各原料组分混合均匀，投入使用后，各原料组分仅能单独起作用，无法协同配合，对污水的处理周期显著变长，对污水的净化效果也明显降低。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种污水生物处理剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：多孔PE树脂填料30-45份，聚丙烯酸凝胶7-12份，硅烷偶联剂0.1-0.6份，无机土3-8份，谷壳粉5-10份，甘蔗渣8-15份，秸秆类废弃物5-10份，复合菌剂20-35份；
多孔PE树脂填料包括以下制备步骤：将PE树脂进行熔融，以PE树脂的重量为基准，加入1.05-1.7wt%的造孔剂并混合均匀，保温1-2h，注入颗粒模具中，完全凝固后，制得多孔PE树脂填料。
2.根据权利要求1所述的污水生物处理剂，其特征在于：所述造孔剂选自石墨粉、碳酸氢钠、微孔分子筛中的至少两种。
3.根据权利要求2所述的污水生物处理剂，其特征在于：所述造孔剂为石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛，石墨粉、碳酸氢钠和微孔分子筛的质量比为(0.3-0.6):(0.05-0.1):(0.7-1)。
4.根据权利要求1所述的污水生物处理剂，其特征在于：所述复合菌剂为芽孢杆菌菌剂、硝化细菌菌剂、假单胞菌菌剂和放线菌菌剂。
5.根据权利要求4所述的污水生物处理剂，其特征在于：所述芽孢杆菌菌剂、硝化细菌菌剂、假单胞菌菌剂和放线菌菌剂的活菌数均不少于1*109cfu/mL。
6.根据权利要求1-5任一项所述的污水生物处理剂，其特征在于：所述无机土为高岭土或蒙脱土的一种。
7.根据权利要求1-5任一项所述的污水生物处理剂，其特征在于：所述秸秆类废弃物为秸秆、玉米秆、棉花秆中的至少一种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的污水生物处理剂的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
步骤1，将多孔PE树脂填料置于碱液中，加热至50-60℃，搅拌5-15min，然后用水将多孔PE树脂填料表面附着的碱液洗净，并烘干水分待用；
步骤2，将谷壳粉、甘蔗渣、秸秆类废弃物和酵母菌进行发酵处理，制得营养剂；
步骤3，将无机土、营养剂、经过步骤1处理后的多孔PE树脂填料、硅烷偶联剂、聚丙烯酸凝胶和复合菌剂挤出造粒，制得处理剂。
9.根据权利要求8所述的污水生物处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中发酵温度为35-45℃，发酵时间为8-10h。
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