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新型磁性载体填料的制备及其在生活污水处理中的应用

王东伟  
【摘要】:随着我国社会经济的飞速发展和城镇化速度的不断加快,村镇人口不断密集,乡镇企业发展迅速,其生活污水、废水生成量日益剧增。针对我国国情,开发出一种新型磁性填料,实现局部污水高效、低耗处理是一种必须的状态。生物填料是生物膜水处理技术的核心之一,其性能好坏将直接影响微生物的附着、生长繁殖及活性,进而影响废水生物处理效率、能耗和稳定性。现行的水处理普通塑料生物填料用于废水、尤其是含酚毒性废水的生物处理时,存在微生物挂膜启动速度慢、挂膜量不足和氧传质效率低等方面缺陷,导致生物降解速率低下。近年来关于磁效应在水处理中的研究非常活跃,但由于污水处理生化反应器常常体积庞大,外加磁场有一定难度,实现较为困难。磁性材料技术作为一项新型技术,在污水处理方面即磁性填料,使每个填料就等同于一个微型的附加磁场的生物反应器。利用微生物磁效应及代谢或共代谢作用,可显著改善填料的表面润湿性和传质性能,缩短挂膜启动周期,改善污水处理效果。在废水生物处理过程中,共同代谢和磁效应能强化难降解物质的生物处理,提高溶解氧浓度,诱导微生物酶的合成和提高酶的活性。基于上述理论,针对目前共同代谢工程化应用中成本过高、磁场效应难以大规模应用到废水生物处理设施中等问题,本研究旨在对普通填料进行改性,制备一种具有生物亲和、亲水性能的新型磁性生物填料,将其应用于废(污)水生物处理中,以获得有效的应用效果并提供新型改性磁性生物填料进行废(污)水生物处理的理论依据。采用共同混合注塑法制备新型磁性生物填料,选取了合适的主要添加物质如亲水、生物亲和及磁性物质,确定了聚合物注塑成形工艺,完成了新型改性磁性生物填料的制备。通过扫描电镜、能谱和红外光谱分析,考察了新型改性磁性生物填料的表面和内部结构、添加物分散情况。检测了填料的物理机械性能,证实新型改性磁性生物填料密度及强度性能与普通填料变化不大,能满足水处理用填料性能的基本要求。填料的润湿性能试验表明新型改性磁性生物填料接触角比普通填料降低了近20%,含水率提高5-8倍,填料亲水性能显著增强。两种填料挂膜对比试验中,改性填料挂膜时间比普通填料缩短很多,生物膜量、膜厚及废水中的CODcr,去除率均有增加。新型改性磁性生物填料加速了微生物在填料表面的附着,促进生物膜的形成和有机物代谢转化,较大程度改善了填料的生物亲和性能。对普通填料和新型改性磁性生物填料进行了性能检测和比较,结果表明,新型改性磁性生物填料不仅在微观结构和润湿性能方面大有改善,而且还具有良好的营养缓释性能。同时,比较了两种填料的磁力挂膜和传统挂膜,并将磁力挂膜应用于模拟生活废水处理中,发现新型改性磁性生物填料挂膜启动速率很快,其填料表面挥发性有机物膜重成倍增加,微生物去除效果良好。


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