CN101333033A - 生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料及其制备方法，该生物填料由中心刚性高分子骨架和四周柔性生物载体多孔介质复合而成。制备时，先用分散润滑液将缓释控制物质润湿，并在搅拌机中与营养物质混匀，再用剩余的分散润滑液将高分子基料润湿，并加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机，通过填料模具挤出成型，制得刚性高分子骨架；将刚性高分子骨架与聚醚多元醇、有机异氰酸酯、催化剂、外用发泡剂、泡沫稳定剂和水混合并高速搅拌下，迅速加入成形箱，完成链增长、发泡、交联和固化反应，得到生物填料。本发明原料来源广泛，加工工序方便简单，生产成本低，挂膜、除臭效果好。
Description
技术领域
本发明涉及恶臭气体处理中用的生物填料，具体涉及一种生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料及其制备方法。
背景技术
恶臭污染是世界七大环境公害之一，寻求合理的治理途径和控制方案已成为世界各国亟待解决的热点课题。生物滤器是近年来受到广泛关注的恶臭处理新技术，该技术因具有处理效率高、无二次污染、所需设备简单、便于操作、费用低廉和管理维护方便等特点，已成为许多国家研究的热点，是恶臭治理的一个发展方向。实践证明，微生物降解恶臭污染物的方法具有物理方法和化学方法无可比拟的优越性。
填料是生物滤器的主体，填料的性质直接影响生物滤器的处理性能。理想的填料一般应具有以下物理特性：高比表面积；高保湿能力；表面性质益于微生物附着生长；高机械强度；较低的堆积密度，高孔隙率；高缓冲能力；营养物质丰富；易于获得，低成本，使用寿命长。为了加强填料微生物适应性和活性，填料中大量不同种类微生物的存在以及填料的表面性质和化学组成也是十分重要的。目前生物滴滤器所填充的无机填料主要以聚丙烯、聚乙烯或聚酯等单一高分子材料制成。其虽然具有良好的成型加工性，易于制成形状较复杂而比表面积较大的填料，但是由于这些材料表面光滑，且均无内部空隙结构，不利于微生物的繁殖和生存，特别在处理恶臭气体时存在挂膜困难和挂膜周期长的问题；同时，由于这些无机材料本身不能为微生物提供营养，外界营养物质的供给成为微生物生长繁殖的限制因子之一；此外，由于高分子填料一般具有特定形状且硬度较高，填充进生物滴滤器后往往造成堆积密度小和空隙率大的问题，填料对恶臭气体的截流率低，进而导致生物滴滤器处理效率低。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有生物填料存在的缺点，提供一种生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料及其制备方法。
生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料是由中心刚性高分子骨架和四周柔性生物载体多孔介质复合而成。
所述的刚性高分子骨架呈立体多面空心球形结构，直径为25mm或50mm。
所述的刚性高分子骨架的组分为：
高分子基料 70～100重量份
营养物质 5～20重量份
缓释控制物质1～10重量份
分散润滑液 1～10重量份
其中高分子基料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯，营养物质为骨粉、豆渣粉、壳聚糖、淀粉中的一种或多种，缓释控制物质为硅藻土或活性炭，分散润滑液为植物油或动物油。
所述的柔性生物载体多孔介质呈立体多边形结构，规格为30mm×30mm×30mm或60mm×60mm×60mm。
所述的柔性生物载体多孔介质的组分为：
聚醚多元醇 40～60重量份
有机异氰酸酯40～60重量份
催化剂 1～5重量份
外用发泡剂 1～10重量份
泡沫稳定剂 0.5～5重量份
水 30～50重量份
其中聚醚多元醇为聚醚丙二醇或聚醚丙三醇，有机异氰酸酯为80％2，4-甲苯二异氰酸酯和20％2，6-甲苯二异氰酸酯，催化剂为辛酸亚锡或二丁基锡和三乙醇胺、三乙烯二胺或三乙胺，外用发泡剂为一氟三氯甲烷、环戊或二氯甲烷，泡沫稳定剂为硅-碳键共聚物。
生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料的制备方法包括如下步骤：
1)用0.5～5重量份的分散润滑液将1～10重量份的缓释控制物质润湿，并在搅拌机中与5～20重量份的营养物质混匀；再用剩余的0.5～5重量份的分散润滑液将70～100重量份高分子基料润湿，并加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，通过填料模具挤出成型，得到刚性高分子骨架；
2)将刚性高分子骨架与40～60重量份的聚醚多元醇、40～60重量份的有机异氰酸酯、1～5重量份的催化剂、1～10重量份的外用发泡剂、0.5～5重量份的泡沫稳定剂和30～50重量份的水混合并高速搅拌下，迅速加入成形箱，上述原料在成形箱中完成链增长、发泡、交联和固化反应，生产出生物填料。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)填料中心刚性高分子骨架具有较高的机械强度，即使填充高度再高，填料也不易被压实；四周柔性生物载体多孔介质具有很强的伸缩延展性，能使填料与填料之间以及填料与生物滴滤器壁之间保持的充分的接触，减小填充空隙率。
(2)在填料刚性高分子骨架中添加了营养物质，在填料挂膜和气体污染物降解期间，通过填料高分子骨架内部的微孔隙缓慢的释放出来并扩散至骨架表面，被附着的微生物吸收，补充和平衡微生物的营养，参与微生物代谢，促进生物膜的形成以及气体污染物的降解，有效避免由于营养液喷淋不到填料中心而造成的微生物营养不良和挂膜周期长等问题。
(3)在填料刚性高分子骨架中添加了硅藻土或活性炭等多孔的缓释控制物质，这些物质为营养成分的缓慢释放提供了良好的通道，促进了微生物在填料表面的生长代谢。同时，增加了填料表面的粗糙度和比表面积，为微生物提供更多的附着生长点，提高了挂膜速率和单位面积上的挂膜量，而且能够大大提高微生物活性，改善了原来高分子材料表面光滑不易挂膜的缺陷，从而提高了生物滴滤器对恶臭气体的去除效率。
(4)填料刚性高分子骨架中营养物质的缓释，不仅使刚性高分子骨架内部和表面原有孔隙进一步加大，增大了比表面积和孔隙率，而且促进了微生物的附着挂膜和生长代谢，大大提高了微生物活性，从而提高了恶臭气体的处理效率。
(5)由于填料刚性高分子骨架中营养物质的缓释作用，使得填料微生物的附着生长及其活性受生物滴滤器循环营养液的供给量的影响大大减小，避免了由于外加营养物质不足而造成的生物滴滤器微生物挂膜缓慢或活性下降的情况。
(6)本发明所采用的原料来源广泛，加工工序方便简单，生产成本低而效果好。
附图说明
附图是本生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料的结构示意图。
具体实施方式
生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料是由中心刚性高分子骨架1和四周柔性生物载体多孔介质2复合而成。
所述的刚性高分子骨架1呈立体多面空心球形结构，直径为25mm或50mm。
所述的刚性高分子骨架1的组分为：
高分子基料 70～100重量份
营养物质 5～20重量份
缓释控制物质1～10重量份
分散润滑液 1～10重量份
其中高分子基料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯，营养物质为骨粉、豆渣粉、壳聚糖、淀粉中的一种或多种，缓释控制物质为硅藻土或活性炭，分散润滑液为植物油或动物油。
所述的柔性生物载体多孔介质2呈立体多边形结构，规格为30mm×30mm×30mm或60mm×60mm×60mm。
所述的柔性生物载体多孔介质2的组分为：
聚醚多元醇 40～60重量份
有机异氰酸酯40～60重量份
催化剂 1～5重量份
外用发泡剂 1～10重量份
泡沫稳定剂 0.5～5重量份
水 30～50重量份
其中聚醚多元醇为聚醚丙二醇或聚醚丙三醇，有机异氰酸酯为80％2，4-甲苯二异氰酸酯和20％2，6-甲苯二异氰酸酯，催化剂为促进聚醚多元醇与异氰酸反应使链增长的辛酸亚锡或二丁基锡和促进异氰酸酯与水之间反应放出的CO2气体的三乙醇胺、三乙烯二胺或三乙胺，外用发泡剂为一氟三氯甲烷、环戊或二氯甲烷，泡沫稳定剂为硅-碳键共聚物。
生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料的制备方法包括如下步骤：
1)用0.5～5重量份的分散润滑液将1～10重量份的缓释控制物质润湿，并在搅拌机中与5～20重量份的营养物质混匀；再用剩余的0.5～5重量份的分散润滑液将70～100重量份高分子基料润湿，并加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，通过填料模具挤出成型，得到刚性高分子骨架1；
2)将刚性高分子骨架1与40～60重量份的聚醚多元醇、40～60重量份的有机异氰酸酯、1～5重量份的催化剂、1～10重量份的外用发泡剂、0.5～5重量份的泡沫稳定剂和30～50重量份的水混合并高速搅拌下，迅速加入成形箱，上述原料在成形箱中完成链增长、发泡、交联和固化反应，生产出生物填料。
使用时可根据需要设定填充高度，将填料填入生物滴滤除臭装备中。根据目标污染物选择合适的微生物接种，设定合适的进气量、气体停留时间、营养液喷淋量、营养液pH值和反应器压降等运行参数，经过一段时间的挂膜启动，在填料表面形成成熟稳定的生物膜。气体污染物进入生物滴滤器后，经气、水界面传递到附着于填料表面的生物膜中，膜中微生物利用气体污染物作为其生长繁殖所需的基质，经过不同的转化途径将大分子或结构复杂的气体污染物经异化作用最终氧化分解为简单的无害或少害的CO2、H2O、NO3 -和SO4 2-等无机物，达到净化的目的。同时经同化作用并利用异化作用过程产生的能量合成新的细胞物质，使微生物得以生长繁殖，为进一步发挥其对污染物的处理能力创造有利条件。
为更好理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
称取植物油5克，使其将10克硅藻土润湿，并在搅拌机中将润湿的硅藻土与50克骨粉混匀，再称取5克植物油将高分子基料聚丙烯颗粒700克润湿，并加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，通过填料模具挤出成型，制得380个刚性高分子骨架1。所述的刚性高分子骨架1呈立体多面空心球形结构，直径为25mm。准备聚醚丙三醇400克、有机异氰酸酯400克、辛酸亚锡5克、三乙醇胺5克、环戊10克、硅-碳键共聚物5克和水300ml，与刚性高分子骨架1混合并高速搅拌下，迅速加入成型箱，在成型箱中完成链增长、发泡、交联和固化等反应，生产出刚柔复合型生物填料。所述的刚性高分子骨架1四周是柔性生物载体多孔介质2。所述的柔性生物载体多孔介质2呈立体多边形结构，规格为30mm×30mm×30mm。
将上述工艺方法制得的多个相同规格的刚柔复合型生物填料和传统的聚丙烯填料分别装填入相同条件的除氨生物滴滤设备中，进行挂膜和处理效果对比试验。挂膜采用快速排泥法，每日换水一次，每次换水调节系统中初始氨浓度约为50mg/m3，曝气量为0.48m3/h。挂膜试验结果显示，使用本发明制得的刚柔复合型生物填料生物滴滤除氨系统，填料挂膜所需时间比传统聚丙烯填料缩短了6～8天，刚柔复合型生物填料挂膜量比传统聚丙烯填料增加了1倍左右，生物膜厚度增加了200～400μm，表明本发明制得的刚柔复合型生物填料比传统聚丙烯填料具有更好的挂膜性能。挂膜启动完成以后，分别考察两种填料生物滴滤除氨系统的处理效果，结果表明，采用本发明制得的刚柔复合型生物填料生物滴滤除氨系统的去除效率比传统聚丙烯填料生物滴滤除氨系统的去除效率提高约35％。
实施例2：
称取动物油50克，使其将100克活性炭润湿，并在搅拌机中将润湿的活性炭与200克壳聚糖混匀，再称取50克动物油将高分子基料聚乙烯颗粒1000克润湿，并加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，通过填料模具挤出成型，制得700个刚性高分子骨架1。所述的刚性高分子骨架1呈立体多面空心球形结构，直径为25mm。准备聚醚丙二醇600克、有机异氰酸酯600克、二丁基锡25克、三乙胺25克、二氯甲烷100克、硅-碳键共聚物50克和水500ml，与刚性高分子骨架1混合并高速搅拌下，迅速加入成型箱，在成型箱中完成链增长、发泡、交联和固化等反应，生产出刚柔复合型生物填料。所述的刚性高分子骨架1四周是柔性生物载体多孔介质2。所述的柔性生物载体多孔介质2呈立体多边形结构，规格为30mm×30mm×30mm。
将上述工艺方法制得的多个相同规格的刚柔复合型生物填料和传统的聚乙烯填料分别装填入相同条件的除硫化氢生物滴滤设备中，进行挂膜和处理效果对比试验。挂膜采用快速排泥法，每日换水一次，每次换水调节系统中初始硫化氢浓度约为30mg/m3，曝气量为0.48m3/h。挂膜试验结果显示，使用本发明制得的刚柔复合型生物填料生物滴滤除硫化氢系统，填料挂膜所需时间比传统聚乙烯填料缩短了7～8天，刚柔复合型生物填料挂膜量比传统聚乙烯填料增加了1倍左右，生物膜厚度增加了200～400μm，表明本发明制得的刚柔复合型生物填料比传统聚乙烯填料具有更好的挂膜性能。挂膜启动完成以后，分别考察两种填料生物滴滤除硫化氢系统的处理效果，结果表明，采用本发明制得的刚柔复合型生物填料生物滴滤除硫化氢系统的去除效率比传统聚乙烯填料生物滴滤除硫化氢系统的去除效率提高约30％。
实施例3：
称取动物油25克，使其将50克硅藻土润湿，并在搅拌机中将润湿的硅藻土与100克豆渣粉混匀，再称取25克动物油将高分子基料聚苯乙烯颗粒850克润湿，并加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，通过填料模具挤出成型，制得350个刚性高分子骨架1。所述的刚性高分子骨架1呈立体多面空心球形结构，直径为50mm。准备聚醚丙二醇500克、有机异氰酸酯500克、辛酸亚锡12.5克、三乙烯二胺12.5克、环戊50克、硅-碳键共聚物25克和水400ml，与刚性高分子骨架1混合并高速搅拌下，迅速加入成型箱，在成型箱中完成链增长、发泡、交联和固化等反应，生产出刚柔复合型生物填料。所述的刚性高分子骨架1四周是柔性生物载体多孔介质2。所述的柔性生物载体多孔介质2呈立体多边形结构，规格为60mm×60mm×60mm。
将上述工艺方法制得的多个相同规格的刚柔复合型生物填料和传统的聚苯乙烯填料分别装填入相同条件的除氨生物滴滤设备中，进行挂膜和处理效果对比试验。挂膜采用快速排泥法，每日换水一次，每次换水调节系统中初始氨浓度约为50mg/m3，曝气量为0.96m3/h。挂膜试验结果显示，使用本发明制得的刚柔复合型生物填料生物滴滤除氨系统，填料挂膜所需时间比传统聚苯乙烯填料缩短了6～8天，刚柔复合型生物填料挂膜量比传统聚苯乙烯填料增加了1.5倍左右，生物膜厚度增加了250～400μm，表明本发明制得的刚柔复合型生物填料比传统聚苯乙烯填料具有更好的挂膜性能。挂膜启动完成以后，分别考察两种填料生物滴滤除氨系统的处理效果，结果表明，采用本发明制得的刚柔复合型生物填料生物滴滤除氨系统的去除效率比传统聚苯乙烯填料生物滴滤除氨系统的去除效率提高约40％。
Claims (6)
1、一种生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料，其特征在于，它是由中心刚性高分子骨架(1)和四周柔性生物载体多孔介质(2)复合而成。
2、根据权利要求1所述的生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料，其特征在于，所述的刚性高分子骨架(1)呈立体多面空心球形结构，直径为25mm或50mm。
3、根据权利要求1所述的一种生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料，其特征在于，所述的刚性高分子骨架(1)的组分为：
高分子基料 70～100重量份
营养物质 5～20重量份
缓释控制物质 1～10重量份
分散润滑液 1～10重量份
其中高分子基料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚苯乙烯，营养物质为骨粉、豆渣粉、壳聚糖、淀粉中的一种或多种，缓释控制物质为硅藻土或活性炭，分散润滑液为植物油或动物油。
4、根据权利要求1所述的一种生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料，其特征在于，所述的柔性生物载体多孔介质(2)呈立体多边形结构，规格为30mm×30mm×30mm或60mm×60mm×60mm。
5、根据权利要求1所述的一种生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料，其特征在于，所述的柔性生物载体多孔介质(2)的组分为：
聚醚多元醇 40～60重量份
有机异氰酸酯 40～60重量份
催化剂 1～5重量份
外用发泡剂 1～10重量份
泡沫稳定剂 0.5～5重量份
水 30～50重量份
其中聚醚多元醇为聚醚丙二醇或聚醚丙三醇，有机异氰酸酯为80％ 2，4-甲苯二异氰酸酯和20％ 2，6-甲苯二异氰酸酯，催化剂为辛酸亚锡或二丁基锡和三乙醇胺、三乙烯二胺或三乙胺，外用发泡剂为一氟三氯甲烷、环戊或二氯甲烷，泡沫稳定剂为硅-碳键共聚物。
6、一种如权利要求1所述的生物滴滤除臭设备用刚柔复合型生物填料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)用0.5～5重量份的分散润滑液将1～10重量份的缓释控制物质润湿，并在搅拌机中与5～20重量份的营养物质混匀；再用剩余的0.5～5重量份的分散润滑液将70～100重量份高分子基料润湿，并加入到搅拌机中与前述混合物一起搅拌均匀，然后将混匀后的混合物移入注塑机的搅拌料斗中，通过填料模具挤出成型，得到刚性高分子骨架(1)；
2)将刚性高分子骨架(1)与40～60重量份的聚醚多元醇、40～60重量份的有机异氰酸酯、1～5重量份的催化剂、1～10重量份的外用发泡剂、0.5～5重量份的泡沫稳定剂和30～50重量份的水混合并高速搅拌下，迅速加入成形箱，上述原料在成形箱中完成链增长、发泡、交联和固化反应，得到生物填料。
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