CN101628758A - 改性pvc生物填料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性PVC生物填料，填料的成分和重量份数为：聚乙烯醇4～6份；聚乙二醇辛基苯基醚2～4份；硬质酸2～4份；聚丙烯酰胺0.5～1.5份；活性炭1～3份；磁粉4～6份；PVC弹性体66.5～79.5份。本发明主要对PVC生物填料进行了亲水性改性、活性炭改性、磁性改性和增韧性改性，增强了生物填料的亲水性能和柔韧性能，延长微生物与有机物的接触时间，进一步诱导微生物的活性。得到的微生物填料使得生物填料挂膜速度、挂膜量大，并且使得膜与填料的有足够紧密度。获得的生物填料耐热性能较好，不容易老化，抗冲击能力强。

Description

改性PVC生物填料
技术领域
本发明属于生物填料，具体的说，涉及一种污水处理中生物膜水处理的改性PVC生物填料。
背景技术
生物填料是废水生物处理技术的核心之一，它的材质和表面性能将直接影响微生物的附着、生长，进而影响废水的处理效果。目前，市场上常见的聚氯乙烯生物填料由于亲水性能和生物亲和性较差，导致在挂膜速度、挂膜量及膜与填料的紧密度方面存在不足，如对其进行适当的亲水与生物亲和改性以及活性炭和磁性改性，可望提高填料的传质、挂膜和水处理性能。另外PVC的冲击强度只有3～5kJ/m2，具有冲击强度低、热稳定性差等缺点，导致该填料容易老化，使用寿命较短。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种亲水性能和生物亲和性较好的改性PVC生物填料。
本发明目的是这样实现的：一种改性PVC生物填料，其关键在于填料的成分和重量份数为：
聚乙烯醇4～6份
聚乙二醇辛基苯基醚2～4份
硬质酸2～4份
聚丙烯酰胺0.5～1.5份
活性炭1～3份
磁粉4～6份
PVC弹性体66.5～79.5份
上述填料中还添加有重量份数7～9份的聚丙烯酸酯。上述改性得到的生物填料润湿性能较好，非常适合微生物生长，微生物挂膜速度比较快，但由于PVC本身的抗冲击能力差，容易老化，非常有必要进行增韧性改性，进而提高填料的使用寿命。所以采用物理改性，即在PVC生物填料成型过程中加入丙烯酸酯弹性体。由于聚丙烯酸酯弹性体的孔隙形变减弱了PVC的约束应力，使这种应力低于材料的断裂强度，从而产生大面积的塑性形变，因而冲击强度大幅度提高。在上述优化得到的亲水性改性配方、活性炭改性配方及磁性改性配方基础上再加入不同配比的聚丙烯酸酯，在上述成分中聚丙烯酸酯配比重量份数分别为0份、2份、4份、6份、8份、10份，然后加工成聚丙烯酸酯不同重量份数的生物填料，分别测量不同填料的拉伸强度。实验结果表明，当聚丙烯酸酯配比重量份数为8份时，拉伸强度达到最大值42.7Mpa，效果为最好。
上述填料最优化的成分和重量份数为：
聚乙烯醇5份
聚乙二醇辛基苯基醚3份
硬质酸3份
聚丙烯酰胺1份
活性炭2份
磁粉5份
聚丙烯酸酯8份
PVC弹性体73份
上述聚乙烯醇和聚乙二醇辛基苯基醚在填料中起到很好的润湿性，同时添加硬质酸和聚丙烯酰胺，所得到的填料接触角为62°，而未改性的PVC生物填料的接触角为80°，经过亲水性改性后，填料的润湿性能显著改善，使得生物膜与填料接触更紧密。使得生物膜与填料接触更紧密。活性炭具有优良的吸附能力，能使生物细胞的外酶和有机物浓缩到固体表面，造成局部空间的高氧化速率，突破原有浓度平衡的界限，延长微生物与有机物的接触时间，使得有机物被迅速、彻底降解，生物的氧化又使活性炭表面吸附能力得到恢复。且经过实验发现在上述优化得到的亲水性改性配方基础上再加入不同配比的活性炭，活性炭配在上述成分中配比重量份数分别为0份、1份、2份、3份。分别取相同量的生物填料装填在不同生物污水处理设备上，在原水浓度、曝气量相同的条件下闷曝1天，1天后测量不同填料的生物膜量。实验结果表明：当活性炭重量份数小于2份时，随着活性炭添加量的增多，生物膜量显著增加，超过2份以后，基本不影响。未添加活性炭曝气1天后的生物膜量为0.021g/kg，添加2份的活性炭所得生物填料曝气1天后的生物膜量为0.025g/kg。
好氧接触氧化处理废水的装置中的有机污染物在弱磁场的作用下，通过磁力键、磁力、洛仑兹力和磁致胶体效应等作用经磁聚、吸附、富集到磁性生物填料表面；氧是顺磁性物质，曝气时会在磁场作用下被吸附到生物填料附近，增大填料表面的氧浓度，促进好氧生物的繁殖。另外弱磁场还有可能诱导微生物的活性和酶活性。在上述优化得到的亲水性改性配方和活性炭改性配方基础上再加入不同配比的磁粉，上述成分中磁粉配比重量份数为0份、2份、5份、8份，然后加工成磁粉不同配比的生物填料。分别取相同量的生物填料装填在不同生物污水处理设备上，在原水浓度、曝气量相同的条件下闷曝1天，1天后测量不同填料的生物膜量。实验结果表明：当磁粉重量份数小于5份时，随着磁粉添加量的增多，生物膜量显著增加，重量份数超过5份以后，磁粉添加量对挂膜速度影响很小。未添加磁粉曝气1天后的生物膜量为0.025g/kg，添加5份的磁粉所得生物填料曝气1天后的生物膜量为0.030g/kg。
通过正交实验和单因素优化实验，得到上述填料最优化的成分和重量份数。
为了能使研制的改性PVC生物填料能在研制的一体化污水处理装置大量推广应用，将填料装填在设置的船舶污水处理一体化装置上并在重庆燕山轮SBTC-400(编号WSC0147)实际应用，运行结果见表1所示。
表1  新型PVC波纹填料船舶应用情况
Figure G2009101045371D00041
备注：废水流量为21.5吨/天，委托三峡流动污染源重庆监测站监测
从表1运行结果可以看出，船舶污水经新型PVC生物填料一体化装置处理后的国家控制各项指标均满足要求，充分说明研制的新型PVC生物填料能在船舶上运行使用。
(3)改性PVC填料与未改性PVC填料性能对比
将改性PVC填料与未改性PVC填料制作成形状相同的波纹填料，未改性PVC波纹填料的表面的接触角约为80°，而改性PVC波纹填料的表面的接触角约为低为69°，可见PVC经过改性后其润湿性能大大提高；改性PVC波纹填料的加热伸缩率为2.7％，拉伸强度为42.7Mpa，未改性PVC波纹填料的加热伸缩率为4.8％，拉伸强度为37.5Mpa可见PVC经过改性后其抗热性能、抗冲击性能大大提高。
将两种填料装填在相同污水处理中，原水浓度中CODCr为1005mg/L，闷曝1天，曝气量为1m3/h，用显微镜观察了改性PVC填料与未改性PVC填料曝气1天后膜的生长情况，改性PVC波纹填料内表面有一层较密的金黄色膜，而未改性PVC波纹填料只有少部分地方长出金黄色絮状物。通过称重法测得改性PVC波纹填料的生物膜量为0.030g/kg，未改性PVC波纹填料生物膜量为0.017g/kg。可见改性PVC填料挂膜速度快，膜生物量大。
充足氧气是好氧微生物生存繁殖所必须的，但充氧量的增多而需要通入空气的量也必须加大，这样将会增加容器内液体对填料的冲击力，不同填料抗冲击性能不同。为了评价研制的填料抗冲击性能，选取了研制的改性PVC波纹形填料、PVC蜂窝形填料、球性填料及未改性的波纹形填料进行对比实验，将不同填料装填在四个相同的污水处理一体化装置中，待装置运行稳定后连续处理配置的模拟废水，固定进水量为0.1m3/h，调节进气量以实现不同气液比，在不同气液比条件下考察装填不同填料的污水处理一体化装置对废水COD的去除率。研制的PVC波纹形填料最佳气液比为10∶1，蜂窝形填料的最佳气液比为8∶1，球形填料的最佳气液比为7∶1，普通波纹形填料的最佳气液比为6∶1，可见研制的PVC波纹形填料抗冲击性能更好。
有益效果：本发明主要对PVC生物填料进行了亲水性改性、活性炭改性、磁性改性和增韧性改性，增强了生物填料的亲水性能和柔韧性能，延长微生物与有机物的接触时间，进一步诱导微生物的活性。得到的微生物填料使得生物填料挂膜速度、挂膜量大，并且使得膜与填料的有足够紧密度。获得的生物填料耐热性能较好，不容易老化，抗冲击能力强。
具体实施方式
下面结合实施例进一步对本发明加以说明
  成分   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4  实施例5
  聚乙烯醇   4kg   6kg   5kg   5.5kg  5kg
  聚乙二醇辛基苯基醚   4kg   2kg   3kg   3.5kg  3kg
  硬质酸   2kg   4kg   3.5kg   3kg  3kg
  聚丙烯酰胺   1.5kg   0.5kg   1kg   1kg  1kg
  活性炭   1kg   3kg   2.5kg   2kg  2kg
  磁粉   6kg   4kg   5kg   5.5kg  5kg
  聚丙烯酸酯   ——   ——   7kg   9kg  8kg
  PVC弹性体   66.5kg   79.5kg   68kg   76kg  73kg
按上表每一实施例将成分配好，再将再将配好的成分混合投人到注塑机的进料漏斗中，通过填料模具挤出成形。

Claims (3)

1、一种改性PVC生物填料，其特征在于填料的成分和重量份数为：
聚乙烯醇4～6份
聚乙二醇辛基苯基醚2～4份
硬质酸2～4份
聚丙烯酰胺0.5～1.5份
活性炭1～3份
磁粉4～6份
PVC弹性体66.5～79.5份
2、根据权利要求1所述改性PVC生物填料，其特征在于：所述填料中还添加有重量份数7～9份的聚丙烯酸酯。
3、根据权利要求2所述改性PVC生物填料，其特征在于：填料的成分和重量份数为：
聚乙烯醇5份
聚乙二醇辛基苯基醚3份
硬质酸3份
聚丙烯酰胺1份
活性炭2份
磁粉5份
聚丙烯酸酯8份
PVC弹性体73份。
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