CN101786726A - 一种集短程硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种集短程硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体，涉及污水二级生化处理用生物填料，是高分子聚合物材料制成的网孔状海绵体，由异氰酸酯TDI或MDI、聚醚多元醇PPG或POP或PTMEG、聚丙烯酸钠、水、甘油配伍而成，开孔采用的是大孔与微孔相结合的方式，使介质在载体外层逐渐向载体内部渗透的过程中，逐渐形成外层好氧层，内层缺氧/厌氧层，使得好氧的亚硝化菌和兼性反硝化菌共存于同一个生物载体上，为异养菌、自养菌和反硝化细菌分别占据不同生态位、形成合理的微环境体系提供了有效的载体。

Description

一种集短程硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体及其制造方法

技术领域

本发明涉及污水二级生化处理用生物填料，尤其是指一种集短程硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体，同时提供这种悬浮型生物载体的制造方法。

背景技术

20世纪80年代初，生物工程领域的新兴技术，即固定化微生物技术开始应用于废水生化处理过程。用于固定化微生物的填料有：组合填料、生物活性炭、火山岩填料、弹性填料、悬浮球填料、陶粒等，大多以固定床或垂直悬挂的方式应用于污水二级生化处理。诸如此类的填料在实际运用中大多是以去除污水中的生化需氧量或悬浮物为目标污染物的，硝化、反硝化功能相当低，其原因是传统的生物填料表面积相当小，与微生物的固定靠简单的物理吸附，挂膜后的微生物在曝气、或水、气反冲作用下容易脱落，单位体积上的生物负载量低。在应用于有限的场地内时，这些传统的生物填料上很难固定上以去除目标污染物氨氮为主的、世代周期较长的硝化菌。若要用这些填料真正实现氨氮的硝化或反硝化，污水二级生化处理的占地面积是比较大的，即使这样，传统的生物填料对氨氮、总氮的去除效果还不怎么明显，而且填料容易黏结成团或堵塞。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于污水处理二级生化处理用的、由高分子聚合物为材料制成的网孔状，集硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体。

实现本发明目的的解决方案是在利用异氰酸酯和聚醚多元醇、以及具有强亲水作用的聚丙烯酸钠合成高分子互穿聚合聚氨酯的基础上，再经酸、碱助剂改性处理后，使再次合成后的高分子化合物的侧链带有羟基、羧基、环氧基等亲水性活性基团，控制保留一定量的缩醛键，可以使成型后的海绵体保持一定的强度和成型性。

具体是这样来实施的：一种集短程硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体，是高分子聚合物材料制成的网孔状海绵体，其特征在于原料组份的重量配比为：

异氰酸酯TDI或MDI           45-53.5％

聚醚多元醇PPG或POP或PTMEG  42-50.5％

聚丙烯酸钠                 1.5-3.5％

水                         2.5-3.5％

甘油                    0.2-0.8％

这种集短程硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体的制造方法由下列步骤完成：

1.按上述重量配比将异氰酸酯和聚醚多元醇充分混合搅拌制成预聚体；

2.在预聚体中加入聚丙烯酸钠、水、甘油，搅拌下混合发泡，成为具有空间网状结构的海绵体；

3.将具有空间网状结构的海绵体固化后再加热熟化成为孔径大小不同的海绵体；

4.将海绵体机械切割成用户所需尺寸的立方体；

5.将立方体经过质量百分比浓度为2.5-3.5％的盐酸浸泡3.5-5小时，成为断链海面体；

6.将断链海面体用清水冲洗至pH值为7.0左右，成为极性海面体；

7.将极性海面体经质量百分比浓度为2.5-3.5％的氢氧化钠浸泡3.5-5小时，成为活化海面体；

8.将活化海面体用清水冲洗至pH值为7.5左右，凉干。

传统的生物载体主要依靠吸附作用固定化微生物，成活后的微生物在水、气的剪切作用下，会随污水的流动而流失。而本发明在合成过程中经过改性后，载体表面带有一定的阳离子活性基团及羟基等亲水性基团，与污水中带有负电荷的微生物产生了键、价结合的固定化技术，结合牢固，成活后的微生物不容易在水、气的剪切作用下流失。

这种合成后的海绵体开孔率在96％以上，开孔采用的是大孔与微孔相结合的方式，孔径在2-5mm，大孔用于气、液、固三相的充分接触混合，微孔为海绵体内的微环境。由于本发明的载体具有的这种特殊结构，使介质在载体外层逐渐向载体内部渗透的过程中，逐渐形成外层好氧层，内层缺氧/厌氧层，使得好氧的亚硝化菌和兼性反硝化菌共存于同一个生物载体上。这种海绵体用于污水处理是一种性能优良的集短程硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体(称为ZM悬浮型短程生物脱氮载体)。载体中大孔与微孔相结合，大孔保持良好的气、液、固的接触条件，微孔用于固定化微生物，微孔中带有亲水性活性基团，可与微生物形成化学键价结合的固定化形式。本发明为异养菌、自养菌和反硝化细菌分别占据不同生态位、形成合理的微环境体系提供了有效的载体。

具体实施方式

实施例1，一种集短程硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体，是高分子聚合物材料制成的网孔状海绵体，原料组份的重量配比为：

异氰酸酯TDI              45％

聚醚多元醇PPG            48％

聚丙烯酸钠               3.5％

水                       3％

甘油                   0.5％

制造方法是：

1)将异氰酸酯和聚醚多元醇充分混合搅拌制成预聚体；

2)在预聚体中加入聚丙烯酸钠、水、甘油，搅拌下混合发泡，成为具有空间网状结构的海绵体；

3)将具有空间网状结构的海绵体固化后再加热熟化成为孔径大小不同的海绵体；

4)将海绵体机械切割成用户所需尺寸的立方体；

5)将立方体经过质量百分比浓度为2.5-3.5％的盐酸浸泡3.5-5小时，成为断链海面体；

6)将断链海面体用清水冲洗至pH值为7.0左右，成为极性海面体；

7)将极性海面体经质量百分比浓度为2.5-3.5％的氢氧化钠浸泡3.5-5小时，成为活化海面体；

8)将活化海面体用清水冲洗至pH值为7.5左右，凉干。

实施例2，参考实施例1，悬浮型生物载体的原料组份的重量配比为：

异氰酸酯MDI          45.3％

聚醚多元醇PTMEG      50.5％

聚丙烯酸钠           1.5％

水                   2.5％

甘油                 0.2％

制造方法同实施例1。

实施例3，参考实施例1，悬浮型生物载体的原料组份的重量配比为：

异氰酸酯TDI          50％

聚醚多元醇POP        43％

聚丙烯酸钠           2.7％

水                   3.5％

甘油                 0.8％

制造方法同实施例1。

实施例4，参考实施例1，悬浮型生物载体的原料组份的重量配比为：

异氰酸酯MDI          53.5％

聚醚多元醇PPG        42％

聚丙烯酸钠            2％

水                    2％

甘油                  0.5％

制造方法同实施例1。

上述实施例制得的载体，其表面所生长的生物量可高达30g/L，年损失率在8％以下，比表面积达到25m²/g以上，氨氮容积负荷高达0.85kgNH₃-N/m³载体·d。

Claims (2)

1.一种集短程硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体，是高分子聚合物材料制成的网孔状海绵体，其特征在于原料组份的重量配比为：

异氰酸酯TDI或MDI             45-53.5％

聚醚多元醇PPG或POP或PTMEG    42-50.5％

聚丙烯酸钠                   1.5-3.5％

水                           2.5-3.5％

甘油                         0.2-0.8％。

2.根据权利要求1所述的一种集短程硝化、反硝化于一体的悬浮型生物载体，其特征在于制造方法由下列步骤完成：

1)按权利要求1所述的重量配比将异氰酸酯和聚醚多元醇充分混合搅拌制成预聚体；

2)在预聚体中加入聚丙烯酸钠、水、甘油，搅拌下混合发泡，成为具有空间网状结构的海绵体；

3)将具有空间网状结构的海绵体固化后再加热熟化成为孔径大小不同的海绵体；

4)将海绵体机械切割成用户所需尺寸的立方体；

5)将立方体经过质量百分比浓度为2.5-3.5％的盐酸浸泡3.5-5小时，成为断链海面体；

6)将断链海面体用清水冲洗至pH值为7.0左右，成为极性海面体；

7)将极性海面体经质量百分比浓度为2.5-3.5％的氢氧化钠浸泡3.5-5小时，成为活化海面体；

8)将活化海面体用清水冲洗至pH值为7.5左右，凉干。