CN101898826A - 凹土基支架-复合凹土/聚氨酯网状海绵组合生物滤料 - Google Patents

凹土基支架-复合凹土/聚氨酯网状海绵组合生物滤料 Download PDF

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马喜君
陈静
金叶玲
吴剑
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Abstract

本发明公开了一种凹土基支架-复合凹土/聚氨酯网状海绵组合生物滤料，以贯穿的凹土空心环柱体为固载支架，添加有机改性凹土的聚氨酯网状海绵发泡料原位发泡形成组合生物滤料；本发明通过该制备方法得到的网状海绵组合生物滤料能有效改善聚氨酯海绵对微生物的亲和性和负载量，具有良好的吸附性能和微生物固载能力，最大限度发挥复合海绵的生物载体功能，协同增效作用显著。

Description

凹土基支架-复合凹土/聚氨酯网状海绵组合生物滤料
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及滤料及制备方法，具体涉及一种用于废水处理的凹土基支架-复合凹土/聚氨酯网状海绵组合生物滤料。
背景技术
近年来，固定化微生物技术在高难废水处理领域得到了广泛的应用，该技术发展的关键是固定化微生物载体的研发。
聚氨酯网状海绵是目前国内外废水处理常用的固定化微生物载体材料。聚氨酯载体在应用过程中存在生物相容性差、吸附能力不高、化学及生物稳定性欠佳和成本高等缺点，限制了聚氨酯载体在废水处理领域的更广泛应用。在聚氨酯载体制备过程中加入无机物有利于解决聚氨酯载体存在的上述问题。如中国专利CN1837361A在聚氨酯发泡过程中添加改性活性炭纤维(添加量为3％-5％)制备活性炭纤维复合聚氨酯海绵；中国专利CN1631976A在聚氨醋发泡过程中添加改性纳米SiOx(添加量1％-8％)制备改性纳米SiOx复合聚氨酯海绵，改性纳米SiOx的加入改善了复合载体的理化性能，提高了复合载体固定微生物的能力；中国专利CN101619310A在聚氨酯发泡过程中添加纳米凹土(添加量0.5％-5％)制备复合载体，也取得了较好的复配效果。但是，无机物填充量大于5％的复合聚氨酯海绵普遍存在发泡不均匀和成品脆性大容易破碎等缺点，限制其优越性能的发挥。
凹土滤料近年来发展较快，中国专利ZL200710133724.3提供了一种可悬浮复合黏土滤料的制备方法。中国专利CN101759281A提供一种曝气生物滤池用双层复合生物滤料及其制备方法。上述专利所制备的复合滤料均具有良好的生物亲和性，且耐磨性好，实用性较强。但该类滤料与聚氨酯网状海绵相比，比表面积要小得多，因单位体积微生物负载量相对较低而影响水处理效果。
以凹土滤料与复合凹土/聚氨酯网状海绵组合生物滤料目前还未见报道。二者的协同效应对形成的新型组合滤料的水处理能效的发挥将有显著的促进作用。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种凹土基支架-复合凹土/聚氨酯网状海绵组合生物滤料，该网状海绵组合生物滤料有效改善聚氨酯海绵对微生物的亲和性和负载量，具有良好的吸附性能和微生物固载能力，最大限度发挥复合海绵的生物载体功能。
本发明的技术解决方案是：以贯穿的凹土空心环柱体为固载支架，添加有机改性凹土的聚氨酯网状海绵发泡料原位发泡形成组合生物滤料；具体步骤如下：
步骤1：将原凹土依重量比1∶4置入浓度为1mol/l盐酸溶液中酸化处理1h，水洗至中性；酸化凹土依重量比1∶10加入浓度为35mmol/l的十八烷基三甲基氯化铵水溶液，以超声+搅拌的方式进行有机改性处理1h；处理后凹土经离心、洗涤、烘干、粉碎、过200目筛，得到有机改性凹土；
步骤2：原凹土和水依重量比3∶1混合，利用模具制成空心环柱体，空心环柱体在450℃的马弗炉内灼烧1h，制得空心环柱体的凹土基支架；
步骤3：依重量比秤取70份的聚醚330，与步骤1的1.5-4.5份有机改性凹土混合，机械搅拌1h，搅拌速度控制在2000-3000r/min，得到聚醚330与有机改性凹土的预混液；然后依重量比将硅油0.5-1份、水1.2-2.3份、二氯甲烷0.2-0.4份、液体石蜡2份、辛酸亚锡1份、三乙烯二胺1份依次加入预混液中，机械搅拌10min，搅拌速度控制在2000-3000r/min，使各组分混合均匀；最后依重量比取甲苯二异氰酸酯26.4-31份加入前述的混合液中继续机械搅拌30S停止，得网状海绵发泡料；
步骤4：以步骤2制得的空心环柱体的凹土基支架作为固载支架，将步骤3所得网状海绵发泡料快速导入凹土基支架内，并注满支架空腔，20℃原位发泡20min，再50-60℃固化1.5h，得组合生物滤料。
其中，空心环柱体的直径20mm、高度20mm、壁厚1mm。
本发明具有以下优点：1、以贯穿的空心环柱体的凹土基支架作为复合凹土/聚氨酯网状海绵的固载支架，原位发泡形成组合生物滤料，具有良好的吸附性能和微生物固载能力；2、与中国专利CN101619310A中添加纳米凹土不同，本申请专利采用季铵盐对凹土实施有机改性，通过改善凹土与聚氨酯的相容性来提高凹土填充量，显著提升复合聚氨酯海绵的载体性能，改善载体对微生物的亲和性和负载量，强化载体对微生物的固载效率和为固载微生物的功能高效发挥提供良好的微环境；3、针对高凹土含量(＞5％)的复合聚氨酯海绵在使用中易碎的缺点，本申请专利在凹土基支架中原位发泡形成聚氨酯网状海绵，对内腔中的海绵有极佳的保护作用，而且兼具凹土的吸附优势和凹土/聚氨酯网状海绵的载体功能，在二者的协同效应基础上形成的组合生物滤料在废水处理中优势明显；4、根据废水处理的实际需要，凹土基支架的直径、高度和壁厚可调，通过对凹土基支架空腔和聚氨酯网状海绵二者比例的调控，实现对组合生物滤料整体密度的调控，组合滤料既可以作为悬浮滤料，也可以作为固定床滤料，在实际应用中更具灵活性。
附图说明
图1为空心环柱体的凹土基支架结构示意图之一
图2为空心环柱体的凹土基支架结构示意图之二
图3为空心环柱体的凹土基支架结构示意图之三
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术解决方案做进一步的描述，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。
实施例1：依以下步骤制备组合生物滤料
步骤1：将原凹土依重量比1∶4置入浓度为1mol/l盐酸溶液中酸化处理1h，水洗至中性；酸化凹土依重量比1∶10加入浓度为35mmol/l的十八烷基三甲基氯化铵水溶液，以超声+搅拌的方式进行有机改性处理1h；处理后凹土经离心、洗涤、烘干、粉碎、过200目筛，得到有机改性凹土；
步骤2：原凹土和水依重量比3∶1混合，利用模具制成直径20mm、高度20mm、壁厚1mm的空心环柱体，在450℃的马弗炉内灼烧1h，制得空心环柱体的凹土基支架；
步骤3：依重量比秤取70份的聚醚330，与步骤1的1.5份有机改性凹土混合，机械搅拌1h，搅拌速度控制在2000r/min，得到聚醚330与有机改性凹土的预混液；然后依重量比将硅油0.5份、水1.2份、二氯甲烷0.2份、液体石蜡2份、辛酸亚锡1份、三乙烯二胺1份依次加入预混液中，机械搅拌10min，搅拌速度控制在2000r/min，使各组分混合均匀；最后依重量比取甲苯二异氰酸酯26.4份加入前述的混合液中继续机械搅拌30S停止，得网状海绵发泡料；
步骤4：以步骤2的空心环柱体的凹土基支架作为固载支架，将步骤3所得网状海绵发泡料快速导入凹土基支架内，并注满支架空腔，20℃原位发泡20min，再50℃固化1.5h，得组合生物滤料。
应用实施例1制得的组合生物滤料，利用城市生活污水处理厂的活性污泥固定微生物，固定的微生物量可达62g/l。
实施例2：依以下步骤制备组合生物滤料
步骤1：将原凹土依重量比1∶4置入浓度为1mol/l盐酸溶液中酸化处理1h，水洗至中性；酸化凹土依重量比1∶10加入浓度为35mmol/l的十八烷基三甲基氯化铵水溶液，以超声+搅拌的方式进行有机改性处理1h；处理后凹土经离心、洗涤、烘干、粉碎、过200目筛，得到有机改性凹土；
步骤2：原凹土和水依重量比3∶1混合，利用模具制成直径20mm、高度20mm、壁厚1mm的空心环柱体，在450℃的马弗炉内灼烧1h，制得空心环柱体的凹土基支架；
步骤3：依重量比秤取70份的聚醚330，与步骤1的3.0份有机改性凹土混合，机械搅拌1h，搅拌速度控制在2500r/min，得到聚醚330与有机改性凹土的预混液；然后依重量比将硅油0.75份、水1.75份、二氯甲烷0.3份、液体石蜡2份、辛酸亚锡1份、三乙烯二胺1份依次加入预混液中，机械搅拌10min，搅拌速度控制在2500r/min，使各组分混合均匀；最后依重量比取甲苯二异氰酸酯28.7份加入前述的混合液中继续机械搅拌30S停止，得网状海绵发泡料；
步骤4：以步骤2的空心环柱体的凹土基支架作为固载支架，将步骤3所得网状海绵发泡料快速导入凹土基支架内，并注满支架空腔，20℃原位发泡20min，再55℃固化1.5h，得组合生物滤料。
应用实施例2制得的组合生物滤料处理城市生活污水，污染物去除负荷高，COD负荷可达30kg/m3.d，氨氮负荷可达4.2kg/m3.d。
实施例3：依以下步骤制备组合生物滤料
步骤1：将原凹土依重量比1∶4置入浓度为1mol/l盐酸溶液中酸化处理1h，水洗至中性；酸化凹土依重量比1∶10加入浓度为35mmol/l的十八烷基三甲基氯化铵水溶液，以超声+搅拌的方式进行有机改性处理1h；处理后凹土经离心、洗涤、烘干、粉碎、过200目筛，得到有机改性凹土；
步骤2：原凹土和水依重量比3∶1混合，利用模具制成直径20mm、高度20mm、壁厚1mm的空心环柱体，在450℃的马弗炉内灼烧1h，制得空心环柱体的凹土基支架；
步骤3：依重量比秤取70份的聚醚330，与步骤1的4.5份有机改性凹土混合，机械搅拌1h，搅拌速度控制在3000r/min，得到聚醚330与有机改性凹土的预混液；然后依重量比将硅油1份、水2.3份、二氯甲烷0.4份、液体石蜡2份、辛酸亚锡1份、三乙烯二胺1份依次加入预混液中，机械搅拌10min，搅拌速度控制在3000r/min，使各组分混合均匀；最后依重量比取甲苯二异氰酸酯31份加入前述的混合液中继续机械搅拌30S停止，得网状海绵发泡料；
步骤4：以步骤2的空心环柱体的凹土基支架作为固载支架，将步骤3所得网状海绵发泡料快速导入凹土基支架内，并注满支架空腔，20℃原位发泡20min，再60℃固化1.5h，得组合生物滤料。
利用实施实例3制得的组合生物滤料处理高氨氮废水，组合生物滤料可直接处理2500mg/L的氨氮，在好氧条件下，氨氮的硝化率可达99％以上、反硝化率可达88％以上。

Claims (2)

1.一种凹土基支架-复合凹土/聚氨酯网状海绵组合生物滤料，其特征在于：以贯穿的凹土空心环柱体为固载支架，添加有机改性凹土的聚氨酯网状海绵发泡料原位发泡形成组合生物滤料；具体步骤如下：
步骤1：将原凹土依重量比1∶4置入浓度为1mol/l盐酸溶液中酸化处理1h，水洗至中性；酸化凹土依重量比1∶10加入浓度为35mmol/l的十八烷基三甲基氯化铵水溶液，以超声+搅拌的方式进行有机改性处理1h；处理后凹土经离心、洗涤、烘干、粉碎、过200目筛，得到有机改性凹土；
步骤2：原凹土和水依重量比3∶1混合，利用模具制成空心环柱体，空心环柱体在450℃的马弗炉内灼烧1h，制得空心环柱体的凹土基支架；
步骤3：依重量比秤取70份的聚醚330，与步骤1的1.5-4.5份有机改性凹土混合，机械搅拌1h，搅拌速度控制在2000-3000r/min，得到聚醚330与有机改性凹土的预混液；然后依重量比将硅油0.5-1份、水1.2-2.3份、二氯甲烷0.2-0.4份、液体石蜡2份、辛酸亚锡1份、三乙烯二胺1份依次加入预混液中，机械搅拌10min，搅拌速度控制在2000-3000r/min，使各组分混合均匀；最后依重量比取甲苯二异氰酸酯26.4-31份加入前述的混合液中继续机械搅拌30S停止，得网状海绵发泡料；
步骤4：以步骤2制得的空心环柱体的凹土基支架作为固载支架，将步骤3所得网状海绵发泡料快速导入凹土基支架内，并注满支架空腔，20℃原位发泡20min，再50-60℃固化1.5h，得组合生物滤料。
2.根据权利要求1所述的一种凹土基支架-复合凹土/聚氨酯网状海绵组合生物滤料，其特征在于：空心环柱体的直径20mm、高度20mm、壁厚1mm。
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