CN102070247B - 一种混凝土改进的塑料填料及其制备方法 - Google Patents

一种混凝土改进的塑料填料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混凝土改进的塑料填料及其制备方法，在塑料弹性填料表面均匀设有多个直径为2-4mm的通孔，塑料弹性填料表面附着混凝土材料，混凝土填满该塑料弹性填料表面的通孔，使塑料弹性填料两边表面混凝土与塑料弹性填料连接在一起。制备时，在塑料弹性填料表面上均匀加工出直径为2-4mm的多个通孔；将325-600标号的水泥与水按1∶1-1∶2重量比配成混凝土浆料；至少将所得的塑料弹性填料浸入的混凝土浆料中一次，时间为1-10分钟，取出塑料弹性填料，凉干固化，制得混凝土改进的塑料填料。本发明采用在塑料表面附着一层混凝土，提高塑料表面的亲水性，极大地提高废水处理系统中微生物的挂膜速度和挂膜强度。

Description

一种混凝土改进的塑料填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物膜水处理系统中的填料，特别是涉及一种混凝土改进的塑料填料及其制备方法，采用混凝土附着在塑料填料表面以改善其表面的亲水性，该塑料填料可广泛应用于水和废水的生化处理工艺过程。
背景技术
在废水的生化处理工艺中，特别是水质波动较大的工业废水处理，为使废水处理的效果稳定，提高生化处理系统的抗冲击能力，在生化处理工艺中使用水处理填料得到越来越广泛的应用。填料是生物膜水处理系统重要的材料之一。易于生物挂膜，特别是弹性厌氧生物挂膜的填料和耐曝气冲击的好氧生物挂膜填料。但是，目前国内生产的塑料弹性填料都存在着表面亲水性差的缺点；由于填料表面的疏水性，使微生物难以在其表面附着，特别是厌氧微生物，因厌氧生化反应过程生物生成量低，且附着性差，难以在目前普通弹性填料上挂膜，从而使有弹性填料的厌氧生化反应器负荷难以提高；对于好氧生化反应，虽然生化反应生物生成量较高，好氧微生物的吸附能力也比厌氧微生物强，但因填料表面的疏水性，也大大降低了微生物在填料表面的吸附强度，有时在好氧曝气的强烈冲击下，吸附在填料表面的微生物很容易脱落下来，从而也降低了填料表面的生物吸附量。故克服塑料表面的疏水性，使其具有亲水的表面成为研制和生产优异填料的关键。
常用的塑料材料，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等因其高分子链上没有亲水基团，故它们的表面都是疏水的。用这些塑料材料制作的各种形状的弹性填料，因表面疏水而使其挂膜能力受到限制。
使用半软性组合填料，虽然填加的纤维部分大大增加了填料的表面积，部分纤维也比塑料亲水，故此填料的挂膜能力比一般的弹性填料强得多。但由于细小的纤维丝在水流的冲击下容易断裂，且微生物挂膜后易于将填料中的纤维丝结成一整块而降低其挂膜效果，故带有纤维丝的半软性组合填料有时有使用寿命短的缺限，在应用中有时使用2-3年就需要更换生化反应池内的填料，造成人力物力的浪费。
用陶瓷颗粒或火山岩颗粒作为生物填料而开发的曝气生物滤池，对水和废水处理具有较高的处理效率。主要原因就是这些颗粒具有巨大的表面积，且表面是亲水的。混凝土表面是亲水的，有时在一些生化反应池的混凝土池壁上，都能发现附着活性比较高的微生物，如一些废水处理的厌氧反应池，往往池壁部分产生较多的厌氧产物甲烷的气泡。
使填料的表面具有亲水性是生产优异水和废水处理填料的关键之一。使材料的表面涂一层亲水性材料，是提高材料表面亲水性的常用方法。提高材料表面的亲水性常用方法有：表面涂抹亲水涂料，表面接技带有亲水基团的高聚物单体，或常用塑料材料中混入水溶性亲水高分子材料，以及用亲水性的混凝土附着在填料的表面。表面涂抹亲水涂料因涂料易溶于水中而脱落，故难以进行实际应用；表面接技带有亲水基团的高聚物单体，可采用高能辐照的方法，在填料的表面产生活性自由基，自由基再与水溶性单体进行引发聚合，而使材料表面接枝上水溶性基团，但因为填料的形状一般比较复杂，往往要求具有较大的比表面，除填料的外表面，还有填料的内表面，而高能辐照难以均匀辐照填料的内外表面，故使填料的内外表面的亲水性产生差异，从而也影响其使用效果。在常用塑料中混入水溶性高分子材料，也可大大改善材料表面的亲水性能，发明人在专利号为ZL01129834.0的发明专利中提出一种水处理弹性亲水性塑料填料制备方法.，但该方法在实际应用过程中，存在以下几个问题：1、添加入塑料合金的水溶性材料价格比普通塑料高，使其生产成本大幅度提高；2、塑料填料中添加入塑料合金的水溶性材料，使塑料填料的强度降低了，特别是在废水处理过程中，由于微生物的侵蚀作用，使采用塑料合金亲水性表面改性后的填料在使用1-2年后，强度大幅下降，破损率提高，从而限制了塑料合金亲水性表面改性后的填料的实际大规模应用。
发明的内容
本发明首要的目的是针对现有存在的不足，提供一种混凝土改进的塑料填料及其制备方法。该混凝土改进的塑料表面亲水性好，混凝土与塑料结合力强。
填料材质表面的状况与其性能关系很大，本发明从填料材料的表面改性着手，以改善填料材料的表面亲水状况，从而提高填料的应用性能，特别是在普通的塑料弹性填料表面，通过附着一层亲水性的混凝土改性，提高填料表面的亲水性能，并本发明通过在塑料表面加工一定数量的通孔，大幅提高混凝土在塑料填料表面的粘接强度；同时由于塑料比重小于水，而水泥的比重大于水，在塑料的表面附着一层混凝土在改善塑料表面的亲水性能的同时可调节塑料填料的比重，从而生产出更合符要求的悬浮填料。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种混凝土改进的塑料填料，在塑料弹性填料表面均匀设有多个直径为2-4MM的通孔，塑料弹性填料表面附着混凝土材料，混凝土填满该塑料弹性填料表面的通孔，使塑料弹性填料两边表面混凝土与塑料弹性填料连接在一起。
为进一步实现本发明目的，混凝土表面改性塑料弹性填料比重为0.95-1.1吨/m3。
所述直径为2-4mm的通孔在塑料弹性填料纵横向的中心间距优选为2-5mm。
所述的塑料弹性填料优选为PP填料、PE填料或PVC填料。
所述的混凝土优选为325-600标号的水泥配置的混凝土。
混凝土改进的塑料填料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在塑料弹性填料表面上均匀加工出直径为2-4mm的多个通孔；
(2)将325-600标号的水泥与水按1∶1-1∶2重量比配成混凝土浆料；
(3)至少将步骤(1)所得的塑料弹性填料浸入步骤(2)的混凝土浆料中一次，时间为1-10分钟，取出塑料弹性填料，凉干固化，制得混凝土改进的塑料填料。
所述的将步骤(1)所得的塑料弹性填料浸入步骤(2)的混凝土浆料中为2-5次，第一次将步骤(1)所得的塑料弹性填料浸入步骤(2)的混凝土浆料中1-10分钟后，从浆料中取出塑料弹性填料，待其附着在塑料弹性填料表面的混凝土浆料凉干固化后；再将已附着一层混凝土塑料弹性填料浸入混凝土浆料中，再从浆料中取出，凉干固化，如此反复2-5次。
所述的凉干固化的过程中，在混凝土的表面喷水，以对混凝土起养护作用。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)从外观上看，用常用塑料(PP、PE或PVC)制做的弹性填料表面比较光滑，而用本发明的混凝土表面改性的填料表面相对比较粗糙，且表面亲水。在应用于水和废水处理过程中，表面的粗糙和亲水性将有利于微生物在填料表面的附着挂膜。而与常用的无机材料制做的填料，如陶粒，水山岩填料相比，它可做成不同设计的形状，有更大的空隙率，更好的防堵塞性能。
(2)本发明采用在塑料表面附着一层薄薄的混凝土，提高塑料表面的亲水性。将弹性填料放入水中并从水中取出进行观察，用常用塑料(PP、PE或PVC)制做的弹性填料，其表面的水很快形成水珠，从填料表面脱落；而用本发明的混凝土表面改性的填料，表现出非常好的亲水性。
(3)混凝土显微碱性，特别在厌氧处理过程中，它能提供一定的碱度，更利于厌氧的生化过程。
(4)使用本发明的混凝土材料表面改性制做的塑料填料，可极大地提高废水处理系统中微生物的挂膜速度和挂膜强度，便于使用填料的废水处理生化系统的调试，提高其运行处理的可靠性。
(5)塑料的比重一般小于1g/cm3，比水轻，而混凝土的比重则大于1g/cm3，在塑料表面，附着一层混凝土后，可提高整个塑料填料的比重，从而可以通过调整附着的混凝土的量，来调节混凝土表面改性的塑料填料的比重，来生产水处理要求比重与水几乎相同的悬浮性的填料。
(6)混凝土比塑料原料便宜得多，且不会降低塑料本身的强度。
具体的实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但是本发明的实施例并不限于此。
实施例1
1、塑料弹性填料材质为PP(PP填料，厚度0.6mm)上打满足够的直径为2mm的小孔，孔间距离为2MM，等间距分布。
2、用525号的水泥，按1∶1的比例，配成水泥浆，并搅拌均匀。
3、将布满小孔的塑料弹性填料，浸入混凝土浆料中2分钟，然后再从浆料中取出，待其附着在塑料弹性填料表面的混凝土浆料凉干，固结。
4、再将已附着一层混凝土填料架浸入混凝土浆料中1分钟，再从浆料中取出，将其凉干固化，如此反复三次，至混凝土复盖厚度达0.5mm。
5、在第三次从浆料中取出，凉干固化时，在混凝土的表面喷水，以对混凝土起养护作用，制成混凝土表面改性塑料弹性填料。
通过1M高处自由甩落试验检测制成的混凝土表面改性塑料弹性填料中水泥和塑料的结合强度：20次试验发现：本实施例制成的混凝土表面改性塑料弹性填料在1M高处自由甩落的重量损失率低于0.1％，制备出来的混凝土表面改性塑料弹性填料比重为0.95-1.1t/m3，相对于光滑疏水的塑料填料，新填料具有较强的亲水性。重量损失率的测量方法是：测试前的重量W1，1米高处自由甩落后的重量是W2，重量损失率为(W1-W2)/W1。
实施例2：
1、塑料弹性填料(PE填料，厚度0.8mm)上打满足够的直径为3mm的小孔，孔间距离为4mm，等间距分布。
2、用600标号的水泥，泥水比按1∶2的比例，配成水泥浆，并搅拌均匀。
3、将布满小孔的塑料弹性填料，浸入混凝土浆料中，浸泡10分钟，然后再从浆料中取出，待其附着在填料表面的混凝土浆料凉干，固结。
4、凉干固化时，在混凝土的表面喷水，以对混凝土起养护作用，制成混凝土表面改性塑料弹性填料。
通过1m高处自由甩落试验检测制成的混凝土表面改性塑料弹性填料中水泥和塑料的结合强度：本实施例制成的混凝土表面改性塑料弹性填料在1m高处自由甩落的损失率低于0.1％，制备出来的混凝土表面改性塑料弹性填料比重为0.95-1.1吨/m3，相对于光滑疏水的塑料填料，新填料具有较强的亲水性。
通过1m高处自由甩落试验检测制成的混凝土表面改性塑料弹性填料中水泥和塑料的结合强度：20次试验发现：本实施例制成的混凝土表面改性塑料弹性填料在1m高处自由甩落的损失率低于0.1％，制备出来的混凝土表面改性塑料弹性填料比重为0.95-1.1t/m3，相对于光滑疏水的塑料填料，新填料具有较强的亲水性。
实施例3：
1、塑料弹性填料(PVC填料，厚度0.6mm)上打满足够的直径为5mm的小孔，孔间距离为5mm，等间距分布。
2、用425标号的水泥，泥水比按1∶1的比例，配成水泥浆，并搅拌均匀。
3、将布满小孔的塑料弹性填料，浸入混凝土浆料中，浸泡5分钟，然后再从浆料中取出，待其附着在填料表面的混凝土浆料凉干，固结。
4、凉干固化时，在混凝土的表面喷一些水，以对混凝土起养护作用，制成混凝土表面改性塑料弹性填料。
通过1m高处自由甩落试验检测制成的混凝土表面改性塑料弹性填料中水泥和塑料的结合强度：本实施例制成的混凝土表面改性塑料弹性填料在1m高处自由甩落的损失率低于0.2％，制备出来的混凝土表面改性塑料弹性填料比重为0.95-1.1t/m3，相对于光滑疏水的塑料填料，新填料具有较强的亲水性。
实施例4：
1、塑料弹性填料(PP填料，厚度0.8mm)上打满足够的直径为3mm的小孔，孔间距离为3mm，等间距分布。
2、用525标号的水泥，泥水比按1.5∶1的比例，配成水泥浆，并搅拌均匀。
3、将布满小孔的塑料弹性填料，浸入混凝土浆料中，浸泡10分钟，然后再从浆料中取出，待其附着在填料表面的混凝土浆料凉干，固结。
4、凉干固化时，在混凝土的表面喷水，以对混凝土起养护作用，制成混凝土表面改性塑料弹性填料。
通过1m高处自由甩落试验检测制成的混凝土表面改性塑料弹性填料中水泥和塑料的结合强度：20次试验发现：本实施例制成的混凝土表面改性塑料弹性填料在1m高处自由甩落的损失率低于0.1％，制备出来的混凝土表面改性塑料弹性填料比重为0.95-1.1t/m3，相对于光滑疏水的塑料填料，新填料具有较强的亲水性。

Claims (8)

1.一种混凝土改进的塑料填料，其特征在于，在塑料弹性填料表面均匀设有多个直径为2-4mm的通孔，塑料弹性填料表面附着混凝土材料，混凝土填满该塑料弹性填料表面的通孔，使塑料弹性填料两边表面混凝土与塑料弹性填料连接在一起。
2.根据权利要求1所述的混凝土改进的塑料填料，其特征在于，混凝土表面改性塑料弹性填料比重为0.95-1.1吨/m3。
3.根据权利要求1所述的混凝土改进的塑料填料，其特征在于，所述直径为2-4mm的通孔在塑料弹性填料纵横向的中心间距为2-5mm。
4.根据权利要求1所述的混凝土改进的塑料填料，其特征在于，所述的塑料弹性填料为PP填料、PE填料或PVC填料。
5.根据权利要求1所述的混凝土改进的塑料填料，其特征在于，所述的混凝土为325-600标号的水泥配置的混凝土。
6.权利要求1所述的混凝土改进的塑料填料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在塑料弹性填料表面上均匀加工出直径为2-4mm的多个通孔；
(2)将325-600标号的水泥与水按1∶1-1∶2重量比配成混凝土浆料；
(3)至少将步骤(1)所得的塑料弹性填料浸入步骤(2)的混凝土浆料中一次，时间为1-10分钟，取出塑料弹性填料，凉干固化，制得混凝土改进的塑料填料。
7.根据权利要求6所述的混凝土改进的塑料填料的制备方法，其特征在于：所述的将步骤(1)所得的塑料弹性填料浸入步骤(2)的混凝土浆料中为2-5次，第一次将步骤(1)所得的塑料弹性填料浸入步骤(2)的混凝土浆料中1-10分钟后，从浆料中取出塑料弹性填料，待其附着在塑料弹性填料表面的混凝土浆料凉干固化后；再将已附着一层混凝土塑料弹性填料浸入混凝土浆料中，再从浆料中取出，凉干固化，如此反复2-5次。
8.根据权利要求6或7所述的混凝土改进的塑料填料的制备方法，其特征在于：所述的凉干固化的过程中，在混凝土的表面喷水，以对混凝土起养护作用。
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