CN102249408A - 一种淀粉和聚乳酸共混物及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于环境保护技术领域的一种淀粉和聚乳酸共混物及其制备方法与应用。该共混物是将淀粉、聚乳酸、水和硅烷偶联剂搅拌均匀后，在双螺杆挤出机中于150～175℃挤出造粒。该淀粉和聚乳酸共混物在作为水处理中反硝化微生物碳源的同时也充当了生物膜载体，避免了使用液体碳源的常规反硝化工艺中碳源投加量不易调控的弊端，且对进水DO和pH具有较强的适应性。

Description

一种淀粉和聚乳酸共混物及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种淀粉和聚乳酸共混物及其制备方法与应用。
背景技术
我国长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河等七大水系的主要污染指标包括氨氮，而全国重点湖泊的主要污染指标中也有总氮。在地下水中，硝酸盐作为比较靠前的主要污染指标在全国各地区的地下水中的含量均比较突出，而且连年都是含量普遍升高的污染指标。而地表水或地下水中的有机污染较低不能满足生物反硝化脱氮对碳源的需求，为此就必须添加额外的碳源。常规生物反硝化工艺一般是添加甲醇和乙醇等液体碳源，但是由于碳氮比难以控制，存在投加过量的危险。而使用水不溶性固态可生物降解聚合物作为反硝化菌脱氮的碳源和生物膜的载体则可有效的避免这个问题。
当前已报道的用于固相反硝化的固体碳源主要为富含纤维素的物质、细菌及人工合成的聚合物。这些碳源都有一定的缺陷，如反硝化速率较低，运行初期出水中的DOC、色度、细菌总数等普遍偏高或成本较高等。为此，开发出具备技术及经济可行性的固体碳源已成为限制该技术推广应用的关键。
淀粉是一种可再生、廉价、来源广泛、易生物降解的天然高分子原料，在其它生物可降解聚合物中加入淀粉，既降低了成本，又符合环保的需求。因此，淀粉基生物降解材料成为了研究的热点。在生产全降解塑料中，可与淀粉共混的可降解合成材料主要为聚乙烯醇(PVA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)、PHB-PHV共聚物、聚己内酯(PCL)和聚乳酸(PLA)等。当然，制备作为反硝化固体碳源的水不溶性固态可生物降解聚合物与可降解塑料在侧重点上有明显的差异。
发明内容
本发明的目的在于提供一种淀粉和聚乳酸共混物。
本发明的目的还在于提供一种淀粉和聚乳酸共混物的制备方法。
本发明的目的还在于提供淀粉和聚乳酸共混物在去除水中硝酸盐方面的应用。
一种淀粉和聚乳酸共混物，所述共混物的原料为淀粉、聚乳酸、水和硅烷偶联剂。
所用淀粉、聚乳酸、水和硅烷偶联剂的质量比为：(20-50)∶(28-75)∶(5-20)∶(0-2)。
所述淀粉为玉米淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉中的一种或几种的混合。
所述聚乳酸的分子量为40000～80000。
所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-560和KH-570中的一种或几种的混合。
淀粉和聚乳酸共混物在去除低C/N水中硝酸盐方面的应用。
淀粉和聚乳酸共混物的制备方法，是将淀粉、聚乳酸、水和硅烷偶联剂搅拌均匀后，在双螺杆挤出机中于150～175℃挤出造粒。
本发明的有益效果：本发明在聚乳酸中加入了廉价的可再生的淀粉，使得用该共混物的脱氮成本大大降低，淀粉的生物降解性能要优于聚乳酸，使得反应器的启动时间缩短，反硝化速率加快。本发明提供的共混物在作为反硝化固体碳源时可用于低C/N地表水、地下水和城市污水处理厂出水的脱氮处理。本发明提供的水不溶性共混物既充当反硝化所需的碳源又作为生物膜的载体，克服使用传统液体碳源生物脱氮工艺中碳源投加量不易控制的缺点，同时对DO和pH的变化具有很强的适应能力，这是对传统工艺的进一步提高与创新。
附图说明
图1为本发明制备的共混物应用于废水脱氮的工艺流程示意图；
图中，1-进水槽、2-蠕动泵、3-恒温水箱、4-反应器、5-出水槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例以对本发明做进一步描述，需指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员根据本发明的上述内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
实施例1
将44g玉米淀粉、45g聚乳酸(分子量40000)、10g水和1g KH-550硅烷偶联剂搅拌均匀后，在双螺杆挤出机中于150℃挤出造粒。
实施例2
将50g木薯淀粉、33g聚乳酸(分子量80000)、15g水和2g KH-560硅烷偶联剂搅拌均匀后，在双螺杆挤出机中于165℃挤出造粒。
实施例3
将30g玉米淀粉、55g聚乳酸(分子量40000)和15g水搅拌均匀后，在双螺杆挤出机中于175℃挤出造粒。
实施例4
将20g土豆淀粉、70g聚乳酸(分子量40000)和20g水搅拌均匀后，在双螺杆挤出机中于165℃挤出造粒。
实施例5
将20g土豆淀粉、30g聚乳酸(分子量80000)和5g水搅拌均匀后，在双螺杆挤出机中于175℃挤出造粒。
实施例6淀粉和聚乳酸共混物的反硝化应用
1、反硝化微生物的挂膜。反应器为填充床模式(图1)，将制备的共混物颗粒(粒径0.3cm)填充于反应器4中，填充高度为反应器4的三分之二，上流式进水。以污水处理厂曝气池的活性污泥，对反硝化微生物进行驯化，以恒温水箱3控制驯化温度为28℃。每天检测出水中的NO3-N和NO2-N浓度，待反硝化效果稳定后，驯化结束。
2、反硝化脱氮。驯化结束后，开始反应器4的正常运行，运行时恒温水箱3的温度为25～30℃。首先将含硝酸盐原水(盛放在进水槽1)通过蠕动泵2泵入反应器4，以蠕动泵2控制含硝酸盐原水从水箱进入填充床的流速，保证一定的停留时间使反硝化反应有效的进行。原水中的硝酸盐氮在填充床中反硝化微生物的作用下，被逐步还原为氮气，通过排气口排出，处理后的水排入出水槽5。
应用例1
反应器规格为：10cm×50cm(直径×高)。在填充床反应器内加入实施例1的淀粉和聚乳酸共混物作为碳源和生物膜载体。被处理原水为昆明市的自来水，加入NaNO3调节NO3-N浓度为50mg/L，在下述条件下进行脱氮处理：
水力停留时间：2小时
温度：30℃
pH：7.8
原水DO：4.6mg/L
处理后水质如表1所示。
表1水质变化情况
Figure BDA0000067054220000051
应用例2
反应器规格为：10cm×50cm(直径×高)。在填充床反应器内加入实施例2的淀粉和聚乳酸共混物作为碳源和生物膜载体。被处理原水为昆明市的自来水，加入NaNO3调节NO3-N浓度为15mg/L，在下述条件下进行脱氮处理：
水力停留时间：0.5小时
温度：25℃
pH：7.8
原水DO：5.0mg/L
处理后水质如表2所示。
表2水质变化情况
Figure BDA0000067054220000052

Claims (7)

1.一种淀粉和聚乳酸共混物，其特征在于，所述共混物的原料为淀粉、聚乳酸、水和硅烷偶联剂。
2.根据权利要求1所述一种淀粉和聚乳酸共混物，其特征在于，所用淀粉、聚乳酸、水与硅烷偶联剂的质量比为：(20-50)∶(28-75)∶(5-20)∶(0-2)。
3.根据权利要求1所述一种淀粉和聚乳酸共混物，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求1所述一种淀粉和聚乳酸共混物，其特征在于，所述聚乳酸的分子量为40000～80000。
5.根据权利要求1所述一种淀粉和聚乳酸共混物，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-560和KH-570中的一种或几种的混合。
6.权利要求1-5所述任一淀粉和聚乳酸共混物在去除低C/N水中硝酸盐方面的应用。
7.一种如权利要求1所述淀粉和聚乳酸共混物的制备方法，其特征在于，将淀粉、聚乳酸、水和硅烷偶联剂搅拌均匀后，在双螺杆挤出机中于150～175℃挤出造粒。
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