CN103936170A - 一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体、制备方法及应用,属于水处理微生物载体技术领域。活性炭通过粘结剂均匀地粘结在毡状尼龙材料的表面,或/和镶嵌粘结在毡状尼龙材料的孔结构中,毡状尼龙材料具有平面表面,为网状多孔结构。将毡状尼龙材料进行预处理;将预处理后的毡状尼龙材料浸渍粘结剂;将活性碳均匀地负载在浸渍有粘结剂的毡状尼龙材料上,从而形成负载活性碳的毡状尼龙生物载体。负载活性碳的毡状尼龙生物载体作为污水处理用的微生物载体。
Description
技术领域
本发明属于水处理微生物载体技术领域,特别是涉及一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体、制备方法及应用。
技术背景
水污染日趋严峻,污染程度加深,污染物成份复杂、差异大、种类多、浓度高等问题;而且污染范围变大,各种水体都受到不同程度的污染。为了保障可持续性发展,保障对工作和生活质量要求的不断提高,污水处理的要求也越来越严格,标准越来越高。
生物法是污水处理最有效方法之一,已被广泛的采用,而载体则是生物法的核心。载体性能的好坏直接关系到生物法的污水处理效果。载体放置于污水中,吸附微生物,而微生物又在载体上逐渐生长而形成生物膜;污染物在微生物新陈代谢功能的作用下得以去除,使污水得到净化。载体的种类和形式繁多,多孔载体由于具有较大的比表面积和水利通道,因此被广泛地采用。目前,多数多孔载体通常存在亲水性和生物相容性较差等不足,造成载体存在挂膜速度慢、微生物量少等问题,因此启动时间长,污水处理能力有限。活性碳材料已在污水处理中广泛应用,通常是利用活性碳的超强吸附能力。如何将具有良好生物相容性的活性碳与生物法的多孔载体相结合,解决目前普通生物载体存在的一些不足,这将具有重要的意义。专利CN1105649A公开了一种多孔水处理材料,是在制备多孔泡沫塑料或者海绵是引入粉状活性碳、硅藻土或高岭土作为添加剂。专利CN102874922A公开了一种悬浮型生物活性碳颗粒载体及其制备方法,是将微生物浓缩液和竹制粉末活性碳混合均匀,然后加入到水性聚氨酯凝胶体原料预聚体中混合均匀,然后引发聚合而得到水溶胶固体坯,最后进行切割而成为悬浮型载体。专利CN1478891A也公开了一种活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体,首先将活性碳和聚合原料预先混合,然后再进行聚合而得到活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体。这些制备多孔生物载体的方法中,都采用了活性碳预混在聚合物原料中,这就造成形成聚合物泡沫后,活性碳完全被聚合物所包裹,并且空隙结构被填充,这样就不利于活性碳的生物相容性优异、亲水性好、比表面积大和空隙结构丰富等优点得到充分发挥。
鉴于生物载体对生物法水处理的重要性,非常需要开发一种可行而有效地制备具有比表面积高、生物相容性好、亲水性好、生物负载量大等优点的生物载体的方法。
本发明的发明人已出人意料地发现,通过高分子粘合剂将活性碳粘接在毡状生物载体上而简单有效地制备出高度亲水性和生物相容性的毡状生物载体。
因此,本发明的目的是提供一种用于生物法水处理的负载活性碳的毡状生物载体、制备方法及应用。
发明内容
为了克服通用多孔载体存在的亲水性和生物相容性较差等不足,本发明提供一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体、制备方法及应用。本发明是将具有良好生物相容性和亲水性的活性碳通过聚合物粘结剂粘接于毡状尼龙材料表面,有效地结合了毡状尼龙的多孔特性和活性碳的优异性能。
一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体,其特征在于,活性炭通过粘结剂均匀地粘结在毡状尼龙材料的表面,或/和镶嵌粘结在毡状尼龙材料的孔结构中,所述的毡状尼龙材料具有平面表面,为网状多孔结构,孔隙结构发达能透水。活性炭负载毡状尼龙材料的两表面,优选毡状尼龙材料厚度为0.1~10毫米,优选0.5~5毫米。
为实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案制备负载活性碳的毡状尼龙生物载体的,包括以下步骤:
步骤(1)将毡状尼龙材料进行预处理;
步骤(2)将预处理后的毡状尼龙材料浸渍粘结剂;
步骤(3)将预处理后的活性碳均匀负载在浸渍有粘结剂的毡状尼龙材料上,从而形成负载活性碳的毡状尼龙生物载体。
其中,步骤(1)的毡状尼龙材料的预处理:将毡状尼龙材料用水冲洗以去除灰尘等污染物,干燥,然后,采用丙酮清洗进行脱脂处理。
步骤2)将预处理后的毡状尼龙材料浸渍粘结剂优选:将毡状尼龙材料浸渍在粘结剂溶液中,取出后通过双辊将多余的粘结剂挤压出去。
步骤3)负载活性碳的过程:然后将活性碳均匀地散布在毡状尼龙材料上,进一步采用双辊进行压制,在毡状尼龙材料的表面或/和表面的孔中粘结有活性炭,然后再进行固化反应从而将活性碳牢固地负载于毡状尼龙材料表面上,再根据要求裁成特定尺寸的负载活性碳的毡状尼龙生物载体。
进一步本发明还包括以下步骤:步骤4)所形成的负载活性碳的毡状尼龙生物载体可以进一步进行表面处理。上述方法制备的负载活性碳的毡状尼龙生物载体的进一步处理方法包括:质量浓度小于30%的双氧水溶液的处理、浓氨水的处理、质量浓度小于68%的硝酸溶液的处理以及这些方法的综合处理,浸泡过程进行适当的超声处理,以对活性碳进行活化处理。
进一步地,上述活性碳为粉末状、颗粒状或纤维状,优选比表面积为500~3000平方米/克。优选活性炭的负载量为0.001~10克/平方厘米,优选0.05~5克/平方厘米。
进一步地,上述浸渍粘结剂为高分子粘结剂,包括酚醛粘结剂、环氧粘结剂、聚氨酯粘结剂和尼龙溶液胶等。浸渍粘结剂时采用粘结剂溶液,粘结剂溶液的浓度优选其固含量为5%~80%,优选10%~50%。
本发明的负载活性碳的毡状尼龙生物载体作为污水处理用的微生物载体。
进一步地,上述方法制备的负载活性碳的聚氨酯多孔生物载体作为生活污水、景观污水、医院污水、石化工业污水、印染污水、水产养殖污水、禽畜养殖污水、污水处理厂出水、屠宰场污水、制药污水、食品加工厂污水的生物法水处理所采用的生物载体材料使用。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:该生物载体是将活性碳通过高分子粘结剂负载于毡状尼龙材料上而形成。该载体既具有毡状尼龙材料的质轻、水力学特性好的优点,又具有活性碳的亲水性好、生物相容性优异、比表面积大、空隙结构丰富和吸附能力强的优异特性,从而促进微生物在载体上的吸附与固定、生长与代谢,缩短挂膜启动时间,提高微生物的负载量,提高微生物的活性。该载体应用于生活污水、景观污水、医院污水、石化工业污水、印染污水、水产养殖污水、禽畜养殖污水、污水处理厂出水、屠宰场污水、制药污水、食品加工厂污水的生物法水处理,使其产生良好的社会效益、环境效益和经济效益。
本发明工艺简单,操作方便,是将活性碳通过粘结剂负载于毡状尼龙材料的表面,而不是被高分子材料所完全包裹,从而使活性碳的比表面积大、孔隙结构丰富、生物相容性好、化学稳定性高、使用寿命长和吸附能力超强等优异性能得到充分发挥,而且又保留了毡状尼龙材料具有质轻、水力学特性良好的水利通道的优势,从而成为性能优异的水处理用生物载体。
附图说明
图1为实施例2中的负载活性碳的毡状尼龙生物载体的照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明,单本发明并不限于以下是实施例。实施例1:
将毡状尼龙材料用水冲洗以去除灰尘等污染物,干燥;然后,采用丙酮清洗进行脱脂处理;接着,将毡状尼龙材料浸渍在水溶性酚醛树脂(固含量为25wt%)中,取出后通过双辊将多余的粘结剂挤压出去,然后将比表面积为1200平方米/克的粉状活性碳均匀地散布在毡状尼龙材料上,负载量为0.1克/平方厘米,进一步采用双辊进行压制,然后再进行固化反应从而将活性碳牢固地负载于毡状尼龙材料上,再根据要求裁成特定尺寸的负载活性碳的毡状尼龙生物载体。
将上述改性后的载体放入生物膜反应器中进行挂膜启动试验(反应器体积4升,曝气量40升/小时,1%浓度的菌液加入量10毫升/升),在室温条件下,只需要2~3天时间就完成挂膜,远小于未改性的载体(10天左右);负载活性碳的毡状尼龙生物载体的固定生物量较未负载的毡状尼龙材料的固定生物量可以提高100%以上;负载活性碳的毡状尼龙生物载体对COD的去除率较未负载碳的载体高40%以上。
实施例2
将毡状尼龙材料用水冲洗以去除灰尘等污染物,干燥;然后采用丙酮清洗进行脱脂处理;接着,将毡状尼龙材料浸渍在水溶性酚醛树脂(固含量为25wt%)中,取出后通过双辊将多余的粘结剂挤压出去,然后将比表面积为600平方米/克的粉末状活性碳均匀地散布在毡状尼龙材料上,进一步采用双辊进行压制,然后再进行固化反应从而将活性碳牢固地负载于毡状尼龙材料上,负载量为0.1克/平方厘米,再根据要求裁成特定尺寸的负载活性碳的毡状尼龙生物载体。
将上述改性后的载体放入生物膜反应器中进行挂膜启动试验(反应器体积4升,曝气量40升/小时,1%浓度的菌液加入量10毫升/升),在室温条件下,只需要4天时间就完成挂膜,远小于未改性的载体即没有负载活性炭的载体(10天左右);负载活性碳的毡状尼龙生物载体的固定生物量较未改性毡状尼龙载体可以提高50%以上;负载活性碳的毡状尼龙生物载体对COD的去除率较未负载碳的载体高20%以上。
实施例3
将毡状尼龙材料用水冲洗以去除灰尘等污染物,干燥;然后采用丙酮清洗进行脱脂处理;接着,将毡状尼龙材料浸渍在水溶性酚醛树脂(固含量为25wt%)中,取出后通过双辊将多余的粘结剂挤压出去,然后将比表面积为2000平方米/克的粉末状活性碳均匀地散布在毡状尼龙材料上,进一步采用双辊进行压制,然后再进行固化反应从而将活性碳牢固地负载于毡状尼龙材料上,负载量为0.1克/平方厘米,再根据要求裁成特定尺寸的负载活性碳的毡状尼龙生物载体。
将上述改性后的载体放入生物膜反应器中进行挂膜启动试验(反应器体积4升,曝气量40升/小时,1%浓度的菌液加入量10毫升/升),在室温条件下,只需要小于2天时间就完成挂膜时间,远小于未改性的载体(10天左右);负载活性碳的毡状尼龙生物载体的固定生物量较未改性毡状尼龙生物载体可以提高60%以上;负载活性碳的毡状尼龙生物载体对COD的去除率较未负载碳的载体高45%以上。
实施例4
将毡状尼龙材料用水冲洗以去除灰尘等污染物,干燥;然后,采用丙酮清洗进行脱脂处理;接着,将毡状尼龙材料浸渍在水溶性酚醛树脂(固含量为25wt%)中,取出后通过双辊将多余的粘结剂挤压出去,然后将比表面积为1200平方米/克的粉状活性碳均匀地散布在毡状尼龙材料上,负载量为0.1克/平方厘米,进一步采用双辊进行压制,再进行固化反应从而将活性碳牢固地负载于毡状尼龙材料上,接着采用浓氨水进行2分钟超声处理,再根据要求裁成特定尺寸的负载活性碳的毡状尼龙生物载体。
将上述改性后的载体放入生物膜反应器中进行挂膜启动试验(反应器体积4升,曝气量40升/小时,1%浓度的菌液加入量10毫升/升),经过浓氨水处理的负载活性碳的毡状尼龙生物载体的固定生物量较未经氨水处理的负载活性碳的毡状尼龙材料的固定生物量可以提高10%以上;经过浓氨水处理的负载活性碳的毡状尼龙生物载体对COD的去除率较负载了同样的碳但是未经氨水处理的载体高8%以上。
Claims (10)
1.一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体,其特征在于,活性炭通过粘结剂均匀地粘结在毡状尼龙材料的表面,或/和镶嵌粘结在毡状尼龙材料的孔结构中,所述的毡状尼龙材料具有平面表面,为网状多孔结构。
2.权利要求1的一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体,其特征在于,活性炭负载毡状尼龙材料的两表面。
3.权利要求1的一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体,其特征在于,活性碳为粉末状、颗粒状或纤维状。
4.权利要求1的一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体,其特征在于,毡状尼龙材料厚度为0.1~10毫米,活性碳比表面积为500~3000平方米/克,活性炭的负载量为0.001~10克/平方厘米。
5.权利要求4的一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体,其特征在于,毡状尼龙材料厚度优选0.5~5毫米。
6.权利要求4的一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体,其特征在于,活性炭的负载量优选0.05~5克/平方厘米。
7.制备权利要求1的一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤(1)将毡状尼龙材料进行预处理;
步骤(2)将预处理后的毡状尼龙材料浸渍粘结剂;
步骤(3)将预处理后的活性碳均匀负载在浸渍有粘结剂的毡状尼龙材料上,从而形成负载活性碳的毡状尼龙生物载体;
其中,步骤(1)的毡状尼龙材料的预处理:将毡状尼龙材料用水冲洗以去除灰尘等污染物,干燥,然后,采用丙酮清洗进行脱脂处理;
步骤2)将预处理后的毡状尼龙材料浸渍粘结剂优选:将毡状尼龙材料浸渍在粘结剂溶液中,取出后通过双辊将多余的粘结剂挤压出去;
步骤3)负载活性碳的过程:然后将活性碳均匀地散布在毡状尼龙材料上,进一步采用双辊进行压制,然后再进行固化反应从而将活性碳牢固地负载于毡状尼龙材料表面上。
8.按照权利要求7的方法,其特征在于,还包括以下步骤:步骤4)所形成的负载活性碳的毡状尼龙生物载体进一步进行表面处理:质量浓度小于30%的双氧水溶液的处理、浓氨水的处理、质量浓度小于68%的硝酸溶液的处理以及这些方法的综合处理,浸泡过程进行超声处理,以对活性碳进行活化处理。
9.按照权利要求7-8的任一方法,其特征在于,粘结剂为高分子粘结剂,选自酚醛粘结剂、环氧粘结剂、聚氨酯粘结剂、尼龙溶液胶,浸渍粘结剂时采用粘结剂溶液,粘结剂溶液的浓度优选其固含量为5%~80%。
10.权利要求1所述的一种负载活性碳的毡状尼龙生物载体作为污水处理用的微生物载体。
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