CN104192993A - 一种生物亲和亲水改性磁种填料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物亲和亲水改性磁种填料，应用于污水处理领域。所述生物亲和亲水改性磁种填料包括：聚丙烯78％～82％；聚乙烯醇6％～8％；活性炭粉末2％～4％；改性的重质碳酸钙粉2％～3％；羟基磷灰石2％；硬脂酸1.6％；白矿油0.4％；改性的钡铁氧体磁粉4％。本发明主要引入生物亲水性高分子材料聚乙烯醇，可提高对污染物的吸附性能；引入羟基磷灰石可以提高生物活性，为微生物提供适当的营养源，改善填料的亲水性，加快挂膜启动速度及提高污水处理效率；引入了含稀有金属的改性钡铁氧体磁粉，形成微观强磁场、宏观弱磁场，加强降解菌在填料表面的吸附作用，进而改善填料在废水处理中的挂膜速度及对废水的降解速度。

Description

一种生物亲和亲水改性磁种填料

技术领域

本发明涉及一种生物亲和亲水改性磁种填料，应用于污水处理领域。

背景技术

随着经济的快速发展，污水问题严重影响生态环境。目前，废水处理的方法可分为物理法、化学法和生物法。物理方法和化学方法包括物理吸附、沉降、化学焚烧等，这些方法操作简单，但是应用成本高，同时影响环境安全。所以，生物处理方法越来越得到人们的关注。

目前市场上常见的生物填料主要以聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或聚酯等为原材料制成，但从这些材料的分子结构中可以看出，所存在的基团只有-CH₃、-CH₂，这两种基团在水中极性很弱，它们都是非常典型的表面疏水的高分子聚合物，亲水性较差。在实际应用中，人们发现以这些材质制成的填料，其亲水性能(材料表面吸附水分的能力)和生物亲和性(生物相容性与生物活性)较差，导致生物填料表面润湿、传质性能和微生物附着生长性能欠佳，在微生物挂膜启动速度、挂膜量及膜与填料的紧密度及微生物细胞活性和氧利用率方面存在不足。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种生物亲和亲水改性磁种填料，改性后的填料提高了对污染物的吸附性能和亲水性，加快挂膜启动速度及提高污水处理效率，适用于工业化污水处理。

本发明提供一种生物亲和亲水改性磁种填料，其特征在于，所述生物亲和亲水改性磁种填料的成分和每种成分所占比例为：

聚丙烯 78％～82％

聚乙烯醇 6％～8％

活性炭粉末 2％～4％

改性的重质碳酸钙粉 2％

羟基磷灰石 2％

硬脂酸 1.6％

白矿油 0.4％

改性的钡铁氧体磁粉 4％

用钛酸酯偶联剂对重质碳酸钙粉进行化学包覆改性处理，重质碳酸钙粉与表面改性剂钛酸酯偶联剂的配比一般为100：0.5～100:3，选取配比为100:1.5。

用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷对钡铁氧体磁粉进行化学包覆改性处理，钡铁氧体磁粉与表面改性剂γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)的配比一般为100：0.5：～100：1.5，选取配比为100：1。

所述生物亲和亲水改性磁种填料的成分和每种成分所占比例为：

聚丙烯 82％

聚乙烯醇 6％

活性炭粉末 2％

改性的重质碳酸钙粉 2％

羟基磷灰石 2％

硬脂酸 1.6％

白矿油 0.4％

改性的钡铁氧体磁粉 4％

本发明的有益效果为：

1、引入了可提高对污染物吸附几率的生物亲水高分子材料聚乙烯醇，由于该材料表面存在大量的亲水基团，可提高填料的亲水性能，提高了废水与附着在填料上的生物膜接触的几率。

2、引入了提高生物活性的羟基磷灰石，不但为微生物提供了适当的营养源，同时还改善了填料的亲水性，更易于微生物生长，加快挂膜启动及提高污水处理效率。

3、引入了含稀有金属的钡铁氧体磁粉，经磁化处理后的填料形成微观强磁场、宏观弱磁场，通过磁场作用，加强降解菌在填料表面的吸附作用，进而改善填料在废水处理中的挂膜速度及对废水的降解速度。

4、引入了重质碳酸钙作为填充物，显著改散了聚合物填料的力学性能，尤其是冲击强度和韧性。

5、为了进一步改善添加物的分散性，防止聚团，重质碳酸钙、钡铁氧体磁粉均经过化学包覆表面改性后再与其它组分混合、加工。其中，重质碳酸钙粉用钛酸酯偶联剂对其进行化学包覆改性；钡铁氧体磁粉用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)进行化学包覆改性处理。

附图说明

图1为四种不同填料含水率情况数据图；

图2为四种不同填料挂膜实验中COD去除率数据图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。但所举实例不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例是对将上述四种不同配比的填料的亲水性进行测试。在所述生物亲和亲水改性磁种填料每种成分的配比关系范围内，选取3种不同比例配方的生物亲和亲水改性磁种填料和一种传统聚丙烯填料，具体配比关系如表1所示。将上述四种不同配方的填料分别投入H/O法生化处理系统中，对某化工厂难生物降解实际废水进行全流程处理，考查所述生物亲和亲水改性磁种填料和传统聚丙烯填料的亲水性、含水率几方面性能。处理目标废水的主要成分为三单体(间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠)及同系物、甲醇，COD含量为2100mg/L，盐分含量为2％，PH值为7.2。

表1 四种不同配比的填料

将上述四种不同配比的填料分别浸入水中一段时间后取出观察，发现2～4号的生物亲和亲水改性磁种填料表面有很明显的连续水膜，置于空气中，水膜缓慢退却并蒸发消失。而1号单用聚丙烯成形的填料表面则挂有一些不连续的水珠，且较易滑落。含水率实验发现经改性的生物填料都具有较高的含水率，而相同条件下，以纯聚丙烯制成的传统填料含水率则较低，且在水中浸泡的时间越长，改性和非改性填料亲水性的差别越显著。聚丙烯为非极性高聚物，表面自由能低，液体在其表面成膜较难，故其润湿性能差。而聚乙烯醇和硬脂酸(硬脂酸除改善亲水性外，主要起类似于偶联剂的作用)中含有亲水基团，将它们添加到聚丙烯填料中后，能明显改善其亲水性能。

图1为浸泡60分钟四种填料的含水率情况，由填料亲水实验表明，经过亲水亲和磁化改性的填料比普通的聚丙烯填料具有更高的表面亲水性能，含水率提高约3倍。增加幅度因填料浸泡时间的不同而稍有不同。由于亲水性所反应的是填料表面的情况，所以在三种生物亲水亲和填料之间的含水率比较接近，有高有低。

实施例2

本实施例是对生物亲和亲水改性磁种填料的挂膜速度、挂膜量、COD去除率几方面进行测试。将实施例1中的四种不同填料分别浸入水中一段时间后，进行挂膜实验后发现，在不到2天的时间内，经改性的2～4号生物亲和亲水改性磁种填料表面就有灰白色生物膜附着，尤以4号生物填料挂膜量最多，而传统的1号聚丙烯填料要在7～9天后才会有较明显的挂膜迹象。挂膜稳定后增大曝气量，发现改性填料较未改性填料耐曝气负荷冲击，且同样是4号填料上生物膜附着力最好，难以脱落。

挂膜过程COD去除率的测定结果如图2所示：传统的单纯由聚丙烯成形的1号填料在挂膜过程中，COD去除率增加缓慢，在最初的5天内，COD去除率均在55％以下，随后COD去除开始明显增加，一星期后，COD去除率才达70％。而经过改性的2、3、4号三种不同配比的生物亲和亲水改性磁种填料则具有较快的挂膜速度，在开始曝气的第3天，COD去除率就分别高达82％、63％和92％，一星期后，COD去除率分别为73％，86％和99％。对比2、3、4号三种不同配比的生物亲和亲水改性磁种填料的实验结果可以看出，4号生物填料，其COD去除率最高，效果最好。

实验结果表明：改性的钡铁氧体磁粉、活性炭、羟基磷灰石、改性的重质碳酸钙粉的加入能够促进微生物的挂膜、生长代谢和污染物的降解。通过图2中数据分析可知，7天内，应用4号改性填料的水处理系统比传统聚丙烯1号填料的的水处理系统中COD去除率提高30％左右，同时4号填料亲水性、挂膜速度、挂膜量几方面性能最好，最适合现有聚丙烯生物填料的改性。所以，4号配方为最佳配方。

从图2中还可以看出，装有改性填料水处理系统的COD去除率有一定程度波动，这可能是由于改性填料中未参与偶联的微量残留硬脂酸或其它添加残余物被微生物降解所致，而微生物固定化中常用的聚乙烯醇虽同时具有良好的生物亲和性和亲水性，但通常较难被微生物所降解。

Claims (4)

1.一种生物亲和亲水改性磁种填料，其特征在于，所述生物亲和亲水改性磁种填料的成分和每种成分所占比例为：

聚丙烯 78％～82％

聚乙烯醇 6％～8％

活性炭粉末 2％～4％

改性的重质碳酸钙粉 2％～3％

羟基磷灰石 2％

硬脂酸 1.6％

白矿油 0.4％

改性的钡铁氧体磁粉 4％

2.根据权利要求1所述一种生物亲和亲水改性磁种填料，其特征在于，用钛酸酯偶联剂对重质碳酸钙粉进行化学包覆改性处理，所述重质碳酸钙粉与表面改性剂钛酸酯偶联剂的配比为100：1.5。

3.根据权利要求1所述一种生物亲和亲水改性磁种填料，其特征在于，用γ-氨基丙基三乙氧基硅烷对钡铁氧体磁粉进行化学包覆改性处理，所述钡铁氧体磁粉与表面改性剂γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的配比为100：1。

4.根据权利要求1所述一种生物亲和亲水改性磁种填料，其特征在于，所述生物亲和亲水改性磁种填料的成分和每种成分所占比例为：

聚丙烯 82％

聚乙烯醇 6％

活性炭粉末 2％

改性的重质碳酸钙粉 2％

羟基磷灰石 2％

硬脂酸 1.6％

白矿油 0.4％

改性的钡铁氧体磁粉 4％