CN1053167C - 用于生物处理仪器的水化粒状载体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于生物处理仪器的水化粒状载体及其制备方法，所述载体包括由聚乙烯醇制成的水化粒状胶凝粒子和涂层在所述水化粒状胶凝粒子上的细磨活性炭，所述方法的特征在于下面步骤：将加热到40℃至100℃的热水按100重量份聚乙烯醇加入50至150重量份的比例加到聚乙烯醇中，制成所述水化粒状胶凝粒子；将3重量份或更多的量细磨活性炭和5至20重量份的加热到40℃至100℃的热水加入到所述水化粒状胶凝粒子中。

Description

用于生物处理仪器的水化粒状载体及其制备方法

本发明涉及生物处理仪器用的一种水化粒状载体及其制备方法。尤其涉及生物处理仪器所用的一种固定活微生物的载体，它用于处理在生活系统和工业系统两者所产生的废水和排气中，以及这种载体制备方法。

现时已付诸于实践的用于生物处理仪器的一种固定活微生物的载体，是由一种含有完全皂化的粒状PVA颗粒和涂覆在粒状颗粒上的细磨无机粉末，例如细磨的活性炭粉所组成，并适合于利用涂覆在颗粒上的细磨无机粉末的吸附特性。这样的一种惯用载体代表性地公开于日本专利公告60318/1989和21317/1990中。活微生物的固定化是通过将载体颗粒浸泡在培养活微生物的水溶液中而进行的。在生物处理仪器中载体是以填充床或流化床的形式使用。当载体以填充床形式使用时，要求对在处理仪器中吸附了水的载体的重量减少体积变化；而载体以流化床的形式使用时，这就要求粒状颗粒具有增加的强度并细磨的无机粉末涂覆在具有增加强度的粒状颗粒上。

为了在载体的表面上高效地固定活微生物，则在粒状颗粒的表面上的细磨的无机粉末要具有良好的吸附性质，和粒状颗粒具有良好的水吸收性质，这都是很重要的。这种载体的水吸收性质是决定于制成载体用颗粒的聚合物的水保留值和粒状颗粒的内部结构。此外，这种载体的耐久性决定于粒状颗粒的内部结构和在粒状颗粒上细磨的无机粉末的涂层强度。然而，通常载体是不充分考虑到在其上固定活微生物的作用，载体的耐久性等等。

本发明考虑到现有技术的上述缺点。

因此，本发明的一个目的是提供一种生物处理仪器用的水化粒状载体，它能具有令人满意的活微生物固定功能。

本发明另一目的是提供生物处理仪器用的一种水化粒状载体，它能减少载荷体积变化并具有良好的耐久性。

本发明还有一个目的是提供生物处理仪器用的一种水化粒状载体，它能具有增加的机械强度。

本发明还有另一个目的是提供一种制备水化粒状载体的方法，它能使所制得的水化粒状载体可减少载荷体积变化，并具有良好的耐久性和增加的机械强度。

根据本发明的一方面，提供生物处理仪器用的水化粒状载体。这种载体是含有由在冷水中不溶而在热水中可溶的聚乙烯醇(PVA)制成的水化粒状胶凝粒子以及涂在这种水化粒状胶凝粒子上的细磨的活性炭。活性炭按100份重量的水化粒状胶凝粒子使用3-30重量份，制得的载体的水含量约30-60％。

根据本发明的另一方面，提供一种生物处理仪器用的水化粒状载体的制备方法，该方法包括下列步骤：将加热到40℃至100℃的水，在高速搅拌下加入到在冷水中不溶而在热水中可溶的聚合物中，热水的加入量是按100重量份聚乙烯醇加入50至150重量份，由此制成所述水化粒状胶凝粒子；将按100重量份所述水化粒状胶凝粒子的3至30重量份的细磨活性炭和5至20重量份的热水，在高速搅拌下一起加入到所述水化粒状胶凝粒子中，以使细磨活性炭涂覆在粒状颗粒上。

本发明的水化粒状载体包括由在冷水中不溶而在热水中可溶的聚合物所制成的水化粒状胶凝颗粒和涂覆在水化粒状胶凝颗粒上的细磨无机粉末。粉末用量按100份重量水化粒状胶凝颗粒使用3份或3份以上的重量，制得的载体含水量为约30％至60％。

在本发明中，用于水化粒状胶凝颗粒的是亲水的聚合物材料例如PVA或其衍生物的粉末。为此，一般使用在冷水中不溶而在热水中可溶的PVA粉末，其皂化度约为95摩尔％或95摩尔％以上。

一般说来，为了使聚合物的粒状颗粒具有良好的水吸收性质，颗粒的内部结构要有适当的空隙，并组成每个粒状颗粒的聚合物粒子单元要稳固，和通过它们之间的接触表面要均匀地结合在一起。具有这样特性的粒状颗粒的内部结构是通过瞬间熔化而制得的，从成粒步骤开始，通过聚合物粒子单元的表面，粒子单元相互接触而使粒子单元结合在一起，经过适当的熔化表面，该聚合物粒子单元表面使聚合物粒子单元聚结在一起而最终制备成粒状颗粒。鉴于这种事实，本发明是这样设计的：将加热到40℃至100℃温度的水，在高速搅拌下，按100份重量聚合物将50至150份重量的水加入到聚合物中，由此制备上述的水化粒状胶凝颗粒。本发明的这种设计可使部分聚合物粒子单元互相接触，以呈胶状方式而结合在一起，而且从每个粒状粒子的内部到其表面是完全均质地结合。

然后，将细磨的无机粉末和按5到20份重量水在高速搅拌下加到上述制备的粒状胶凝粒子中，结果得到水化粒状载体，其含水量约为30％至60％，并有3％重量或更多的细磨无机粉末粘附在其上。

要求这种载体的水含量在30％至60％之间，因为它能保证水化的粒状胶凝颗粒的生产，并使无机粉末具有粘合剂的功能。

在所设计的本发明方法中为使瞬间熔融，在成粒步骤开始，经过表面使粒子单元互相接触而将粒子单元结合在一起的聚合物粒子单元的表面，经过适当的熔融表面而将聚合物粒子单元聚结在一起，而结果生成粒状的颗粒，其值得注意的或重要因素包括热水的温度、水加入量、水加入的速度及其加入的方式。对于瞬间熔融聚合物粒子单元的接触表面以通过熔融的接触表面而使粒子单元互相粘合所必要的温度是在40℃和100℃之间，优选的温度是60℃和80℃之间。热水的温度降低至这个温度范围以下，不能引起聚合物粒子单元之间的聚结作用。使聚合物粒子单元聚结在一起的热水温度的上限没有规定。但是，一般不选用温度为80℃或80℃以上，因为这会造成粒子单元过量聚结，而足以形成不能通过预定筛目的筛网的粒子单元的块集物，由此降低粒状粒子的产量。

热水的加入最好使用喷雾器，因为喷雾器可以使水均匀地喷洒在聚合物粒子单元上。同样，适合于聚合物粒子单元的表面瞬间熔化的热水加入的速率在搅拌速度高达500至1000rpm条件下是约10至15升/分。通过熔化的表面，粒子单元互相接触而使粒子单元粘合在一起，从而通过适当的熔化表面而将聚合物粒子单元聚结在一起。热水的加入量由成粒时间来决定，使用50至150份重量，而最优选用量为60至120份重量。热水的用量低于这个范围，就不能使聚合物粒子单元之间聚结，而水量高于上述范围，则粒子单元会引起过多的聚结，以致足以形成不能通过预定筛孔的筛网的粒子单元的块集物，从而降低粒状颗粒的产量。使载体产品具有30％至60％的水含量的热水总用量为55至170份重量。

在成粒期间加入的细磨无机粉末具有防止所产生的粒状胶凝颗粒结块的功能。如细磨的无机粉末的加入量少于3份重量，则不能使粉末涂覆颗粒的全部表面。这就会造成粒状胶凝颗粒结块，导致颗粒产量降低。而粉末用量高于30份重量时就会减少粉末与水化的粒状胶凝颗粒的接触面，以致在使用时粉末会从颗粒上剥离。在高速搅拌时，热水加入到细磨的无机粉剂已加入的粒状胶凝颗粒中，而由此瞬时熔化粒状颗粒和无机粉末之间的接触面，导致颗粒和粉末之间的聚结，这个历程基本上相同于上述聚合物粒子单元之间的聚结情况。这样，例如热水的温度，它的加入量，加入热水的速度和其加入的方式之类的因素可以如上所述而调定，其中热水的加入量是按所加入材料的总量的5至20份重量。

如上所述，在惯用的载体中，虽然在每个粒状颗粒的表面部分聚合物粒子单元坚固地结合在一起，但是在每个粒状粒子中聚合物粒子单元就不是稳固地结合在一起，这是因为聚合物粒子单元的熔化和它们之间的结合必须增加时间周期，而粒状颗粒的生产在聚合物粒子单元之间完全结合之前就已进行。而且，惯用的载体的另一缺点是，细磨的粉末是在粒状颗粒的表面硬化后加入的，结果涂在粒状颗粒上的粉末量不到3％或更多并涂层强度不够高。

此外，惯用的载体不具有足够的机械强度并在使用时增加载荷的体积变化，因为聚合物粒子单元均匀地熔化到足以使粒子单元不能实现胶凝化。

正相反，本发明可以使胶凝化从形成每个粒状颗粒的粒子单元的内部到其表面完全均匀地进行并且聚合物粒子单元通过其间的接触部分而以似胶状方式结合在一起，结果本发明的载体明显地减少了载荷的体积变化，并具有良好的耐久性。

而且，本发明可以使影响载体的吸附性质的细磨无机粉末在成粒后的涂层阶段与热水一起加入，以使粉剂可以增加加入到粒状颗粒上的用量以增加粉剂的涂层强度并保证载体的耐久性。

参阅以下实施例和比较例会更易于理解本发明，但是，这些实施例只是用于说明本发明，而不能认为限制本发明的范围。

实施例1

在Henschel混合器中装填100重量份完全皂化的PVA(聚合度1000～2500，皂化度98mol％或98摩尔以上)，然后将热水加进混合器夹套以保持混合器温度在约70℃。然后在高达500rpm转速的搅拌下，用90份重量80℃的热水以每分钟12升的速率喷雾到PVA上，结果制成水化的粒状PVA胶凝颗粒。

接着，在混合器中装入粒度为200或更小的筛目的细磨活性炭，其用量是按100重量份水化粒状胶凝粒子18重量份，并在上述条件和高速搅拌下，喷入12重量份加热到80℃的热水，制得具有细磨活性炭涂层的载体。这样制成有细磨活性炭涂层的水化粒状胶凝载体，含水量为45％，颗粒直径2至12mm，产率高达90％或更大。在浸泡在冷水中时，全部载体都沉淀并基本上没有观察到细磨活性炭从载体上剥落。而且，这种载体在浸水一天后其吸水量为40％至70％并在载荷量100g/cm²之下体积变化为25％或更少。

实施例2

除了混合器的搅拌速度为500rpm和90重量份热水以10升/分钟速率进行喷雾外，本步骤基本上重复实施例1所述，结果制得水化PVA的粒状胶凝粒子。然后，在混合器中装入粒度为250或更小筛目的细磨活性炭，其用量是按100重量份水化粒状胶凝粒子的30重量份，并在高速搅拌下接上述相同速率用20重量份加热到80℃的热水喷入，结果制得有细磨活性炭涂层的载体，其粒径为2-4mm。所制得的水化粒状胶凝载体的产率高达88％或更多，其含水量为50％，具有与实施例1获得的基本上相同的性能。

比较例

在Henschel混合器中装入100重量份完全皂化的PVA。然后，在保持混合器温度为50℃至80℃和搅拌速度高达500rpm下，基本上按上述实施例的相同方式喷入15重量份冷水，由此获得水化的PVA粒状颗粒。然后，将3重量份(这是加入混合器的上限用量)粒度为200筛目或更小的细磨活性炭逐渐地加入，由此使细磨活性炭涂层在粒状颗粒上，以致制得有细磨的活性炭涂覆的水化粒状载体。当活性炭的加入量高于3重量份，这种成粒方法会引起活性炭从粒状颗粒上的剥落增加，因而粒子上不能涂覆较多量的活性炭。

这样制备的粒径为2至12mm的水化粒状载体，产率约80％。当该载体浸在冷水中，约有一半载体漂浮；因此，需要一天以上才能使载体全部沉淀。此外，有相当大量细磨的活性炭从粒状颗粒上剥落。这种载体在浸泡一天后其水吸收量是20％到50％，而在载荷量100g/cm²下体积变化为40％至50％。

虽然参考实施例并以某些程度的特殊性说明了本发明，但是，按照上述教导有可能进行明显修改和改变。因而要理解，在所附权利要求书的范围内，本发明可以不像特定所述那样进行实施。

Claims (3)

1、一种用于生物处理仪器的水化粒状载体，它包括由聚乙烯醇制成的水化粒状胶凝粒子和涂层在所述水化粒状胶凝粒子上的细磨活性炭，所述细磨活性炭的用量为每100重量份所述水化粒状胶凝粒子的3-30重量份，其特征在于所得载体的水含量约30％至60％。

2、一种用于生物处理仪器的水化粒状载体的制备方法，其特征在于下面步骤：

将加热到40℃至100℃的热水按100重量份聚乙烯醇加入50至150重量份的比例，加到聚合度为1000至2500、皂化度为98％或以上的聚乙烯醇中，所述热水是通过以10至15升/分的速度喷雾而加入的，同时在约500至1000rpm的速度下用搅拌器搅拌所述聚乙烯醇，由此制成所述水化粒状胶凝粒子；

将每100重量份所述水化粒状胶凝粒子的3-30重量份的粒径为200目或以下的细磨活性炭和5至20重量份的加热到40℃至100℃的热水加入到所述水化粒状胶凝粒子中，同时在约500至1000rpm的速度下用搅拌器搅拌所述粒子。

3、根据权利要求2的方法，其特征是所述热水温度为60℃至80℃并且加入速度为每分钟10至15升。