CN108751391A - 一种杜仲胶改性的生物膜填料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种杜仲胶改性的生物膜填料及其制备方法和应用。采用溶态喷射技术将天然杜仲胶喷射在传统生物膜填料表面，对由惰性聚合物制备的生物膜填料进行表面修饰，增强生物膜填料的负载效果，速干成型后的改性生物膜填料具有亲水性、亲生物性，可以有效改善传统悬浮生物膜填料表面挂膜少、耐冲击负荷能力低、生物膜附着力不足、挂膜时间长等缺点，适合用于工业、城市生活污水处理的生物膜工艺技术的应用。本发明所采用原料杜仲在我国种植面积广泛并且工艺应用成本低，该技术制造条件要求简单，制备时间短，特别适合于大批量制备高性能悬浮生物膜填料。

Description

一种杜仲胶改性的生物膜填料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于污水处理领域，涉及一种用于生物膜污水处理系统中的杜仲改性的生物膜填料及其制备方法和应用。

背景技术

生物膜填料是水处理中的核心技术之一，对水处理领域有着十分重要的意义。市售生物膜填料骨架大都为聚乙烯、聚丙烯、树脂等高分子聚合物，价格低廉，但表现为憎水性、生物兼容性差，故而挂膜时间长、生物膜易脱落；而亲水性的生物膜填料大都价格昂贵，工业应用成本高。

发明内容

为了解决传统生物膜填料的表面憎水性、粗糙度不够、生物兼容性差、生物膜在填料上附着力不足等问题，本发明利用天然杜仲胶改性传统生物膜填料，对由惰性聚合物制成的生物膜填料进行表面修饰，增强常规的涤纶丝的生物膜负载效果；杜仲胶修饰生物纤维可增加其表面粗糙度和提高亲水性以及亲生物性。

本发明提供的技术方案具体如下：

一种杜仲胶改性的生物膜填料的制备方法，其特征在于：利用高压载气将液态杜仲胶喷射在疏水性生物膜填料表面，所述生物膜填料的表面温度低于杜仲胶的凝固温度，杜仲胶迅速在生物膜填料表面凝固，得到杜仲胶改性的生物膜填料；

所述的液态杜仲胶为熔融态杜仲胶或溶于有机溶剂的杜仲胶；所述的生物膜填料由惰性高分子聚合物制成。

生物膜填料包括：聚乙烯、聚丙烯、天然树脂等高分子聚合物类疏水性骨架状或纤维状普通生物填料；本发明中优选为聚乙烯填料、聚氯乙烯填料或聚丙烯填料。

所述的高压载气为氮气、空气或二氧化碳；所述的有机溶剂为石油醚。

上述杜仲胶改性的生物膜填料的制备方法具体地包括方法一和方法二：

方法一包括以下步骤：

(1)将杜仲胶加入石油醚中，65～90℃水浴条件下进行超声，制备得到浓度为15～30wt％的杜仲胶-石油醚过饱和溶液；

(2)利用高压载气将杜仲胶-石油醚过饱和溶液均匀喷覆在温度为-15～-25℃的生物膜填料表面，杜仲胶迅速在生物膜填料表面凝固，石油醚呈液态滴落，即得到杜仲胶改性的生物膜填料。

方法二包括以下步骤：将固态杜仲胶加热至熔融，然后利用高压载气将熔融态的杜仲胶均匀喷射至温度小于50℃的生物填料表面，杜仲胶迅速在生物膜填料表面凝固，即得到杜仲胶改性的生物膜填料。

一种杜仲胶改性的生物膜填料，由上述制备方法制备得到。

上述杜仲胶改性的生物膜填料在污水处理领域的应用。

本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明采用溶态喷射技术将液态的杜仲胶喷射在由惰性聚合物纤维制成的普通生物膜填料表面，对其进行表面修饰，增强了常规的涤纶丝的生物膜负载效果；速干成型后的杜仲胶改性的生物膜填料表现出亲水性、亲生物性，适合用于工业、城市生活污水处理的生物膜法水处理工艺系统。

(2)杜仲胶修饰生物膜填料可增加其表面粗糙度和亲水性，进而提高生物膜填料的生物兼容性，可有效改善普通悬浮生物膜填料表面挂膜少，耐冲击负荷能力低、生物膜附着力不足、挂膜时间长、水处理效率低等缺点。

(3)本发明使用的改性材料杜仲在我国种植面积广泛，工艺应用成本低、制造条件要求简单、制备时间短，特别适合于大批量制备高性能悬浮生物膜填料。

附图说明

图1为多面空心球体状的聚丙烯填料。

图2为生物膜实验测试系统的示意图；其中，1-罗茨鼓风机，2-增湿器，3-储水罐，4-循环泵，5-流量计，6-生物滴滤塔，7-污水入口，8-污水出口。

图3为聚丙烯填料改性前后污水中COD处理效率对比图。

图4为聚丙烯填料改性前后污水中氨氮、总氮、总磷的处理效率对比图。

图5为组合式聚氯乙烯生物纤维填料的图片。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员应当理解，对本发明的具体实施例进行修改或者对部分技术特征进行同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明保护的范围中。

本发明提供的杜仲胶改性的生物膜填料的制备方法，包括方法一和方法二。

方法一：

1、将未改性的生物膜填料(聚乙烯、聚丙烯、天然树脂等高分子疏水性聚合物)置于-20℃左右的恒温条件下；

2、将杜仲胶加入石油醚(熔点为-73℃)中，65～90℃水浴条件下进行超声，制成杜仲胶-石油醚过饱和溶液(杜仲胶的质量分数15～30wt％)控温储存在储存罐中；在高压载气(氮气、空气、二氧化碳等)的输送作用下，杜仲胶-石油醚过饱和溶液被均匀喷至生物膜填料表面，杜仲胶迅速凝固，粘附于生物膜填料表面，石油醚呈液态从生物膜表面分离，即可制得杜仲胶改性的生物膜填料。

方法二：

杜仲胶的熔融温度为55～65℃，将其加热至80℃以上(不宜过高，控制在100℃以下)，形成熔融态的杜仲胶，采用溶态喷射技术，在高压载气(氮气、空气、二氧化碳等)的输送作用下，将熔融态杜仲胶均匀喷射至生物膜填料表面，温度小于50℃时，杜仲胶迅速冷凝附着在生物膜填料表面，存放待用。

实施例1

1、将多面空心球体状的聚丙烯填料(如图1所示)置于-20℃的恒温室内；

2、将杜仲胶加入低沸点的石油醚中，在70℃恒温水浴条件下超声，配制成质量分数为30wt％的杜仲胶过饱和溶液；

3、在恒温条件下，将步骤2制备的杜仲胶过饱和溶液转入不锈钢瓶中，以高压氮气为载气将杜仲胶过饱和溶液均匀地喷至展开的聚丙烯填料表面，在遇冷条件下杜仲胶迅速冷凝固化，粘覆于聚丙烯填料表面，石油醚仍为液态从聚丙烯填料滴落回收，即得到杜仲胶改性的聚丙烯填料。

多面空心球体状的聚丙烯填料在杜仲胶改性前后的结构性能参数列于表1。

表1多面空心球体状的聚丙烯填料在杜仲胶改性前后的结构特性参数

4、将上述杜仲胶改性的聚丙烯填料、未经改性的聚丙烯填料按图2所示的生物膜实验测试系统进行对比实验，本次试验以武汉市恩孚水务公司为依托，在连续流的城市生活污水中驯化挂膜，控制生物膜填料塔进水相同，污染物进口浓度一定时，去除率逐步上升至一定值并保持稳定，即可认为挂膜启动完成，对比发现杜仲胶改性的聚丙烯填料挂膜完成时间要比未改性的聚丙烯填料短14天左右。对生物膜上微生物附着情况进行观察，并采用相同污水进水水质对填料污水处理效果进行间断流模拟测试,考察COD、氨氮、总氮、总磷等四项水质指标在停留时间为72小时时的去除效果，如图3和图4所示，杜仲胶改性后的生物膜填料塔的COD、氨氮、总氮、总磷的脱除效率相对于未改性的生物膜填料塔分别提高了6.75％、2％、6.7％、7.2％。当达到同样的去除效果时，杜仲胶改性后的生物膜填料塔可以明显缩短污水停留时间。

图2所示的生物膜实验测试系统为现有技术，目的是测试杜仲胶改性填料相对于未改性填料的污水处理各项基本指标；污水在该生物膜实验测试系统中的处理过程为：污水从污水入口7流入城市生活污水储存在储水罐3中，一部分污水经流量计5控制在循环泵4的作用下泵至增湿器2，并与罗茨鼓风机1鼓入的空气混合形成水汽混合喷至生物滴滤塔6底部，进行曝气。绝大部分的储水罐3中的污水与部分生物滴滤塔底部的含活性污泥的回流污水一起喷淋至生物滴滤塔顶部，进行喷淋。污水在自上而下的流经生物滴滤塔反应区域进行生化反应，污染物随之得到降解，净化的水从底侧的污水出口8流出。

实施例2

1.本实施例选择组合式聚氯乙烯生物纤维填料(如图5所示)。

2.将杜仲胶加热至熔融态(温度维持在85～100℃之间，保持杜仲胶呈液状)，在高压载气(氮气、空气或二氧化碳)的输送作用下，采用溶态喷射技术，将熔融态杜仲胶均匀喷射至展开的毛刺球聚氯乙烯生物纤维填料表面，在低温或常温条件下杜仲胶迅速冷凝附着在聚氯乙烯生物纤维填料表面。其改性前后的聚氯乙烯生物纤维填料的结构特性参数列于表2。

表2组合式聚氯乙烯生物纤维填料在杜仲胶改性前后的结构特性参数

3.将杜仲胶改性的氯乙烯生物纤维填料、未经改性的氯乙烯生物纤维填料按图2所示的生物膜实验测试系统进行对比实验，本次试验以武汉市恩孚水务公司为依托，在连续流的城市生活污水中驯化挂膜，驯化挂膜约2个月左右，当污染物进口浓度一定时，去除率逐步上升至一定值并保持稳定，即可认为挂膜启动完成。对生物膜上微生物附着情况进行观察，并对填料污水处理效果进行测试，考察COD、氨氮、硝态氮、总氮、总磷等五项水质指标在停留时间为72小时时的去除效果，可知，氯乙烯生物纤维填料经杜仲胶改性后对COD、氨氮、总氮等处理效率都有了明显的提升，具体结果如表3所示：

表3氯乙烯生物纤维填料在杜仲胶改性前后的污水处理效率对比

上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种杜仲胶改性的生物膜填料的制备方法，其特征在于：利用高压载气将液态杜仲胶喷射在疏水性生物膜填料表面，所述生物膜填料的表面温度低于杜仲胶的凝固温度，杜仲胶迅速在生物膜填料表面凝固，得到杜仲胶改性的生物膜填料；

所述的液态杜仲胶为熔融态杜仲胶或溶于有机溶剂的杜仲胶；所述的生物膜填料由惰性高分子聚合物制成。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的生物膜填料为聚乙烯填料、聚氯乙烯填料或聚丙烯填料；所述的高压载气为氮气、空气或二氧化碳；所述的有机溶剂为石油醚。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)将杜仲胶加入石油醚中，65～90℃水浴条件下进行超声，制备得到浓度为15～30wt％的杜仲胶-石油醚过饱和溶液；

(2)利用高压载气将杜仲胶-石油醚过饱和溶液均匀喷覆在温度为-15～-25℃的生物膜填料表面，杜仲胶迅速在生物膜填料表面凝固，石油醚呈液态滴落，即得到杜仲胶改性的生物膜填料。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：将固态杜仲胶加热至熔融，然后利用高压载气将熔融态的杜仲胶均匀喷射至温度小于50℃的生物填料表面，杜仲胶迅速在生物膜填料表面凝固，即得到杜仲胶改性的生物膜填料。

5.一种杜仲胶改性的生物膜填料，其特征在于，由权利要求1～4任一项所述的制备方法制备得到。

6.权利要求5所述的杜仲胶改性的生物膜填料在污水处理领域的应用。