CN110563127B - Mbbr工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征是：具体步骤如下：海绵填料浸泡在酸性高锰酸钾混合溶液中；取出海绵填料浸泡在盐酸溶液中，直至洗去表面的褐色层为止，并取出沥干；将海绵填料放入PBS中进行浸泡，溶液呈中性后取出自然晾干；将晾干的海绵填料浸泡在改性剂中，取出沥干；将海绵填料浸泡在包括硅藻土和粉末活性炭的明胶蛋白溶液中；取出海绵填料冲洗后自然晾干，得到污水处理用改性海绵填料。有益效果：本发明通过海绵填料表面附着的活性炭、硅藻土的吸附作用和微生物氧化分解作用的协同机制，可提高挂膜速度，同时有效提高海绵填料对污水中污染物质的降解性能，从而提高污水处理效果。

Description

MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，尤其涉及一种MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法。
背景技术
目前，我国对于初期雨水的污染控制工程已经展开，并在一些城市进行雨水径流处理和回用工程建设和设计研究。雨水地表径流作为面污染源，污染物常来自于大面积大范围、冲击性强、污染成分复杂。工业园区作为典型污染区域，土地利用类型较多，初期污染雨水有机物含量高，且含有一些难处理有机污染物等，成分更为复杂，为达到较好的处理效果，其处理工艺需特别考虑。
MBBR工艺兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，是一种新型高效的污水处理方法，通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态，进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜，这就使得移动床生物膜使用了整个反应器空间，充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性，使之扬长避短，相互补充。
MBBR工艺的关键在于比重接近于水，轻微搅拌下易于随水自由运动的生物海绵填料，它具有有效比表面积大，适合微生物吸附生长的特点，适用性强，应用范围广，既可用于有机物去除，也可用于脱氮除磷；此外，工艺负荷高，占地面积小，无污泥膨胀和污泥回流问题，且耐冲击负荷，在初期污染雨水处理以及其它领域有广泛的应用。
目前，市面上生产的生物膜海绵填料的种类繁多，不同海绵填料的材质、结构、性能等直接影响其处理效果，也在一定程度上影响污水处理的投资成本。
聚氨酯海绵填料是多孔状海绵填料，比表面积大、有利于微生物生存及处理效果好，使用寿命长，价位便宜，在水处理领域有一定的应用。但海绵填料材料本身性能存在一定局限性，例如亲水性和生物亲和性较差，导致生物膜载体表面润湿、传质性能欠佳，在挂膜速度、生物膜量、生物膜与载体的紧密度以及微生物活性等方面有待改进，故在一定程度上限制了其在污水处理中的应用。因此，开发亲水性能好、固定微生物效果较好、可应急用的海绵填料在环境形势日益严峻的今天显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，将常规聚氨酯块状海绵填料利用改性剂进行改性处理，改性后海绵填料表面带有一定量羟基、羰基等亲水性基团，其亲水性明显提高。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征是：将常规聚氨酯块状海绵填料利用改性剂进行改性处理，改性后海绵填料表面带有一定量羟基、羰基等亲水性基团，具体步骤如下：
(1)将块状聚氨酯海绵填料浸泡在酸性高锰酸钾混合溶液中；
(2)取出海绵填料浸泡在盐酸溶液中，直至洗去表面的褐色层为止，并取出沥干；
(3)将沥干的海绵填料放入磷酸缓冲盐溶液溶液(PBS)中进行浸泡，溶液呈中性后取出自然晾干；
(4)将晾干的海绵填料浸泡在改性剂中，并取出沥干；
(5)最后将海绵填料浸泡在包括硅藻土和粉末活性炭的明胶蛋白溶液中；
(6)取出海绵填料冲洗后自然晾干，得到污水处理用改性海绵填料。
优选，所述酸性高锰酸钾混合溶液为浓硫酸与高锰酸钾或浓盐酸与高锰酸钾的一种，高锰酸钾浓度为0.2～0.4mol/L，浓硫酸或浓盐酸浓度为1～3mol/L；所述海绵填料在60℃酸性高锰酸钾混合溶液中浸泡2～4h。
优选，所述海绵填料在盐酸溶液中浸泡，直至洗去表面的褐色层为止，最后沥干；所述的盐酸溶液浓度为5～7mol/L。
优选，沥干后所述海绵填料在磷酸缓冲盐溶液溶液(PBS)溶液中浸泡直至浸泡后的溶液呈中性，取出后自然晾干；所述磷酸缓冲盐溶液溶液浓度为0.01～0.02mol/L。
优选，所述改性剂为丙烯酸、聚乙烯醇或酰胺类物质的一种或几种；改性剂与海绵填料发生化学反应，增加羟基、羰基等亲水性基团。
优选，所述海绵填料采用5～10％改性剂浸泡，浸泡温度为50℃，浸泡时间为5～8h。
优选，改性沥干后的所述海绵填料再浸泡在37℃、1～3g/L明胶蛋白溶液中，并搅拌12～36h。
优选，所述明胶蛋白溶液中添加10～16g硅藻土、15～20g粉末活性炭，并搅拌均匀，通过活性炭、硅藻土对污染物质的吸附作用，加速海绵填料表面微生物的粘附。
优选，所述海绵填料浸泡后采用超纯水充分洗涤，自然晾干，即可得污水处理用改性聚氨酯海绵填料。
有益效果：与现有技术相比，本发明是将常规聚氨酯块状海绵填料利用改性剂进行改性处理，改性后海绵填料表面带有一定量羟基、羰基等亲水性基团，其亲水性明显提高。通过海绵填料表面附着的活性炭、硅藻土的吸附作用和微生物氧化分解作用的协同机制，可有效提高海绵填料对污水中污染物质的降解性能，从而提高污水处理效果。活性炭的大量微孔吸附了有机物和废水中的氧气，为微生物群的生长繁殖提供了高浓度的营养源，而微生物代谢过程中产生的酶和辅酶又被吸附和富集在活性炭的微孔中，加之活性炭上微生物和有机物接触时间较长，使难以降解的有机物也有可能经生物氧化而分解。此外，借助于活性炭、硅藻土的吸附作用，海绵填料表面附着大量的有机物，为海绵填料表面微生物的快速生长提供有利条件，进而提高挂膜速度，增强挂膜效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
详见附图，本发明通过了一种MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，将常规聚氨酯块状海绵填料利用改性剂进行改性处理，改性后海绵填料表面带有一定量羟基、羰基等亲水性基团，具体步骤如下：
(1)将块状聚氨酯海绵填料浸泡在酸性高锰酸钾混合溶液中；
(2)取出海绵填料浸泡在盐酸溶液中，直至洗去表面的褐色层为止，并取出沥干；
(3)将沥干的海绵填料放入磷酸缓冲盐溶液溶液(PBS)中进行浸泡，溶液呈中性后取出自然晾干；
(4)将晾干的海绵填料浸泡在改性剂中，并取出沥干；
(5)最后将海绵填料浸泡在包括硅藻土和粉末活性炭的明胶蛋白溶液中；
(6)取出海绵填料冲洗后自然晾干，得到污水处理用改性海绵填料。
制备得到的用于污水处理用改性聚氨酯海绵填料，具有多孔亲水性，吸收、吸附功能较强，挂膜速度快，硝化作用强，剩余污泥量减少，处理效果好，适用于MBBR等生物处理工艺。
实施例1
1)将块状聚氨酯海绵填料(15mm×15mm×15mm)在60℃酸性高锰酸钾混合溶液中浸泡3h，高锰酸钾浓度为0.2mol/L，浓硫酸浓度为2
mol/L；
2)取出海绵填料浸泡在6mol/L盐酸溶液中，直至洗去表面的褐色层为止，并取出沥干；
3)将沥干的海绵填料放入0.01mol/L PBS溶液中进行浸泡，溶液呈中性后取出自然晾干；
4)将晾干的海绵填料浸泡在50℃、5％丙烯酸溶液中6h，并取出沥干；
5)将1g/L明胶蛋白溶液于水浴锅中加热至37℃，向其中加入16g硅藻土、15g粉末活性炭，搅拌均匀，然后将沥干的海绵填料投入明胶蛋白溶液中，在37℃恒温条件下搅拌24h；
6)取出海绵填料冲洗后自然晾干，得到污水处理用改性海绵填料。
将海绵填料放置于反应器内进行挂膜实验，改性后海绵填料10d即可完成挂膜，而未改性海绵填料需21d完成挂膜。通过对改性后聚氨酯海绵填料和未改性聚氨酯固定生物量进行分析发现，改性后的固定生物量可以提高58％，挂膜量明显增加。
实施例2
1)将块状聚氨酯海绵填料(15mm×15mm×15mm)在60℃酸性高锰酸钾混合溶液中浸泡2h，高锰酸钾浓度为0.3mol/L，浓硫酸浓度为2mol/L；
2)取出海绵填料浸泡在5mol/L盐酸溶液中，直至洗去表面的褐色层为止，并取出沥干；
3)将沥干的海绵填料放入0.015mol/L PBS溶液中进行浸泡，溶液呈中性后取出自然晾干；
4)将晾干的海绵填料浸泡在50℃、5％丙烯酸溶液中5h，并取出沥干；
5)将1g/L明胶蛋白溶液于水浴锅中加热至37℃，向其中加入10g硅藻土、18g粉末活性炭，搅拌均匀，然后将沥干的海绵填料投入明胶蛋白溶液中，在37℃恒温条件下搅拌24h；
6)取出海绵填料冲洗后自然晾干，得到污水处理用改性海绵填料。
将适量该悬浮海绵填料装载于反应器中，加入某工业园区污水处理厂曝气池出水，污水中COD120mg/L，氨氮25mg/L；海绵填料填充率为40％，连续曝气，运行两周后，COD去除率达85％以上，氨氮去除率达65％。
实施例3：
1)将块状聚氨酯海绵填料(15mm×15mm×15mm)在60℃酸性高锰酸钾混合溶液中浸泡4h，高锰酸钾浓度为0.4mol/L，浓盐酸浓度为3mol/L；
2)取出海绵填料浸泡在5mol/L盐酸溶液中，直至洗去表面的褐色层为止，并取出沥干；
3)将沥干的海绵填料放入0.02mol/L PBS溶液中进行浸泡，溶液呈中性后取出自然晾干；
4)将晾干的海绵填料浸泡在50℃、10％聚乙烯醇溶液中8h，并取出沥干；
5)将3g/L明胶蛋白溶液于水浴锅中加热至37℃，向其中加入15g硅藻土、20g粉末活性炭，搅拌均匀，然后将沥干的海绵填料投入明胶蛋白溶液中，在37℃恒温条件下搅拌36h；
6)取出海绵填料冲洗后自然晾干，得到污水处理用改性海绵填料。
将适量以挂膜悬浮海绵填料装载于反应器中，加入某工业园区初期污染雨水，污水中COD450mg/L，氨氮15mg/L；采用曝气盘曝气，运行20天后进行监测，COD去除率达80％以上，氨氮基本去除完全
上述参照实施例对该一种MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征是：将常规聚氨酯块状海绵填料利用改性剂进行改性处理，改性后海绵填料表面带有羟基、羰基亲水性基团，具体步骤如下：
(1)将块状聚氨酯的海绵填料浸泡在酸性高锰酸钾混合溶液中；
(2)取出海绵填料浸泡在盐酸溶液中，直至洗去表面的褐色层为止，并取出沥干；
(3)将沥干的海绵填料放入磷酸缓冲盐溶液中进行浸泡，溶液呈中性后取出自然晾干；
(4)将晾干的海绵填料浸泡在改性剂中，并取出沥干；
(5)最后将海绵填料浸泡在包括硅藻土和粉末活性炭的明胶蛋白溶液中；
(6)取出海绵填料冲洗后自然晾干，得到污水处理用改性海绵填料；
所述改性剂为丙烯酸、聚乙烯醇或酰胺类物质的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征是：所述酸性高锰酸钾混合溶液为浓硫酸与高锰酸钾或浓盐酸与高锰酸钾的一种，高锰酸钾浓度为0.2～0.4mol/L，浓硫酸或浓盐酸浓度为1～3mol/L；所述海绵填料在60℃酸性高锰酸钾混合溶液中浸泡2～4h。
3.根据权利要求1所述的MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征是：所述盐酸溶液浓度为5～7mol/L。
4.根据权利要求1所述的MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征是：所述磷酸缓冲盐溶液的溶液浓度为0.01～0.02mol/L。
5.根据权利要求1所述的MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征是：所述海绵填料采用5～10％改性剂浸泡，浸泡温度为50℃，浸泡时间为5～8h。
6.根据权利要求1或5所述的MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征是：改性沥干后的所述海绵填料再浸泡在37℃、1～3g/L明胶蛋白溶液中，并搅拌12～36h。
7.根据权利要求6所述的MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征是：所述明胶蛋白溶液中添加10～16g硅藻土、15～20g粉末活性炭，并搅拌均匀，通过活性炭、硅藻土对污染物质的吸附作用，加速海绵填料表面微生物的粘附。
8.根据权利要求1所述的MBBR工艺应急用改性聚氨酯海绵填料的制备方法，其特征是：所述海绵填料浸泡后采用超纯水充分洗涤，自然晾干，即可得污水处理用改性聚氨酯海绵填料。
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