CN112158945A

CN112158945A - 一种用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化方法

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Publication number: CN112158945A
Application number: CN202011075253.7A
Authority: CN
Inventors: 曾明; 陈德林; 初永宝; 赵华章
Original assignee: Beijing Huaming Guangyuan Environment Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Huaming Guangyuan Environment Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2021-01-01

Abstract

一种用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化方法，属于环保技术领域。填料由以下质量份数的组分制成，包括聚醚多元醇80～120份、乙烯基聚合物多元醇50～80份、水4～12份、甲苯二异氰酸酯90～100份、硅油6～8份、三乙烯二胺1～2份、双(二甲基氨基乙基)醚0.1～1份、二氯甲烷10～40份、辛酸亚锡0.5～1份、乙烯10～20份、甲壳素10～15份、玻璃纤维10～20份。上述原料经过发泡熟化、切割定型和浸泡干燥的三个步骤最终获得聚氨酯海绵填料，所提供的乙烯、玻璃纤维和甲壳素提高了聚氨酯海绵填料的耐磨性、抗老化性，增加了其表面粗糙度，改善了生物相容性，使微生物的挂膜速率得到加快，提高整个生物滤池工艺的处理效率。

Description

一种用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化方法，具体为通过在聚氨酯海绵的合成过程中添加乙烯、玻璃纤维和甲壳素三种添加剂，制备出一种新型聚氨酯海绵填料，用于工业废水处理的生物滤池填料。

背景技术

工业废水是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，同时工业废水中常含有多种有毒物质，例如铅、铬、镉等重金属、氰化物以及酚类物质，对水体的污染日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。因此，对于工业废水的处理排放尤为重要。

目前，在工业废水处理领域多采用生物法，生物滤池工艺因其高生物量、良好处理性能、占地面积小、投资运行成本低、管理方便、出水的水质好、抗冲击负荷的能力强等优点在工业废水处理领域有着极大的应用前景。填料作为生物滤池的核心构件，不仅为微生物提供栖息繁殖的场所，而且起着截留悬浮物质的作用，关系到生物滤池中的微生物含量和传质效果，直接影响整个生物滤池工艺的处理性能，因此填料材质的选择显得尤为重要。

聚氨酯海绵材料具有密度低，比表面积大等特点，并且具有规整的三维网络孔结构，是一种较为理想的载体材料，越来越受到人们的青睐。与其它弹性填料和复合填料相比，聚氨酯填料比表面积大，可以支持大量微生物的附着生长。单位体积生物量基本上可以处于25～30kg/m³之间，对各种微生物的生长非常有利。聚氨酯海绵填料不仅提供了异养细菌的生长空间，同时也创造了自养型细菌的生长条件，为生物脱氮除磷提供理想的外部环境，聚氨酯填料即保证了系统的传质效率，同时也促进填料内部微生物活性。因此，聚氨酯填料已被广泛地应用到有机废水处理之中。但是聚氨酯海绵填料与微生物的相容性较差，微生物的挂膜仅仅是通过泡沫体与微生物之间的物理吸附而实现，故其固定化微生物细胞容易脱落而导致处理效果降低，同时，聚氨酯海绵填料还存在着耐磨性差、抗老化能力弱以及微生物挂膜时间长的问题。因此，需要对聚氨酯海绵填料做进一步的改进和强化，提高其耐磨、抗老化性能，增加其表面粗糙度，改善生物相容性，使微生物能更容易在其表面生长繁衍，提高挂膜速率，进而提升整个生物滤池工艺的处理效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有聚氨酯填料所存在的挂膜时间长、耐磨性差、抗老化能力弱以及生物相容性差的问题，提供了一种通过在聚氨酯海绵的合成过程中投放多种添加剂来强化聚氨酯海绵填料在耐磨、抗老化以及生物相容性方面的能力，缩短挂膜时间，提高生物滤池的工作效率。所述技术方案如下：

一种用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化方法，其特征在于，由工业海绵构成填料的主要基体，并且在工业海绵基体的合成过程中加入三种添加剂，添加剂均匀分布复合在工业海绵的孔状结构中，并与工业海绵基体紧密结合在一起。

具体的，所述的工业海绵基体为聚氨酯海绵材料。

具体的，所述的三种添加剂分别为乙烯、玻璃纤维和甲壳素。

甲壳素分子中含有活泼的羟基和氨基等极性基团，可发生反应，在聚氨脂海绵材料发泡过程中加入甲壳素，会与聚氨脂海绵发生交联反应，而未参加交联反应的甲壳素氨基、羟基等可与聚氨脂中基团形成氢键。

乙烯在工业海绵基体原位生成过程中，进行反应，进一步加强了工业海绵基体的性能。

玻璃纤维在基体内起着异相成核的作用，减少形成泡孔所需要的自由能，使泡孔变小而均匀。

乙烯、玻璃纤维和甲壳素能够与聚氨脂海绵材料紧密结合在一起，并在聚氨酯基体中分布均匀。

具体的，所述聚氨酯海绵填料由以下质量份数的各种原料组分混合制成：聚醚多元醇80～120份、乙烯基聚合物多元醇50～80份、水4～12份、甲苯二异氰酸酯90～100份、硅油6～8份、三乙烯二胺1～2份、双(二甲基氨基乙基)醚0.1～1份、二氯甲烷10～40份、辛酸亚锡0.5～1份、乙烯10～20份、甲壳素10～15份、玻璃纤维10～20份；

其中乙烯基聚合物多元醇为乙烯基聚合物接枝聚醚多元醇。

具体的，所述聚氨酯海绵填料的制备包括以下合成步骤：

(1)首先将原料聚醚多元醇、乙烯基聚合物多元醇、水、硅油、三乙烯二胺、双(二甲基氨基乙基)醚、辛酸亚锡、乙烯、玻璃纤维、甲壳素按照一定的质量分数配比放入反应器中，慢速搅拌5分钟，使其混合均匀，再将甲苯二异氰酸酯和二氯甲烷加入反应器中，高速搅拌15分钟，待搅拌完成后，迅速将混合物倒入发泡箱中进行发泡过程，在室温下放置三天以上后，得到熟化后的发泡体；

(2)通过切割机器将熟化后的发泡体切割成粒径处于15～25mm之间的发泡颗粒，将其浸泡在10wt％的碳酸钠水溶液中，待浸泡12小时后捞出，用水清洗，直至pH显示为中性，再将其浸泡在3wt％的醋酸水溶液中，待浸泡12小时后捞出，用水洗至中性后，压干水分；

(3)最后将上述得到的发泡颗粒浸泡在10wt％的氯乙酸水溶液中，常温下浸泡12小时以上，捞出用水清洗至中性后，压干水分得到最终填料。

具体的，所述玻璃纤维的长度在2-4mm优选3mm，甲壳素的脱乙酰度在90％以上。

具体的，所述慢速搅拌的搅拌速度为300r/min，高速搅拌的搅拌速度为600～1000r/min。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供的用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化工艺，采用乙烯、玻璃纤维、甲壳素与聚氨酯海绵材料相结合，强化聚氨酯海绵作为生物滤池填料的污水处理性能。乙烯的添加能够显著提升聚氨酯海绵材料的耐磨性与抗老化性；玻璃纤维的添加能够增大聚氨酯海绵材料表面开孔的孔径，提高填料的比表面积和表面粗糙度，特别是3mm长度的短玻璃纤维效果最好，比表面积的增大和表面粗糙度的提升使得微生物能够更容易在填料表面附着生长，形成生物膜；甲壳素的添加能够提高聚氨酯海绵材料的生物相容性，使得微生物更易于生存。同时，该工艺还具有简单方便、经济实惠、安全稳定的优点。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明作详细的说明，需要指出的是这些具体的实施例只是对本发明的进一步描述，并不是对本发明权利要求的范围的限制。

其中乙烯基聚合物多元醇(POP)：2046，购买自山东东大化学工业有限公司。

双(二甲基氨基乙基)醚：Niax A-1，美国联碳公司。

实施例1：

取以下质量份数的各种原料组分：聚醚多元醇80份、乙烯基聚合物多元醇50份、水4份、甲苯二异氰酸酯90份、硅油6份、三乙烯二胺1份、双(二甲基氨基乙基)醚0.1份、二氯甲烷10份、辛酸亚锡0.5份、乙烯10份、甲壳素10份、玻璃纤维10份。

首先将原料聚醚多元醇、乙烯基聚合物多元醇、水、硅油、三乙烯二胺、双(二甲基氨基乙基)醚、辛酸亚锡、乙烯、玻璃纤维、甲壳素按照上述的质量分数配比放入反应器中，以300r/min的搅拌速度慢速搅拌5分钟，使其混合均匀，再将作为物理发泡剂的甲苯二异氰酸酯和二氯甲烷加入反应器中，以600r/min的搅拌速度高速搅拌15分钟，待搅拌完成后，迅速将混合物倒入发泡箱中进行发泡过程，在常温下放置三天以上后，得到熟化后的发泡体；

通过切割机器将熟化后的发泡体切割成粒径处于15mm之间的发泡颗粒，将其浸泡在10％的碳酸钠溶液中，待浸泡12小时后捞出，用水清洗，直至pH显示为中性，再将其浸泡在3％的醋酸溶液中，待浸泡12小时后捞出，用水洗至中性后，压干水分；

最后将上述得到的发泡颗粒浸泡在10％的氯乙酸溶液中，常温下浸泡12小时以上，捞出用水清洗至中性后，压干水分得到最终填料。

填料的性能测试结果：与常用的生物陶粒(BAF滤池标准用生物陶粒)相比较，参照通常曝气生物滤池接种挂膜方法，采用生活污水培养，水体温度为室温如20℃，生物陶粒挂膜时间12天，本填料挂膜时间7天；空隙率为95％；比表面积85m²/g；将挂膜成功稳定运行一段时间后，本填料用pH＝12的NaOH溶液浸泡4h后，用自来水、蒸馏水冲洗干净后，再用克氏定氮法测量本填料和生物陶粒上的含氮量，换算成微生物量，微生物负载量20g/L，年损耗率<8％。

填料的性能测试

实施例2：

取以下质量份数的各种原料组分：聚醚多元醇100份、乙烯基聚合物多元醇65份、水8份、甲苯二异氰酸酯95份、硅油7份、三乙烯二胺1份、双(二甲基氨基乙基)醚0.5份、二氯甲烷30份、辛酸亚锡0.5份、乙烯15份、甲壳素10份、玻璃纤维10份。

首先将原料聚醚多元醇、乙烯基聚合物多元醇、水、硅油、三乙烯二胺、双(二甲基氨基乙基)醚、辛酸亚锡、乙烯、玻璃纤维、甲壳素按照上述的质量分数配比放入反应器中，以300r/min的搅拌速度慢速搅拌5分钟，使其混合均匀，再将作为物理发泡剂的甲苯二异氰酸酯和二氯甲烷加入反应器中，以800r/min的搅拌速度高速搅拌15分钟，待搅拌完成后，迅速将混合物倒入发泡箱中进行发泡过程，在常温下放置三天以上后，得到熟化后的发泡体；

通过切割机器将熟化后的发泡体切割成粒径处于20mm之间的发泡颗粒，将其浸泡在10％的碳酸钠溶液中，待浸泡12小时后捞出，用水清洗，直至pH显示为中性，再将其浸泡在3％的醋酸溶液中，待浸泡12小时后捞出，用水洗至中性后，压干水分；

填料的性能测试结果：挂膜方法与实施例1相同，本填料挂膜时间7天；空隙率为98％；比表面积120m²/g；微生物测定方法与实施例1相同，微生物负载量25g/L，年损耗率<8％。

填料的性能测试

实施例3：

取以下质量份数的各种原料组分：聚醚多元醇120份、乙烯基聚合物多元醇80份、水12份、甲苯二异氰酸酯100份、硅油8份、三乙烯二胺2份、双(二甲基氨基乙基)醚1份、二氯甲烷40份、辛酸亚锡1份、乙烯20份、甲壳素15份、玻璃纤维20份。

首先将原料聚醚多元醇、乙烯基聚合物多元醇、水、硅油、三乙烯二胺、双(二甲基氨基乙基)醚、辛酸亚锡、乙烯、玻璃纤维、甲壳素按照上述的质量分数配比放入反应器中，以300r/min的搅拌速度慢速搅拌5分钟，使其混合均匀，再将作为物理发泡剂的甲苯二异氰酸酯和二氯甲烷加入反应器中，以1000r/min的搅拌速度高速搅拌15分钟，待搅拌完成后，迅速将混合物倒入发泡箱中进行发泡过程，在常温下放置三天以上后，得到熟化后的发泡体；

通过切割机器将熟化后的发泡体切割成粒径处于15～25mm之间的发泡颗粒，将其浸泡在10％的碳酸钠溶液中，待浸泡12小时后捞出，用水清洗，直至pH显示为中性，再将其浸泡在3％的醋酸溶液中，待浸泡12小时后捞出，用水洗至中性后，压干水分；

填料的性能测试结果：挂膜方法与实施例1相同，本填料挂膜时间7天；空隙率为96％；比表面积100m²/g；微生物测定方法与实施例1相同，微生物负载量23g/L，年损耗率<8％。

填料的性能测试

以上对本发明具体实施例的详细阐述，是为便于本领域的技术专业技术人员理解和应用本发明。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可对本发明进行修改、改进，这些修改和改进也落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化方法，其特征在于，由工业海绵构成填料的主要基体，并且在工业海绵基体的合成过程中加入三种添加剂，添加剂均匀分布复合在工业海绵的孔状结构中，并与工业海绵基体紧密结合在一起；所述的三种添加剂分别为乙烯、玻璃纤维和甲壳素。

2.按照权利要求1所述的一种用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化方法，其特征在于，所述的工业海绵基体为聚氨酯海绵材料。

3.按照权利要求1所述的一种用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化方法，其特征在于，所述聚氨酯海绵填料由以下质量份数的各种原料组分混合制成：聚醚多元醇80～120份、乙烯基聚合物多元醇50～80份、水4～12份、甲苯二异氰酸酯90～100份、硅油6～8份、三乙烯二胺1～2份、双(二甲基氨基乙基)醚0.1～1份、二氯甲烷10～40份、辛酸亚锡0.5～1份、乙烯10～20份、甲壳素10～15份、玻璃纤维10～20份。

4.按照权利要求1所述的一种用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化方法，其特征在于，所述聚氨酯海绵填料的制备包括以下合成步骤：

5.按照权利要求4所述的一种用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化方法，其特征在于，所述玻璃纤维的长度在2-4mm优选3mm，甲壳素的脱乙酰度在90％以上。

6.按照权利要求5所述的一种用于工业废水处理的生物滤池填料制备与强化方法，其特征在于，所述慢速搅拌的搅拌速度为300r/min，高速搅拌的搅拌速度为600～1000r/min。

7.按照权利要求1-6任一项所述的方法制备得到的生物滤池填料。

8.按照权利要求1-6任一项所述的方法制备得到的生物滤池填料的应用，采用生活污水培养，水体温度为20℃，本填料挂膜时间7天。