CN113444360B - 一种生物膜毯填料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物膜毯填料及其制备方法和应用，属于水处理技术领域；所述生物膜毯填料的原料按重量份计包括：二苯基甲烷二异氰酸脂75～85份、聚醚多元醇15～25份、发泡剂15～20份、催化剂0.5～1份、泡沫稳定剂0.5～1份、扩散剂0.5～1份及微生物活性激发剂2～3份；按照重量份称取各原料并混合、发泡，之后击破闭孔即得所述生物膜毯填料，其负载的微生物活性激发剂能有效促进微生物繁殖，使其具有高生物量；同时由于其具有连通多孔结构，使其在水处理过程中不易堵塞，并显著提高了传质效率，从而提高了水处理效率，且其具有稳定性强，抗冲击能力强，处理效果稳定的特点，适用于各种生活污水以及工业废水的处理。

Description

一种生物膜毯填料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种生物膜毯填料及其制备方法和应用。
背景技术
在污水处理领域中，移动床生物膜反应器(MBBR)工艺有着举足轻重的地位，其基本原理是生物膜法，充分利用活性污泥中微生物复杂代谢的优点，同时又攻克了传统活性污泥的缺点。将微生物固定在特定的填料上是MBBR工艺的一大特色，使微生物和污水充分地接触，加速了污水中污染物的处理效率。
目前各地的环境研究者从多个方面入手解决MBBR工艺中所遇到的难题，以寻求更加高效经济的污水处理方法，例如反应器，工艺流程以及微生物强化等方面，生物填料可以有机地将微生物结合到一起，并与污水进行充分的接触。在现有的MBBR工艺中，存在工艺流化填料易堵塞难题，生物填料上的生物量不够，导致此工艺在实际的应用中有所限制，因而以生物填料为核心的微生物固定技术受到了足够的重视。
综上所述，开发一种能保持高生物量、传质效率高、成本低和效果好的生物膜毯填料，可以有效的提高污水处理效率。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种生物膜毯填料及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种生物膜毯填料，原料按重量份计包括：二苯基甲烷二异氰酸脂75～85份、聚醚多元醇15～25份、发泡剂15～20份、催化剂0.5～1份、泡沫稳定剂0.5-1份、扩散剂0.5-1份及微生物活性激发剂2～3份。
优选的，所述聚醚多元醇为聚醚丙二醇、聚醚丙三醇中的至少一种。
优选的，所述发泡剂为CaCO3、二氯甲烷中的至少一种，所述催化剂为过氧化二异丙苯、三乙醇胺、三乙烯二胺、三乙胺中的一种或多种，所述泡沫稳定剂为有机硅，所述扩散剂为乙基纤维素。
优选的，所述微生物活性激发剂为铁或锰的氧化物、钴、镍、电气石及活性生物酶制剂中的一种或多种。
优选的，所述活性生物酶制剂为水解酶、过氧化氢酶中的至少一种。
优选的，所述生物膜毯填料还缝制有膜毯固定材料。
所述膜毯固定材料为涤纶材质织带，为长条形，对称缝制在生物膜毯填料表面。
生物膜毯填料固定材料是涤纶材质织带，其宽度为3-4cm，具有不易腐蚀，经久耐用的特点。
优选的，所述生物膜毯填料两端还缝制有涤纶材质的环。
本发明中的生物膜毯填料做成挂毯的形式，便于安装与拆卸，解决了现有移动床生物膜反应器中的填料装填困难的问题；且挂毯形式能更好地防止填料堵塞，提高传质效率。
本发明还提供了上述生物膜毯填料的制备方法，包括以下步骤：按照重量份称取各原料并混合、发泡，之后击破闭孔即得所述生物膜毯填料。
优选的，采用点燃空气与氢气混合气的方法击破闭孔。
本发明还提供了上述生物膜毯填料在水处理中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过采用二苯基甲烷二异氰酸脂、聚醚多元醇、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、扩散剂及微生物活性激发剂为原料进行发泡并击破封闭气孔后，得到负载有微生物活性激发剂的具有连通多孔结构的生物膜毯填料，孔隙大小为26～30目，孔隙率为94-97％，生物膜毯填料的密度为25～35kg/m3，压缩硬度为2.6～2.9N，拉伸强度为200～250KPa，回弹率可达40％；其负载的微生物活性激发剂能有效促进微生物繁殖，使其具有高生物量和高生物活性，生物量可达30kg/m3以上，同时其具有的连通多孔结构使其在水处理过程中不易堵塞，并显著提高了传质效率，从而提高了水处理效率，且其具有稳定性强，抗冲击能力强，处理效果稳定的特点，适用于各种生活污水以及工业废水的处理。
本发明的生物膜毯填料材质轻盈，使用方便，膜毯材料具有高机械强度，且不易损坏，延长了使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制备得到的发泡海绵的微观结构图；
图2为实施例1制备得到的生物膜毯填料成品实物图；
图3为实施例1制备得到的生物膜毯填料及市售普通MBBR对废水COD的处理效果图；
图4为实施例1制备得到的生物膜毯填料及市售普通MBBR对废水氨氮的处理效果图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按重量份计。
以下实施例中所采用的水解酶为市售普通水解酶，以下不再重复描述。
实施例1
生物膜毯填料的制备，包括以下步骤：
将80份二苯基甲烷二异氰酸脂与20份聚醚丙三醇，19份CaCO3和0.6份过氧化二异丙苯混合在一起，再加入2份由氧化锰、三氧化二铁、钴、镍按照重量比为1∶1∶1∶1组成的混合物，1份电气石粉于模具中发泡，混入泡沫稳定剂有机硅及扩散剂乙基纤维素各0.5份，加工得到聚氨酯基体，随后放入大小相等的密闭箱体，再向其中充入空气与氢气按照体积比为5:2，总体积为箱体0.3倍混合气体，通过点燃产生冲击性，冲击击破闭孔，即可制得生物膜毯填料。
经检测，所得生物膜毯填料的孔隙在26-30目，孔隙率为95％，拉伸强度为250KPa，压缩硬度2.7N，回弹40％，密度为30kg/m3，其为连通多孔结构，微观结构图如图1所示；
采用数控海绵切割机将制备得到的生物膜毯填料切成厚度1cm的薄片，随后切成长度为2.0m的片状，最后切成0.6m宽的长条，即为生物膜毯基底，选择宽度为4cm的涤纶织布4.8m，对折，前后两端各留有0.2m，将膜毯基底放入对折后的织布中间，在0.2m处通过4条缝合线将其缝制在膜毯上，前后两端自然形成环状，加工完成即得生物膜毯填料成品，如图2所示。
实施例2
生物膜毯填料的制备，步骤如下：
将75份二苯基甲烷二异氰酸脂与15份聚醚丙二醇，15份二氯甲烷和0.5份三乙醇胺混合在一起，再加入1份由氧化锰、三氧化二铁、钴、镍按照重量比为1∶1∶1∶1组成的混合物，1份水解酶于模具中发泡，混入泡沫稳定剂有机硅及扩散剂乙基纤维素各1份，加工得到聚氨酯基体，随后放入大小相等的密闭箱体，再向其中充入空气与氢气按照体积比为5:2，总体积为箱体0.2倍的混合气体，通过点燃产生冲击性，完成冲破闭孔过程，即可制得生物膜毯填料。
经检测，所得生物膜毯填料的孔隙在26-30目，孔隙率为95％，拉伸强度为230KPa，压缩硬度2.9N，回弹38％，密度为35kg/m3，其为连通多孔结构；
采用数控海绵切割机将制备得到的生物膜毯填料切成厚度1cm的薄片，随后切成长度为2.0m的片状，最后切成0.6m宽的长条，即为生物膜毯基底，选择宽度为4cm的涤纶织布4.8m，对折，前后两端各留有0.2m，将膜毯基底放入对折后的织布中间，在0.2m处通过4条缝合线将其缝制在膜毯上，前后两端自然形成环状，加工完成即得生物膜毯填料成品。
实施例3
生物膜毯填料的制备，包括以下步骤：
将85份二苯基甲烷二异氰酸脂与25份聚醚丙三醇，20份CaCO3和1份三乙胺混合在一起，再加入2份由氧化锰、三氧化二铁、钴、镍按照重量比为1∶1∶1∶1组成的混合物，0.5份电气石粉和0.5份过氧化氢酶于模具中发泡，混入泡沫稳定剂有机硅及扩散剂乙基纤维素各0.7份，加工得到聚氨酯基体，随后放入大小相等的密闭箱体，再向其中充入空气与氢气按照体积比为5:2，总体积为箱体0.3倍的混合气体，通过点燃产生冲击性，完成冲破闭孔过程，即可制得生物膜毯填料。
经检测，所得生物膜毯填料的孔隙在26-30目，孔隙率为97％，拉伸强度为215KPa，硬度2.6N，回弹39％，密度为25kg/m3，其为连通多孔结构；
采用数控海绵切割机将制备得到的生物膜毯填料切成厚度1cm的薄片，随后切成长度为2.0m的片状，最后切成0.6m宽的长条，即为生物膜毯基底，选择宽度为4cm的涤纶织布4.8m，对折，前后两端各留有0.2m，将膜毯基底放入对折后的织布中间，在0.2m处通过4条缝合线将其缝制在膜毯上，前后两端自然形成环状，加工完成即得生物膜毯填料成品。
对比例1
生物膜毯填料的制备，包括以下步骤：
将80份二苯基甲烷二异氰酸脂与20份聚醚丙三醇，19份CaCO3和0.6份过氧化二异丙苯混合在一起，再加入0.5份电气石粉和0.5份水解酶于模具中发泡，混入泡沫稳定剂有机硅及扩散剂乙基纤维素各0.5份，加工得到聚氨酯基体，随后放入大小相等的密闭箱体，再向其中充入空气与氢气按照体积比为5:2，总体积为箱体0.3倍的混合气体，通过点燃产生冲击性，完成冲破闭孔过程，即可制得生物膜毯填料。
经检测，所得生物膜毯填料的孔隙在10-20目，孔隙率为85％，拉伸强度为202KPa，压缩硬度3.2N，回弹35％，密度为42kg/m3。
效果验证
将实施例1及对比例1制备得到的生物膜毯填料成品按照0.3m×0.4m间距固定在生物反应器中，将生物反应器置于有机废水中，其初始COD值为450mg/L，氨氮含量为38mg/L，并将市售普通MBBR置于同样的有机废水中，对废水进行处理，稳定运行30天时，对各填料负载的生物量分别进行检测，得出实施例1制备的生物膜毯填料中负载的生物量为32kg/m3，对比例1制备得到的生物膜毯填料中负载的生物量为28kg/m3，而市售普通MBBR中负载的生物量仅为21kg/m3。检测其对有机废水的处理效果，其中实施例1制备的生物膜毯填料及市售普通MBBR对废水COD的处理效果如图3所示，对氨氮的处理效果如图4所示。由图3和图4可以看出，本发明制备得到的生物膜毯填料对于COD和氨氮的处理效果更好，其可在8天内完成启动，市售普通MBBR在15天内完成启动。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种生物膜毯填料，其特征在于，原料按重量份计包括：二苯基甲烷二异氰酸脂75～85份、聚醚多元醇15～25份、发泡剂15～20份、催化剂0.5～1份、泡沫稳定剂0.5～1份、扩散剂0.5～1份及微生物活性激发剂2～3份；
所述微生物活性激发剂由水解酶、过氧化氢酶和电气石中的一种或多种，以及氧化锰、三氧化二铁、钴和镍组成。
2.根据权利要求1所述的生物膜毯填料，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚醚丙二醇、聚醚丙三醇中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的生物膜毯填料，其特征在于，所述发泡剂为二氯甲烷，所述催化剂为三乙醇胺、三乙烯二胺、三乙胺中的一种或多种，所述泡沫稳定剂为有机硅，所述扩散剂为乙基纤维素。
4.根据权利要求1所述的生物膜毯填料，其特征在于，所述生物膜毯填料还缝制有膜毯固定材料。
5.根据权利要求1所述的生物膜毯填料，其特征在于，所述生物膜毯填料两端还缝制有涤纶材质的环。
6.一种权利要求1～5任一项所述的生物膜毯填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照重量份称取各原料并混合、发泡，之后击破闭孔即得所述生物膜毯填料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，采用点燃空气与氢气混合气的方法击破闭孔。
8.如权利要求1～5任一项所述的生物膜毯填料在水处理中的应用。
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