CN114621486B - 一种微膨胀生物载体及其制备方法与应用 - Google Patents

一种微膨胀生物载体及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体公开了一种微膨胀生物载体及其制备方法与应用。本发明的制备微膨胀生物载体的方法，包括：(1)将多元醇和异氰酸酯混合反应；(2)将步骤(1)获得的反应物与助剂：高吸水树脂、亲水硅油及水进行混合；(3)将步骤(2)获得的混合物与催化剂进行混合，发泡成型；其中，所述多元醇为聚醚多元醇YB‑3010和PTMEG的混合物。本发明的微膨胀生物载体亲水，入水后微膨胀，比表面积大，自然悬浮于水中，挂膜启动速度快，适用于污水处理厂的原位扩能和提标改造，可提高污水处理量及去除效率。

Description

一种微膨胀生物载体及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体地说，涉及一种微膨胀生物载体及其制备方法与应用。
背景技术
随着现代化生活的逐渐发展，人们对环保和可持续发展方面的要求不断提高，对废水进行回收处理再利用即是一种符合上述需求的技术手段。经过多年发展，目前成熟的污水处理的方法有许多，其中一种比较有效环保的方式为水处理生物反应。在该技术中，需要为微生物提供载体来使其发挥功效，载体的差异可极大地影响污水处理的效果。常用的使微生物附着生长在载体里的方法主要有表面吸附固定法、交联固定法、以及包埋固定法等。
交联固定法是利用两个或两个以上的功能团制剂，直接与微生物肽链某些氨基酸残基进行交联反应，从而与微生物形成共价键使微生物固定化的方法。但该方法化学反应激烈，对微生物活性影响较大，使用的交联剂大多有毒且价格昂贵，从而限制了此法的应用。包埋固定法是用高分子水凝胶材料形成将微生物固定化的网络、微囊等，或利用水溶单体聚合形成凝胶时将微生物包埋在其内。该方法对微生物活性影响较小，但因其载体网络结构的阻碍而不利于传质，且水凝胶耐冲击性不佳、寿命短。表面吸附固定法是指微生物吸附在载体表面的固定方法，其对微生物活性影响较小。
目前污水处理中具有采用聚氨酯类生物载体的方案，其多数投加在生物反应池中为微生物生长提供载体，以增加生物量。但目前普遍存在疏水性，同时投加后、大部分漂浮于水体表面、传质接触差、挂膜启动慢。因此，仍有必要对生物载体进行进一步研究。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种挂膜速度快、处理量大、去除效率高的生物载体。
为了实现该目的，本发明的技术方案如下：
一种制备微膨胀生物载体的方法，其包括：
(1)将多元醇与异氰酸酯进行反应，生成预聚体；
(2)将步骤(1)获得的所述预聚体与水、高吸水树脂和亲水硅油混合；
(3)将步骤(2)获得的混合物与催化剂混合，发泡成型；
其中，所述多元醇为聚醚多元醇YB-3010和PTMEG的混合物。
本发明研究发现，当在制备微膨胀生物载体时，将特定多元醇配合使用在本发明体系中，可使载体既获得理想的物理机械性，又使具有理想的挂膜速度和处理效率。
优选，所述聚醚多元醇YB-3010和PTMEG的质量比为(3.5～4.25)：1。
本发明方法中，所述高吸水树脂为丙烯酸类树脂，其吸无离子水量400～500g/g，吸水速率小于30S。
和/或，所述亲水硅油与所述高吸水树脂的质量比为(0.12～0.17)：1。
本发明研究发现，当以上述限定的质量比添加亲水硅油与高吸水树脂时，可进一步提升机械性能及处理效果。
在制备本发明的微膨胀生物载体时，还可在发泡前加入阳离子型聚丙烯酰胺(分子量为600-1000)，以使微膨胀生物载体带正电，从而更有利于吸附负电性的微生物。
本发明方法中，PTMEG的分子量为1950-2100。
本发明方法中，所述催化剂为辛酸亚锡和胺催化剂。
本发明方法中，所述步骤(1)的反应温度控制在23～27℃。反应时间为6～10h。
本发明方法中，制备原料包括：聚醚多元醇YB-3010 75-85份、PTMEG 20份、甲苯二异氰酸酯32-36份、胺催化剂0.1～0.5份、辛酸亚锡0.04～0.1份、水2.3-2.6份、亲水硅油2.5～5.0份、高吸水树脂20-30份。
优选，制备原料包括：聚醚多元醇YB-3010 80份、PTMEG 20份、甲苯二异氰酸酯34份、胺催化剂0.3份、辛酸亚锡0.08份、水2.5份、亲水硅油3份、高吸水树脂25份。
本发明还提供一种微膨胀生物载体，其由上述的方法制备得到。
本发明的微膨胀生物载体，入水后吸水膨胀，整体密度接近于水，可自然悬浮于水中。
本发明另提供一种上述微膨胀生物载体在污水处理中的应用。
本发明的有益效果至少在于：
本发明的微膨胀生物载体亲水，入水后微膨胀(1.5～1.8倍)，吸水膨胀密度接近于水，比表面积大，自然悬浮于水中，传质效率高，挂膜启动速度快，适用于污水处理厂的原位扩能和提标改造，可提高污水处理量及去除效率。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明具体实施方式部分所用PTMEG的分子量为1950～2100；亲水硅油、高吸水树脂购自巴斯夫有限责任公司。
实施例1
本实施例提供了一种本发明的微膨胀生物载体及其制备方法。
原料：
聚醚多元醇YB-3010 80份、PTMEG 20份、甲苯二异氰酸酯T-80 34份、胺催化剂33LV 0.3份、辛酸亚锡T9 0.08份、水2.5份、亲水硅油3份、高吸水树脂25份。
制备方法：
(1)将聚醚多元醇YB-3010、PTMEG和甲苯二异氰酸酯T-80加入反应釜中搅拌，控制反应温度为23-27℃，反应8h，得到反应物。
(2)将助剂：水、亲水硅油和高吸水树脂加入步骤(1)的反应物中，在反应釜中搅拌，充分混合。
(3)将催化剂：胺催化剂33LV及辛酸亚锡T9与步骤(2)所得混合物加入注塑设备中，充分混合后快速注入模具中反应30min，成型熟化后，切割成体积为1-2立方厘米的正立方体载体填料。
实施例2
本实施例提供了一种本发明的微膨胀生物载体及其制备方法。
原料：聚醚多元醇YB-3010 75份、PTMEG 20份、甲苯二异氰酸酯T-80 32份、胺催化剂33LV 0.15份、辛酸亚锡T9 0.04份、水2.3份、亲水硅油2.5份、高吸水树脂20份。
制备方法参见实施例1。
实施例3
本实施例提供了一种本发明的微膨胀生物载体及其制备方法。
原料：：聚醚多元醇YB-3010 85份、PTMEG 20份、甲苯二异氰酸酯T-80 36份、胺催化剂33LV 0.4份、辛酸亚锡T9 0.1份、水2.6份、亲水硅油5份、高吸水树脂30份。
制备方法参见实施例1。
对比例1
本对比例提供了一种生物载体及其制备方法。
原料：与实施例1相同，区别仅在于，以Y-1030多元醇替换聚醚多元醇YB-3010，来与PTMEG配合。
制备方法参见实施例1。
对比例2
本对比例提供了一种生物载体及其制备方法。
原料：与实施例1相同，区别仅在于，以Y-1030多元醇替换聚醚多元醇YB-3010，以GPOP36/30替换PTMEG。
制备方法参见实施例1。
对比例3
本对比例提供了一种生物载体及其制备方法。
原料：与实施例1相同，区别仅在于，以甲基硅油替换亲水硅油。
制备方法参见实施例1。
对比例4
本对比例提供了一种生物载体及其制备方法。
原料：与实施例1相同，区别仅在于，以膨润土替换高吸水树脂。
制备方法参见实施例1。
对比例5
本对比例提供了一种生物载体及其制备方法。
原料：与实施例1相同，区别仅在于，聚醚多元醇YB-3010和PTMEG的用量分别为60份和20份。
制备方法参见实施例1。
对比例6
本对比例提供了一种生物载体及其制备方法。
原料：与实施例1相同，区别仅在于，亲水硅油与高吸水树脂的用量分别为2份和20份。
制备方法参见实施例1。
实验例1
本实验例对上述实施例和对比例制备获得的生物载体的性能进行测定。
测试项目为：拉伸强度、断裂伸长率、膨胀系数、入水状态、挂膜及污水处理效果。测试依据ISO 1798-2008。实验结果见表1：
表1
Figure BDA0003572701870000061
从中可知，对比例1制得的载体强度低、韧性小，不耐水解。
对比例3相比于实施例1，亲水效果更差，入水反应后膨胀系数低，且整体物理机械性能较差。
取拉伸强度大于75Kpa、断裂伸长率大于95％的实施例1-3和对比例4和6制备得到的生物载体进行生化测试。
将样品载体按10％的比例投加到DO为2.5mg/L的100L好氧模型内。反应前池内MLSS控制为2000mg/L,污水CODcr平均为215mg/L、氨氮35mg/L、总氮40mg/L。待载体内部挂膜完全后，记录所用时间。并考察出水是否满足《城镇污水处理厂污水排放标准》一级A排放标准。
其中，实施例1、2、3经过3天、挂膜完整，满足排放需求。
对比例6经过5天、挂膜完整，满足排放要求。
对比例4经过10天、挂膜完整，满足排放要求。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种制备微膨胀生物载体的方法，其特征在于，包括：
(1)将多元醇与异氰酸酯进行反应，生成预聚体；
(2)将步骤(1)获得的所述预聚体与水、高吸水树脂和亲水硅油混合；所述亲水硅油与所述高吸水树脂的质量比为(0.12～0.17)：1；
(3)将步骤(2)获得的混合物与催化剂混合，发泡成型；
其中，所述多元醇为聚醚多元醇YB-3010和PTMEG的混合物；所述聚醚多元醇YB-3010和PTMEG的质量比为(3.5～4.25)：1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高吸水树脂为丙烯酸类树脂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，PTMEG的分子量为1950～2100。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为辛酸亚锡和胺催化剂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的反应温度控制在23～27℃，反应时间为6～10h。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，制备原料包括：聚醚多元醇YB-3010 75-85份、PTMEG 20份、甲苯二异氰酸酯32-36份、胺催化剂0.1～0.5份、辛酸亚锡0.04～0.1份、水2.3-2.6份、亲水硅油2.5～5.0份、高吸水树脂20-30份。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，制备原料包括：聚醚多元醇YB-3010 80份、PTMEG 20份、甲苯二异氰酸酯34份、胺催化剂0.3份、辛酸亚锡0.08份、水2.5份、亲水硅油3份、高吸水树脂25份。
8.一种微膨胀生物载体，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的方法制备得到。
9.权利要求8所述的微膨胀生物载体在污水处理中的应用。
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