CN1210399C - 活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体 - Google Patents
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Abstract
一种活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体，该载体在制备过程中通过添加多异氰酸酯、MLZ型高分子吸水剂和活性炭，使其具有微孔和大孔的交联网状结构及强极性的吸水表面，该载体集微孔大表面、大孔通透性、亲水性、反应性及强吸附性于一体，具有传质性能好、微生物亲和性优良、生物负载量高、物理与化学稳定性好的特点，是一种高效的固定化微生物载体。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯泡沫微生物固定化载体，特别是一种用于污水处理及一般生物反应过程的活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体。
背景技术
20世纪80年代初，面对日趋严重的水污染问题，固定化微生物技术开始用于污水处理。固定化微生物技术在固定微生物同时，又有利于优势菌种的筛选、驯化及固定化，能构成一种高效的废水处理系统并用于污水处理，与一般污水生物处理方法相比，具有处理效率高、稳定性好、能纯化和保持优势菌群、微生物负载量大、污泥产量小、固液分离容易、以及基建占地少等优点，因此，固定化微生物及其处理污水技术已受到广泛关注。固定化微生物的污染物去除能力受到载体种类及其制备方法的影响，美国专利4983299报道通过聚氨酯、吸附活性炭而作为固定化生物载体；中国专利CN1105649A通过在聚氨酯制备过程中填加活性炭，发泡成型后作为固定化微生物载体，二者的缺点为比表面积小，吸附能力差，载体的亲水性、抗冲击性能及稳定性也不够。文献报道较多的高分子凝胶载体，一类是天然高分子凝胶载体，如琼脂、角叉莱胶、海藻酸钙等，这类载体一般对生物无毒，对微生物的亲和性能优良、传质性能也较好，但其生物稳定性差，机械强度低，成本高；另一类是有机高分子凝胶载体，如聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇(PVA)、光硬化树脂、聚丙烯酸凝胶等，这类载体虽然强度较好，但生物亲和性与传质性能较差，在微生物包埋时对微生物活性会产生影响。同时，由于高分子凝胶载体耐冲击性能及传质不佳，从而使其应用受到一定限制。
发明内容
本发明的目的在于通过在普通聚醚型聚氨酯发泡过程中添加多异氰酸酯、MLZ型高分子吸水剂和活性炭，使其具有微孔和大孔的交联网状结构及强极性的吸水表面，改善了泡沫载体对微生物的亲和性、传质性能和理化稳定性，从而达到提高污水处理效率的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在聚醚型聚氨酯泡沫体制备过程中通过添加多异氰酸酯、MLZ型高分子吸水剂和活性炭，使其具有微孔和大孔的交联网状结构及强极性的吸水表面，以利于通过载体结合法固定化微生物。其中所添加MLZ型高分子吸水剂为IPN(互穿聚合物网络)型聚乙烯醇/聚丙烯酸钠高分子水凝胶。为制备这种活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体所用原料的配比(重量百分比)为：
聚醚 53.00---59.50
甲苯二异氰酸酯 26.00---30.00
多异氰酸酯 2.53---3.07
活性炭 1.10---2.75
MLZ型高分子吸水剂 5.50---11.00
硅油 0.45---1.10
试剂胺 0.14---0.17
催化剂 0.14---0.17
水 0.32---0.85
其生产工艺为：按产品所需各组分之比例将水、聚醚、硅油、试剂胺、催化剂、活性炭放入搅拌罐，在20±2℃搅拌均匀后加入MLZ型高分子吸水剂，于搅拌下加入甲苯二异氰酸酯和多异氰酸酯，混匀后置于模具中发泡成型并切割成块，即得成品。将这种活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体成品加入塑料曝气槽中，加入活性污泥上清液或高效微生物菌群后，通入废水，于闷曝条件下进行固化反应。驯化养生30-40天后，可用于污水处理。
本发明所提供的活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体由于在传统聚醚型聚氨酯泡沫加工过程中添加了异氰酸酯、MLZ型高分子吸水剂和活性炭，可以通过由MLZ型高分子吸水剂中的羟基与异氰酸酯基及多异氰酸酯反应而形成网状交联结构，既为泡沫体中提供了微孔结构、增大了载体的比表面积和超强吸附力，又改善了载体的抗冲强度。而MLZ型吸水性高分子的羧酸钠则会大大提高载体的亲水性，形成了非常有利于微生物代谢增殖的微环境；同时，活性炭的加入既会增大载体的屏蔽性能从而提高了其稳定性，又因其优良的表面吸附性而强化载体对微生物和污染物的双重吸附性能。在本发明所提供的活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体的结构特征中，大孔能保持良好的气、液、固三相传质推动力，增大与污染物接触面积；载体的微孔与亲水性为各种不同特性的微生物提供了良好的微环境；反应性基团与强吸附表面有利于通过载体结合法固定化微生物，其强极性表面产生的强物理吸附作用，还有利于对污水中微生物的吸附，同时提高微生物与污染物的接触面积，有利于提高污水处理效率。由于本发明所提供的活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体的特殊性结构，使固定化微生物可在载体内部形成从好氧到厌氧连续变化的微环境，从而提高了固定化微生物的广谱性。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1.按质量取聚醚59.5份、水0.32份、硅油0.45份、试剂胺0.14份、催化剂0.14份、活性炭1.1份依次放入搅拌罐中，在20±2℃搅拌均匀后，在搅拌状态下加入MLZ型高分子吸水剂5.35份，使其分散均匀，然后加入甲苯异氰酸酯30份和多异氰酸酯3份，继续搅拌均匀后置于模具中发泡成型后，切割成20mm×15mm×15mm的方块泡沫载体。
在总体积为0.35M3塑料曝气槽中，加入20-30％反应体积的泡沫载体，加入活性污泥上清液或高效微生物菌群后，通入事先调好pH＝7-8的工业废水使其浸过槽中载体，于闷曝条件下靠强吸附性及价键结合的协同作用进行固定化反应。从第二天起每天更换一定量槽中废水进入驯化养生阶段，养生过程中加入总体积5％的增菌培养基，并可酌情补加活性污泥上清液或高效微生物菌群，驯化养生24-40天，完成驯化养生的固定化高效微生物菌群与曝气水槽构成固定化微生物-曝气滤池污水处理系统即IBAF系统。以顺流式向IBAF系统中加入COD为1200mg/L、，NH4 ＝-N为200mg/L、pH＝6-9的工业污水，启动曝气装置进行接触氧化反应，污水经过6-8小时生化处理，出水指标COD为80mg/L，NH4 ＝-N为10mg/L，达到国家一级排放标准。
实施例2.按质量取聚醚54.43份、水0.85份、硅油1.1份、试剂胺0.17份、催化剂0.17份、活性炭2.75份依次放入搅拌罐中，在20±2℃搅拌均匀后，在搅拌状态下加入MLZ型高分子吸水剂11份，使其分散均匀，然后加入甲苯异氰酸酯27份和多异氰酸酯2.53份，继续搅拌均匀后置于模具中发泡成型后，切割成20mm×15mm×15mm的方块泡沫载体。
如实施例1进行驯化养生后，加入COD为548mg/L、NH4 ＝-N为28mg/L、SS为255mg/L及pH＝7-8的生活污水，启动曝气装置进行接触氧化反应，污水经过4-6小时生化处理，出水指标COD为62mg/L，、NH4 ＝-N为8mg/L，SS为65mg/L达到国家一级排放标准。
实施例3.按质量取聚醚56份、水0.60份、硅油0.8份、试剂胺0.16份、催化剂0.16份、活性炭1.9份依次放入搅拌罐中，在20±2℃搅拌均匀后，在搅拌状态下加入MLZ型高分子吸水剂9.58份，使其分散均匀，然后加入甲苯异氰酸酯28份和多异氰酸酯2.8份，继续搅拌均匀后置于模具中发泡成型后，切割成20mm×15mm×15mm的方块泡沫载体。
在体积为0.1M3的圆形塑料水槽中，上端设置出水堰并在其顶部设置气体收集装置，构成厌氧生物反应器；另外两个顶端敞开、亦具有上端出水堰且体积同为0.1M3的圆形塑料水槽构成好氧生物反应器。反应器内部上下各设置滤网用于承载活性炭复合亲水性聚胺酯泡沫载体固定化微生物填料、并安装曝气系统(其中，厌氧微生物反应器的曝气系统用于反冲洗)。投入1/3体积的活性炭复合亲水性聚胺酯泡沫载体及一定量的高效微生物，于闷曝条件下进行固定化及其驯化养生。完成驯化养生后构成固定化-曝气生物滤池厌氧-好氧串联污水处理系统(即A-IBAF/IBAF污水处理系统)。实验结果表明，对于COD为4000mg/L、NH4 ＝-N为200mg/L、SS为120mg/L及温度为35℃的有机污水而言，在厌氧部分处理8-10小时后COD去除率为60％、，NH4-N为25％，SS为24％，并可产生一定量的沼气。A-IBAF反应器出水进入IBAF反应器经过5-6小时好氧处理后，COD去除率为95％、，NH4-N为90％，SS为84％。COD总去除率可达98％、NH4-N为92.5％，SS为87.84％，最后出水完全达到国家一级排放标准。
Claims (2)
1、一种活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体，其特征在于在聚醚型聚氨酯软泡沫制备过程中通过添加多异氰酸酯、MLZ型高分子吸水剂和活性炭，使其具有微孔和大孔的交联网状结构和强极性的吸水表面，以利于通过载体结合法固定化微生物；其中，MLZ型高分子吸水剂为聚乙烯醇/聚丙烯酸钠互穿聚合物网络(即IPN)型高分子水凝胶。
2、一种如权利要求1所述活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫微生物固定化载体的制备方法，其特征在于所用原料的配比(重量百分比)为：
聚醚 53.00--59.5
甲苯二异氰酸酯 26.00--30.00
多异氰酸酯 2.53--3.07
活性炭 1.10--2.75
MZL型高分子吸水剂 5.50--11.00
硅油 0.45--1.10
试剂胺 0.14--0.1 7
催化剂 0.14--0.17
水 0.32--0.85
其生产工艺为：按产品所需各组分之比例将水、聚醚、硅油、试剂胺、催化剂、活性炭放入搅拌罐，在20±2℃搅拌均匀后加入MZL型高分子吸收剂，于搅拌下加入甲苯二异氰酸酯和多异氰酸酯，混匀后置于模具中发泡成型并切割成块；其中，MLZ型高分子吸水剂为聚乙烯醇/聚丙烯酸钠互穿聚合物网络(即IPN)型高分子水凝胶。
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