發泡擠出成型熱塑性複合材料廢水生物處理用填料的製作方法

2023-04-27 17:12:26 2

專利名稱：：發泡擠出成型熱塑性複合材料廢水生物處理用填料的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種生物流動<移動)床(MBBR)汙水處理填料。
背景技術：
：中國專利CN1740102公開了一體式絮凝生物流動床汙水處理工藝，以集成一級強化技術和生物流動床技術為目的，由絮凝反應池和缺氧反應池合併為一體組成絮凝生物脫氮反應池，通過在絮凝生物脫氮反應池內投放懸浮填料，使反硝化細菌在其上集聚生長，並將好氧生物流動床出水超越中間沉澱池回流，從而實現了化學絮凝與反硝化生物脫氮在同一個反應器中完成，避開了一級強化技術和生物流動床技術之間直接串連存在矛盾的方面，同時減少了處理構築物的數目，使整個工藝更為簡約和緊湊，實現對這兩種技術的有機耦合，提出一種集約化的高效汙水處理技術。2006年北京化工大學學報公開了PVF懸浮填料的製備及其汙水處理效果的研究，採用PVF泡沫填料，汙水處理時同時進行硝化反硝化反應，通過製備新型的高分子多孔載體一活性泡沫填料，它是聚乙烯醇和甲醛的縮聚物(PVF)。其比表面積大、密度接近於水，具有良好的親生物特性-,可作為舉浮填料在移動床工藝中為微生物提供附著生長的載體。研究表明，在複合式生物反應器中加入不同活性炭質量分數的兩種活性PVF泡沫填料處理模擬生活汙水，其COD的去除率在95%以上，氨氮的去除率為80%左右。在相同的工藝條件下活性炭質量分數為8。/。的PVF填料COD的去除效果和反硝化效果更為理想。當兩填料體系中COD與NH4-N的質量濃度比為20時，兩系統的同時硝化反硝化(SND)效果均為最理想。CN1350訴4公開了水處理彈性親水性塑料填料製備方法，在塑料中混入水溶性高分子材料，改善材料表面親水性能，製造具有親水性表面的塑料材料用於製作水處理彈性填料，具體製備方法(l)按一定百分比稱取常用塑料顆粒PP、PE、PVC或它們的混合物，水溶性高分子材料粉末——聚乙烯醇，聚丙烯醯胺或它們的混合物；無機粉末——石粉，二氣化鈦粉末，二氧化矽粉末等，並在混合器中混勻；(2)把上述混合物在注塑機中^成顆粒；(3訴上述製作的顆粒料，在注塑機+,按填料不同規格要求，注塑成所需的有親7K表面的水和廢水處理用填料。CN1279213公開了一種用於水處理的活性填料，在高分子材料中加入生物活性物質製造成為用於水處理的活性填料，這種活性填料中含有活性物質，能促進微生物在本活性填料上生長，快速形成生物膜；能增大填料的實用表面積，進而增大微生物量，亦即提離了活性填料表觀比表面積的生物活性；物活性物質主要是澱粉、玉米粉類營養物質。現有市場上典型的填料如龍泰環保(填料)有限公司專業生產各種環保水處理填料系採用PE構成，其堆密度較高，生物掛膜生長的適宜性相對較差。但現有公開的技術未能綜合考慮填料的性能包括親水性(適合生物掛膜生長)，同時適合好氧、兼氧和厭氧菌的生長，還有填料的比重，以及使用的材料成本和使用的耐久性等等。蘭
發明內容本發明目的是提出一種生物流動床汙水處理填料，尤其是潤溼性好(適合生物掛膜生長)，同時適合好氣、兼氣和厭氧菌的生長，還有填料的比重，外型以及使用的材料成本和使ffl的耐久性等等。生物流動床汙水處理填料，採用PP、PE、PET、PS或PVC微孔發泡或上述材料的合金。例；PE/PS、PE/PVC等，並填充2"60TO的微米級/納米級顆粒無機材料、木粉、秸杆粉等夭然植物纖維或顆粒，無機材料為碳酸鈣、硫酸鈣、硅藻土、蒙脫土、離嶺土、滑石粉、石裔粉或凹凸棒土等、微/納米顆料的粒徑為0.1-200微米，填充時無機材料可經過耦聯劑的表面活性處理，發泡孔徑發泡餓孔孔徑為1-20微米、低發泡孔徑為20-100微米。生物流動床汙水處理填料的製備方法，按上述材料配比混合，將混合物經螺杆機擠出並經擠塑機擠塑切成顆粒狀填料(或直接擠塑成品)，按填料所要求的規格，擠塑成所需的具有表面潤溼性好的廢水生物處理用填料。生物流動床汙水處理填料，PE或PVC微孔發泡，並填充3-60WT"/。的無機材料，微湖米無機材料為碳酸鈣、硫酸鈣，發泡微孔孔徑為1-20微米、低發泡孔徑為20-150微米，且是一種擠塑切割的顆粒。控制比重在0.88-0.訴，填料的截面的尺寸為0(10-40)x(5-30)mm。控制比重最好在0.89-0.94。低發泡孔徑至150微米甚至更大，這是由於發泡劑發泡的或然性決定的。生物流動床汙水處理填料擠塑切割的顆粒，表面以及lmm以內的材料內部微孔孔徑亦可為1-30微米，距邊lmm以上的材料內部微孔孔徑為30-100微米，且是一種擠塑切割的顆粒。所述填料顆粒的截面結構如下述設有一中央芯和芯外周圍連接徑向筋構成，中央芯的截面積為12-U5平方毫米，而芯外周圍須均為窄邊，窄邊的寬度1,5毫米以內。中央芯的的形狀一般採用圓形或矩形。芯部外輪廓可以製成波紋狀或鋸齒狀。上述填料顆粒的截面的井字型或七個六邊形的聚合結構、均設有中央芯，中間一個圓(中央芯)外環繞相近直徑的的四至五個圓的結構。中間芯(中央芯)外環人圓成矩形的結構，截面上中間芯(中央芯)與外環大圓或矩形有若干根筋相連接。大圓或矩形外閣有乘直的筋條伸出l-4.5mm,使角落處生長兼氧荊微生物，填料中既可以生長好氧，也可以生長厭氧兼氧型微生物。上述設有連接筋條將相鄰的筋條連接。生物流動床汙水處理填料，採用PP，並填充5-15WT。/。的微/納米無機材料，微米無機材料為碳酸鈣、硫酸鈣、硅藻土、蒙脫土、髙嶺土、滑石、石裔或凹凸棒土，擠塑成絲束。或經特殊工藝可製成開孔型微孔中空纖維本發明的有益效果是本發明方法簡單、易生產製作，加上模具處理使產品表面粗糙、且多微孔，固其比表面積大，能改善填料表面潤溼性能，更有利於微生物掛膜，可大大提髙水處理系統中微生物掛膜速度和牢度，便於生物膜法水處理系統的啟動調試，提髙系統處理的可靠性。填料可以控制其比重，所設中央(分散)微泡實芯體的浮力可以保證其恆久懸浮，材料成本適中、機械、化學性能穩定，正常使用壽命在六年以上。本發明與現有LINPOR等公司的填料相比具有明顯的優勢。四圖1是本發明填料截面為蜂窩結構示意圖圖2、3是本發明填料截面分別為芯外四環和五環的結構示意圖圖4是本發明填料截面芯外有矩形框和連接筋的結構示意圖圖5為圖1的疊加結構示意圖圖6、7是本發明填料截面分別為井字形及變形的結構示意圖圖8是本發明填料截面分別為中間為實芯的環形結構示意圖圖9、10是本發明填料截面分別為五環形及變形的結構示意圖五具體實施例方式圖1-10分別對應著十種截面不同的實施例(1-10)，圖中深色區域為材料的實心區域，實心區域的中心位置可以發泡孔成較大尺寸的孔。浮力足以保證整個填料懸浮於水中，總的比重為0.88-0.98的顆粒。填料的截面的最大的一維尺寸為540mm,填料控制比重最好在0.9-0.94。這是本發明帶來的重要效果，可以使填料高品質的在整個使用周期均浮於水中，且儘可能延長使用壽命。實際上，本發明填料可以使用六年或更長時間，事實上，由於微生物和水的侵蝕，實心體與筋和邊均會在使用中有所損耗，本發明的構造使實心區域的部位在有所損耗時，仍佔有更人比例的重量(b實心區域重量/總重量)。比表面積和堆密度均的參數是在材料的比重為0.93，且填料的表面亞光拉毛(模具表面進行處理)，不是結皮光面。下表列的實施例(1-10)數據作一參考。4填料距邊lmm以內的材料內部微孔孔徑為1-30微米，距邊lmm以上的材料內部微孔孔徑為lmm以上為30-150微米，且是一種擠塑切割的顆粒。所述填料顆粒的截面結構如下述設有1至n個中央微泡實芯體和芯外周圍連接的筋構成，中央微泡實芯體的總截面積為3.5-35平方毫米，而芯外周ffl筋均為窄邊，窄邊的寬度1.5毫米以內。為了便於擠出模具的製備和擠出質貴的考慮，實施例K4-7的角部位均可以改成圓角；下表給出在填料受侵蝕後仍能夠有較大浮力。對應圖l-10分別對應著十種截面不同的實施例1-10。例尺寸(mm)比表面積P0P(50Q/。損耗)P(75%損耗)1邊長3X壁厚1.1X髙71.926%36%49%2外徑18-24X壁厚1.1X離71.7222%28%38%芯部直徑5.5-8花瓣也可以製成開口型;髙度5-20壁厚0.8-2.33直徑6X壁厚UX高71.7820%30%49%4框邊長13X壁厚1.1X髙71.926%36%49%實心體直徑5-U5邊長3X壁厚1.1X高71.8728%39%51%6邊長7X壁厚1.1X高71.7323%26%52%7邊長10X壁厚UX髙71.733%46%62%8直徑23X壁厚UX高71.740%49%75%芯部直徑7.5-10.5,花瓣也可以製成開口型髙度5-20壁厚0.8-2.39-10直徑18-26X壁厚1.1X髙7-121.740%49%75%"個實芯部，直徑3—5.5備註PO表示未經腐蝕的填料，其它如井字、十字型的飛邊、六角型、弧型(花瓣)的壁厚0.8-2.5,發泡心體直徑4.5-12.5,上述實施例中選取用的碳酸鈣、硫酸鈣、硅藻十.、蒙脫.七、高嶺土、滑石粉、石裔粉或凹凸棒土顆料，成品表面發泡微孔孔徑/l—30微米，芯部低發泡孔徑30—150微米，擠出時表面經拉毛處理，以增加表面粗糙度。且採PE、PP、PS、PVC、PET的單一材料均可以方便完成發泡。上述實施例填料控制比重在0.92;實際上0.9-0.94與上述實施例並無本質區別，只不過在水中的懸浮性略有差別，這與處理水的性質和主要負載的微生物種類等有關，可以根據不同的水質情況選擇不同的微生物，尤其是可以選擇將不同密度(比重)、不同截面形狀的填料混和使用。以期生化處理的效果更好。實施例9-10的花瓣也可以製成開口型，髙度5-20壁厚0.8-2.3。實施例5的十四個蜂窩結構可以有多種變形，如可以是中心相鄰的兩個蜂窩為實心體，也可以是十個蜂窩的結構，十二個或十一個蜂窩的結構，總之，任意的截面為七至十四個蜂窩(六面體)結構均沒有超出本發明的範圍。製備方法採用常規的鈦酸酯或其它耦聯劑的表面活性處方法，微米無機材料顆料為碳酸鈣、硫酸鈣、硅藻土、蒙脫土、髙嶺土或凹凸棒土，填充時微米無機材料顆料經過耦聯劑的表面活性處理，當然採用納米無機材料的效果更好。按上述配比混合，將混合物經螺杆擠出並經擠塑或拉毛擠塑後切成顆粒填料(按填料所要求的規格)，擠塑成所需的的具有表面水潤溼性好的廢水處理用填料。填料控制比重在0.9-0.94。成荊方法可以是先造粒再發泡擠塑成型或先造母粒再發泡擠塑成型的二步法和直接經螺杆機擠塑發泡成型的一步法。本發明在技術方案上包括納米無機材料進行充填，但成本會較髙。但並不超山本發明的範兩。微米無機材料為碳酸鈣、硫酸鈣、硅藻土、蒙脫土、髙嶺土、滑石粉、石裔粉或凹凸棒土，填充時無機材料可經過耦聯劑(如鈦酸酯偶聯劑)的表面活性處理，一般經雙嫘杆擠出機造粒後再由螺杆擠出機擠出切割(或注塑)成型，也可以螺杆擠出機一步法發泡擠出而成，發泡採用常用的發泡劑(發泡劑用多種市售產品自行復配而成，如AC發泡劑)進行微孔/低發泡擠出成型。顆粒距模具邊微孔孔徑較小，如距模具邊1mm以內的材料內部微孔孔徑為1-30微米，距邊lmm以上的材料內部微孔孔徑為30-150微米甚至更髙。採用中央微孔/低發泡實芯體(中央芯)的中央微孔孔徑較大，且是一種擠塑切割的顆粒。發泡時控制閉孔發泡，實際上可以保證閉孔的比例大於60%,不到40%的孔可能是互通孔或穿孔。發泡的方式還可以改進例如通過外加發泡劑(典型的是二氧化碳)的方式進行發泡，這並沒有超出本發明的範圍。圖9-10的截面結構是設有4-5個中央微泡實芯體和芯外連接4-5個圓形筋構成。比重為0.93的實施例材料，其堆密度在155-180KG/m3(顆粒的截面中最大尺寸為13-16mm的結構，高約7mm)，比表面積可以達到1.67-2KG/m2。每粒填料的體積控制在0.74cm3.的尺寸範圍。採用PP尤其是通過填充5-15WTW的微米無機材料，製成生物流動床汙水處理絲束狀填料，微米無機材料為碳酸鈣、硫酸鈣、硅藻土、蒙脫土、髙嶺i滑石粉、石裔粉或凹凸棒土，擠塑成0.2-1.2011的絲。填料絲綑紮或編織成束狀也是填料的應用方式。tableseeoriginaldocumentpage6權利要求1、發泡擠出成型熱塑性複合材料廢水生物處理填料，其特徵是採用PP、PE、PET、PS、PVC、PE/PS、或PE/PVC微孔/低發泡孔發泡，並填充2-60WT％的微米級/納米級顆粒無機材料、木粉或秸杆粉顆粒，無機材料為碳酸鈣、硫酸鈣、硅藻土、蒙脫土、高嶺土、滑石粉、石膏粉或凹凸棒土，微/納米顆料的粒徑為0.1-200微米，填充時無機材料經過耦聯劑的表面活性處理，發泡孔徑發泡微孔孔徑為1-20微米、低發泡孔徑為20-150微米，填料控制比重在0.88-0.98的顆粒。2、根據權利要求1所述的生物流動床汙水處理填料，其特徵是採用PP或PVC微孔發泡，並填充2045WP/o的微米無機材料，微米無機材料為碳酸鈣、硫酸鈣或二者混和物，微孔孔徑為20-80微米，且為一種擠塑切割的顆粒；填料的截面的最人的一維尺寸為5-30mm,填料控制比i在0.9-0.94。3、根據權利要求l或2或者所述的生物流動床汙水處理填料，其特徵是填料距邊lmm以內的材料內部微孔孔徑為1-30微米，距邊lmm以上的材料內部微孔孔徑為lmm以上30-150微米，且是一種擠塑切割的顆粒。4、根據權利耍求1或2或者所述的生物流動床汙水處理填料，其特徵是所述填料顆粒的截面結構如下述設有1至n個中央微孔/低發泡實芯體和芯外周圍連接的筋構成，中央微孔/低發泡實芯體的總截面積為3.5-35平方毫米，而芯外周圍筋均為窄邊，窄邊的寬度1.5毫米以內。5、根據權利要求4或者所述的生物流動床汙水處理填料，其特徵是所述中央微孔/低發泡實芯體的外環為大圓或矩形的結構，截面上中央微孔/低發泡實芯體與外環大圓或矩形有若干根筋相連接。6、根據權利耍求4成者所述的生物流動床汙水處理填料，其特徵是上述填料顆粒的截面為井字型或七個六邊形的聚合結構、均設有中央微孔/低發泡實芯體，中間一個圓，圓中央為微孔/低發泡實芯體，外環繞相近直徑的的四至五個圓的結構。7、根據權利要求4或者所述的生物流動床汙水處理填料，其特徵是大圓成矩形外圑冇垂直的筋條伸出l-3.5mm，使角落處生K:兼氧型微生物，填料中既長好氧，也生K:厭氧兼氧型微生物。8、根據權利要求4或者所述的生物流動床汙水處理填料，其特徵是設有4-8個微L/低發泡實芯體02.54mm和芯外連接4-8個圓形筋構成。9、根據權利要求4或者所述的生物流動^水處理填料，其特徵是填料的截面尺寸為5-40mm,中央微孔/低發泡實芯體的的形狀一般採用圓形、矩形或表面為鋸齒、波紋狀的中央微孔/低發泡實芯體。10、生物流動床汙水處理填料，其特徵是採用PP，並填充5-15W"/c的微米無機材料，微米無機材料為碳酸鈣、硫酸鈣、硅藻土、蒙脫土、高嶺土、滑石粉、石宵粉或凹凸榨士，擠塑成0.2-丄2mm的絲束。全文摘要發泡擠出成型熱塑性複合材料廢水生物處理填料，採用PP、PE、PET、PS、PVC、PE/PS、或PE/PVC微孔/低發泡孔發泡，並填充2-60WT％的微米級/納米級顆粒無機材料、木粉或秸稈粉顆粒，無機材料為碳酸鈣、硫酸鈣、硅藻土、蒙脫土、高嶺土、滑石粉、石膏粉或凹凸棒土，微/納米顆料的粒徑為0.1-200微米，填充時無機材料經過耦聯劑的表面活性處理，發泡孔徑發泡微孔孔徑為1-20微米、低發泡孔徑為20-150微米，填料控制比重在0.88-0.98的顆粒。文檔編號C02F3/10GK101439905SQ20081024401公開日2009年5月27日申請日期2008年12月18日優先權日2008年12月18日發明者丁麗麗,任洪強,歐陽小東,慶蔡,柯許申請人:南京大學;蔡慶