公布日：2023.12.12
申請日：2023.09.27
分類號：C02F3/10(2023.01)I;C02F3/12(2023.01)I;C02F3/30(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I
摘要
本申請涉及了一種改性植絨生物填料的制備方法，包括以下步驟：(1)N等離子體轟擊生物填料表面；(2)原位聚合植絨膠黏劑；(3)靜電植絨；(4)固化；得到改性植絨生物填料。通過本發明方法制備的生物填料表面具有豐富的短纖維，有利于微生物的繁殖和生長，且植絨膠黏劑與生物材料基材結合緊密，不存在脫落的問題。同時公開了改性植絨生物填料的應用，將該生物填料應用于固定床反應器，可以解決反應器啟動時間長的問題，同時提高微生物掛膜效果，保證活性污泥長期運行的穩定性。
權利要求書
1.一種改性植絨生物填料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)N等離子體轟擊生物填料表面1)采用體積10-20％H2的混合氣體N2/H2作為氣體載體，在100-200W功率下轟擊生物填料0.5-1小時，使材料表面富含-NH2或-NH基團；(2)原位聚合植絨膠黏劑1)將二縮水甘油醚加入到100g惰性溶劑中，混合均勻，將步驟(1)處理的生物填料迅速的浸入混合液中，回流60℃，2-4小時；2)向反應液中滴加固化劑，繼續攪拌0.5-1小時；(3)靜電植絨將步驟(2)的載體放入植絨機下極板中，將短纖維放入上極板，極板間距離為7-15cm；打開靜電加工設備，靜電發生器電壓為40-100kV，在高壓電場作用下，短纖維垂直落到含有植絨膠黏劑的載體上，0.1-1小時后關閉靜電加工設備；(4)固化將步驟(3)載體放入通風櫥內進行風干，表面干燥后，放入氮氣保護的60-80℃烘箱中進行固化1-3小時，得到改性后的植絨生物填料。
2.根據權利要求1所述的一種改性植絨生物填料的制備方法，其特征在于，所述二縮水甘油醚是聚乙二醇二縮水甘油醚400、聚乙二醇二縮水甘油醚1000、聚乙二醇二縮水甘油醚2000、聚乙二醇二縮水甘油醚6000、聚丙二醇二縮水甘油醚380、聚丙二醇二縮水甘油醚640中的一種。
3.根據權利要求1所述的一種改性植絨生物填料的制備方法，其特征在于，所述惰性溶劑是乙酸乙酯、四氫呋喃、三氯甲烷、二氯甲烷中的一種。
4.根據權利要求1所述的一種改性植絨生物填料的制備方法，其特征在于，所述二縮水甘油醚與惰性溶劑的質量比是20-40：100。
5.根據權利要求1所述的一種改性植絨生物填料的制備方法，其特征在于，所述固化劑是乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺中的一種。
6.根據權利要求1所述的一種改性植絨生物填料的制備方法，其特征在于，所述固化劑與二縮水甘油醚的摩爾比是2：3-4。
7.根據權利要求1所述的一種改性植絨生物填料的制備方法，其特征在于，所述纖維類型包括棉纖維、粘膠短絨、尼龍短絨、腈綸或滌綸。
8.根據權利要求1所述的一種改性植絨生物填料的制備方法，其特征在于，生物填料的半徑15mm，高度10mm，材質為聚乙烯，比表面積＞500m2/m3。
9.一種權利要求1-8任一項所述的制備方法制備的改性植絨生物填料的應用，將上述生物填料用于生物固定床反應器。
10.根據權利要求9所述的應用，其特征在于，包括以下步驟：(1)在生物固定床反應器中，加入活性污泥及上述改性后的植絨生物填料；(2)每天運行4個周期，每個周期6h，各階段具體運行時段為：進水10min、厭氧350min、排水10min和好氧350min，每次進水、出水為400mL；(3)運行10天，進行COD及氨氮去除。
發明內容
針對現有技術的水處理生物填料的啟動周期長，掛膜速度慢，生物膜易脫落的問題，本發明提供了一種生物填料的改性方法，利用等離子體對材料表面進行預處理，進行表面原位聚合植絨膠粘劑，再通過靜電植絨工藝在其表面排布短纖維，最后經過固化工藝將短纖維固定在材料表面。通過本發明方法制備的生物填料表面具有豐富的短纖維，有利于微生物的繁殖和生長，且植絨膠黏劑與生物材料基材結合緊密，不存在脫落的問題。
本發明的技術方案是：
一種改性植絨生物填料的制備方法，具體操作步驟如下：
(1)N等離子體轟擊生物填料表面
1)采用低體積H2(10-20％)的混合氣體(N2/H2)作為氣體載體，在100-200W功率下轟擊生物填料0.5-1小時，使材料表面富含-NH2或-NH基團。
通過該步驟可以使得材料表面富含-NH2或-NH基團。
(2)原位聚合植絨膠黏劑
1)將50mL堆積體積的二縮水甘油醚加入到100g惰性溶劑中，混合均勻，將步驟(1)處理的生物填料迅速的浸入混合液中，回流60℃，2-4小時。
2)向反應液中滴加固化劑，繼續攪拌0.5-1小時。
(3)靜電植絨
將步驟(2)的載體放入植絨機下極板中，將短纖維放入上極板，極板間距離為7-15cm。打開靜電加工設備，靜電發生器電壓為40-100kV，在高壓電場作用下，短纖維垂直落到含有植絨膠黏劑的載體上，0.1-1小時后關閉靜電加工設備。
通過該步驟使載體表面植入短纖維。
(4)固化
將步驟(3)載體放入通風櫥內進行風干，表面干燥后，放入氮氣保護的60-80℃烘箱中進行固化1-3小時，得到改性植絨生物填料。
本發明通過等離子體技術，在生物填料表面引入-NH2或-NH基團，后通過原位聚合植絨膠黏劑，在植絨機中將短纖維植絨到生物填料表面。該合成方法工藝步驟少，操作簡單。
進一步地，所述二縮水甘油醚是聚乙二醇二縮水甘油醚400、聚乙二醇二縮水甘油醚1000、聚乙二醇二縮水甘油醚2000、聚乙二醇二縮水甘油醚6000、聚丙二醇二縮水甘油醚380、聚丙二醇二縮水甘油醚640中的一種。
進一步地，所述惰性溶劑是乙酸乙酯、四氫呋喃、三氯甲烷、二氯甲烷中的一種。
進一步地，所述二縮水甘油醚與惰性溶劑的質量比是20-40：100。
進一步地，所述固化劑是乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺中的一種。
進一步地，所述固化劑與二縮水甘油醚的摩爾比是2：3-4。
進一步地，所述纖維類型包括棉纖維、粘膠短絨、尼龍短絨、腈綸、滌綸等。
進一步地，所述生物填料的半徑15mm，高度10mm，材質為聚乙烯，比表面積＞500m2/m3。
作為一個總的技術構思，本發明還提供一種改性生物填料的應用，將上述生物填料用于生物固定床反應器，包括以下步驟：
(1)在生物固定床反應器中，加入一定量活性污泥及上述改性后的植絨生物填料。
(2)每天運行4個周期，每個周期6h，各階段具體運行時段為：進水(10min)、厭氧(350min)、排水(10min)和好氧(350min)每次進水、出水為400mL。
(3)運行10天后，觀察生物填料的負載微生物效果，測試反應器的COD及氨氮等去除效果。
所述進水采用實驗室污水配方，以葡萄糖和乙酸鈉為碳源，硫酸銨為氮源，磷酸二氫鉀為磷源，單位MLSS的污水COD負荷為0.4Kg/(Kg·d)，此外，為保證活性污泥的生長代謝活動，添加少量微量元素。
將該生物填料應用于固定床反應器，可以解決反應器啟動時間長的問題，同時提高微生物掛膜效果，保證活性污泥長期運行的穩定性。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：
(1)本發明采用等離子體技術轟擊材料表面，與常用的添加化學試劑方法相比，可以減少化學的試劑使用，工藝步驟少，操作簡單，環境友好。
(2)本發明在生物填料表面原位聚合植絨膠黏劑，使用該方法獲得的生物填料經植絨后，短纖維黏結牢固，不易脫落，應用于固定床反應器有更好的掛膜效果和抗水力沖擊效果，可以減少污泥的損失，從而有較好的污染物及氨氮去除效果。
（發明人：馮權;秦凡;郭榮波）
