專利名稱：：發(fā)泡擠出成型熱塑性復(fù)合材料廢水生物處理用填料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種生物流動(dòng)<移動(dòng))床(MBBR)污水處理填料。
背景技術(shù)：
：中國專利CN1740102公開了一體式絮凝生物流動(dòng)床污水處理工藝，以集成一級(jí)強(qiáng)化技術(shù)和生物流動(dòng)床技術(shù)為目的，由絮凝反應(yīng)池和缺氧反應(yīng)池合并為一體組成絮凝生物脫氮反應(yīng)池，通過在絮凝生物脫氮反應(yīng)池內(nèi)投放懸浮填料，使反硝化細(xì)菌在其上集聚生長，并將好氧生物流動(dòng)床出水超越中間沉淀池回流，從而實(shí)現(xiàn)了化學(xué)絮凝與反硝化生物脫氮在同一個(gè)反應(yīng)器中完成，避開了一級(jí)強(qiáng)化技術(shù)和生物流動(dòng)床技術(shù)之間直接串連存在矛盾的方面，同時(shí)減少了處理構(gòu)筑物的數(shù)目，使整個(gè)工藝更為簡約和緊湊，實(shí)現(xiàn)對(duì)這兩種技術(shù)的有機(jī)耦合，提出一種集約化的高效污水處理技術(shù)。2006年北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)公開了PVF懸浮填料的制備及其污水處理效果的研究，采用PVF泡沫填料，污水處理時(shí)同時(shí)進(jìn)行硝化反硝化反應(yīng)，通過制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、密度接近于水，具有良好的親生物特性-,可作為舉浮填料在移動(dòng)床工藝中為微生物提供附著生長的載體。研究表明，在復(fù)合式生物反應(yīng)器中加入不同活性炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兩種活性PVF泡沫填料處理模擬生活污水，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(zhì)量分?jǐn)?shù)為8。/。的PVF填料COD的去除效果和反硝化效果更為理想。當(dāng)兩填料體系中COD與NH4-N的質(zhì)量濃度比為20時(shí)，兩系統(tǒng)的同時(shí)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制備方法，在塑料中混入水溶性高分子材料，改善材料表面親水性能，制造具有親水性表面的塑料材料用于制作水處理彈性填料，具體制備方法(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，聚丙烯酰胺或它們的混合物；無機(jī)粉末——石粉，二氣化鈦粉末，二氧化硅粉末等，并在混合器中混勻；(2)把上述混合物在注塑機(jī)中^成顆粒；(3訴上述制作的顆粒料，在注塑機(jī)+,按填料不同規(guī)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公開了一種用于水處理的活性填料，在高分子材料中加入生物活性物質(zhì)制造成為用于水處理的活性填料，這種活性填料中含有活性物質(zhì)，能促進(jìn)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(shí)用表面積，進(jìn)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(zhì)主要是淀粉、玉米粉類營養(yǎng)物質(zhì)。現(xiàn)有市場(chǎng)上典型的填料如龍?zhí)┉h(huán)保(填料)有限公司專業(yè)生產(chǎn)各種環(huán)保水處理填料系采用PE構(gòu)成，其堆密度較高，生物掛膜生長的適宜性相對(duì)較差。但現(xiàn)有公開的技術(shù)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(shí)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(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提出一種生物流動(dòng)床污水處理填料，尤其是潤濕性好(適合生物掛膜生長)，同時(shí)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(dòng)床污水處理填料，采用PP、PE、PET、PS或PVC微孔發(fā)泡或上述材料的合金。例；PE/PS、PE/PVC等，并填充2"60TO的微米級(jí)/納米級(jí)顆粒無機(jī)材料、木粉、秸桿粉等夭然植物纖維或顆粒，無機(jī)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(shí)無機(jī)材料可經(jīng)過耦聯(lián)劑的表面活性處理，發(fā)泡孔徑發(fā)泡餓孔孔徑為1-20微米、低發(fā)泡孔徑為20-100微米。生物流動(dòng)床污水處理填料的制備方法，按上述材料配比混合，將混合物經(jīng)螺桿機(jī)擠出并經(jīng)擠塑機(jī)擠塑切成顆粒狀填料(或直接擠塑成品)，按填料所要求的規(guī)格，擠塑成所需的具有表面潤濕性好的廢水生物處理用填料。生物流動(dòng)床污水處理填料，PE或PVC微孔發(fā)泡，并填充3-60WT"/。的無機(jī)材料，微湖米無機(jī)材料為碳酸鈣、硫酸鈣，發(fā)泡微孔孔徑為1-20微米、低發(fā)泡孔徑為20-150微米，且是一種擠塑切割的顆粒?？刂票戎卦?.88-0.訴，填料的截面的尺寸為0(10-40)x(5-30)mm?？刂票戎刈詈迷?.89-0.94。低發(fā)泡孔徑至150微米甚至更大，這是由于發(fā)泡劑發(fā)泡的或然性決定的。生物流動(dòng)床污水處理填料擠塑切割的顆粒，表面以及l(fā)mm以內(nèi)的材料內(nèi)部微孔孔徑亦可為1-30微米，距邊lmm以上的材料內(nèi)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(jié)構(gòu)如下述設(shè)有一中央芯和芯外周圍連接徑向筋構(gòu)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(nèi)。中央芯的的形狀一般采用圓形或矩形。芯部外輪廓可以制成波紋狀或鋸齒狀。上述填料顆粒的截面的井字型或七個(gè)六邊形的聚合結(jié)構(gòu)、均設(shè)有中央芯，中間一個(gè)圓(中央芯)外環(huán)繞相近直徑的的四至五個(gè)圓的結(jié)構(gòu)。中間芯(中央芯)外環(huán)人圓成矩形的結(jié)構(gòu)，截面上中間芯(中央芯)與外環(huán)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(shè)有連接筋條將相鄰的筋條連接。生物流動(dòng)床污水處理填料，采用PP，并填充5-15WT。/。的微/納米無機(jī)材料，微米無機(jī)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?；蚪?jīng)特殊工藝可制成開孔型微孔中空纖維本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明方法簡單、易生產(chǎn)制作，加上模具處理使產(chǎn)品表面粗糙、且多微孔，固其比表面積大，能改善填料表面潤濕性能，更有利于微生物掛膜，可大大提髙水處理系統(tǒng)中微生物掛膜速度和牢度，便于生物膜法水處理系統(tǒng)的啟動(dòng)調(diào)試，提髙系統(tǒng)處理的可靠性。填料可以控制其比重，所設(shè)中央(分散)微泡實(shí)芯體的浮力可以保證其恒久懸浮，材料成本適中、機(jī)械、化學(xué)性能穩(wěn)定，正常使用壽命在六年以上。本發(fā)明與現(xiàn)有LINPOR等公司的填料相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。四圖1是本發(fā)明填料截面為蜂窩結(jié)構(gòu)示意圖圖2、3是本發(fā)明填料截面分別為芯外四環(huán)和五環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖圖4是本發(fā)明填料截面芯外有矩形框和連接筋的結(jié)構(gòu)示意圖圖5為圖1的疊加結(jié)構(gòu)示意圖圖6、7是本發(fā)明填料截面分別為井字形及變形的結(jié)構(gòu)示意圖圖8是本發(fā)明填料截面分別為中間為實(shí)芯的環(huán)形結(jié)構(gòu)示意圖圖9、10是本發(fā)明填料截面分別為五環(huán)形及變形的結(jié)構(gòu)示意圖五具體實(shí)施例方式圖1-10分別對(duì)應(yīng)著十種截面不同的實(shí)施例(1-10)，圖中深色區(qū)域?yàn)椴牧系膶?shí)心區(qū)域，實(shí)心區(qū)域的中心位置可以發(fā)泡孔成較大尺寸的孔。浮力足以保證整個(gè)填料懸浮于水中，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(fā)明帶來的重要效果，可以使填料高品質(zhì)的在整個(gè)使用周期均浮于水中，且盡可能延長使用壽命。實(shí)際上，本發(fā)明填料可以使用六年或更長時(shí)間，事實(shí)上，由于微生物和水的侵蝕，實(shí)心體與筋和邊均會(huì)在使用中有所損耗，本發(fā)明的構(gòu)造使實(shí)心區(qū)域的部位在有所損耗時(shí)，仍占有更人比例的重量(b實(shí)心區(qū)域重量/總重量)。比表面積和堆密度均的參數(shù)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(jìn)行處理)，不是結(jié)皮光面。下表列的實(shí)施例(1-10)數(shù)據(jù)作一參考。4填料距邊lmm以內(nèi)的材料內(nèi)部微孔孔徑為1-30微米，距邊lmm以上的材料內(nèi)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(jié)構(gòu)如下述設(shè)有1至n個(gè)中央微泡實(shí)芯體和芯外周圍連接的筋構(gòu)成，中央微泡實(shí)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(nèi)。為了便于擠出模具的制備和擠出質(zhì)貴的考慮，實(shí)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后仍能夠有較大浮力。對(duì)應(yīng)圖l-10分別對(duì)應(yīng)著十種截面不同的實(shí)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花瓣也可以制成開口型;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(shí)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,花瓣也可以制成開口型髙度5-20壁厚0.8-2.39-10直徑18-26X壁厚1.1X髙7-121.740%49%75%"個(gè)實(shí)芯部，直徑3—5.5備注PO表示未經(jīng)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(fā)泡心體直徑4.5-12.5,上述實(shí)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(fā)泡微孔孔徑/l—30微米，芯部低發(fā)泡孔徑30—150微米，擠出時(shí)表面經(jīng)拉毛處理，以增加表面粗糙度。且采PE、PP、PS、PVC、PET的單一材料均可以方便完成發(fā)泡。上述實(shí)施例填料控制比重在0.92;實(shí)際上0.9-0.94與上述實(shí)施例并無本質(zhì)區(qū)別，只不過在水中的懸浮性略有差別，這與處理水的性質(zhì)和主要負(fù)載的微生物種類等有關(guān)，可以根據(jù)不同的水質(zhì)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(shí)施例9-10的花瓣也可以制成開口型，髙度5-20壁厚0.8-2.3。實(shí)施例5的十四個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)可以有多種變形，如可以是中心相鄰的兩個(gè)蜂窩為實(shí)心體，也可以是十個(gè)蜂窩的結(jié)構(gòu)，十二個(gè)或十一個(gè)蜂窩的結(jié)構(gòu)，總之，任意的截面為七至十四個(gè)蜂窩(六面體)結(jié)構(gòu)均沒有超出本發(fā)明的范圍。制備方法采用常規(guī)的鈦酸酯或其它耦聯(lián)劑的表面活性處方法，微米無機(jī)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(shí)微米無機(jī)材料顆料經(jīng)過耦聯(lián)劑的表面活性處理，當(dāng)然采用納米無機(jī)材料的效果更好。按上述配比混合，將混合物經(jīng)螺桿擠出并經(jīng)擠塑或拉毛擠塑后切成顆粒填料(按填料所要求的規(guī)格)，擠塑成所需的的具有表面水潤濕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(fā)泡擠塑成型或先造母粒再發(fā)泡擠塑成型的二步法和直接經(jīng)螺桿機(jī)擠塑發(fā)泡成型的一步法。本發(fā)明在技術(shù)方案上包括納米無機(jī)材料進(jìn)行充填，但成本會(huì)較髙。但并不超山本發(fā)明的范兩。微米無機(jī)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(shí)無機(jī)材料可經(jīng)過耦聯(lián)劑(如鈦酸酯偶聯(lián)劑)的表面活性處理，一般經(jīng)雙嫘桿擠出機(jī)造粒后再由螺桿擠出機(jī)擠出切割(或注塑)成型，也可以螺桿擠出機(jī)一步法發(fā)泡擠出而成，發(fā)泡采用常用的發(fā)泡劑(發(fā)泡劑用多種市售產(chǎn)品自行復(fù)配而成，如AC發(fā)泡劑)進(jìn)行微孔/低發(fā)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(nèi)的材料內(nèi)部微孔孔徑為1-30微米，距邊lmm以上的材料內(nèi)部微孔孔徑為30-150微米甚至更髙。采用中央微孔/低發(fā)泡實(shí)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(fā)泡時(shí)控制閉孔發(fā)泡，實(shí)際上可以保證閉孔的比例大于60%,不到40%的孔可能是互通孔或穿孔。發(fā)泡的方式還可以改進(jìn)例如通過外加發(fā)泡劑(典型的是二氧化碳)的方式進(jìn)行發(fā)泡，這并沒有超出本發(fā)明的范圍。圖9-10的截面結(jié)構(gòu)是設(shè)有4-5個(gè)中央微泡實(shí)芯體和芯外連接4-5個(gè)圓形筋構(gòu)成。比重為0.93的實(shí)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(jié)構(gòu)，高約7mm)，比表面積可以達(dá)到1.67-2KG/m2。每粒填料的體積控制在0.74cm3.的尺寸范圍。采用PP尤其是通過填充5-15WTW的微米無機(jī)材料，制成生物流動(dòng)床污水處理絲束狀填料，微米無機(jī)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。填料絲捆扎或編織成束狀也是填料的應(yīng)用方式。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、發(fā)泡擠出成型熱塑性復(fù)合材料廢水生物處理填料，其特征是采用PP、PE、PET、PS、PVC、PE/PS、或PE/PVC微孔/低發(fā)泡孔發(fā)泡，并填充2-60WT％的微米級(jí)/納米級(jí)顆粒無機(jī)材料、木粉或秸桿粉顆粒，無機(jī)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(shí)無機(jī)材料經(jīng)過耦聯(lián)劑的表面活性處理，發(fā)泡孔徑發(fā)泡微孔孔徑為1-20微米、低發(fā)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(jù)權(quán)利要求1所述的生物流動(dòng)床污水處理填料，其特征是采用PP或PVC微孔發(fā)泡，并填充2045WP/o的微米無機(jī)材料，微米無機(jī)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(jù)權(quán)利要求l或2或者所述的生物流動(dòng)床污水處理填料，其特征是填料距邊lmm以內(nèi)的材料內(nèi)部微孔孔徑為1-30微米，距邊lmm以上的材料內(nèi)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(jù)權(quán)利耍求1或2或者所述的生物流動(dòng)床污水處理填料，其特征是所述填料顆粒的截面結(jié)構(gòu)如下述設(shè)有1至n個(gè)中央微孔/低發(fā)泡實(shí)芯體和芯外周圍連接的筋構(gòu)成，中央微孔/低發(fā)泡實(shí)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(nèi)。5、根據(jù)權(quán)利要求4或者所述的生物流動(dòng)床污水處理填料，其特征是所述中央微孔/低發(fā)泡實(shí)芯體的外環(huán)為大圓或矩形的結(jié)構(gòu)，截面上中央微孔/低發(fā)泡實(shí)芯體與外環(huán)大圓或矩形有若干根筋相連接。6、根據(jù)權(quán)利耍求4成者所述的生物流動(dòng)床污水處理填料，其特征是上述填料顆粒的截面為井字型或七個(gè)六邊形的聚合結(jié)構(gòu)、均設(shè)有中央微孔/低發(fā)泡實(shí)芯體，中間一個(gè)圓，圓中央為微孔/低發(fā)泡實(shí)芯體，外環(huán)繞相近直徑的的四至五個(gè)圓的結(jié)構(gòu)。7、根據(jù)權(quán)利要求4或者所述的生物流動(dòng)床污水處理填料，其特征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(jù)權(quán)利要求4或者所述的生物流動(dòng)床污水處理填料，其特征是設(shè)有4-8個(gè)微L/低發(fā)泡實(shí)芯體02.54mm和芯外連接4-8個(gè)圓形筋構(gòu)成。9、根據(jù)權(quán)利要求4或者所述的生物流動(dòng)^水處理填料，其特征是填料的截面尺寸為5-40mm,中央微孔/低發(fā)泡實(shí)芯體的的形狀一般采用圓形、矩形或表面為鋸齒、波紋狀的中央微孔/低發(fā)泡實(shí)芯體。10、生物流動(dòng)床污水處理填料，其特征是采用PP，并填充5-15W"/c的微米無機(jī)材料，微米無機(jī)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(fā)泡擠出成型熱塑性復(fù)合材料廢水生物處理填料，采用PP、PE、PET、PS、PVC、PE/PS、或PE/PVC微孔/低發(fā)泡孔發(fā)泡，并填充2-60WT％的微米級(jí)/納米級(jí)顆粒無機(jī)材料、木粉或秸稈粉顆粒，無機(jī)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(shí)無機(jī)材料經(jīng)過耦聯(lián)劑的表面活性處理，發(fā)泡孔徑發(fā)泡微孔孔徑為1-20微米、低發(fā)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(hào)C02F3/10GK101439905SQ20081024401公開日2009年5月27日申請(qǐng)日期2008年12月18日優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日發(fā)明者丁麗麗,任洪強(qiáng),歐陽小東,慶蔡,柯許申請(qǐng)人:南京大學(xué);蔡慶