悬浮多孔生物载体及制备

摘要

本发明涉及一种废水生物处理悬浮微生物载体，其特征在于基本组成为35-70wt％橡胶粉，25-55wt％聚乙烯或聚丙烯或聚氯乙烯树脂，0.1-5wt％化学发泡剂，0-10wt％比重调节材料，通过热挤压成型得到比重为0.90～1.1g/cm3、具有大量闭泡孔的成型体。较原橡胶粉粘结载体，有更好的浮力保持性，可以确保载体在附着生长微生物后，仍然能保持浮力而不会下沉，始终保持水处理所需的悬浮状态。在载体中添加微生物营养物料，更有利于投放早期微生物的快速生长，缩短微生物定殖时间。

权利要求

1.悬浮多孔生物载体，其特征在于基本组成为35-70wt％橡胶粉，25-55wt％聚乙烯或聚丙烯或聚氯乙烯树脂，0.1-5wt％化学发泡剂，0-10wt％比重调节材料，通过热挤压成型3

得到比重为0.90～1.1g/cm、具有大量闭泡孔的成型体。

2.根据权利要求1所述悬浮多孔生物载体，其特征在于所说橡胶粉为50-60wt％，聚乙烯或聚丙烯或聚氯乙烯树脂为30-40wt％。

3.根据权利要求1所述悬浮多孔生物载体，其特征在于所说橡胶粉粒径为

0.35-1.65mm。

4.根据权利要求1所述悬浮多孔生物载体，其特征在于所说橡胶粉为交联橡胶。

5.根据权利要求1所述悬浮多孔生物载体，其特征在于载体中有1-10wt％微生物营养物质。

6.根据权利要求1、2、3、4、或5所述悬浮多孔生物载体，其特征在于所说载体比重为3

0.95～0.98g/cm。

7.根据权利要求1-6所述任一悬浮多孔生物载体制备，其特征是先将前述所述配料除化学发泡剂、树脂外混合，加入发泡剂混合，再加入树脂混合，使混料呈熔融态热挤压成型，测定比重，在大于热挤压成型温度热处理至所需比重。

8.根据权利要求7所述悬浮多孔生物载体制备，其特征在于所说混合为高速搅拌混合。

9.根据权利要求7所述悬浮多孔生物载体制备，其特征在于所说热挤压成型为挤出机挤出成型。

10.根据权利要求7所述悬浮多孔生物载体制备，其特征在于所说大于热挤压成型温度热处理温度为120-170℃。

11.根据权利要求7或10所述悬浮多孔生物载体制备，其特征在于热处理后立即快速冷却。

12.根据权利要求7所述悬浮多孔生物载体制备，其特征在于加有1-10wt％的加工改性剂。

13.根据权利要求7所述悬浮多孔生物载体制备，其特征在于助发泡剂、成核剂与橡胶粉一起首先被混合。

说明书

悬浮多孔生物载体及制备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种废水生物处理悬浮微生物载体，尤其是关于对橡胶粉粘结型悬浮生物载体及制备方法的改进。

背景技术

[0002] 污水生物处理中常采用各种悬浮载体作为微生物载体，橡胶粉粘结型悬浮载体，因特有优良特性，如强度高，耐磨性好，耐化学性强，比重适宜，孔隙率高，而被重视。

[0003] 中国专利CN96120357.9公开的废水处理颗粒状载体，有100份重量轮胎粉；30-50份重量EVA或它的衍生物粘接剂，5-10份重量活性碳或当量的无机物超细粉，在100-250℃熔解的混合物中加入EVA，将活性碳粘在混合物表面上，挤压并切割混合物，再在混合物表面附着活性碳粉。

[0004] 中国专利CN00114276.3公开的水处理用活性填料，以高分子材料为基材，以各种面粉、淀粉或任何可为微生物生长提供营养的物质或它们的混合物生物活性物质作为活性填充剂，活性填充剂的填充量为0.5～60wt％，外加调节密度材料。

[0005] 中国专利CN01136013.5公开的用于废水/污水生物处理颗粒状载体，由100份旧橡胶粉末，15-29份EVA或它的衍生物，5-15份粉末活性炭或沸石、高岭土无机物粉末，由EVA包裹在橡胶粉表面形成多孔道，活性炭或无机物粉末包在孔道中。

[0006] 中国专利CN03150250.4公开的微生物载体，由橡胶粉，比重调节剂，粘合剂，微生物干粉、动植物粉末、粮食粉末、活性污泥干燥粉碎物等活性填充剂四类成分组成，制成颗粒状、管状或片块状体。

[0007] 上述采用橡胶粉+粘合剂为主要组成粘结成型的悬浮生物载体，虽然在制备时通过调节配比及添加一些配重材料，制成悬浮型生物载体。但在实际使用中，由于载体微孔是开口的，其浮力随着开口微孔及表面附着生长微生物(挂膜)的增加，而使载体重量增加造成浮力下降，在使用一段时间后会出现载体下沉，使得载体在水处理池中分布不均匀，失去原有悬浮载体效果。

[0008] 中国专利CN96198802.9公开的废水生物处理多孔生物载体，有：(a)40-100wt％选自尼龙、热塑性聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、聚砜、聚烯烃、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚亚苯基硫醚、纤维素酯塑料、聚乙烯缩丁醛、苯乙烯聚合物、硬质热塑性聚氨酯以及上述物质的混合物；(b)0-60wt％纤维增强材料；(c)0-60wt％吸附材料；及(d)0-40wt％无机填料，其中生物载体中纤维增强材料、吸附材料和无机填料三者总量为0-60wt％，并且生物载体比重大于水，具有足够大的孔径以使微生物在孔内定殖。该载体由于比重大于水，显然不适宜用作悬浮型载体；其次，该载体制造成本较高；虽然采用发泡技术使聚合物产生泡孔，但所述泡孔为开口孔，作用是用于定殖微生物，而不是用于调节浮力。

[0009] 日本专利特开2001-205288公开的水处理用载体的制造方法，公开采用热可塑性树脂经发泡剂制成多孔性成型物，并通过增减发泡剂剂量来调整选择适宜的空孔率，获得所需比重。然而此法仅适用于以热塑性树脂为主，而热塑性树脂作为水处理载体，其耐磨性不够理想，因而实际有效使用寿命不长；热塑性树脂所得发泡体，表面光滑，表面孔隙少，不利于微生物定植生长，生物量小，特别是早期挂膜困难。

[0010] 本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种以橡胶粉为骨架料，由树脂粘结成型，且载体中有大量闭口泡孔，能保持长期使用不下沉、稳定悬浮，以及早期挂膜性好的悬浮多孔生物载体。

[0011] 本发明的另一目的在于提供一种上述生物载体的制备方法。

[0012] 本发明第一目的实现，主要改进是通过调整配方以及在制作载体时加入化学发泡剂，使载体在热成型过程中，由发泡剂在载体内形成众多闭口泡孔，从而确保载体有足够的浮力，达到挂膜增重仍然保持悬浮，实现本发明目的。具体说，本发明悬浮多孔生物载体，其特征在于基本组成为35-70wt％橡胶粉，25-55wt％聚乙烯或聚丙烯或聚氯乙烯树脂，0.1-5wt％化学发泡剂，0-10wt％比重调节材料，通过热挤压成型得到比重为0.90～1.1g/
3
cm、具有大量闭泡孔的成型体。

[0013] 本发明中

[0014] 橡胶粉，作为生物载体骨架材料，成型后不仅耐磨性好，而且表面毛糙，孔隙多，更适合微生物定殖。所述橡胶粉粒径较好采用0.35-1.65mm，此粒径范围内，不仅所得载体具有适宜的强度，而且经济性好，并且自然孔隙度适中，微生物生长好。为降低成本，本发明可以采用废旧橡胶粉碎加工的细粉。在本发明中橡胶粉用量更好为50％-65wt％。此外，本发明中，橡胶粉优先选用交联橡胶，尤其是交联橡胶废品如废旧轮胎细粉，交联橡胶废料更有利于细粉保持颗粒形态及强度，对载体强度提高是有利的，并有利于形成水处理载体所需的孔隙率及平均孔径。

[0015] 聚乙烯或聚丙烯或聚氯乙烯树脂，在本发明中既作为橡胶粉颗粒的粘结剂，并与橡胶粉一起组成本发明载体基体，又有利于形成发泡体，其加工性及载体柔软性均好。前述树脂相对于其他树脂，加入橡胶粉中成型加工性好，并且更有利于闭泡孔的形成，发泡率高。树脂加入量更好为30-40wt％。

[0016] 化学发泡剂，主要是在热挤压成型时起形成泡孔作用，它可以是现有技术中树脂常用化学发泡剂，例如N-亚硝化合物，如N，N′-二亚硝基五次甲基四胺(DPT)、N，N′-二甲基-N，N′-二亚硝基对苯二甲酰胺(NTA)等；偶氮化合物，如偶氮二甲酰胺(ADC)、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯、二偶氮氨基苯、偶氮二甲酸钡等；酰肼类化合物，如4，4′-二磺酰肼二苯醚(OBSH)、对苯磺酰肼、3，3′-二磺酰肼二苯砜、4，4′-二苯二磺酰肼、1，3-苯二磺酰肼、1，4-苯二磺酰肼等，在本发明中更适宜用量为
0.1-3.0wt％。此外，根据工艺要求(如调节发泡温度、控制产气量)，还可以象通常发泡那样，加入少量助发泡剂，如尿素类，磷酸酯类，有机酸类，金属盐类(如氧化锌、氧化锰)，硬酯酸钙等，以及无机填料(例如滑石粉、轻质碳酸钙、氢氧化镁)发泡成核剂，与发泡剂共同组成发泡成份，更有利于生成大量微小闭气泡，改善泡孔质量，以及提高强度。本发明中助发泡剂的适宜用量为0.05-1wt％，发泡成核剂的适宜用量为0.5-2wt％。

[0017] 比重调节材料，主要作用是调节载体比重，制造出适合各种污水的悬浮型载体，可以采用公知的无机比重调节材料，如碳酸钙、滑石粉、石英砂、透闪石等。此外，调节所用橡胶粉，也可以不用比重调节材料，例如当橡胶粉用量较大及颗粒较细时，因重量增加，也可3
以不用比重调节材料。根据处理废水的通用性，本发明载体比重更好是0.95～0.98g/cm。

[0018] 本发明所述成型体，指具有固定形状立体产品，根据水处理工艺需要，本发明载体可以制成各种立体形状，如规则或不规则颗粒状，各种柱状，各种短管状，片状等等，它可以通过成型模实现。

[0019] 此外，为缩短微生物在载体上殖活时间，更有利于投放早期微生物的快速生长，缩短微生物定殖时间，本发明还可以加入(内加、外加均可)1-10wt％微生物营养物质，作为微生物定殖早期营养源，有利于微生物早期快速定殖生长。它可以是如聚乳酸、琼脂、动植物粉体、接枝改性淀粉及其衍生物、聚丙烯酸钠及其衍生物、聚丙烯酸酰胺及其衍生物、纤维素、木质素、甲壳素、污泥干粉等。

[0020] 本发明悬浮多孔生物载体制备，其特征是先将前述所述配料除化学发泡剂、树脂外混合搅拌，加入发泡剂混合搅拌，再加入树脂混合搅拌，使混料呈熔融态热挤压成型，测定比重，在大于热挤压成型温度热处理至所需比重。

[0021] 本发明物料混合，其主要作用是使各加入物充分混合，可以采取冷混料方式，也可以采取热混料方式。为节约发泡加热，本发明一种较好是采取高速搅拌混合，可以有效利用高速搅拌摩擦产生热量，减小了另行加热。

[0022] 本发明所述热挤压成型，主要是适合化学发泡工艺，根据所需载体形状，可以采用挤出、注射、压缩等发泡方式成型，本发明优先采用挤出机挤出成型，方法简单，更适合载体生产，效率高。

[0023] 如果加入助发泡剂和/或成核剂，则它们宜与橡胶粉等一起首先被混合，有利于在物料中充分混合均匀，可以获得均匀的微泡孔。

[0024] 本发明方法中，挤出后的大于热挤压成型温度热处理，作用是使已经发泡得到的闭气泡，在高温作用下使其部分塌陷形成开孔，以调节所得载体比重。本发明热处理温度，较好控制在120-170℃。闭气泡与塌陷开孔的比例，可以通过热处理温度和/或时间予以控制。热处理后，较好是立即快速冷却，如放入水中冷却，有利于保持塌陷开孔稳定，也可避免自然缓慢冷却造成载体相互粘连，省去后续分离剥开工序，提高生产效率。

[0025] 此外，为增强物料在加工中的流动性，提高生产效率及更有利于加工生产，本发明制备中还可以加入(内加、外加均可)少量例如1-10wt％的加工改性剂，例如硬酯酸及硬酯酸盐、各种低分子量聚乙烯、N，N′-乙撑双硬脂酰胺、石蜡等。

[0026] 本发明橡胶粉粘结型悬浮多孔生物载体，由于选择合适的比例及在物料中加入化学发泡剂，通过载体热挤压成型，使发泡剂发泡从而在载体内部形成大量闭气泡，例如Φ1.5mm左右的闭气泡，使得本发明载体较原橡胶粉粘结载体，具有更好的浮力保持性，可以确保载体在附着生长微生物后，仍然能保持浮力而不会下沉，始终保持水处理所需的悬浮状态。制备中辅以比重调节材料、橡胶粉颗粒大小及用量，以及通过高于热挤压成型温度热处理，使部分(主要为表层)闭气泡塌陷形成开孔，调节比重，获得所需比重、浮力要求的载体。载体中添加微生物营养物料，更有利于投放早期微生物的快速生长，缩短微生物定殖时间。此外，热处理使载体表层泡孔塌孔，在表层形成孔隙，还有利于微生物定殖，以及载体表面生物膜脱落后的快速更新生长。本发明生物载体，可以用于好氧废水处理工艺作悬浮载体，例如流化床生物反应器。

[0027] 以下结合几个具体实施方式，进一步说明本发明，但实施例仅是为了说明本发明，