[发明专利]改性PVC生物填料

说明书

技术领域

本发明属于生物填料，具体的说，涉及一种污水处理中生物膜水处理的改性PVC生物填料。

背景技术

生物填料是废水生物处理技术的核心之一，它的材质和表面性能将直接影响微生物的附着、生长，进而影响废水的处理效果。目前，市场上常见的聚氯乙烯生物填料由于亲水性能和生物亲和性较差，导致在挂膜速度、挂膜量及膜与填料的紧密度方面存在不足，如对其进行适当的亲水与生物亲和改性以及活性炭和磁性改性，可望提高填料的传质、挂膜和水处理性能。另外PVC的冲击强度只有3～5kJ/m2，具有冲击强度低、热稳定性差等缺点，导致该填料容易老化，使用寿命较短。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种亲水性能和生物亲和性较好的改性PVC生物填料。

本发明目的是这样实现的：一种改性PVC生物填料，其关键在于填料的成分和重量份数为：

聚乙烯醇4～6份

聚乙二醇辛基苯基醚2～4份

硬质酸2～4份

聚丙烯酰胺0.5～1.5份

活性炭1～3份

磁粉4～6份

PVC弹性体66.5～79.5份

上述填料中还添加有重量份数7～9份的聚丙烯酸酯。上述改性得到的生物填料润湿性能较好，非常适合微生物生长，微生物挂膜速度比较快，但由于PVC本身的抗冲击能力差，容易老化，非常有必要进行增韧性改性，进而提高填料的使用寿命。所以采用物理改性，即在PVC生物填料成型过程中加入丙烯酸酯弹性体。由于聚丙烯酸酯弹性体的孔隙形变减弱了PVC的约束应力，使这种应力低于材料的断裂强度，从而产生大面积的塑性形变，因而冲击强度大幅度提高。在上述优化得到的亲水性改性配方、活性炭改性配方及磁性改性配方基础上再加入不同配比的聚丙烯酸酯，在上述成分中聚丙烯酸酯配比重量份数分别为0份、2份、4份、6份、8份、10份，然后加工成聚丙烯酸酯不同重量份数的生物填料，分别测量不同填料的拉伸强度。实验结果表明，当聚丙烯酸酯配比重量份数为8份时，拉伸强度达到最大值42.7Mpa，效果为最好。

上述填料最优化的成分和重量份数为：

聚乙烯醇5份

聚乙二醇辛基苯基醚3份

硬质酸3份

聚丙烯酰胺1份

活性炭2份

磁粉5份

聚丙烯酸酯8份

PVC弹性体73份

上述聚乙烯醇和聚乙二醇辛基苯基醚在填料中起到很好的润湿性，同时添加硬质酸和聚丙烯酰胺，所得到的填料接触角为62°，而未改性的PVC生物填料的接触角为80°，经过亲水性改性后，填料的润湿性能显著改善，使得生物膜与填料接触更紧密。使得生物膜与填料接触更紧密。活性炭具有优良的吸附能力，能使生物细胞的外酶和有机物浓缩到固体表面，造成局部空间的高氧化速率，突破原有浓度平衡的界限，延长微生物与有机物的接触时间，使得有机物被迅速、彻底降解，生物的氧化又使活性炭表面吸附能力得到恢复。且经过实验发现在上述优化得到的亲水性改性配方基础上再加入不同配比的活性炭，活性炭配在上述成分中配比重量份数分别为0份、1份、2份、3份。分别取相同量的生物填料装填在不同生物污水处理设备上，在原水浓度、曝气量相同的条件下闷曝1天，1天后测量不同填料的生物膜量。实验结果表明：当活性炭重量份数小于2份时，随着活性炭添加量的增多，生物膜量显著增加，超过2份以后，基本不影响。未添加活性炭曝气1天后的生物膜量为0.021g/kg，添加2份的活性炭所得生物填料曝气1天后的生物膜量为0.025g/kg。

好氧接触氧化处理废水的装置中的有机污染物在弱磁场的作用下，通过磁力键、磁力、洛仑兹力和磁致胶体效应等作用经磁聚、吸附、富集到磁性生物填料表面；氧是顺磁性物质，曝气时会在磁场作用下被吸附到生物填料附近，增大填料表面的氧浓度，促进好氧生物的繁殖。另外弱磁场还有可能诱导微生物的活性和酶活性。在上述优化得到的亲水性改性配方和活性炭改性配方基础上再加入不同配比的磁粉，上述成分中磁粉配比重量份数为0份、2份、5份、8份，然后加工成磁粉不同配比的生物填料。分别取相同量的生物填料装填在不同生物污水处理设备上，在原水浓度、曝气量相同的条件下闷曝1天，1天后测量不同填料的生物膜量。实验结果表明：当磁粉重量份数小于5份时，随着磁粉添加量的增多，生物膜量显著增加，重量份数超过5份以后，磁粉添加量对挂膜速度影响很小。未添加磁粉曝气1天后的生物膜量为0.025g/kg，添加5份的磁粉所得生物填料曝气1天后的生物膜量为0.030g/kg。

通过正交实验和单因素优化实验，得到上述填料最优化的成分和重量份数。