[发明专利]一种生物慢滤填料及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物慢滤填料及其制作方法，属于水处理领域。

背景技术

生物慢滤水处理技术是指，使水流缓慢通过粒径例如为0.1～0.3毫米、厚度例如大于50厘米的滤料(石英砂或河砂)，滤料表面中所吸附和截留的有机物及矿物质为微生物的生长繁殖提供了营养，在光合作用下，微生物生长、繁殖，在慢滤池中细砂表面生长，随着时间的推移，在慢滤池滤料表面形成稳定成熟的生物粘膜。通过微生物之间的捕捉、吞食和新陈代谢，使水体中的细菌总数控制在安全饮用水的标准指标内，通过细砂和生物膜的过滤、絮凝和生物化学反应，使水体的浑浊度、铁锰含量、溶解性总固体个数、细菌总数、总大肠菌群等指标达到国家规定标准，从而实现饮水水质安全。在本发明中，慢滤填料也可以简称为滤料。生物慢滤技术起源于英国。我国从20世纪30年代开始引进该技术。由于该技术具有运行操作简单、成本低的优点，近年来在农村分散供水和小规模集中供水工程中引进了生物慢滤净化技术。在实践中对该项技术进行了多项改进，如不同粒径滤料级配、添加活性炭等。此处提及的活性炭，一般可以采用如下方法得到的炭质产品，煤炭、木材、果壳等含碳材料在隔绝空气的条件下，经600℃左右高温进行碳化，并经高温蒸汽、CO₂等活化工艺处理过的炭质产品。利用其他的工艺条件制备的活性炭也是能够使用的，例如在活性炭的制备过程中，碳化温度可以有所变化等。活性炭是一种多孔材料，有较强的吸附能力。

对于上述生物慢滤技术而言，通常采用沙慢滤装置。其中，可以对活性炭进行壳聚糖处理，经壳聚糖处理后的活性炭水质净化滤料，即具有壳聚糖对特殊污染物，如重金属、卤代烃类的螯合、吸附特性，也具有活性炭的高比表面积和对溶解性污染物，如异臭物等的吸附优点。同时，由于活性炭的多孔性为微生物提供了良好的生存环境，提高微生物的净化活性。然而，此方法制作的壳聚糖力学性能欠佳，脆性大，抗水性较差，壳聚糖分子链在水中的降解速度太快，使其发挥功能的时间大为缩短。而且由于壳聚糖分子上的氨基(-NH₂)的脱离，会短时间内大幅度提高水体中铵态氮浓度，因而对水体造成污染。壳聚糖的分子式如下所示。

为克服上述缺点，人们尝试采用甲醛、戊二醛、环氧氯丙烷等交联剂对壳聚糖进行交联反应的方法来提高壳聚糖的稳定性。

壳聚糖是直线链型高分子聚合物，通过与交联剂反应，在同一直链的不同链节之间或者不同直链间的-NH₂与-NH₂、-OH与-NH₂、-OH与-OH之间发生交联作用，形成网状结构的高分子聚合物。

用甲醛交联壳聚糖制作的活性炭滤料吸附甲基蓝能力达到859mg/g(毫克/克)，而未改性活性炭的吸附能力只有151mg/g。

然而，对于经过甲醛等交联后的壳聚糖所制作的活性炭，随水流失较为严重，难于全部发挥作用。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于，提供一种生物慢滤填料。通过使用该生物慢滤填料，交联后的壳聚糖随水流失的问题得以缓解，能够更好地发挥作用。其中，本发明中的所提及的交联后的壳聚糖也称为壳聚糖交联物。

另外，本发明还提供一种生物慢滤填料的制作方法，其能够制作出能够解决上述技术问题的生物慢滤填料。

在本发明的研究之初，发明人首先对壳聚糖交联物为何随水流失严重进行了深入研究，结果发现，其原因在于，通过交联剂对壳聚糖进行改性，壳聚糖交联物的力学性质得到了改善，所以其硬度也随之上升，最终造成交联壳聚糖难于在较小颗粒(小于2mm(毫米))活性炭(以活性炭为基质材料的代表进行论述)表面上附着，大约有80％左右的交联壳聚糖会随水流失，难于全部发挥作用。有鉴于此，本发明人潜心研究，结果发现，在活性炭的表面引入增塑剂的情况下，可以使得壳聚糖交联物的延展性得到提高，使其能够很好地附着在活性炭的表面，壳聚糖交联物随水流失少，能够更好地发挥作用。

从微观角度讲，增塑剂在这里的主要作用是削弱壳聚糖交联物分子之间的范德华力，从而增加壳聚糖交联物的分子链的移动性，即增加了壳聚糖交联物的塑性，从而宏观表现为壳聚糖交联物的伸长率、曲挠性和柔韧性提高，能够很好地附着在活性炭的表面，壳聚糖交联物随水流失少，能够更好地发挥其作用。

具体地，本发明提供以下技术方案：

本发明的第1个技术方案是一种生物慢滤填料的制作方法，包括如下步骤：

步骤a)把用增塑剂表面处理过的基质材料颗粒，导入到壳聚糖溶液中并进行搅拌；

步骤b)添加交联剂，并且进行搅拌；