一种磁性PVA载体及其制备方法.pdf

本发明属于污水处理领域，特别是涉及一种磁性PVA载体及其制备方法。本发明公开了一种磁性PVA载体，其原料配比以质量百分比计算为：28~55%磁粉；42~70.5%PVA；0.5~1%三亚乙二胺；1~2%聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物。本发明磁性PVA载体，适用于好氧条件的废水处理工艺，如MagBR磁生物反应器等。实验证明，本发明制备的磁性PVA载体应用于MagBR磁生物反应器有处理效果明显，出水稳定的特点。

权利要求书
1.  一种磁性PVA载体，其原料配比以质量百分比计算为：
28~55% 磁粉
42~70.5%  PVA

0.  5~1% 三亚乙二胺
1~2%  聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物。

2.  一种磁性PVA载体，其原料配比以质量百分比计算为：
35~48% 磁粉
49~63%  PVA

0.  5~1% 三亚乙二胺
1~2%  聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物。

3.  一种磁性PVA载体，其原料配比以质量百分比计算为：
42% 磁粉
56%  PVA

0.  8% 三亚乙二胺

1.  2%  聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物。

4.  如权利要求1-3任一权利要求所述的一种磁性PVA载体的制备方法，该方法包括以下步骤：
造粒：将固体PVA切成颗粒；
预混合：按照质量百分比称取28~55%的磁粉与45~72%的经过造粒的PVA颗粒放入搅拌器中搅拌；
（3）混匀：在上述PVA和磁粉混合体系中加入0.5~1%的三亚乙二胺催化剂、1~2%的聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物，再次搅拌；
（4）发泡：将上述反应物转入发泡容器中恒温发泡；
干燥：上述制品鼓风干燥,即得到成品载体。

5.  如权利要求4所述的一种磁性PVA载体的制备方法，其特征在于：步骤二中搅拌器的搅拌速度至少为150转/分钟，搅拌时间至少5分钟以上。

6.  如权利要求5所述的一种磁性PVA载体的制备方法，其特征在于：步骤三中搅拌器的搅拌速度至少为400转/分钟下，搅拌时间至少3分钟以上。

7.  如权利要求6所述的一种磁性PVA载体的制备方法，其特征在于：步骤四中的恒温是指20-40℃。

8.   如权利要求1-3任一权利要求所述的磁性PVA载体在污水处理中的应用。

说明书一种磁性PVA载体及其制备方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，特别涉及一种磁性PVA载体及其制备方法。
背景技术
微生物处理废水的关键是选择合适的微生物载体。PVA是日本学者首先开发的一种高分子包埋材料，由于无毒、抗微生物分解、机械强度高及价廉等特点而受到重视。研究结果表明细菌的成活率和处理废水的效率都令人满意。近年来国内外对PVA载体固定生物活性物质进行了大量的研究，其制备方法要PVA-硼酸法和冷冻解冻法。硼酸法包埋生物活性物质机械强度高，使用寿命长，弹性好。缺点是硼酸对被包埋的生物有毒害作用，生物残余活性低，且固定化颗粒发生粘联现象。冷冻解冻法应用物理交联形成凝胶，这种方法制得的凝胶含水率较大，但是载体的稳定性不如化学交联法得到的凝胶，很难达到一些生物反应器尤其是流化床反应器的要求。如：如:中国专利CN1076488提供了一种聚乙烯醇微生物或酶固定化载体的制备方法，将微生物或酶与PVA溶液混合后，置于饱和硼酸溶液中，短时间内使其形成球体，随即将该球体与磷酸盐溶液(>5%Wt)接触，使其充分硬化而制成微生物或酶固定化载体;该方法较适合于微生物固定床处理工艺，无法调节比重。中国专利CNI01348782提供了一种大孔网状聚乙烯醇球状载体的制备方法，该方法是将聚乙烯醇、碳酸钙、海藻酸钠、水以一定的质量比例混合后，滴入到含3%氯化钙的饱和硼酸溶液中，形成PVA凝胶球，然后将球状载体投入到戊二醛水溶液中，使其发生交联反应以形成更稳定的交联结构，得到具有弹性的白色大孔网状PVA球状载体;中国专利CNI01428901提供一种水处理用竹炭一聚乙烯醇缩甲醛生物载体及其制备工艺，以聚乙烯醇缩甲醛为有机高分子载体，加入竹炭等填料经碳酸钙与柠檬酸发泡处理后制成;以上两个专利采用的主要发泡工艺为化学法发泡，产生的孔多为开放孔，难以有效调整密度。
这些方法普遍存在着工艺复杂、成本高等问题，载体颗粒在使用过程中，随着使用时间的延长，其机械强度会因为颗粒的水溶膨胀性而大大减弱，甚至出现颗粒破碎的现象，缩短了其使用寿命，不利于实际应用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种既能调控载体的孔结构及吸附性能，又能赋予载体磁性的一种制备磁性PVA载体及其制备方法。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的。
一种磁性PVA载体，其原料配比以质量百分比计算为：
28~55% 磁粉；
42~70.5%  PVA；
0.5~1% 三亚乙二胺；
1~2%  聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物。
一种磁性PVA载体，其原料配比以质量百分比计算为：
35~48% 磁粉；
49~63%  PVA；
0.5~1% 三亚乙二胺；
1~2%  聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物。
一种磁性PVA载体，其原料配比以质量百分比计算为：
42% 磁粉；
56%  PVA；
0.8% 三亚乙二胺；
1.2%  聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物。
所述的一种磁性PVA载体的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)造粒：将固体PVA切成颗粒；
(2)预混合：按照质量百分比称取28~55%的磁粉与45~72%的经过造粒的PVA颗粒放入搅拌器中搅拌；
(3)混匀：在上述PVA和磁粉混合体系中加入0.5~1%的三亚乙二胺催化剂、1~2%的聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物，再次搅拌；
(4)发泡：将上述反应物转入发泡容器中恒温发泡；
(5)干燥：上述制品鼓风干燥,即得到成品载体。
进一步，步骤二中搅拌器的搅拌速度至少为150转/分钟，搅拌时间至少5分钟以上。     
进一步，步骤三中搅拌器的搅拌速度至少为400转/分钟下，搅拌时间至少3分钟以上。
进一步，步骤四中的恒温是指20-40℃。
以上所述的磁性PVA载体在污水处理中的应用。
本发明具有下述优点：
1.本发明的加工工艺简单易行，成本较低。
2.添加材料中的磁粉价廉易得，能促进微生物的生长、比表面积大、吸附能力强，对于有机物、重金属、浊度、色度均有很好的脱色能力，是很好的环保材料。
3.磁粉的加入利用其产生的稳定磁场来有效刺激微生物活性菌的生长，缩短其生长周期，使微生物活性得以提高，从而提高废水的生物降解效率。
4.磁粉的加入量可有效调整载体的密度和表面粗糙度，带来较高的抗冲击负荷能力，有效的防止污泥上浮情况。
5.本发明制备的磁性PVA载体，适用于好氧条件的废水处理工艺，如MagBR磁生物反应器等。实验证明，本发明制备的磁性PVA载体应用于MagBR磁生物反应器有处理效果明显，出水稳定的特点。
附图说明
图1是为本发明制备的磁性PVA载体电子显微镜放大640倍载体切片图；
图2是为本发明制备的磁性PVA载体电电子显微镜扫描图；
图3 磁性PVA载体吸附活性污泥情况；
图4磁性PVA载体吸附活性污泥情况。

具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步的说明。
实施例 1
称取100gPVA材料切成2~3mm的颗粒置于搅拌器内，然后加入65g磁粉，在搅拌速度150转/分钟下搅拌8分钟；再加入1g 三亚乙二胺催化剂和2g聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物，在搅拌强度为400转/分钟下，搅拌5分钟；停止搅拌后，将反应物即刻转入发泡容器中25℃恒温发泡2分钟；将上述制品鼓风干燥,即得到成品磁性PVA载体。
实施例 2
将称取的140gPVA材料切成的颗粒置于搅拌器内，然后加入105g磁粉，在搅拌速度180转/分钟下搅拌5分钟；再加入2g 三亚乙二胺催化剂和3g聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物，在搅拌强度为450转/分钟下，搅拌3分钟；停止搅拌后，将反应物即刻转入发泡容器中30℃恒温发泡2分钟；将上述制品鼓风干燥,即得到成品磁性PVA载体。
实施例3
将称取的170gPVA材料切成颗粒置于搅拌器内，然后加入75g磁粉，在搅拌速度150转/分钟下搅拌8分钟；再加入2.5g 三亚乙二胺催化剂和2.5g聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物，在搅拌强度为400转/分钟下，搅拌5分钟；停止搅拌后，将反应物即刻转入发泡容器中25℃恒温发泡2分钟；将上述制品鼓风干燥,即得到成品磁性PVA载体。
实施例4
将称取的120gPVA材料切成颗粒置于搅拌器内，然后加入125g磁粉，在搅拌速度180转/分钟下搅拌5分钟；再加入2g 三亚乙二胺催化剂和3g聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物，在搅拌强度为450转/分钟下，搅拌3分钟；停止搅拌后，将反应物即刻转入发泡容器中30℃恒温发泡2分钟；将上述制品鼓风干燥,即得到成品磁性PVA载体。
实施例5
本发明磁性PVA载体的结构
本发明磁性PVA载体的电子显微镜照片显示，该载体表面凹凸不平，表面有许多孔洞，比表面积大，多孔的结构对菌群吸附能力强有利于挂膜，具体见附图1、附图2。
实施例6
本发明磁性PVA载体吸附活性污泥情况
在MagBR磁生物反应器内加入与活性污泥质量比为1:3的磁性PVA载体，图3为训化10天后，载体吸附活性污泥情况。
由附图3可以说明，本发明的磁性PVA载体加入水体以后，第1-5天，开始有微生物和丝状物质附着在载体表面，附着了较多物质的位置是载体的凹处，不容易被水流剪切的地方。从第6天开始悬浮液中的微生物大量增长，出现较明显的一个污泥层。到达第10天，微生物在载体表面获得一个比较稳定的生长环境，此时的污泥浓度上升至2200 mg/L。从第10天开始进入了污泥浓度迅速增长期，在供氧和底物充足的情况下，吸附在载体上的微生物快速生长。从第10天至第28天在载体表面生长的生物膜覆盖整个载体表面，并渐渐增厚,污泥浓度由2000mg/L增长到了6000mg/L。继续培养驯化数日，污泥浓度稳定在6000mg/L左右。整个挂膜过程中随着磁性PVA载体上附着了越来越多的生物膜，载体的表观密度逐渐下降，变得更轻，更容易流态化，对污水中有机物的净化起到积极作用。
在MagBR磁生物反应器内加入与活性污泥质量比为1:2的磁性PVA载体，图4为训化10天后，载体吸附活性污泥情况。
 由附图4可以说明，本发明的磁性PVA载体加入水体以后，第1-5天，开始有微生物和丝状物质附着在载体表面，附着了较多物质的位置是载体的凹处，不容易被水流剪切的地方。从第6天开始悬浮液中的微生物大量增长，出现较明显的一个污泥层。到达第10天，微生物在载体表面获得一个比较稳定的生长环境，此时的污泥浓度上升至2200 mg/L。从第10天开始进入了污泥浓度迅速增长期，在供氧和底物充足的情况下，吸附在载体上的微生物快速生长。从第10天至第24天在载体表面生长的生物膜覆盖整个载体表面，并渐渐增厚,污泥浓度由2000mg/L增长到了8000mg/L。继续培养驯化数日，污泥浓度稳定在8000mg/L左右。整个挂膜过程中随着磁性PVA载体上附着了越来越多的生物膜，载体的表观密度逐渐下降，变得更轻，更容易流态化，对污水中有机物的净化起到积极作用。
实施例7
办公大楼生活污水，在MagBR磁生物反应器中对挂膜后的磁性活性污泥处理废水能力进行监测。温度为25℃，PH=6-9，HRT=4h，试验结果如表1所示。
表1 磁性PVA载体应用于MagBR磁生物反应器中对有机物的降解能力

试验运行30天，磁性PVA载体稳定存在，活性污泥既没出现中毒情况又一直保持较高降解有机物的活性。以上数据为监测30天中随机抽查结果，经MagBR出水：CODcr均值为42mg/l，NH3-N均值为9.7mg/l，TP均值为0.6mg/l，色度均值24倍。这表明磁性PVA载体不仅大幅度提高污泥浓度而且使活性污泥分解废水中有机物的能力较普通活性污泥也相应的成倍提高。最终出水水质达到国家一级A标准。
实施例 8
     模拟高浓度有机废水，在MagBR磁生物反应器中对挂膜后的磁性活性污泥处理废水能力进行监测。温度为25℃，PH=6-9，HRT=6h，试验结果如表2所示。
表2 磁性PVA载体应用于MagBR磁生物反应器中对有机物的降解能力

试验运行45天，磁性PVA载体稳定存在，活性污泥既没出现中毒情况又一直保持较高降解有机物的活性。以上数据为监测45天中随机抽查结果，经MagBR出水：CODcr均值为59.7mg/l，NH3-N均值为7.3mg/l，TP均值为2.9mg/l。这表明磁性PVA载体不仅大幅度提高污泥浓度而且使活性污泥分解废水中有机物的能力较普通活性污泥也相应的成倍提高。最终出水水质达到国家一级B标准。