水处理弹性亲水性塑料填料制备方法.pdf

水处理弹性亲水性塑料填料制备方法
    (一)技术领域：

    本发明是水处理弹性亲水性塑料填料制备方法，属高分子材料合金加工制备技术。

    (二)背景技术：

    在废水的生化处理工艺上使用填料在目前得到越来越广泛的应用。查阅国内的专利及文献，有关水和废水处理用填料的内容都只局限于填料的外型，填料的加工方法，填料中纤维与塑料的组合方式等，而没有关于用水和废水处理用填料的高分子材料内容。材质表面的状况与填料的性能关系很大。使填料的表面具有亲水性是生产优质的水和废水处理填料的关键之一。使材料的表面带有亲水基团，是提高材料表面亲水性的常用方法。将亲水基团带入材料表面的常用方法有：表面涂抹亲水涂料，表面接技带有亲水基团的高聚物单体，或常用塑料材料中混入水溶性亲水高分子材料。表面涂抹亲水涂料因涂料易于溶于水中而脱落，故难以进行实际应用；表面接技带有亲水基团的高聚物单体，可采用高能辐照的方法，在填料的表面产生活性自由基，自由基再与水溶性单体进行引发聚合，而使材料表面接枝上水溶性基团，但因为填料的形状一般比较复杂，往往要求具有较大的比表面，除填料的外表面，还有填料的内表面，而高能辐照难以均匀辐照填料的内外表面，故使填料的内外表面地亲水性产生差异，从而也影响其使用效果。

    填料是生物膜水处理系统重要的材料之一。易于生物挂膜，特别是厌氧生物挂膜的填料和耐曝气冲击的好氧生物挂膜填料，具有极其重要的意义；随着环境保护要求的提高，优质填料具有巨大的市场应用前景。目前国内生产的塑料弹性填料都存在着表面亲水性差的缺点，由于填料表面的疏水性，使微生物难以在其表面附着，特别是厌氧微生物，因厌氧生化反应过程生物生成量低，且附着性差，难以在目前普通弹性填料上挂膜，从而使有弹性填料的厌氧生化反应器负荷难以提高；对于好氧生化反应，虽然生化反应生物生成量较高，好氧微生物的吸附能力也比厌氧微生物强，但因填料表面的疏水性，也大大降低了微生物在填料表面的吸附强度，有时在好氧曝气的强烈冲击下，吸附在填料表面的微生物很容易脱落下来，从而也降低了填料表面的生物吸附量。故克服塑料表面的疏水性，使其具有亲水的表面成为研制和生产优质填料的关键；常用的塑料材料，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等因其高分子链上没有亲水基团，故它们的表面都是疏水的。用这些塑料材料制作的各种形状的弹性填料，因表面疏水而使其挂膜能力受到限制。使用半软性组合填料，虽然填加的纤维部分大大增加了填料的表面积，部分纤维也比塑料亲水，故此填料的挂膜能力比一般的弹性填料强得多。但由于细小的纤维丝在水流的冲击下容易断裂，且微生物挂膜后易于将填料中的纤维丝结成一整块而降低其挂膜效果，故带有纤维丝的半软性组合填料有使用寿命短的缺陷，在应用中有时使用2～3年就需要更换生化反应池内的填料，造成人力物力的浪费。

    (三)发明内容：

    本发明的目的就是为了克服和解决现有的塑料表面涂抹亲水涂料技术中的涂料易溶于水中而脱落，难于实用，或对表面接枝带有亲水基团的高聚物单体，高能辐照难于均匀辐照填料的内外表面，使填料内外表面亲水性差异大，使用效果差。由于填料表面疏水性，大大降低了微生物填料表面吸附强度及在其表面附着性，使填料表面挂膜能力受到限制，或带纤维丝的半软性组合填料使用寿命短，浪费人力物力等的缺点和问题，研究发明一种水处理弹性亲水性塑料填料制备方法，它从材料的改性着手，以改善填料材料的表面亲水状况，从而提高填料的应用性能，在常用塑料中混入水溶性高分子材料，可大大改善材料表面的亲水性能，是本发明用于改善填料表面亲水性能的方法。

    本发明是通过下述技术方案来实现的：在常用塑料中混入水溶性高分子材料，以大大改善材料表面的亲水性能，制造具有亲水性表面的塑料材料，用于制作水和废水处理的弹性填料；常用的塑料品种有：聚丙烯(PP)、高压或低压聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)类；用于改善材料表面的亲水性能的水溶性高分子材料有：聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、改性淀粉类；为了调节填料的比重，通过添加适量无机粉末——石粉、粉末二氧化钛、二氧化硅类，使其能在水处理中按要求上浮、下沉或悬浮；具有亲水性表面的弹性填料的具体制作方法如下：(1)称取常用塑料颗粒——PP、PE、PVC或它们的混合物50～90％；称取水溶性高分子材料粉末——聚乙烯醇、聚丙烯酰胺或它们的混合物5～45％；称取无机粉末——石粉、粉末二氧化钛、二氧化硅类2～10％；将它们在混合器中混合均匀；(2)将上述步骤(1)混合好的物料投入注塑机中，首先制作混合有常用塑料、水溶性高分子材料及少量无机粉末的颗粒料；(3)用上述步骤(2)制作的颗粒料，在注塑机中，按填料的不同规格和要求，注塑成所需的有亲水表面的水和废水处理用弹性填料。

    本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：(1)从外观上看，用常用塑料(PP、PE或PVC)制做的弹性填料表面较光滑，而用本发明的混合材料制做的填料表面相对比较粗糙。在应用于水和废水处理过程中，表面的粗糙将有利于微生物在填料表面的附着挂膜；(2)将弹性填料放入水中并从水中取出进行观察，用常用塑料(PP、PE或PVC)制做的弹性填料，其表面的水很快形成水珠，从填料表面脱落；而用本发明的混合材料制做的填料，从水中取出，水在填料的表面形成比较均匀的水膜，表现出填料表面良好的亲水性；(3)将弹性填料放入污水处理试验系统中进行试验，用常用塑料(PP、PE或PVC)制做的弹性填料，在厌氧处理系统中，厌氧微生物难以在填料表面挂膜，试验系统运行一个月，都难以观察到明显的挂膜现象；而用本发明的混合材料制做的填料，在系统运行一星期后，即可观察到有微生物挂膜现象。这说明本发明改善了填料表面的亲水性能，可大大促进厌氧微生物在填料表面的挂膜。在好氧处理系统中，在曝气冲击较小的区域，用常用塑料(PP、PE或PVC)制做的弹性填料，在试验系统运行1～2星期后，可发现有微生物挂膜；而本发明的混合材料制做的填料，在试验系统运行1～2天，即可发现有微生物挂膜现象。在曝气冲击较大的区域，用常用塑料(PP、PE或PVC)制做的弹性填料，微生物难以在填料表面挂膜，试验系统运行1个月，也无挂膜现象，而用本发明的混合材料制做的填料，在试验系统运行1～2天，就可发现有微生物挂膜现象。使用本发明的混合材料制做的弹性填料，可极大地提高废水处理系统中微生物的挂膜速度和挂膜强度，便于使用填料的废水处理生化系统的启动调试，提高其运行处理的可靠性。

    (四)具体实施方式：

    发明人认为实现本发明是比较简单、容易的，只要按上面说明书所述的制作方法步骤逐步进行操作，便能较好地实现本发明，在实施过程中的注塑机可选用DPI-120型注塑机。发明人经长时间研究试验，有较多成功的实施例，下面仅举3个实施例列表表示于下面表1：表1：