一種改性聚氨酯懸浮填料、制備方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于環保技術領域，涉及一種用于污水處理的改性填料。
【背景技術】
[0002] 富營養化是當前水體常規污染中的重要表現；富營養化即水體中氮、磷等營養元 素物質大量積累，其本質問題是水體生物多樣性的破壞，由此造成系統喪失自我維持、自我 調節的能力與系統平衡失穩，并最終導致水生生態系統的破壞和環境問題的進一步加劇。 隨著人類對環境資源利用活動日益增加，特別是工農業生產大規模發展，大量含有氮、磷營 養元素的生活污水排入附近的湖泊、河流和海洋，增加了水體的營養物質負荷量，污染失衡 現象時有發生，水污染危害逐年加劇。水中含氮、磷等有害物質已成為我國水環境災害的主 要污染物，且成為制約社會和經濟可持續發展的重要因素。
[0003] 富營養化河流治理是一項復雜的系統工程，縱觀目前國內外已在使用或已使用的 河道污染控制與修復的技術，依據處理的原理不同可分為物理法、化學法、生物法、生態修 復法四大類。河道水體污染治理常用的物理措施有底泥疏浚、人工曝氣、綜合調水與引水沖 污等；常見的化學法主要包括化學除藻類、絮凝沉淀、重金屬固定等措施；物理方法具有見 效快、無二次污染問題的優點，但是一般工程費用較大，而且往往治標不治本，污染物只是 得到了轉移，并沒有消除。化學修復技術具有操作簡單、見效較快、一次性藥劑用量少等優 點，通常可作為對付突發性水體污染的應急措施。其通常不具有可持續性，并沒有從根本上 接解決問題，且易造成二次污染，因此很大程度上屬于輔助治理手段。生物法主要包括微生 物強化（投菌技術）、生物膜、穩定塘等，該措施處理效果好，工程造價相對較低，不需要耗 能或者低耗能，并實現持續性氮的去除，從根本上解決了富營養化問題。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種改性聚氨酯懸浮填料，具有孔隙率和比表面積較大、污 水凈化效果佳、有效壽命長、不會產生二次污染的特點。
[0005] 本發明的另一個目的是提供一種上述改性聚氨酯懸浮填料的制備方法。
[0006] 本發明的第三個目的是提供一種采用上述改性聚氨酯懸浮填料處理污水的方法。
[0007] 為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：
[0008] -種改性聚氨酯懸浮填料，由包括以下重量份的組分制成：
[0009]
[0010] 所述聚羥基烷酸酯為聚3-羥基丁酸酯-4-羥基丁酸酯、聚羥基丁酸戊酸酯或者 3-羥基丁酸3-羥基己酸酯。
[0011] 所述生物活性劑為硝化細菌、反硝化細菌、COD降解菌、生物酶、氨基酸、多糖、蛋白 質、蛋白酶、腐殖酸或小分子有機酸等中的一種或一種以上。
[0012] 所述無機金屬鹽為NaCl、KCl、FeS04. 7H20、MgS04. 7H20、CaCl#的一種或一種以上。
[0013] 所述有機高分子聚合物為聚乳酸、聚丙烯、聚對己二酸對苯二甲酸丁二酯或纖維 素中的一種或一種以上。
[0014] 所述無機絮凝物為高嶺土、硅藻土、鈣礬石中的一種或一種以上。
[0015] 一種上述改性聚氨酯懸浮填料的制備方法，包括以下步驟：
[0016] 取10~80份聚羥基烷酸酯、活性炭10~80份、生物活性劑0~10份、無機金屬 鹽〇~1份、有機高分子聚合物〇~20份和無機絮凝物0~10份，將其溶解在1~10份 水溶性聚氨酯溶液中，將60~80份的聚氨酯浸泡在上述溶液中，獲得負載的聚氨酯懸浮填 料；初步干燥后進行第二次干燥，獲得改性聚氨酯懸浮填料。
[0017] 所述初步干燥采用的是小型吹風機。
[0018] 所述第二次干燥是在烘箱中進行，烘箱的溫度為60~KKTC。
[0019] 一種將上述改性聚氨酯懸浮填料用于處理污水的用途。
[0020] 由于采用了上述技術方案，本發明具有以下優點和有益效果：
[0021] 本發明利用懸浮填料的多孔隙率和表面積大等優勢，為微生物的附著和生長繁殖 提供有效的場所。同時，利用活性炭的吸附作用，可對水體中的有機物和懸浮顆粒起到物理 截留作用，從而進一步提高水體中有機物和懸浮顆粒的去除率。更進一步地，利用完全可生 物降解的生物材料在污水中微生物作用下緩慢降解，一方面聚羥基烷酸酯為微生物提供生 長代謝所需要的碳營養物質，馴化有益微生物的生長和繁殖，促進水體中富營養物質的去 除；另一方面，通過緩慢釋放生物活性劑，在進一步增添了水體中有益細菌的種類的同時， 激活有益細菌的生長；更進一歩地，通過調整微生物之間互生、共生及拮抗關系使有益細菌 逐步成為優勢菌群，產生優勢主導現象，從而重組、完善和優化了微生物的生態系統，增強 了系統的生物活性，提高了微生物的有效生物量和功能性。將該懸浮填料裝載于生物反應 器中，可以更有效的馴化有益的微生物，并提高富營養化污染物質的降解，從而實現水體的 凈化。
[0022] 本發明提供的聚氨酯懸浮填料是一種高分子親水性生物脫氮填料，并經過氧氣和 氫氣雙重爆炸而成，孔徑2mm-6mm，相互貫通，達到整塊填料。該聚氨酯懸浮填料具有高孔 隙率、高比表面積和低密度等物理特點；作為微生物生長的載體，具有迅速形成高活性生物 膜，微生物菌群能在其表面很快繁殖、有效吸收和降解有毒物質、顯著提高處理效率和反應 池的穩定性以及污泥產量明顯下降等優點；同時，附著的生物膜對有害物質、酸堿度的變化 以及溫度的耐受性增強，相對于懸浮在水中的微生物附著在載體上的生物膜存活時間顯著 增加，可以顯著提高系統的生物量和處理效能。
[0023] 本發明所用的可生物降解聚羥基烷酸酯是微生物在營養條件（N、P的缺乏）不平 衡的條件下，利用外界碳源積累在細胞內的儲存碳源和能源的物質。此生物聚合物具有良 好的生物降解性，可為微生物的生長繁殖提供優質碳源。
[0024] 本發明所用的活性炭是活性炭黑，一種黑色粉末狀或者顆粒狀的無定形碳，除碳 元素之外，還包含氫、氧等元素。活性炭具有大量微孔，巨大的比表面積，不僅可以有效去除 色度、臭味，而且可以吸附大多數的有機污染物（如：氯代烴、有機磷和氨基甲酸酯類殺蟲 劑等）和一些無機物（如：重金屬和懸浮顆粒等）。
[0025] 本發明所用的有機高分子聚合物可以調控聚氨酯懸浮填料的整體生物降解速率， 不僅避免由于降解速率過快而導致的碳源浪費，而且解決了由于降解速率過慢而導致微生 物生長繁殖受到抑制等問題；從而真正實現了聚氨酯懸浮填料的生物降解速率和微生物生 長繁殖的平衡。
[0026] 本發明所用的生物活性劑不僅可以增添系統中的有效微生物，同時可以調控細胞 的生長發育，并實現刺激細胞的快速生長。通過調整微生物之間互生、共生及拮抗關系使 有益細菌逐步成為優勢菌群，產生優勢主導現象，從而重組、完善和優化了微生物的生態系 統，增強了系統的生物活性，提高了微生物的有效生物量和功能性。
[0027] 本發明所用的無機金屬鹽的作用在于提供微生物細胞化學組成中的重要元素，并 參與穩定微生物細胞的結構，同時是一些酶的激活劑。
[0028] 本發明所用的無機絮凝物不僅可以降低水中的濁度，同時可以穩定聚氨酯懸浮填 料的結構，并進一步的調節聚氨酯懸浮填料的親疏水性。
[0029] 為了提高聚氨酯懸浮填料的凈化效果，運用上流式生物濾池的概念，將聚氨酯懸 浮填料裝載于生物反應器中，可以更有效的馴化有益的微生物，并提高富營養化污染物質 的降解，從而實現水體的凈化。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0031] 實施例1
[0032] 取80份聚3-羥基丁酸酯-4-羥基丁酸醋，10份活性炭，溶解在8份水溶性聚氨酯 溶液中；取80份普通聚氨酯填料，將其浸泡在水溶性聚氨酯溶液中，人工揉搓lh，制得負載 聚羥基烷酸酯、活性炭和無機金屬鹽的聚氨酯懸浮填料；將負載聚羥基烷酸酯、活性炭和無 機金屬鹽的聚氨酯懸浮填料從水溶性聚氨酯溶液中取出，并利用小型吹風機實現懸浮填料 的初步干燥；進一步放入80°C左右的烘箱中，待該懸浮填料完全烘干后即完成該填料的制 備。
[0033] 將適量該懸浮填料裝載于2. 2L的燒杯中，加入2L由100mg/L硝氮和20mg/L的磷 酸鹽組成的配水中，并投加適量的活性污泥。一周后，硝氮濃度由lOOmg/L降低為Omg/L，脫 氮效果明顯。
[0034] 實施例2
[0035] 取10份聚羥基丁酸戊酸酯（PHBV)，80份活性炭，溶解在6份水溶性聚氨酯溶液 中；取60份普通聚氨酯填料，將其浸泡在水溶性聚氨酯溶液中，人工揉搓lh，制得負載聚羥 基烷酸酯、活性炭和無機金屬鹽的聚氨酯懸浮填料；將負載聚羥基烷酸酯、活性炭和無機金 屬鹽的聚氨酯懸浮填料從水溶性聚氨酯溶液中取出，并利用小型吹風機實現懸浮填料的初 步干燥；進一步放入80°C左右的烘箱中，待該懸浮填料完全烘干后即完成該填料的制備。
[0036] 將適量該懸浮填料裝載于2. 2L的燒杯中，加入2L某學校居民區生活污水，其中生 活污水中COD為200mg/L、氨氮36mg/L和總磷8mg/L ;采用曝氣設備控制燒杯中溶解氧濃度 為2mg/L左右。連續監測15天后，COD由200mg/L降為35mg/L，氨氮濃度由36mg/L降低為 2. 7mg/L，硝氮為3mg/L，亞硝氮含量