本發(fā)明涉及廢水處理領(lǐng)域，特別涉及一種磁性水處理填料的制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來,水處理領(lǐng)域的重大進(jìn)展和發(fā)展很多集中在生物膜法處理工藝，生物膜法是一大類生物處理法的統(tǒng)稱，包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化池、曝氣生物濾池及生物流化床，其共同特點是微生物附著生長在填料表面上，形成生物膜，是一種被廣泛采用的生物處理方法，具有良好的處理效果和應(yīng)用前景。在廢水生物膜法處理工藝中,反應(yīng)器中填充的填料是其核心部分。填料是生物膜賴以棲息的場所,是生物膜的載體,影響著微生物的生長、繁殖、脫落和形態(tài)及空間結(jié)構(gòu),同時在某些工藝中如生物濾池中兼有截留懸浮物質(zhì)的作用。因此,填料是生物膜法的關(guān)鍵,直接影響著生物膜法的效能。生物膜法水處理用填料的設(shè)計主要需要控制的是產(chǎn)品的粒徑、孔隙、密度、表面粗糙程度以及表面親水性、表面電荷等因素。a)填料的粒徑大小要適中。過大的粒徑會造成比表面積小可以容納的生物量少，效率下降。但是過小的粒徑在水中容易流失，造成填料浪費(fèi)、設(shè)備堵塞等問題。b)填料的密度在1.0-3.0之間皆有使用，但是使用密度略大于水的載體在某些場合可以節(jié)省能耗。c)載體材料具有足夠的親水性，才能有利于保證微生物的附著和生長。d)填料必須有大的比表面積才能吸附和固定微生物，并且提供必要的繁殖場所。且由于水流的沖擊，外力打撈輸送等也會造成表面生物膜的脫落。因此最好要求目標(biāo)填料外部較為粗糙，凹凸不平，且內(nèi)部有較多的空洞，可以使微生物在內(nèi)部繁殖。e)填料需要具有一定的物理強(qiáng)度。由于在好氧池中，載體會受到水流和水中懸浮物的沖擊，在流化床中更會隨著水流轉(zhuǎn)移，相互碰撞摩擦。因此載體必須有一定的物理強(qiáng)度，不容易破碎。f)另外作為載體，一般要求價格較為經(jīng)濟(jì)。目前市面較多使用的填料都是pe、pp或者pvc材料的，在實際的使用過程中有較多的問題，諸如掛膜慢，啟動時間長，生物相容性不好，最主要的原因在于pp或者pe/pvc作為一種塑料材料，其表面能都比較低，造成和微生物相容性差；這些塑料材料吸水性很差且在水中可耐受腐蝕，因此成品的填料表面十分光滑，幾乎不存在微孔或者凹陷等，細(xì)菌難以錨固在表面或者凹陷的地方并繁殖然后形成生物膜；因為沒有微孔結(jié)構(gòu)，比表面積較小，容留的生物量也相對較小，這些就造成了現(xiàn)有的填料啟動時間長，掛膜后生物量不太多，因此系統(tǒng)負(fù)荷也不能太高等。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有生物膜法填料所存在的掛膜慢、啟動時間長、生物相容性差等上述不足，提供一種磁性水處理填料的制備方法，通過對傳統(tǒng)的填料進(jìn)行物理化學(xué)改性，并根據(jù)不同的需要進(jìn)行外形加工，從而提高傳統(tǒng)材料的親水性和物理性能，改善微生物生長繁殖環(huán)境，制備出高效生物填料。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：一種磁性水處理填料的制備方法，包括以下步驟：s1、將熱塑性樹脂熔融后和磁粉混合，得到預(yù)混物；s2、將上述預(yù)混物進(jìn)行造粒；s3、將造出的顆粒成型，切割為填料；s4、將上述填料進(jìn)行酸洗，干燥后即得成品。本申請的發(fā)明思路為首先將熱塑性樹脂加熱熔融后和磁粉混合，充分?jǐn)嚢杌靹蚝笤炝＃@一過程中磁粉和熱塑性樹脂完全混合均勻，在后續(xù)加工中，因磁粉的熱傳導(dǎo)系數(shù)同熱塑性樹脂材料有較大差異，填料在降溫冷卻過程中會形成凹凸不平的表面，同時部分表面可能形成微小空洞等，作為水處理填料而言可以增加其生物附著性；前述造粒成功的顆粒物投入到擠塑機(jī)中，設(shè)定好各工段的加工溫度，擠塑成連續(xù)擠出型材，然后按照設(shè)計的尺寸切割為小的成品填料，一般切割長度為5-30mm左右，填料的形式可以設(shè)計成多種，如表面凹凸線條，中間十字連接，或者復(fù)雜的圖案，采用注塑機(jī)則可以實現(xiàn)更為復(fù)雜不易連續(xù)生產(chǎn)的形狀，使填料滿足不同實際工作需要；加工后的成型填料，為了增加表面凹凸，將其投至稀酸中浸泡，隨后水洗、干燥即得成品。根據(jù)本發(fā)明的磁性水處理填料的制備方法的一個優(yōu)選實施例，上述步驟s1中熔融溫度為150-260℃。由于熱塑性樹脂和磁粉的相容性較差并且粒度相差很多，在常溫下很難將其混合均勻，因此將樹脂加熱到熔點以上30-40℃，進(jìn)行熱熔造粒。根據(jù)本發(fā)明的磁性水處理填料的制備方法的一個優(yōu)選實施例，上述步驟s1中磁粉在混合前經(jīng)偶聯(lián)劑處理。磁場可提高水中微生物的生物活性、提高微生物對有機(jī)污染物的吸附和降解能力，從而顯著提高廢水生物處理的效果。磁粉通過偶聯(lián)劑處理可以減小磁粉團(tuán)聚以及增加同熱塑性樹脂的結(jié)合性，保證后續(xù)混勻和擠出成型的效果佳。根據(jù)本發(fā)明的磁性水處理填料的制備方法的一個優(yōu)選實施例，上述磁粉和熱塑性樹脂的重量比為1：9～3：7。上述重量比可根據(jù)水處理填料工作時的實際需要來設(shè)計其密度，當(dāng)用于厭氧生化處理時可以相應(yīng)適當(dāng)增加磁粉的添加比例；當(dāng)用于好氧生化處理時，由于用于好氧曝氣的填料應(yīng)保持其密度比水略重，填料太輕容易漂浮，填料太重則增加了系統(tǒng)能耗。根據(jù)本發(fā)明的磁性水處理填料的制備方法的一個優(yōu)選實施例，上述磁粉為四氧化三鐵磁粉，上述熱塑性樹脂為聚丙烯樹脂。用于制備水處理填料的磁粉可以為四氧化三鐵磁粉（fe3o4），二氧化鉻磁粉或鈷-氧化鐵磁粉等，從成本和易得性考慮，優(yōu)選使用四氧化三鐵磁粉（fe3o4），最優(yōu)選地，使用粒度為500目以上的四氧化三鐵磁粉；用于制備水處理填料的熱塑性樹脂可以為pe-聚乙烯、pp-聚丙烯、pvc-聚氯乙烯、ps-聚苯乙烯、pom-聚甲醛，pc-聚碳酸酯，pa-聚酰胺、聚丙烯酸酯等樹脂、其它聚烯烴及其共聚物、聚砜或聚苯醚，其中pp/pe/pvc為較為常見和價格低廉的材料，優(yōu)選使用pp-聚丙烯樹脂，pp樹脂的耐候性良好，機(jī)械強(qiáng)度佳，可以長時間保持原有的形狀和機(jī)械性能，耐用性好。根據(jù)本發(fā)明的磁性水處理填料的制備方法的一個優(yōu)選實施例，上述造粒過程中還加入無機(jī)物，所述無機(jī)物為能夠被酸性溶液溶解的無機(jī)物。根據(jù)本發(fā)明的磁性水處理填料的制備方法的一個優(yōu)選實施例，上述無機(jī)物為碳酸鈣。無機(jī)物顆粒的加入可以配合后續(xù)酸洗處理造成水處理填料更多的孔洞，增加其表面粗糙度和比表面積，且在后續(xù)酸洗處理中，大部分分布在填料加工后表面的無機(jī)物顆粒與酸液反應(yīng)而被溶解掉，原先占領(lǐng)的位置被空了出來，形成大小不一的微小坑洞，這一過程極大的增加了填料的表面粗糙度，另外部分未被洗掉的無機(jī)物顆粒具有很好的吸水率，增加了填料的生物親和性，因此在掛膜的過程中細(xì)菌附著更為容易，同時更多的坑洞保證了細(xì)菌在繁殖過程中不容易被水里沖刷掉。優(yōu)選地，所述無機(jī)物的粒度為300目以上。根據(jù)本發(fā)明的磁性水處理填料的制備方法的一個優(yōu)選實施例，上述步驟s4中酸洗為將填料加至游離酸濃度為2-20g/l的酸性溶液中浸泡2～5min。根據(jù)本發(fā)明的磁性水處理填料的制備方法的一個優(yōu)選實施例，上述酸性溶液為鹽酸溶液。本發(fā)明的另一目的在于提供一種磁性水處理填料，采用上述任一種的制備方法制備而成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明提供了一種表面粗糙，孔隙率高和生物相容性佳的水處理填料，同時在填料內(nèi)部引入磁性的生產(chǎn)工藝。通過多種手段來改變填料物理化學(xué)性能，加快細(xì)菌微生物在填料表面錨固和繁殖速率，從而提高了生物填料的掛膜效率和生物總量，藉此提高生物膜法的負(fù)荷，提高了處理效率，降低了投資成本。2、本發(fā)明提供的制備方法通過加入磁性材料和碳酸鈣或者滑石粉等無機(jī)顆粒改變了傳統(tǒng)水處理填料制品的孔隙率、表面粗糙度、比表面積以及化學(xué)親和性等表面特性，而且通過后續(xù)酸洗處理，去除了部分的添加材料，在成型填料的表面形成了更多的孔洞，利于更多的微生物的固著和繁殖。3、本發(fā)明提供的制備方法通過改變磁粉加入比例達(dá)到調(diào)整填料密度的目的，其加工工藝也比較靈活，可采用擠塑、注塑等多種方法，因此可以生產(chǎn)多種形狀多變，尺寸可調(diào)，密度可控的填料，產(chǎn)品可用于好氧曝氣、厭氧、mbbr工藝、生物濾池等多種工藝。具體實施方式下面結(jié)合試驗例及具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
發(fā)明內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實施例1稱取四氧化三鐵磁粉0.8kg，將磁粉進(jìn)行粉碎后過500目篩，取硅烷偶聯(lián)劑kh-5500.1kg，用1倍量液體石蠟稀釋后，加入上述磁粉中機(jī)械攪拌混合均勻備用；稱取碳酸鈣0.3kg，將碳酸鈣進(jìn)行粉碎后過300目篩備用，將3kg聚丙烯樹脂加至高速混合機(jī)中，加熱至170℃熔融后，加入上述處理好的磁粉和碳酸鈣，攪拌混合，將混合料加入到雙螺桿造粒機(jī)的料倉中，經(jīng)過雙螺桿造粒機(jī)完成造粒過程，形成7mm的顆粒。將顆粒加入到雙螺桿擠出機(jī)的料倉中，設(shè)定進(jìn)料溫度160-170℃，出料溫度170-190℃，注射壓力80-90mpa，擠塑成連續(xù)擠出型材，冷卻后，將其切割為長度為15mm的表面凹凸線條的填料。最后將填料加入到0.6%的鹽酸溶液中，浸泡3min后，水洗、干燥、即得磁性水處理填料a，密度為1.138-1.142kg/l。實施例2稱取四氧化三鐵磁粉0.4kg，將磁粉進(jìn)行粉碎后過500目篩，取硬脂酸鈉0.05kg，用1倍量液體石蠟稀釋后，加入上述磁粉中機(jī)械攪拌混合均勻備用，稱取碳酸鈣0.1kg，將碳酸鈣進(jìn)行粉碎后過300目篩備用，將3.6kg聚乙烯樹脂加至高速混合機(jī)中，加熱至130℃熔融后，加入上述處理好的磁粉和碳酸鈣，攪拌混合，將混合料加入到雙螺桿造粒機(jī)的料倉中，經(jīng)過雙螺桿造粒機(jī)完成造粒過程，形成5mm的顆粒。將顆粒加入到雙螺桿擠出機(jī)的料倉中，設(shè)定進(jìn)料溫度125-140℃，出料溫度140-160℃，注射壓力60-80mpa，擠塑成連續(xù)擠出型材，冷卻后，將其切割為長度為30mm的填料。最后將填料加入到0.2%的硫酸溶液中，浸泡5min后，水洗、干燥、即得磁性水處理填料b，密度為1.22-1.24kg/l。實施例3稱取四氧化三鐵磁粉0.3kg，將磁粉進(jìn)行粉碎后過500目篩，取鈦酸酯偶聯(lián)劑0.03kg，用1倍量液體石蠟稀釋后，加入上述磁粉中機(jī)械攪拌混合均勻備用，稱取滑石粉0.2kg，將滑石粉進(jìn)行粉碎后過300目篩備用，將0.7kg聚氯乙烯樹脂加至高速混合機(jī)中，加熱至185℃熔融后，加入上述處理好的磁粉和滑石粉，攪拌混合，將混合料加入到雙螺桿造粒機(jī)的料倉中，經(jīng)過雙螺桿造粒機(jī)完成造粒過程，形成8mm的顆粒。將顆粒加入到雙螺桿擠出機(jī)的料倉中，設(shè)定進(jìn)料溫度190-210℃，出料溫度200-230℃，注射壓力70-80mpa，擠塑成連續(xù)擠出型材，冷卻后，將其切割為長度為5mm的填料。最后將填料加入到1%的硝酸溶液中，浸泡2min后，水洗、干燥、即得磁性水處理填料c，密度為1.767-1.790kg/l。比較例1采用與實施例1相同的制備方法，不同之處在于：產(chǎn)品配方中不加入碳酸鈣。得到磁性水處理填料d，密度約為1.125kg/l。比較例2采用與實施例1相同的制備方法，不同之處在于：最后得到的填料不進(jìn)行酸洗處理。得到磁性水處理填料產(chǎn)品e，密度為1.130kg/l。比較例3采用與實施例1相同的制備方法，不同之處在于：產(chǎn)品配方中磁粉與聚丙烯樹脂的重量比為3：7，最后得到的填料不進(jìn)行酸洗處理。得到磁性水處理填料產(chǎn)品f，密度為1.48kg/l。試驗例1取相同量的實施例1-3和比較例1-3獲得的磁性水處理填料a、b、c、d、e和f置于6個平行的生物反應(yīng)器中進(jìn)行試驗。污泥和廢水為某污水處理廠曝氣池體系，其中試驗廢水ph為7.1，cod含量約300mg/l，氣水比為13，試驗溫度為20-28℃，水力停留時間6h。污泥經(jīng)離心后稱取相同質(zhì)量分別放入6個生物反應(yīng)器中，填料占反應(yīng)器容積的30%。結(jié)果如表1所示。表1填料a-f的試驗結(jié)果填料種類掛膜完成時間（d）生物負(fù)載量（g/g）cod去除率（%）表征比表面積（m2/m3）a190.2689.61100b220.2388.81100c220.2182.71250d260.1880.3800e250.2183.61000f240.2382.11100其中掛膜成熟時間是指填料上的生物膜持續(xù)增長到一定程度，在水里沖刷和生物繁殖的平衡下達(dá)到穩(wěn)定，基本不再變化的時間。生物負(fù)載量：指在掛膜達(dá)到成熟后，單位重量的填料上可以負(fù)載的生物膜量。對上表可知，本發(fā)明范圍內(nèi)實施例1-3制備的磁性水處理填料的掛膜完成時間、生物負(fù)載量、cod去除率及表征比表面積均優(yōu)于本發(fā)明范圍外對比例1-3制備的磁性水處理填料效果。同時本發(fā)明優(yōu)選范圍內(nèi)制得的磁性水處理填料a掛膜時間明顯縮短，生物負(fù)載量增加，對污水中cod的去除率最高。當(dāng)前第1頁12