專利名稱：聚丙烯腈纖維在制備水處理用的組合填料中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
聚丙烯腈纖維在制備水處理用的組合填料中的應(yīng)用，，涉及一種聚丙烯腈纖維的新用途。具體是在制備水處理用的組合填料中的應(yīng)用方法，屬于污水處理和材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚丙烯腈纖維俗稱“腈綸”，采用分子量為205-208萬(wàn)的聚丙烯腈原料制成聚丙烯腈的纖維，具有柔軟、質(zhì)輕、保暖，其性能與羊毛接近，有合成羊毛之稱，廣泛用來(lái)代替羊毛以及與毛、棉、粘膠纖維混紡制成衣物、地毯等。其彈性模數(shù)高，保型性好，耐光性極好，耐輻射，對(duì)酸和溶劑的穩(wěn)定性好，耐磨和耐疲勞性差。腈綸纖維一般經(jīng)紡織加工，織布、染色、柔軟調(diào)理等，可制成圍巾、毯子、地毯等紡織品。本發(fā)明采用腈綸纖維直接用于生物膜法污水處理填料中，不僅為污水處理找到了一種更為有效的新填料，也為聚丙烯腈纖維開辟了新用途。
目前，我國(guó)人均水量只有2500立方米，約為世界人均水量的1/4，在世界排第110位，因此對(duì)現(xiàn)有水資源的循環(huán)利用是解決水資源短缺的有效方法之一。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人口的增加，人民生活水平的逐步提高，工業(yè)化和城市化步伐的加快，用水量急劇增加，污水排放量也相應(yīng)增加，加劇了淡水資源的短缺和水環(huán)境的污染。生物膜法是一種利用生態(tài)處理系統(tǒng)對(duì)污水進(jìn)行處理的方法，通過(guò)這種生物處理方法可同時(shí)實(shí)現(xiàn)污水的無(wú)害化和資源化。該方法利用生物反應(yīng)器內(nèi)微生物附著在載體表面，形成一層生物膜，使處理過(guò)程中，液相中溶解的有機(jī)物和氧從液相進(jìn)入生物膜，被生物膜上的細(xì)胞分解，廢水中的有機(jī)物不斷地被吸附到生物膜上，生物膜上的微生物對(duì)這些有機(jī)物進(jìn)行分解，并不斷新陳代謝，從而達(dá)到連續(xù)處理廢水的目的。由于微生物具有來(lái)源廣、易培養(yǎng)、繁殖快、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、易變異等特征，在生產(chǎn)上較容易地采集菌種進(jìn)行培養(yǎng)繁殖，并在特定條件下進(jìn)行馴化，使之適應(yīng)各種不同水質(zhì)條件，從而通過(guò)微生物的新陳代謝使有機(jī)物無(wú)機(jī)化，加之微生物的生存條件溫和，新陳代謝過(guò)程中不需要高溫高壓，不需投加催化劑進(jìn)行催化反應(yīng)，因此與一般化學(xué)法相比處理費(fèi)用低廉，運(yùn)行管理方便。根據(jù)廢水和生物膜接觸方式的不同，主要有生物濾池、生物接觸氧化法、生物轉(zhuǎn)盤法、生物流化床。上述方法中填料是處理工藝的關(guān)鍵部分，它直接影響處理效果，同時(shí)它的費(fèi)用占比較大的比重，所以選擇適宜的填料具有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)意義。
常用填料有不規(guī)則填料、軟性填料、改型軟性填料、組合式填料、多孔旋轉(zhuǎn)球型懸浮填料、內(nèi)置式懸浮填料、立體彈性填料、懸浮填料、塑料花環(huán)填料等。目前在生物膜法處理污水的填料選擇中，組合填料具有比表面積大，透氣性好，氧轉(zhuǎn)移速率和利用率高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用。目前的組合填料的結(jié)構(gòu)是由骨架和聚丙烯纖維組成，但是由于聚丙烯纖維密度較小，且分子結(jié)構(gòu)的特殊原因，存在生物膜容易脫落、密度低易懸浮等問(wèn)題，影響了處理效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種聚丙烯腈纖維在制備生物膜法水處理用的組合填料中的應(yīng)用，用該填料作為生物膜法污水凈化處理表現(xiàn)出生物膜掛膜好、水處理效果好和懸浮工藝好的優(yōu)點(diǎn)，具有較大的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明經(jīng)過(guò)對(duì)纖維材料性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)采用聚丙烯腈纖維代替聚丙烯纖維解決了現(xiàn)有組合填料系統(tǒng)存在的問(wèn)題，使污水處理更加高效、更加便捷，具有較大的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。
具體的應(yīng)用方法如下先購(gòu)得具有如表1所列的物理性能參數(shù)的聚丙烯腈纖維(作為對(duì)比用的聚丙烯纖維也列入表1)。
表1纖維的物理性能

然后制作聚丙烯腈纖維組合填料采用目前常用的聚丙烯纖維組合填料制作方法，以聚丙烯腈纖維替代聚丙烯纖維進(jìn)行制作，需控制聚丙烯腈纖維在組合填料中的纖維體積及纖維表面積與聚丙烯纖維組合填料的基本一致；接著將聚丙烯腈纖維壓在骨架環(huán)的外圈上制成組合填料并將其安置于處理裝置中，按常規(guī)比例添加污水和污泥，打開曝氣裝置，每天定時(shí)定量為其換上污水和污泥，使污泥中的微生物能附著在填料上形成生物膜，所用的時(shí)間比用聚丙烯纖維組合填料縮短1/2。最后經(jīng)過(guò)與聚丙烯纖維組合填料相同工藝處理后，從污水處理裝置中吸取水樣進(jìn)行COD測(cè)定，以COD降低率檢驗(yàn)衡量其水凈化處理效果發(fā)現(xiàn)有明顯的效果用聚丙烯腈纖維制作的組合填料的COD降低率比傳統(tǒng)的用聚丙烯纖維制作的組合填料提高1.5-2倍。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的生物膜法水凈化處理用聚丙烯腈纖維制作的組合填料與聚丙烯纖維組合填料相比具有生物膜掛膜好，掛膜時(shí)間縮短一半；水處理效果好和懸浮工藝好的優(yōu)點(diǎn)，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，本發(fā)明的聚丙烯腈纖維制作的組合填料的水處理效果可達(dá)70％-74％，而傳統(tǒng)聚丙烯纖維材料的效果僅有35％-50％，故本發(fā)明具有較大的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1采用聚丙烯腈纖維(上海金山石化總廠生產(chǎn)，纖維直徑約為12微米，彈性模量約為10GPa，抗拉強(qiáng)度約為710MPa，延伸率約為15％)壓在園盤形塑料骨架環(huán)的外圈上制作成聚丙烯腈纖維組合填料，以相同方式制作聚丙烯纖維(纖維直徑約為11微米)組合填料，將其分別置于相同的處理裝置中，按常規(guī)比例添加污水和污泥，打開曝氣裝置，使污泥中的微生物附著在填料上完成掛膜。結(jié)果聚丙烯腈纖維組合填料的掛膜時(shí)間約為24小時(shí)，而同條件下聚丙烯纖維組合填料掛膜時(shí)間約為48小時(shí)。經(jīng)過(guò)聚丙烯腈纖維組合填料24小時(shí)處理，污水的COD從初始時(shí)的710mg/L降低至結(jié)束時(shí)的185mg/L，其污水處理效果中的COD降低率可達(dá)73.9％；而經(jīng)過(guò)聚丙烯纖維組合填料24小時(shí)處理，污水的COD從初始時(shí)的720mg/L降低至結(jié)束時(shí)的365mg/L，其污水處理效果中的COD降低率僅為49.3％。
實(shí)施例2
采用聚丙烯腈纖維(上海金山石化總廠生產(chǎn)，纖維直徑約為18微米，彈性模量約為10GPa，抗拉強(qiáng)度約為710MPa，延伸率約為15％)壓在園盤形塑料骨架環(huán)的外圈上制作成聚丙烯腈纖維組合填料，以相同方式制作聚丙烯纖維(纖維直徑約為19微米)組合填料，將其分別置于相同的處理裝置中，按比例添加污水和污泥，打開曝氣裝置，使污泥中的微生物附著在填料上完成掛膜。結(jié)果聚丙烯腈纖維組合填料的掛膜時(shí)間約為36小時(shí)，而同條件下聚丙烯纖維組合填料掛膜時(shí)間約為60小時(shí)。經(jīng)過(guò)聚丙烯腈纖維組合填料24小時(shí)處理，污水的COD從初始時(shí)的702mg/L降低至結(jié)束時(shí)的210mg/L，其污水處理效果中的COD降低率可達(dá)70.1％；而經(jīng)過(guò)聚丙烯纖維組合填料24小時(shí)處理，污水的COD從初始時(shí)的710mg/L降低至結(jié)束時(shí)的415mg/L，其污水處理效果中的COD降低率僅為41.5％。
實(shí)施例3采用聚丙烯腈纖維(上海金山石化總廠生產(chǎn)，纖維直徑約35微米，彈性模量約為10GPa，抗拉強(qiáng)度約為710MPa，延伸率約為l5％)壓在園盤形塑料骨架環(huán)的外圈上制作成聚丙烯腈纖維組合填料，以相同方式制作聚丙烯纖維(纖維直徑約為33微米)組合填料，將其分別置于相同的處理裝置中，按比例添加污水和污泥，打開曝氣裝置，使污泥中的微生物附著在填料上完成掛膜。結(jié)果聚丙烯腈纖維組合填料的掛膜時(shí)間約為48小時(shí)，而同條件下聚丙烯纖維組合填料掛膜時(shí)間約為84小時(shí)。經(jīng)過(guò)聚丙烯腈纖維組合填料24小時(shí)處理，污水的COD從初始時(shí)的712mg/L降低至結(jié)束時(shí)的198mg/L，其污水處理效果中的COD降低率可達(dá)72.2％；而經(jīng)過(guò)聚丙烯纖維組合填料24小時(shí)處理，污水的COD從初始時(shí)的708mg/L降低至結(jié)束時(shí)的458mg/L，其污水處理效果中的COD降低率僅為35.3％。
權(quán)利要求
1.聚丙烯腈纖維在制備水處理用的組合填料中的應(yīng)用，其特征在于先購(gòu)得密度為1.18g/cm3、直徑為10-35μm、彈性模量為10GPa、抗拉強(qiáng)度為710Mpa、延伸率為15％的聚丙烯腈纖維；然后采用目前常用的聚丙烯纖維組合填料的制作方法以聚丙烯腈纖維替代聚丙烯纖維制作聚丙烯腈纖維組合填料，控制聚丙烯腈纖維在組合填料中的體積及表面積與聚丙烯纖維組合填料的聚丙烯纖維一致；接著將聚丙烯腈纖維壓在骨架環(huán)的外圈上制成組合填料并將其安置于處理裝置中，按常規(guī)工藝添加污水和污泥；打開曝氣裝置；每天定時(shí)定量為其換上污水和污泥，使污泥中的微生物附著在填料上形成生物膜，生物膜形成所用的時(shí)間比聚丙烯纖維組合填料縮短1/2；最后經(jīng)過(guò)與聚丙烯纖維組合填料相同工藝處理后，從污水處理裝置中吸取水樣進(jìn)行COD測(cè)定發(fā)現(xiàn)，用聚丙烯腈纖維制作的組合填料處理污水時(shí)COD降低率比傳統(tǒng)的用聚丙烯纖維制作的組合填料提高1.5-2倍。
全文摘要
聚丙烯腈纖維在制備水處理用的組合填料中的應(yīng)用，涉及聚丙烯腈纖維的新用途。先將密度為1.18g/cm
文檔編號(hào)C02F3/10GK1974440SQ20061014788
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月25日
發(fā)明者馬一平 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)