一种促进填料快速挂膜的改性方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种促进填料快速挂膜的改性方法及应用，属于水处理领域。市售高分子聚合物填料首先经酸性氧化剂氧化后增加填料表面粗糙度和比表面积，之后亲水性多巴胺在填料层表面氧化自聚，引入羟基、氨基等亲水官能团，显著提升填料表面亲水性和粘附性，使填料表面与微生物之间的作用力增强，生物膜附着牢固。经表面改性的后的填料生物挂膜时间缩短3~5倍，加快了反应器启动，具有较好的污染物去除效果。本发明专利技术改性方法简单、应用广泛，将其应用于污水处理系统，环保经济，为生物膜法的广泛应用提拱了新的思路和技术支持，具有较高的推广应用价值。广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种促进填料快速挂膜的改性方法及应用


[0001]本专利技术涉及水处理领域，特别涉及一种促进填料快速挂膜的改性方法及应用。

技术介绍

[0002]生物膜法是一种广泛采用的污水生物处理技术，微生物附着在载体表面生长并逐渐形成生物膜，污水流经生物膜表面时，其中的污染物被微生物吸附和降解，污水得到净化。与活性污泥法相比，生物膜法的主要优点是微生物多样化、生物量多、处理负荷高、抗冲击能力强、动力消耗少、运行稳定、无污泥膨胀之忧、可同时实现硝化和反硝化等。
[0003]填料作为微生物附着生长的载体，是污水生物膜处理技术的核心。目前生物膜填料主要以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE）、高密度聚丙烯（HDPP）、聚乙烯醇（PVC）等高分子聚合物为原料注塑成型。高分子聚合物表面光滑，亲水性和生物亲和性较差，导致生物膜填料表面润湿性能不佳，不利于微生物的初始粘附，造成挂膜时间长、反应器启动慢等问题，限制了高分子填料在生活污水和工业废水处理中的应用。
[0004]多巴胺在水处理领域常应用于膜技术中膜的表面改性。专利201280023166.4公开了由聚多巴胺或氢醌或邻苯二酚或其混合物制备的聚合物涂层在RO膜、UF膜、NF膜、MF膜表面进行沉积，从而改进膜对单价和二价盐、BOD及COD的膜截留特性，同时改进膜对化学清洗品的耐受性并使膜维持更高的透水性。专利202011138166.1公开了一种含纤维素纳米晶体中间层及多巴胺原位改性层的两步改性复合纳滤膜及其制备方法，解决了现有纳滤膜的渗透性能与截留性能之间相互制衡的技术问题，极大地提高纳滤膜的渗透性能，同时也在一定程度上提升了截留性能。
[0005]目前，多巴胺尚未应用于以高分子聚合物为原料的生物膜填料的表面改性。本专利技术提供一种促进生物膜填料快速挂膜的改性方法，利用化学氧化和多巴胺表面改性，提高生物膜填料表面粗糙度和生物亲和性，将其应用于污水处理系统中，能极大缩短反应器启动时间。

技术实现思路

[0006]针对上述
技术介绍
，本专利技术的目的在于提供一种能够增加填料表面粗糙度和生物亲和性的填料表面改性方法，从而促进生物膜快速形成，缩短反应器启动时间。
[0007]本专利技术提供了如下的技术方案：一种促进填料快速挂膜的表面改性方法包括如下步骤：步骤1，选取聚合物填料，直径10~50 mm，密度0.8~1.4 g/cm3，比表面积100~1200 m2/m3。
[0008]步骤2，将浓硫酸（H2SO4）与浓硝酸（HNO3）按比例混合，配制成酸性氧化剂。
[0009]步骤3，将所述的聚合物填料放入酸性氧化剂中，并在水浴条件下进行氧化。
[0010]步骤4，将磷酸二氢钠（NaH2PO4）和磷酸氢二钠（Na2HPO4）溶于水中，配置成缓冲溶液。
[0011]步骤5，将氧化后的填料捞出，放置于缓冲溶液中，对填料进行清洗，直至清洗液pH值为6~8。
[0012]步骤6，将清洗后的填料捞出，自然风干。
[0013]步骤7，将三羟甲基氨基甲烷（Tris）溶于水中，配制成缓冲剂。
[0014]步骤8，将风干后的填料放入缓冲剂中，在磁力搅拌器上搅拌。
[0015]步骤9，将盐酸多巴胺粉末加入缓冲剂中，在有氧条件下水浴缓慢搅拌。
[0016]步骤10，将填料取出并用去离子水洗涤，晾干备用，即得到表面改性生物膜填料。
[0017]优选的，步骤1中所述的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯中的一种或多种。
[0018]优选的，步骤2中浓硫酸与浓硝酸按体积比10~40:1~5混合。
[0019]优选的，步骤3中水浴温度为50~80℃，氧化时间为0.2~6 h。
[0020]优选的，步骤4中磷酸二氢钠与磷酸氢二钠按质量比1~22:3~28溶于水中。
[0021]优选的，步骤7中三羟甲基氨基甲烷的添加量为0.1~3.0 g/L。
[0022]优选的，步骤8中磁力搅拌器转速80~150 r/min，搅拌时间为0.5~3 h。
[0023]优选的，步骤9中盐酸多巴胺粉末的添加量为0.1~3.0 g/L，水浴温度为10~30℃，搅拌器转速为50~100 r/min，搅拌时间为0.5~48 h。
[0024]本专利技术的特点：所述的市售高分子聚合物填料经酸性氧化剂氧化后，填料表面粗糙度和比表面积增大。多巴胺是亲水性物质，能在弱碱性水溶液条件下发生氧化自聚，在填料层表面形成牢固黏附的聚多巴胺（PDA）层，从而在填料表面引入羟基、氨基等亲水官能团，显著提升填料表面亲水性和粘附性，使填料表面与微生物之间的作用力增强，生物膜附着牢固。使用磷酸缓冲溶液提供碱性条件时，磷酸盐与多巴胺之间形成的氢键会对多巴胺聚合产生阻聚作用；使用氨水提供碱性条件时，其中的NH3参与多巴胺的反应，影响多巴胺自聚，破坏低聚物中的长程共轭结构。本专利技术选用三羟甲基氨基甲烷作为缓冲剂，避免以上不利反应的发生，能更高效的实现聚多巴胺层的形成。
[0025]本专利技术的有益的效果：本专利技术提供一种对市售高分子聚合物填料表面改性的方法，改性后填料表面粗糙度和比表面积增大，亲水性和粘附性增强，增大微生物附着面积，促进微生物的初始粘附，加速填料表面生物膜形成，大大缩短反应器启动时间。该生物填料表面改性方法简单、应用广泛，将其应用于污水处理系统，环保经济，为生物膜法的广泛应用提拱了新的思路和技术支持，具有较高的推广应用价值。
具体实施方式
[0026]以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。
[0027]实施例1步骤1，选取市售聚乙烯填料，直径25 mm，密度0.96 g/cm3，比表面积500 m
²
/m
³
。
[0028]步骤2，将浓硫酸与浓硝酸按体积比18:1混合，配制成酸性氧化剂。
[0029]步骤3，将步骤1选取的市售聚乙烯填料放入步骤2配制的酸性氧化剂中，并在50℃水浴条件下氧化3 h。
[0030]步骤4，将磷酸二氢钠和磷酸氢二钠按质量比9:18配制成缓冲溶液。
[0031]步骤5，将步骤3氧化后的填料捞出，放置于步骤4配制的缓冲溶液中，对填料进行清洗，直至清洗液pH值为6~8。
[0032]步骤6，将清洗至中性的填料捞出，自然风干。
[0033]步骤7，配制1.0 g/L三羟甲基氨基甲烷缓冲剂。
[0034]步骤8，将风干后的填料放入步骤7配制的缓冲剂中，在磁力搅拌器上以100 r/min转速搅拌0.5 h。
[0035]步骤9，将盐酸多巴胺粉末加入缓冲剂中，使溶液中盐酸多巴胺质量浓度为1.5 g/L，在有氧条件下，水浴20℃以60 r/min转速缓慢搅拌6 h。
[0036]步骤10，将填料取出并用去离子水洗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种促进填料快速挂膜的表面改性方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，选取聚合物填料，直径10~50 mm，密度0.8~1.4 g/cm3，比表面积100~1200 m2/m3；步骤2，将浓硫酸与浓硝酸混合，配制成酸性氧化剂；步骤3，将所述的聚合物填料放入所述酸性氧化剂中，在水浴条件下进行氧化；步骤4，将磷酸二氢钠和磷酸氢二钠溶于水中，配制成缓冲溶液；步骤5，将氧化后的填料捞出，放置于所述缓冲溶液中，对填料进行清洗，直至清洗液pH值为6~8；步骤6，将清洗后的填料捞出，自然风干；步骤7，将三羟甲基氨基甲烷溶于水中，配制成缓冲剂；步骤8，将风干后的填料放入所述缓冲剂中并搅拌；步骤9，将盐酸多巴胺粉末加入缓冲剂中，在有氧条件下的水浴中缓慢搅拌；步骤10，将填料取出并用去离子水洗涤，晾干备用。2.根据权利要求1所述的一种促进填料快速挂膜的表面改性方法，其特征在于，步骤1中所述的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海松，阎登科，李琦，许子聪，邓军磊，
申请(专利权)人：知和环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：