[發(fā)明專利]一種生物慢濾填料及其制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010180919.5
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN102249396A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李文奇;周懷東;毛戰(zhàn)坡;劉玲花;馮傳平;曾平;李鳳彬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00
• 代理公司: 北京銀龍知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11243
• 代理人: 雒純丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生物慢濾填料及其制作方法，屬于水處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

生物慢濾水處理技術(shù)是指，使水流緩慢通過粒徑例如為0.1～0.3毫米、厚度例如大于50厘米的濾料(石英砂或河砂)，濾料表面中所吸附和截留的有機物及礦物質(zhì)為微生物的生長繁殖提供了營養(yǎng)，在光合作用下，微生物生長、繁殖，在慢濾池中細砂表面生長，隨著時間的推移，在慢濾池濾料表面形成穩(wěn)定成熟的生物粘膜。通過微生物之間的捕捉、吞食和新陳代謝，使水體中的細菌總數(shù)控制在安全飲用水的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)內(nèi)，通過細砂和生物膜的過濾、絮凝和生物化學(xué)反應(yīng)，使水體的渾濁度、鐵錳含量、溶解性總固體個數(shù)、細菌總數(shù)、總大腸菌群等指標(biāo)達到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，從而實現(xiàn)飲水水質(zhì)安全。在本發(fā)明中，慢濾填料也可以簡稱為濾料。生物慢濾技術(shù)起源于英國。我國從20世紀30年代開始引進該技術(shù)。由于該技術(shù)具有運行操作簡單、成本低的優(yōu)點，近年來在農(nóng)村分散供水和小規(guī)模集中供水工程中引進了生物慢濾凈化技術(shù)。在實踐中對該項技術(shù)進行了多項改進，如不同粒徑濾料級配、添加活性炭等。此處提及的活性炭，一般可以采用如下方法得到的炭質(zhì)產(chǎn)品，煤炭、木材、果殼等含碳材料在隔絕空氣的條件下，經(jīng)600℃左右高溫進行碳化，并經(jīng)高溫蒸汽、CO₂等活化工藝處理過的炭質(zhì)產(chǎn)品。利用其他的工藝條件制備的活性炭也是能夠使用的，例如在活性炭的制備過程中，碳化溫度可以有所變化等?；钚蕴渴且环N多孔材料，有較強的吸附能力。

對于上述生物慢濾技術(shù)而言，通常采用沙慢濾裝置。其中，可以對活性炭進行殼聚糖處理，經(jīng)殼聚糖處理后的活性炭水質(zhì)凈化濾料，即具有殼聚糖對特殊污染物，如重金屬、鹵代烴類的螯合、吸附特性，也具有活性炭的高比表面積和對溶解性污染物，如異臭物等的吸附優(yōu)點。同時，由于活性炭的多孔性為微生物提供了良好的生存環(huán)境，提高微生物的凈化活性。然而，此方法制作的殼聚糖力學(xué)性能欠佳，脆性大，抗水性較差，殼聚糖分子鏈在水中的降解速度太快，使其發(fā)揮功能的時間大為縮短。而且由于殼聚糖分子上的氨基(-NH₂)的脫離，會短時間內(nèi)大幅度提高水體中銨態(tài)氮濃度，因而對水體造成污染。殼聚糖的分子式如下所示。

為克服上述缺點，人們嘗試采用甲醛、戊二醛、環(huán)氧氯丙烷等交聯(lián)劑對殼聚糖進行交聯(lián)反應(yīng)的方法來提高殼聚糖的穩(wěn)定性。

殼聚糖是直線鏈型高分子聚合物，通過與交聯(lián)劑反應(yīng)，在同一直鏈的不同鏈節(jié)之間或者不同直鏈間的-NH₂與-NH₂、-OH與-NH₂、-OH與-OH之間發(fā)生交聯(lián)作用，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物。

用甲醛交聯(lián)殼聚糖制作的活性炭濾料吸附甲基藍能力達到859mg/g(毫克/克)，而未改性活性炭的吸附能力只有151mg/g。

然而，對于經(jīng)過甲醛等交聯(lián)后的殼聚糖所制作的活性炭，隨水流失較為嚴重，難于全部發(fā)揮作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于，提供一種生物慢濾填料。通過使用該生物慢濾填料，交聯(lián)后的殼聚糖隨水流失的問題得以緩解，能夠更好地發(fā)揮作用。其中，本發(fā)明中的所提及的交聯(lián)后的殼聚糖也稱為殼聚糖交聯(lián)物。

另外，本發(fā)明還提供一種生物慢濾填料的制作方法，其能夠制作出能夠解決上述技術(shù)問題的生物慢濾填料。

在本發(fā)明的研究之初，發(fā)明人首先對殼聚糖交聯(lián)物為何隨水流失嚴重進行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其原因在于，通過交聯(lián)劑對殼聚糖進行改性，殼聚糖交聯(lián)物的力學(xué)性質(zhì)得到了改善，所以其硬度也隨之上升，最終造成交聯(lián)殼聚糖難于在較小顆粒(小于2mm(毫米))活性炭(以活性炭為基質(zhì)材料的代表進行論述)表面上附著，大約有80％左右的交聯(lián)殼聚糖會隨水流失，難于全部發(fā)揮作用。有鑒于此，本發(fā)明人潛心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在活性炭的表面引入增塑劑的情況下，可以使得殼聚糖交聯(lián)物的延展性得到提高，使其能夠很好地附著在活性炭的表面，殼聚糖交聯(lián)物隨水流失少，能夠更好地發(fā)揮作用。

從微觀角度講，增塑劑在這里的主要作用是削弱殼聚糖交聯(lián)物分子之間的范德華力，從而增加殼聚糖交聯(lián)物的分子鏈的移動性，即增加了殼聚糖交聯(lián)物的塑性，從而宏觀表現(xiàn)為殼聚糖交聯(lián)物的伸長率、曲撓性和柔韌性提高，能夠很好地附著在活性炭的表面，殼聚糖交聯(lián)物隨水流失少，能夠更好地發(fā)揮其作用。

具體地，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第1個技術(shù)方案是一種生物慢濾填料的制作方法，包括如下步驟：

步驟a)把用增塑劑表面處理過的基質(zhì)材料顆粒，導(dǎo)入到殼聚糖溶液中并進行攪拌；

步驟b)添加交聯(lián)劑，并且進行攪拌；