一種天然高分子基水處理材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型天然高分子基水處理材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]填料在水處理領(lǐng)域獨特的性能，國內(nèi)外的水處理工作者一直不斷的研制、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用各種不同的填料，提高水處理技術(shù)，滿足各種需求。20世紀80年代以來，國內(nèi)外陸續(xù)開發(fā)了許多種類的填料，包括彈性填料、生物填料、纖維填料以及各種新型填料等，各種填料由于自身的特點，有著不同的優(yōu)勢和劣勢，為水處理提供了選擇的空間。但是隨著水處理標準和水處理技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)的填料已經(jīng)不足以滿足目前水處理技術(shù)需求，并且資源短缺和環(huán)境污染已成為當今世界兩個主要的問題，因此，開發(fā)環(huán)境友好、處理性能良好、價格低廉的填料具有很重要的現(xiàn)實意義。
[0003]絲瓜絡(luò)纖維是絲瓜果實中的維管束，主要由纖維素、半纖維素及木質(zhì)素組成，它具有獨特的多孔性物理結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的機械強度，并在我國江、浙、滬、豫、贛、陜等很多地方廣泛種植。絲瓜絡(luò)纖維外觀為中空圓柱體形，比表面積比較大，且呈現(xiàn)交織密布的天然網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)纖維規(guī)則分布，這種天然植物結(jié)構(gòu)特性有利于生物膜掛膜，很適合作載體使用，能有效抵抗水力沖刷。最重要的是其價格便宜，具有廣泛的水處理應(yīng)用前景。
[0004]例如，公告號為CN203803168U的中國實用新型專利公開一種采用絲瓜絡(luò)纖維進行污水一級A過濾處理或企業(yè)污水初步過濾處理的系統(tǒng)，包括絲瓜絡(luò)過濾導(dǎo)水裝置、緩沖水池，所述絲瓜絡(luò)過濾導(dǎo)水裝置設(shè)置在緩沖水池出水口處。
[0005]公告號為CN201003006Y的中國實用新型專利文獻公開了一種絲瓜絡(luò)載體生物接觸氧化床，包括床體、支架、溢流堰、曝氣管道、絲瓜絡(luò)填料，用支架將絲瓜絡(luò)填料懸放置氧化床中，絲瓜絡(luò)填料與活性污泥相接觸，在活性污泥的底部設(shè)有曝氣管道，污水中的有機物在生物膜和懸浮污泥中微生物的聯(lián)合作用下被吸附降解。
[0006]公開號為CN104446417A的發(fā)明專利公開了一種基于絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體及其制備方法，首先將完整的絲瓜絡(luò)曬干，浸泡于鐵氧體前驅(qū)液中；隨后將產(chǎn)物在高溫下熱分解在植物脈絡(luò)中原位合成鐵氧體，從而得到具有一定機械強度的多孔塊狀鐵氧體材料。制得的多孔塊狀鐵氧體在吸附劑、難降解廢水處理方面具有潛在的用途。
[0007]公開號為CN102086058A的發(fā)明專利介紹了一種用于微污染水源水生物預(yù)處理的絲瓜絡(luò)填料及預(yù)處理方法:(I)將成熟絲瓜去皮、去籽，剪掉兩端較細部分，將剩余部分剪成厚度2cm左右的柱狀絲瓜絡(luò)，用高強度玻璃纖維絲將其系牢并串聯(lián)在一起，將其固定在反應(yīng)器中作填料使用；(2)將接種污泥栗入反應(yīng)器中與絲瓜絡(luò)填料充分接觸，采用連續(xù)進水、連續(xù)出水、持續(xù)曝氣的方式對絲瓜絡(luò)上的微生物進行培養(yǎng)、馴化后，用蠕動栗將微污染源水栗入反應(yīng)器，反應(yīng)器底部曝氣裝置持續(xù)曝氣，軟性絲瓜絡(luò)填料上的微生物將水中有機物和氨氮氧化去除。
[0008]但絲瓜絡(luò)作為一種純天然的高分子材料，直接應(yīng)用于水處理中容易造成過快降解，需要頻繁更換，造成出水水質(zhì)的不穩(wěn)定，在工程應(yīng)用上受到了一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了延長絲瓜絡(luò)材料的使用壽命，本發(fā)明提供一種天然高分子基水處理材料及其制備方法。
[0010]一種天然高分子基水處理材料的制備方法，包括如下步驟:
[0011](I)將絲瓜絡(luò)經(jīng)堿處理后用去離子水沖洗至中性，晾干；
[0012](2)將晾干后的絲瓜絡(luò)先用單體處理后再進行等離子體表面處理；或?qū)⒘栏珊蟮慕z瓜絡(luò)采用單體與等離子體同時進行表面處理；(3)將經(jīng)步驟(2)處理后的絲瓜絡(luò)置于金屬鹽溶液中水浴反應(yīng)，水浴反應(yīng)所得產(chǎn)品用去離子水洗凈后即得。
[0013]本發(fā)明對絲瓜絡(luò)先進行疏水改性以大大延長其使用周期，再通過表面陽離子化過程增強其微生物親和性和親水性，加快掛膜速度以實現(xiàn)高效處理污水。據(jù)此方法所制備材料可作為微生物掛膜載體用于城鎮(zhèn)生活污水治理、工業(yè)廢水處理、生態(tài)溝渠、河道、湖泊以及其它受污染景觀水體的修復(fù)領(lǐng)域，實現(xiàn)水資源的循環(huán)和資源再利用。
[0014]堿處理是為了去除絲瓜絡(luò)表面的果膠等雜物，利于后續(xù)處理；優(yōu)選地，所述堿處理為:在質(zhì)量濃度為1-6%的堿液中處理l_3h。進一步地，所述堿液為NaOH溶液。
[0015]優(yōu)選地，所述低表面能單體有機硅、有機氟和硅氟材料中的的一種或幾種的混合物。進一步優(yōu)選地，所述有機硅為硅烷偶聯(lián)劑；所述有機氟為CF4。
[0016]所述低表面能單體可以為氣態(tài)和液態(tài)，當所述低表面能單體為液態(tài)時，步驟(2)中采用的處理方式為:將晾干后的絲瓜絡(luò)先用單體處理后再進行等離子體表面處理；當所述低表面能單體為氣態(tài)時，步驟(2)中選擇的處理方式為:或?qū)⒘栏珊蟮慕z瓜絡(luò)采用單體與等離子體同時進行表面處理。
[0017]進一步優(yōu)選地，步驟(2)中選擇第一種處理方式時:先將晾干后的絲瓜絡(luò)在液態(tài)低表面能單體中浸泡，洗凈烘干后在固定頻率為13.56MHZ、功率為50-200W下進行等離子體表面處理30-300s。
[0018]更進一步地，絲瓜絡(luò)在液態(tài)低表面能單體中浸泡時間為30?120min，洗凈后在45-75 °C下烘干。
[0019]液態(tài)低表面能單體的質(zhì)量濃度為3?8%。
[0020]進一步優(yōu)選地，步驟(2)中選擇第二種處理方式時:在固定頻率為13.56MHZ、功率為50-200W下將晾干后的絲瓜絡(luò)在通入氣態(tài)低表面能單體的氛圍中進行等離子體表面處理 30-300s。
[0021]更進一步優(yōu)選地，氣態(tài)低表面能單體的通入速度為5_80sccm。
[0022]在除絲瓜絡(luò)表面的果膠等雜物后，本發(fā)明借助等離子體技術(shù)，通過輔助低表面能單體物質(zhì)，對材料表面進行疏水改性，實現(xiàn)絲瓜絡(luò)表面疏水，延長使用壽命；
[0023]本發(fā)明中在對絲瓜絡(luò)進行表面疏水改性后再對材料進行表面陽離子化，以增強材料的的生物親和性，利于微生物掛膜。優(yōu)選地，所述的金屬鹽溶液為鐵鹽、鋁鹽和鈣鹽中的至少一種。金屬鹽溶液的質(zhì)量濃度為3?7%。
[0024]優(yōu)選地，水浴處理時間為30?90min，水浴處理溫度為45_75°C。
[0025]最優(yōu)選的制備方法如下:
[0026](I)將絲瓜絡(luò)在質(zhì)量濃度為2%的堿液中處理Ih后，用去離子水沖洗至中性晾干備用;
[0027](2)固定頻率為13.56MHZ,功率設(shè)置為100W，反應(yīng)時間為180s，將上述烘干后的絲瓜絡(luò)在通入氣態(tài)低表面能單體進氣速度為20SCCH1的條件下進行等離子體表面處理；低表面能物質(zhì)為CF4;
[0028](3)等離子體處理后，將取出的絲瓜絡(luò)置于金屬鹽溶液中水浴反應(yīng)90min，金屬鹽溶液為CaCl2，質(zhì)量濃度為3% ;去離子水洗滌制備后的產(chǎn)品即為強化的水處理材料。
[0029]該方案制備后的強化水處理材料固定安裝于連續(xù)運行的生物膜好氧反應(yīng)器中處理廠區(qū)生活污水，結(jié)果表明其使用壽命較原材料延長可遠超過3年，單位掛膜量較立體彈性填料增加約35%，對COD、TN的平均去除率分別達到95%與90%。
[0030]本發(fā)明還提供一種如所述制備方法制備得到的天然高分子基水處理材料。
[0031]本發(fā)明首先對天然絲瓜絡(luò)進行堿處理以去除表面雜質(zhì)，進而再借助等離子體技術(shù)，通過輔助低表面能單體物質(zhì)，對材料表面進行疏水改性，實現(xiàn)絲瓜絡(luò)表面疏水，延長使用壽命；再進一步對材料進行表面陽離子化，以增強材料的生物親和性，利于微生物掛膜。各處理步驟之間相互協(xié)同，共同作用，使制備的水處理產(chǎn)品既保留了原材料的三維立體結(jié)構(gòu)，便于微生物附著，又增強了其實際應(yīng)用和工程使用壽命，且相對一般